(57)【要約】【課題】バイアス安定性が高い振動型ジャイロ、及び振動型ジャイロにおいてバイアスを補正した正確な角速度信号を得るための使用方法を提供する。【解決手段】振動型ジャイロは、多重化駆動信号を生成する駆動信号生成部５８と、第１及び第２の検波信号をそれぞれ生成する第１及び第２の位相検波回路６４、６６と、第１及び第２のフィードバック振幅信号をそれぞれ生成する第１及び第２の制御回路６８、７０と、第１のフィードバック振幅信号を第１の周波数で変調した第１のフィードバック信号と第２のフィードバック振幅信号を少なくとも１つの第２の周波数でそれぞれ変調した少なくとも１つの第２のフィードバック信号とを多重化して、第１の多重化フィードバック信号を生成するフィードバック信号生成部９０と、第２のフィードバック振幅信号を第１のフィードバック振幅信号から減算して角速度信号を出力する減算器７８とを有する。【選択図】図１１
2018021850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動振動する駆動質量体（４、６）と、角速度により発生するコリオリ力によって変位するように構成された検出質量体（１４）と、を備えた振動型ジャイロであって、
前記駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、前記第１の周波数とは異なる少なくとも１つの第２の周波数を有する少なくとも１つの第２の駆動信号とを多重化した多重化駆動信号を生成する駆動信号生成部（５８、５８′）と、
前記検出質量体の検出信号から、前記第１の周波数で検波された第１の検波信号を生成する第１の位相検波回路（６４）と、前記検出質量体の検出信号から、前記少なくとも１つの第２の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号を生成する少なくとも１つの第２の位相検波回路（６６、６６′）と、
前記第１の検波信号から第１のフィードバック振幅信号を生成する第１の制御回路（６８）と、前記少なくとも１つの第２の検波信号から第２のフィードバック振幅信号を生成する第２の制御回路（７０）と、
前記第１のフィードバック振幅信号を前記第１の周波数で変調した第１のフィードバック信号と、前記第２のフィードバック振幅信号を前記少なくとも１つの第２の周波数でそれぞれ変調した少なくとも１つの第２のフィードバック信号とを多重化して、第１の多重化フィードバック信号を生成するフィードバック信号生成部（９０、９０′）と、
前記第２のフィードバック振幅信号を前記第１のフィードバック振幅信号から減算して角速度信号を出力する減算器（７８）と、
を有する、振動型ジャイロ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第２の周波数は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い周波数Ａfと、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い周波数Ｂfとの２つの周波数を含み、
前記少なくとも１つの第２の駆動信号は、前記周波数Ａfを有する駆動信号Ａdrsと、前記周波数Ｂfを有する駆動信号Ｂdrsとの２つの駆動信号を含み、
前記少なくとも１つの第２の検波信号は、前記周波数Ａfで検波された検波信号Ａdesと、前記周波数Ｂfで検波された検波信号Ｂdesとの２つの検波信号を含み、
前記第２の制御回路は、前記検波信号Ａdes及び前記検波信号Ｂdesを加算した信号を用いて前記第２のフィードバック振幅信号を生成し、
前記少なくとも１つの第２のフィードバック信号は、前記第２のフィードバック振幅信号を前記周波数Ａfで変調したフィードバック信号Ａfsと、前記第２のフィードバック振幅信号を前記周波数Ｂfで変調したフィードバック信号Ｂfsとの２つのフィードバック信号を含む、
請求項１に記載の振動型ジャイロ。
【請求項３】
前記検波信号Ａdes及び前記検波信号Ｂdesを減算処理して得られた信号から、第３のフィードバック振幅信号を生成する第３の制御回路（８４）と、
前記第３のフィードバック振幅信号を多重化駆動信号の周波数によって変調した第２の多重化フィードバック信号を生成する変調器（８６）と、
前記第２の多重化フィードバック信号を前記検出質量体の検出信号から減算し、得られた信号を前記第１及び第２の位相検波回路にフィードバックする減算器（８８）と、
をさらに有する、請求項２に記載の振動型ジャイロ。
【請求項４】
駆動振動する駆動質量体（４、６）と、角速度により発生するコリオリ力によって変位するように構成された検出質量体（１４）と、を備えた振動型ジャイロの使用方法であって、
前記駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、前記第１の周波数とは異なる少なくとも１つの第２の周波数を有する少なくとも１つの第２の駆動信号とを多重化した多重化駆動信号を生成することと、
前記検出質量体の検出信号から、前記第１の周波数で検波された第１の検波信号を生成し、前記検出質量体の検出信号から、前記少なくとも１つの第２の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号を生成することと、
前記第１の検波信号から第１のフィードバック振幅信号を生成し、前記少なくとも１つの第２の検波信号から第２のフィードバック振幅信号を生成することと、
前記第１のフィードバック振幅信号を第１の周波数で変調して第１のフィードバック信号を生成し、前記第２のフィードバック振幅信号を前記少なくとも１つの第２の周波数でそれぞれ変調して少なくとも１つの第２のフィードバック信号を生成することと、
前記第１のフィードバック信号と前記少なくとも１つの第２のフィードバック信号とを多重化して、前記振動型ジャイロにフィードバックされる第１の多重化フィードバック信号を生成することと、
前記第２のフィードバック振幅信号を前記第１のフィードバック振幅信号から減算して角速度信号を出力することと、
を含む、振動型ジャイロの使用方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第２の周波数は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い周波数Ａfと、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い周波数Ｂfとの２つの周波数を含み、
前記少なくとも１つの第２の駆動信号は、前記周波数Ａfを有する駆動信号Ａdrsと、前記周波数Ｂfを有する駆動信号Ｂdrsとの２つの駆動信号を含み、
前記少なくとも１つの第２の検波信号は、前記周波数Ａfで検波された検波信号Ａdesと、前記周波数Ｂfで検波された検波信号Ｂdesとの２つの検波信号を含み、
前記使用方法は、
前記検波信号Ａdes及び前記検波信号Ｂdesを加算した信号を用いて前記第２のフィードバック振幅信号を生成することをさらに含み、
前記少なくとも１つの第２のフィードバック信号は、前記第２のフィードバック振幅信号を前記周波数Ａfで変調したフィードバック信号Ａfsと、前記第２のフィードバック振幅信号を前記周波数Ｂfで変調したフィードバック信号Ｂfsとの２つのフィードバック信号を含む、
請求項４に記載の振動型ジャイロの使用方法。
【請求項６】
前記検波信号Ａdes及び前記検波信号Ｂdesを減算処理して得られた信号から、第３のフィードバック振幅信号を生成することと、
前記第３のフィードバック振幅信号を多重化駆動信号の周波数によって変調した第２の多重化フィードバック信号を生成することと、
前記第２の多重化フィードバック信号を前記検出質量体の検出信号から減算することと、
をさらに含む、請求項５に記載の振動型ジャイロの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型ジャイロに関し、特には、ＭＥＭＳ技術によって製造され、バイアス補正機能を有する高性能の振動型ジャイロ、及び該振動型ジャイロの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代から急速に発展したいわゆるマイクロマシニング技術によって、例えば、絶縁膜を有するシリコン基板やガラス基板上に接合されたバルクシリコンウェハを、湿式エッチングやドライエッチング等の化学的なエッチングにより処理し、メカニカルなセンサ構造体を形成して、一度のプロセスで大量のセンサ構造を製造する手法が確立されている。このような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術によるセンサとしては、加速度センサ及び振動型ジャイロ等があり、例えば自動車、慣性ナビゲーション、デジタルカメラ、ゲーム機他、多くの分野において利用されている。
【０００３】
中でも振動型ジャイロは、一方向に振動する可動物体が回転運動を受けるときに発生するコリオリ加速度を利用している。振動する可動質量体が回転運動を伴うとき、該可動質量体は振動方向及び回転軸方向の双方に直交する方向に作用するコリオリ力を受け、この結果該可動質量体はコリオリ力の作用方向に変位する。該可動質量体は、この方向の変位を可能にするばねにより支持され、該可動質量体の変位量からコリオリ力及びそれを生じさせる角速度の値を検出することができる。可動質量体の変位は、例えば、一方が固定されかつ他方が可動質量体と共に変位可能な一対の平行平板構造又は櫛歯構造を備えた、平行平板型コンデンサ又は櫛歯型コンデンサを使用し、その容量変化から求めることができる。
【０００４】
振動型ジャイロの出力安定性を向上させるための１つの手段として、直交バイアス値（クワドラチャーエラー、９０°成分）や平行バイアス値（０°成分）を低減又は排除する手段を設けることが挙げられる。例えば特許文献１−３には、直交バイアス値の補正手段を有する振動型ジャイロが開示されており、駆動質量体の構造的・力学的非対称性に起因する回転変位振動に関し、検出質量体に隣接配置した補正用電極に適切な位相のＡＣ電圧を印加するか、駆動質量体に隣接配置した補正用電極にＤＣ電圧を印加することによって生じる静電力により、直交バイアス値の出力を低減でき、ジャイロとしての安定性を飛躍的に向上させることができる。
【０００５】
また特許文献４には、平行バイアス値の補正手段を有する振動型ジャイロが開示されており、複数の周波数を含む多重化駆動信号を用いて振動型ジャイロを駆動することにより、不要な駆動力による不要駆動力信号や、寄生容量によるカップリング信号等の不要信号のみを含む補正信号を生成することができるので、これをレート信号から減算することで極めて正確な角速度信号（レート出力）を得ることができることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２５３９５８号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７８１９５号公報
【特許文献３】特開２０１５−２０３６０４号公報
【特許文献４】特開２０１５−２３０２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１−３に記載の振動型ジャイロはいずれも、角速度信号に対して位相が９０°ずれている直交バイアス値（クワドラチャーエラー、９０°成分）を抑制又は補正する手段を有するものであるが、振動型ジャイロから出力される信号には、クワドラチャーエラーのような角速度信号に対して位相が９０°ずれた信号（９０°成分）だけでなく、角速度信号と位相が等しい不要信号（０°成分）も含まれる。
【０００８】
一方、特許文献４に記載の振動型ジャイロは、第２の周波数を有する第２の駆動信号で振動型ジャイロを駆動して、その応答信号を検出することで、角速度信号に対して位相が同相の平行バイアス値（０°成分Ｂとする）のみを補正信号として検出し、第１の周波数を有する第１の駆動信号で振動型ジャイロを駆動して、その応答信号より検出された平行バイアス値（０°成分Ａとする）を含む角速度信号から０°成分Ｂを減算して補正する手段を有するものであるが、この手段は、０°成分Ｂと０°成分Ａとの検出ゲインが異なるため、減算して補正する前に、０°成分Ｂをゲイン回路によって増幅又は減衰して検出ゲインを一致させる必要があり、このゲイン回路の調整精度が低い場合に、十分な補正効果が得られない可能性がある。
【０００９】
そこで本発明は、振動型ジャイロにおいて、角速度信号に対して位相が同相の平行バイアス値（０°成分）を検出する手段を有し、かつ、検出される角速度信号（平行バイアスを含む）と平行バイアス値（０°成分）の検出ゲインとを高精度に一致させる手段を有し、この平行バイアス値（０°成分）を角速度信号（平行バイアスを含む）から減算・補正することで、正確な角速度信号（平行バイアスを含まない）を検出することができる、バイアス安定性が高い振動型ジャイロ、及び振動型ジャイロにおいてバイアスを補正した正確な角速度信号を得るための使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願第１の発明は、駆動振動する駆動質量体と、角速度により発生するコリオリ力によって変位するように構成された検出質量体と、を備えた振動型ジャイロであって、前記駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、前記第１の周波数とは異なる少なくとも１つの第２の周波数を有する少なくとも１つの第２の駆動信号とを多重化した多重化駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記検出質量体の検出信号から、前記第１の周波数で検波された第１の検波信号を生成する第１の位相検波回路と、前記検出質量体の検出信号から、前記少なくとも１つの第２の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号を生成する少なくとも１つの第２の位相検波回路と、前記第１の検波信号から第１のフィードバック振幅信号を生成する第１の制御回路と、前記少なくとも１つの第２の検波信号から第２のフィードバック振幅信号を生成する第２の制御回路と、前記第１のフィードバック振幅信号を前記第１の周波数で変調した第１のフィードバック信号と、前記第２のフィードバック振幅信号を前記少なくとも１つの第２の周波数でそれぞれ変調した少なくとも１つの第２のフィードバック信号とを多重化して、第１の多重化フィードバック信号を生成するフィードバック信号生成部と、前記第２のフィードバック振幅信号を前記第１のフィードバック振幅信号から減算して角速度信号を出力する減算器と、を有する、振動型ジャイロを提供する。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記少なくとも１つの第２の周波数は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い周波数Ａfと、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い周波数Ｂfとの２つの周波数を含み、前記少なくとも１つの第２の駆動信号は、前記周波数Ａfを有する駆動信号Ａdrsと、前記周波数Ｂfを有する駆動信号Ｂdrsとの２つの駆動信号を含み、前記少なくとも１つの第２の検波信号は、前記周波数Ａfで検波された検波信号Ａdesと、前記周波数Ｂfで検波された検波信号Ｂdesとの２つの検波信号を含み、前記第２の制御回路は、前記検波信号Ａdes及び前記検波信号Ｂdesを加算した信号を用いて前記第２のフィードバック振幅信号を生成し、前記少なくとも１つの第２のフィードバック信号は、前記第２のフィードバック振幅信号を前記周波数Ａfで変調したフィードバック信号Ａfsと、前記第２のフィードバック振幅信号を前記周波数Ｂfで変調したフィードバック信号Ｂfsとの２つのフィードバック信号を含む、振動型ジャイロを提供する。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、前記検波信号Ａdes及び前記検波信号Ｂdesを減算処理して得られた信号から、第３のフィードバック振幅信号を生成する第３の制御回路と、前記第３のフィードバック振幅信号を多重化駆動信号の周波数によって変調した第２の多重化フィードバック信号を生成する変調器と、前記第２の多重化フィードバック信号を前記検出質量体の検出信号から減算し、得られた信号を前記第１及び第２の位相検波回路にフィードバックする減算器と、をさらに有する、振動型ジャイロを提供する。
【００１３】
また本願第４の発明は、駆動振動する駆動質量体と、角速度により発生するコリオリ力によって変位するように構成された検出質量体と、を備えた振動型ジャイロの使用方法であって、前記駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号と、前記第１の周波数とは異なる少なくとも１つの第２の周波数を有する少なくとも１つの第２の駆動信号とを多重化した多重化駆動信号を生成することと、前記検出質量体の検出信号から、前記第１の周波数で検波された第１の検波信号を生成し、前記検出質量体の検出信号から、前記少なくとも１つの第２の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号を生成することと、前記第１の検波信号から第１のフィードバック振幅信号を生成し、前記少なくとも１つの第２の検波信号から第２のフィードバック振幅信号を生成することと、前記第１のフィードバック振幅信号を第１の周波数で変調して第１のフィードバック信号を生成し、前記第２のフィードバック振幅信号を前記少なくとも１つの第２の周波数でそれぞれ変調して少なくとも１つの第２のフィードバック信号を生成することと、前記第１のフィードバック信号と前記少なくとも１つの第２のフィードバック信号とを多重化して、前記振動型ジャイロにフィードバックされる第１の多重化フィードバック信号を生成することと、前記第２のフィードバック振幅信号を前記第１のフィードバック振幅信号から減算して角速度信号を出力することと、を含む、振動型ジャイロの使用方法を提供する。
【００１４】
第５の発明は、第４の発明において、前記少なくとも１つの第２の周波数は、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも高い周波数Ａfと、前記第１の周波数及び前記検出質量体の共振周波数よりも低い周波数Ｂfとの２つの周波数を含み、前記少なくとも１つの第２の駆動信号は、前記周波数Ａfを有する駆動信号Ａdrsと、前記周波数Ｂfを有する駆動信号Ｂdrsとの２つの駆動信号を含み、前記少なくとも１つの第２の検波信号は、前記周波数Ａfで検波された検波信号Ａdesと、前記周波数Ｂfで検波された検波信号Ｂdesとの２つの検波信号を含み、前記使用方法は、前記検波信号Ａdes及び前記検波信号Ｂdesを加算した信号を用いて前記第２のフィードバック振幅信号を生成することをさらに含み、前記少なくとも１つの第２のフィードバック信号は、前記第２のフィードバック振幅信号を前記周波数Ａfで変調したフィードバック信号Ａfsと、前記第２のフィードバック振幅信号を前記周波数Ｂfで変調したフィードバック信号Ｂfsとの２つのフィードバック信号を含む、振動型ジャイロの使用方法を提供する。
【００１５】
第６の発明は、第５の発明において、前記検波信号Ａdes及び前記検波信号Ｂdesを減算処理して得られた信号から、第３のフィードバック振幅信号を生成することと、前記第３のフィードバック振幅信号を多重化駆動信号の周波数によって変調した第２の多重化フィードバック信号を生成することと、前記第２の多重化フィードバック信号を前記検出質量体の検出信号から減算することと、をさらに含む、振動型ジャイロの使用方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の周波数を含む多重化駆動信号を用いて振動型ジャイロを駆動して、フィードバック制御を実施することにより、不要な駆動力による不要駆動力信号や、寄生容量によるカップリング信号等の不要信号のみを含む補正信号を生成することができるので、この補正信号を、不要信号を含む角速度信号から減算・補正することで極めて正確な角速度信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）本発明に係る振動型ジャイロの基本構造の一例を示す平面図であり、（ｂ）（ａ）のII−II線に沿った切断面を示す断面図であり、（ｃ）（ａ）のIII−III線に沿った切断面を示す断面図である。
【図２】振動型ジャイロにおける駆動系の周波数伝達特性を示すグラフである。
【図３ａ】振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの駆動系での伝達特性を示すブロック図である。
【図３ｂ】振動型ジャイロに駆動系共振周波数より高い周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの駆動系での伝達特性を示すブロック図である。
【図４】モードマッチ状態の振動型ジャイロにおける検出系の周波数伝達特性を示すグラフである。
【図５ａ】モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの検出系の伝達特性を示すブロック図である。
【図５ｂ】モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数より高い周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの検出系の伝達特性を示すブロック図である。
【図６】非モードマッチ状態の振動型ジャイロにおける検出系の周波数伝達特性を示すグラフである。
【図７ａ】非モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの検出系の伝達特性を示すブロック図である。
【図７ｂ】非モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数より高い周波数の駆動信号が入力された場合の、ジャイロの検出系の伝達特性を示すブロック図である。
【図８】振動型ジャイロにおける、電気的なカップリングによる周波数伝達特性を示すブロック図である。
【図９】モードマッチ状態において、振動型ジャイロに駆動系共振周波数の駆動信号が入力された場合の信号出力を示すブロック図である。
【図１０】図１の振動型ジャイロの左側駆動質量体の部分拡大図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示すブロック図である。
【図１２ａ】第１の実施形態が適用可能な例として、カップリングが無視できる場合の信号出力を示すブロック図であり、駆動質量体をモードマッチ共振周波数で駆動した場合を示す。
【図１２ｂ】第１の実施形態が適用可能な例として、カップリングが無視できる場合の信号出力を示すブロック図であり、駆動質量体をモードマッチ共振周波数より高い周波数で駆動した場合を示す。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示すブロック図である。
【図１４ａ】第２の実施形態が適用可能な例として、カップリングが無視できない場合の信号出力を示すブロック図であり、駆動質量体をモードマッチ共振周波数より高い周波数で駆動した場合を示す。
【図１４ｂ】第２の実施形態が適用可能な例として、カップリングが無視できない場合の信号出力を示すブロック図であり、駆動質量体をモードマッチ共振周波数より低い周波数で駆動した場合を示す。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示すブロック図である。
【図１６】第３の実施形態に関連し、駆動質量体を非モードマッチ共振周波数で駆動した場合の信号出力を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１（ａ）は、本発明に係る振動型ジャイロ（ＭＥＭＳジャイロ素子）１の基本構造の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）及び図１（ｃ）はそれぞれ、図１（ａ）のII−II線及びIII−III線に沿った切断面を示す断面図である。
【００１９】
図１において、参照符号２はガラス等の絶縁材料からなる支持基板を示しており、振動型ジャイロ１の他の構造部材はシリコンの単結晶から作製される。図１に示す振動型ジャイロにおいて、支持基板２の上に、シリコンの単結晶からなる左右の駆動質量体４及び６（左側を４とする）の各々が、Ｙ方向に延びる少なくとも１つ（図示例では４つ）の駆動支持梁８及び１０に支持される。駆動支持梁８及び１０は、駆動質量体４及び６が基板２の面内方向かつ左右方向である駆動方向（Ｘ方向）に可動となるように、その剛性が他方向の剛性に比べ低くなるように構成されている。また左右の駆動質量体４及び６は、弾性結合要素である中央連結ばね１２により互いに結合されている。
【００２０】
駆動質量体４及び６に接続されていない駆動支持梁８及び１０の他端は、駆動質量体４及び６を囲繞するように設けられた略リング形状の検出質量体１４に接続されている。検出質量体１４は、少なくとも１つ（図示例では４つ）の検出支持梁１６に支持され、各支持梁１６の他端は基板２に接合された周辺部アンカー１８に接続されている。なお図中において、黒く塗り潰した部分は基板２に固定されている部分（不動部分）を示し、他の部分（斜線等）は基板に固定されていない又は可動部分を示す。
【００２１】
検出質量体１４を支持する検出支持梁１６は、検出質量体１４が基板２の面に垂直なＺ方向回りに回転振動が可能となるように、その回転方向の剛性が他方向の剛性に比べ低くなるように構成されている。なお、断面図２及び断面図３に示すように、駆動質量体４及び６、駆動支持梁８及び１０、中央連結梁１２、検出質量体１４、並びに検出支持梁１６は、基板２と所定の間隔を有して対向配置されている。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、左側の駆動質量体４は、略矩形の枠状部材であり、その外側寄りの側（中央に遠い側）から中央側に向けて延びる櫛歯状の電極２２を有し、これに対向する左側駆動用櫛歯固定電極２４が基板２に固定配置されており、これにより左側の質量駆動体４を左右方向（Ｘ方向）に駆動振動させることができる。同様に、右側の駆動質量体６は、略矩形の枠状部材であり、その外側寄りの側（中央に遠い側）から中央側に向けて延びる櫛歯状の電極２６を有し、これに対向する右側駆動用櫛歯固定電極２８が基板２に固定配置されており、これにより右側の質量駆動体６を左右方向（Ｘ方向）に駆動振動させることができる。
【００２３】
左側の駆動質量体４は、その中央寄りの側から反中央側に向けて延びる櫛歯状の電極３０を有し、これに対向する左側駆動モニタ用櫛歯固定電極３２が基板２に固定配置されており、これにより左側の駆動質量体４の変位量を測定できる。また右側の駆動質量体４は、その中央寄りの側に設けられたフレーム３４の反中央側から中央側に向けて延びる櫛歯状の電極３６を有し、これに対向する右側駆動モニタ用櫛歯固定電極３８が基板２に固定配置されており、これにより右側の駆動質量体６の変位量を測定できる。
【００２４】
ここで、振動型ジャイロ１にＺ軸回りの角速度が入力された場合、検出質量体１４とともに左右の駆動質量体も回転振動するため、左右の駆動質量体に設けた櫛歯電極３０及び３６も回転変位し、駆動モニタ用櫛歯電極３２及び３８との位置関係が変化し、それに伴い対向する櫛歯間の容量も変化してモニタ出力に影響する。従って上述の左右駆動質量体のモニタ機構（すなわち櫛歯電極３０、３２、３６及び３８）は、検出質量体１４の中央に可能な限り近い位置に設けることが好ましい。
【００２５】
また図１（ａ）からわかるように、左側の駆動質量体４におけるモニタ機構すなわち櫛歯電極３０及び３２と、右側の駆動質量体６におけるモニタ機構すなわち櫛歯電極３６及び３８とは、左右対称（Ｙ軸に関して対称）とはなっていない。これは、左右のモニタ機構をいわゆる差動式とするためであり、具体的に言えば、左右の駆動質量体が中央側に移動したときは左側のモニタ機構では対向する櫛歯間の距離が拡大し、逆に右側のモニタ機構では対向する櫛歯間の距離が縮小する。駆動用櫛歯固定電極２４及び２８に駆動ＡＣ電圧が印加されると、周囲に存在する浮遊容量（寄生容量）によってカップリング電流としてモニタ用櫛歯電極に流れ、不要なモニタ出力として現れることがあるが、このような影響を上記差動式の構成によって排除又は抑制することができる。
【００２６】
また上述のように左右のモニタ電極を左右対称の構造としなかったことにより、左右の駆動質量体のモーメントに差異が生じるので、図１（ａ）に示すように、左側の質量駆動体４にもフレーム３４と左右対称となるフレーム４０を設け、さらに左右の駆動質量体が左右対称構造となるように、電圧印加されないダミー櫛歯電極４２を設けることが好ましい。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、検出質量体１４は径方向外側に延びる櫛歯状の電極４４を有し、これに対向する検出モニタ用櫛歯固定電極４６及び４８が基板２に固定配置されている。詳細には、Ｘ−Ｙ平面の第１象限及び第４象限に跨る右側領域に、該右側領域内の櫛歯電極４４に対向する検出モニタ用櫛歯固定電極４６が固定配置され、Ｘ−Ｙ平面の第２象限及び第３象限（図１の左部）に跨る左側領域に、該左側領域内の櫛歯電極４４に対向する検出モニタ用櫛歯固定電極４８が固定配置される。さらに、検出モニタ用櫛歯固定電極４６及び４８は、差動式モニタ機構を構成しており、具体的に言えば、検出質量体１４がＺ軸回りに時計方向に回転したときは、右側領域内では対向する櫛歯間の距離が拡大し、逆に左側領域内では対向する櫛歯間の距離が縮小する。これら２つの櫛歯間の容量変化の差を利用する差動構成により、検出質量体自体に発生している同相のノイズを相殺することができ、より高精度の測定を行うことができる。図１に示す振動型ジャイロは、左右の駆動質量体の駆動振動によって検出質量体が類似の振幅で振動（励振）するものではなく、駆動振動と検出振動とは実質的に分離されているため、漏れ出力を大きく低減することができ、漏れ出力によるバイアス値やその変動を抑制することができる。
【００２８】
図１に示す振動型ジャイロ１は、以下のようなマイクロマシニングプロセスを適用して作製することができる。
【００２９】
先ず、ガラス支持基板２とジャイロの可動部材との間に所定の間隙（図１（ｂ）、（ｃ）参照）が形成されるように、フッ酸等を利用したウェットエッチング処理をガラス基板に施す。但し、エッチングされてはいけない領域として、間隙を形成する部分以外については、半導体フォトリソグラフィ技術等を適用して、例えばレジストマスクを予め形成しておく。
【００３０】
次に、ガラス支持基板とシリコン基板とを陽極接合手法等により接合する。この段階で、シリコン基板側から研磨を行い、該シリコン基板を所定の厚さにするとともに、ボンディング用パッドとして必要とされる領域に、Ｃｒ＆Ａｕ等の導電性メタルの選択的スパッタリングを行い、電極パッド（図示せず）を形成する。
【００３１】
さらに、接合されたシリコン基板の表面側（研磨側）に、フォトレジスト等のマスク材料を利用して、図１（ａ）の平面図で示されるレジストパターンを、フォトリソグラフィ技術を利用して作製する。この場合も、エッチングされてはいけない領域がレジストマスクにより保護される。
【００３２】
次に、ＲＩＥ装置等を利用したドライエッチングにより、シリコン基板の厚さ方向に貫通エッチングを行う。以上のようなマイクロマシニング技術を適用した製造プロセスにより、振動型ジャイロの基本構造を作製することができる。
【００３３】
このようにジャイロを構成する材料として必要なものはシリコン基板及びガラス基板のみであり、シリコン基板とほぼ同一の線膨張係数を有するガラス材料を使用することで、温度変化に対して構造的ひずみ（熱ひずみ）や応力（熱応力）が発生しにくくなり、構造的に安定かつ特性的にも優れた振動型ジャイロが提供可能となる。
【００３４】
次に、振動型ジャイロの動作について説明する。例えば、Ｘ軸方向に速度Ｖxで振動する質量Ｍの検出質量体にＺ軸回りの回転（回転角速度Ωz）が加わった場合に生じるＹ軸方向のコリオリ力Ｆyの絶対量は、
Ｆy＝２ΩzＭＶx
で表される。このため、コリオリ力Ｆyによる該検出質量体の変位を検出することで角速度を検出する振動型ジャイロでは、駆動質量体を速度Ｖxで励振させる必要がある。このための方式として、例えば静電力によるコームドライブ方式が利用される。
【００３５】
左側駆動質量体４と左側駆動用櫛歯電極２４との間、及び右側駆動質量体６と右側駆動用櫛歯電極２８との間に、ＤＣ電圧ＶDCとＡＣ電圧ＶACとの和を印加すると、ＶACの電圧周期と等しい駆動力が発生する。一方、左右の駆動質量体４及び６は弾性の中央連結ばね１２により互いに連結されているので、互いにＸ方向に近づき又は離れる、いわゆる逆相振動の共振モードを有する。従って、ＶACの周波数をこの逆相振動モードの共振周波数と一致させて振動させることで、駆動質量体４及び６は、互いに接離する逆相振動を呈する。この振動の速度Ｖxは、左右の駆動モニタ用櫛歯電極３２及び３８により、静電容量変化として電気回路を通じて検出され、駆動振動振幅を一定にするためのＡＧＣ制御（Auto Gain Control）に利用される。
【００３６】
左右の駆動質量体４及び６が上記のようにＸ方向に逆相振動する場合、角速度Ωzが図１（ａ）の紙面に垂直な方向（Ｚ方向）に作用すると、左右の駆動質量体には逆相のコリオリ力ＦyがＹ方向に生じる。このコリオリ力によって検出質量体１４にはＺ軸回りの回転トルクが作用し、検出質量体１４はＺ軸回りに回転変位振動する。この結果、検出質量体１４に設けた櫛歯電極４４と第１及び第２の検出モニタ用固定櫛歯電極４６及び４８との間の静電容量が差動で変化し、その差動容量変化を電気的に読み出すのであるが、本願発明では後述する多重化した駆動信号を用いて純粋な角速度信号を抽出する処理を行うことで、極めて正確な角速度Ωzを検出することができる。
【００３７】
以下、本願発明の前提となる基礎概念（駆動質量体と検出質量体の周波数伝達特性等）について、図２〜図８を参照しつつ説明する。先ず図２は、駆動系の周波数伝達特性を示すグラフである。同図における「出力信号の大きさ」を示すグラフ（上段）より明らかなように、駆動系共振周波数ωxの駆動信号が入力された場合には、非常に大きな信号が出力される（図２のＡ部）。このとき、入力信号に対する駆動変位（駆動モニタ）出力の信号位相は−９０°となり、駆動速度の信号位相はゼロとなることがわかる（各位相グラフ（中段、下段）参照）。このときの伝達特性を示すブロック図が図３ａである。なお以降、出力信号等の位相についての表記（−９０°等）は、いずれも入力信号の位相に対する出力信号の位相のずれを意味する。
【００３８】
一方、駆動系共振周波数よりも高い周波数（例えばωx＋ωα）の駆動信号が入力された場合には、駆動系共振周波数ωxの駆動信号が入力された場合と比較して、非常に小さな信号が出力される（図２のＢ部）。この信号強度は、通常検出すべき信号強度に対して非常に小さいため、ほとんどの場合無視することができる。このような無視できる信号を点線で示したブロック図が、図３ｂである。なお、このほとんどの場合無視できる信号の出力位相は、駆動変位（駆動モニタ）が−１８０°となり、駆動速度が−９０°となる（各位相グラフ（中段、下段）参照）。なお、以降に説明するブロック図についても、無視できる信号については点線で図示するものとする。
【００３９】
次に図４は、検出系の周波数伝達特性を示すグラフである。検出系の周波数伝達特性は、駆動系のそれと概ね同様の形を示すが、ここでは検出系のＱ値（共振特性の鋭さを示すクオリティファクター）が駆動系に比べて低い場合について図示している。また図４は、駆動系共振周波数ωxと検出系共振周波数ωyが一致（モードマッチ）している場合を示している。ここで、駆動系共振周波数ωxの信号が入力された場合の伝達特性を見ると、検出変位を示す信号の位相は−９０°となることがわかる（図４のＣ部）。このときの伝達特性を示すブロック図が図５ａである。
【００４０】
一方、駆動系共振周波数（及び検出系共振周波数）よりも高い周波数（例えばωx＋ωα）の駆動信号が入力された場合は、信号の位相は−１８０°遅れて出力されることがわかる（図４のＤ部）。このときの伝達特性を示すブロック図が図５ｂである。
【００４１】
次に図６は、図４に類似するが、検出系共振周波数ωyと駆動系共振周波数ωxとが異なる場合（ここではωx＜ωy）、すなわち非モードマッチ状態における、周波数伝達特性を示すグラフである。振動型ジャイロでは、駆動系の共振周波数で駆動し、角速度を検出するため、検出系に入る信号の周波数は通常、駆動系共振周波数ωxである。従って、振動型ジャイロを駆動系共振周波数ωxで駆動した場合の検出系の信号の位相はほとんど変化せず、すなわち検出変位はほぼ０°となる（図６のＥ部）。このときの伝達特性を示すブロック図が図７ａである。
【００４２】
一方、駆動系共振周波数（及び検出系共振周波数）よりも高い周波数（例えばωx＋ωα）の駆動信号が入力された場合は、信号の位相は−１８０°遅れて出力されることがわかる（図６のＦ部）。このときの伝達特性を示すブロック図が図７ｂである。
【００４３】
図８は、電気的なカップリング（寄生容量）による周波数伝達特性を示すブロック図である。電気的なカップリングによる周波数特性の理解は非常に容易であり、振動型ジャイロに用いる周波数帯域においては、寄生容量によるカップリング信号の位相は実質変化しないと考えてよい。すなわち、入力された信号はそのままの位相で出力される。また信号の大きさも寄生容量の値のみに依存し、周波数によらず一定の大きさで出力される。
【００４４】
図２〜図８を参照して説明した内容を総合すると、駆動振動する駆動質量体（駆動系）４、６と、角速度により発生するコリオリ力によって変位するように構成された検出質量体（検出系）１４とを有する振動型ジャイロ１において、駆動系共振周波数ωx（＝ωy）の駆動信号を入力した場合（モードマッチ）の信号出力は図９のようになる。先ず、ジャイロ１に駆動系共振周波数ωxの信号を入力すると、該信号が駆動櫛歯によって駆動力に変換され、駆動系に入力される。すると駆動系（駆動質量体４、６）が振動を開始し、この振動の振動変位ｘは−９０°の位相を持ち、駆動速度ｖは０°の位相を持つ。
【００４５】
次に、検出系に作用する信号について考える。第１は、コリオリ力による信号である。ジャイロ１が角速度Ωで回転すると、駆動速度ｖと角速度Ωに比例したコリオリ力２ＭｖΩ（Ｍは駆動系の質量）が発生する。このコリオリ力の位相は、駆動速度ｖと同じ０°である。第２は、クワドラチャーエラーによる信号である。ジャイロ１では、プロセスばらつき等によるＭＥＭＳ素子の非対称性のために、駆動変位ｘと同位相のいわゆるクワドラチャーエラーが発生するが、このクワドラチャーエラーの位相は駆動変位ｘと同じ−９０°である。第３は、駆動信号が直接的に検出系に作用することによる、不要な駆動力による信号である。この不要な駆動力は例えば、図１の振動型ジャイロの左側駆動質量体４の部分拡大図である図１１に示ように、駆動櫛歯間（可動櫛歯電極２２と固定櫛歯電極２４との間）のギャップが、通常はｇ３＝ｇ４となるように設計されているのに対して、プロセスばらつきや応力ひずみの影響により、ｇ３≠ｇ４となることによって発生する。この不要な駆動力の信号の位相は、駆動信号と同じ０°である。
【００４６】
上述した各信号が検出系を通過することによって、図９に示すように、検出系から出力されるそれぞれの信号の位相は、クワドラチャーエラー信号が−１８０°、角速度信号が−９０°、不要な駆動力による不要駆動力信号（不要０°信号）が−９０°となる。さらに、ＭＥＭＳ素子がもつ寄生容量によって、駆動信号が電気的カップリングを直接通過することにより得られるカップリング信号も併せて出力され、その位相は０°となる。
【００４７】
これら４種類の信号は、位相検波回路に送られて検波処理される。ここでは、角速度信号を検波によって取り出すために、位相検波回路が角速度信号の位相−９０°に調節され、図９に示すように、位相検波回路に送られた信号は、０°信号と９０°信号に分離され、検波信号（復調信号）として出力される。
【００４８】
ここで、クワドラチャーエラー信号及びカップリング信号はいずれも、位相検波回路での復調位相（−９０°）と位相が９０°異なるため、９０°信号として出力され、角速度信号の検出値（角速度信号）には直接的に影響を及ぼさない。しかし、図９に示すように、不要な駆動力に基づく不要駆動力信号（不要０°信号）は角速度信号と同位相であるため、０°信号（不要０°信号）として出力され、角速度信号と区別ができず、正確な検出の妨げとなっている。また後述するが、非モードマッチ状態では、カップリング信号も角速度信号と同位相となることがある。そこで以下に説明する実施形態では、クワドラチャーエラー信号以外の不要信号（不要０°信号及びカップリング信号）の影響を排除又は低減し、バイアス安定化を図る。
【００４９】
なおクワドラチャーエラー信号は、検出すべき角速度信号に比べて極めて大きいことが多く、故に角速度信号の検出精度に影響し得るため、クワドラチャーエラーについても補正が必要となる場合がある。しかし、その補正方法については多くの先行技術があり、上述の特許文献１−３もその例であるので、本願明細書では詳細には言及しない。
【００５０】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示す図であり、上述のジャイロ素子１に適用可能なフィードバック系回路を示すブロック図である。駆動系制御部（図示例ではＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御回路５０及びＡＧＣ（Auto Gain Control）制御回路５２）が駆動用櫛歯電極２４及び２８に関連付けられており、駆動質量体４及び６が、規定された逆相周波数及び振幅で駆動制御される。ＣＶ５４及び５６はいずれも、静電容量を電圧に変換する変換器であるが、ＣＶ５４はモニタ用櫛歯固定電極３２及び３８に関連付けられ、その出力は駆動質量体の振動制御に使用される。一方ＣＶ５６は、検出質量体１４の回転変位に伴う櫛歯電極４４と検出モニタ用櫛歯固定電極４６及び４８との間の容量変化を電圧に変換し、変換された電圧は検出信号として後述する位相検波回路（復調器）に送られる。
【００５１】
ＰＬＬ制御回路５０は、駆動質量体４及び６の共振周波数ωxを有する第１の周波数を出力し、ＡＧＣ制御回路５２は、駆動質量体４及び６が規定された振幅で駆動するように調整された駆動振幅信号を出力し、第１の周波数と駆動振幅信号は、駆動信号生成部５８に送られる。駆動信号生成部５８は、駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号Ｉと、第１の周波数とは異なる少なくとも１つの第２の周波数（図１１の例では、第１の周波数より高い周波数（ωx＋ωα））を有する少なくとも１つの第２の駆動信号IIとを多重化した駆動信号を生成する。より具体的には、駆動波形生成器６０が、第１の周波数に基づく駆動波形（sin(ωx)）と、第２の周波数に基づく駆動波形（sin(ωx＋ωα)）とを多重化（加算）した多重化駆動波形を生成し、変調器６２が駆動振幅信号を多重化駆動波形で変調することによって、多重化駆動信号が生成される。
【００５２】
図１１に示すように、第１の実施形態は、検出系（検出質量体）の出力信号から、第１の周波数で検波された第１の検波信号を生成する第１の位相検波回路６４と、検出系（検出質量体）の出力信号から、第２の周波数で検波された少なくとも１つの第２の検波信号を生成する第２の位相検波回路６６と、第１の検波信号から第１のフィードバック振幅信号を生成する第１の制御回路６８と、少なくとも１つの第２の検波信号から第２のフィードバック振幅信号を生成する第２の制御回路７０と、第１のフィードバック振幅信号を第１の周波数で変調した第１のフィードバック信号と、第２のフィードバック振幅信号を少なくとも１つの第２の周波数でそれぞれ変調した少なくとも１つの第２のフィードバック信号とを多重化して、第１の多重化フィードバック信号を生成するフィードバック信号生成部９０と、第２のフィードバック振幅信号を第１のフィードバック振幅信号から減算して角速度信号を出力する減算器７８とを有する。さらに、フィードバック信号生成部９０は、第１のフィードバック振幅信号を第１の周波数で変調して第１のフィードバック信号を生成する第１の変調器７２と、第２のフィードバック振幅信号を少なくとも１つの第２の周波数で変調して少なくとも１つの第２のフィードバック信号を生成する第２の変調器７４と、第１のフィードバック信号と少なくとも１つの第２のフィードバック信号を多重化して第１の多重化フィードバック信号を生成する加算器７６とを有する。
【００５３】
図１１に示す構成は、特許文献４の図１１に記載のものと類似するが、第１及び第２の制御回路６８及び７０を含むフィードバック経路が追加されており、特許文献４の図１１に記載のゲイン（７０）及びこれによる調整が不要となっている。換言すれば、特許文献４の図１１に記載の構成はオープンループによる補正回路を有し、本願明細書の図１１に記載の構成（第１の実施形態）はクローズドループ（フィードバック）による補正回路を有する。また後述する第２及び第３の実施形態も、クローズドループ（フィードバック）による補正回路を有するものである。
【００５４】
図１２ａ及び１２ｂは、第１の実施形態が適用可能な単純な例として、カップリングが存在しない（又は無視できる）場合の信号出力を示すブロック図であり、より具体的には、図１２ａは駆動質量体をモードマッチ共振周波数で駆動した場合を示し、図１２ｂは駆動質量体をモードマッチ共振周波数より高い周波数で駆動した場合を示す。この例では、共振周波数（ωx）の駆動信号の入力（図１２ａ）と、共振周波数よりも高い周波数（ωx＋ωα）の駆動信号の入力（図１２ｂ）とを同時に行えばよい。すなわち、図１１に示したように、周波数ωxとωx＋ωαの２つの信号を多重化した信号で駆動質量体を駆動し、各周波数で検波を行えば、図１２ａ及び図１２ｂに示すような出力信号が得られる。図１２ｂにおいて、０°出力としては実質的に不要０°信号のみが出力されているから、この値を図１２ａの０°出力である不要０°信号と角速度信号の合計値から減算することで、角速度信号を正確に求める補正が可能となる。
【００５５】
なお、図２を参照して説明したように、図１２ａ及び図１２ｂの例から出力される信号の強度は異なる。そこで第１の実施形態では、図１１に示すように、図１２ａ及び図１２ｂで得られる０°出力を、それぞれ第１の制御回路６８及び第２の制御回路７０、並びに第１の変調器７２及び第２の変調器７４を介して、振動型ジャイロ素子の検出系にフィードバックする。これにより、図１２ａ及び図１２ｂで示す不要な駆動力を打ち消すように、第１及び第２の制御回路が動作する。この場合、不要な駆動力の大きさは、周波数が違っても（同じ振幅の駆動信号で駆動していれば）同じであるから、不要な駆動力を打ち消すように生成されるフィードバック振幅信号の大きさも、周波数ωxによる場合と、周波数ωx＋ωαによる場合とで一致する。
【００５６】
上述のようにして生成される、周波数ωxによる第１のフィードバック振幅信号には、角速度信号と不要０°信号が含まれており、周波数ωx＋ωαによる第２のフィードバック振幅信号には、不要０°信号のみが含まれている。よって、第１のフィードバック振幅信号（補正前の角速度信号）から第２のフィードバック振幅信号（補正信号）を減算することによって、純粋な角速度信号（補正後の角速度信号）を得ることができる。なお、この例では共振周波数よりも高い周波数を多重化した場合について説明したが、共振周波数よりも低い周波数を多重化した場合も、同様の方法で補正が可能である。
【００５７】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示す図であり、上述のジャイロ素子１に適用可能なフィードバック系回路を示すブロック図である。なお第２の実施形態では、主に第１の実施形態と異なる部分について説明し、第１の実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付与して詳細な説明は省略する。
【００５８】
ＰＬＬ制御回路５０は、駆動質量体４及び６の共振周波数ωxを有する第１の周波数を出力し、ＡＧＣ制御回路５２は、駆動質量体４及び６が規定された振幅で駆動するように調整された駆動振幅信号を出力し、第１の周波数と駆動振幅信号は、駆動信号生成部５８′に送られる。駆動信号生成部５８′は、駆動質量体の共振周波数である第１の周波数を有する第１の駆動信号Ｉと、第１の周波数とは異なる少なくとも２つの第２の周波数（図１３の例では、第１の周波数より高い周波数Ａf（ωx＋ωα）と、第１の周波数より低い周波数Ｂf（ωx−ωα））をそれぞれ有する少なくとも２つの第２の駆動信号II（Ａdrs及びＢdrs）とを多重化した駆動信号を生成する。より具体的には、駆動波形生成器６０′が、第１の周波数に基づく駆動波形（sin(ωx)）と、第２の駆動信号II（Ａdrs及びＢdrs）に基づく駆動波形（sin(ωx＋ωα)及びsin(ωx−ωα)）とを多重化（加算）した多重化駆動波形を生成し、変調器６２が駆動振幅信号を多重化駆動波形で変調することによって、多重化駆動信号が生成される。
【００５９】
第２の実施形態は、検出系（検出質量体）の出力信号から、第１の周波数で検波された第１の検波信号を生成する第１の位相検波回路６４を有し、第２の位相検波回路として、検出系（検出質量体）の出力信号から、周波数Ａfで検波された第２の検波信号Ａdesを生成する位相検波回路６６と、検出系（検出質量体）の出力信号から、周波数Ｂfで検波された第２の検波信号Ｂdesを生成する位相検波回路６６′とを有する。従って第２の実施形態では、第２の位相検波回路が複数（図示例では２つ）設けられ、第２の検波信号が複数（図示例では２つ）の検波信号Ａdes及びＢdesを含み、第２の制御回路７０は、検波信号Ａdesと検波信号Ｂdesとを加算器８０で加算して得られた信号から第２のフィードバック振幅信号を生成する。
【００６０】
さらに第２の実施形態は、第１のフィードバック振幅信号を第１の周波数で変調した第１のフィードバック信号と、第２のフィードバック振幅信号を少なくとも２つの第２の周波数でそれぞれ変調した少なくとも２つの第２のフィードバック信号とを多重化して、第１の多重化フィードバック信号を生成するフィードバック信号生成部９０′と、第２のフィードバック振幅信号を第１のフィードバック振幅信号から減算して角速度信号を出力する減算器７８とを有する。さらに、フィードバック信号生成部９０′は、第１の制御回路６８が生成した第１のフィードバック振幅信号を第１の周波数で変調して第１のフィードバック信号を生成する第１の変調器７２を有し、第２の変調器として、第２のフィードバック振幅信号を周波数Ａfで変調して第２のフィードバック信号Ａfsを生成する変調器７４と、第２のフィードバック振幅信号を周波数Ｂfで変調して第２のフィードバック信号Ｂfsを生成する変調器７４′とを有し、第１のフィードバック信号、並びに第２のフィードバック信号Ａfs及びＢfsを多重化して第１の多重化フィードバック信号を生成する加算器７６′とを有する。
【００６１】
図１４ａ及び１４ｂは、第２の実施形態が適用可能な例として、カップリングが無視できない場合の信号出力を示すブロック図であり、より具体的には、図１４ａは駆動質量体をモードマッチ共振周波数より高い周波数で駆動した場合を示し、図１４ｂは駆動質量体をモードマッチ共振周波数より低い周波数で駆動した場合を示す。
【００６２】
図９を参照して説明した例では、位相検波回路からの０°出力が角速度信号と不要０°信号を含んでいるが、図１４ａ及び１４ｂの位相検波回路からの０°出力では、いずれもカップリング信号と不要０°信号を含み、カップリング信号は、符号が互いに逆でかつ大きさ（絶対値）が等しくなっている。そこで、図１３に示した第２の実施形態に記載の構成を用いて、図１４ａ及び１４ｂの０°出力信号を加算器８０で加算処理することによって、カップリング信号を除去することができる。その後、第１の実施形態と同様の方法で第２のフィードバック振幅信号を生成することができる。
【００６３】
具体的には、図１３に示すように、第１の制御回路６８が生成した第１のフィードバック振幅信号を第１の周波数で変調して得られた第１のフィードバック信号と、第２の制御回路７０が生成した第２のフィードバック振幅信号を第２の周波数Ａf及びＢfでそれぞれ変調して得られた第２のフィードバック信号Ａfs及びＢfsとから、加算器７６′を用いて第１の多重化フィードバック信号を生成し、これを振動型ジャイロ素子の検出系にフィードバックする。加算器８０を経た第２のフィードバック振幅信号（補正信号）は、カップリング信号が相殺されて不要０°信号のみを含むので、第１のフィードバック振幅信号（補正前の角速度信号）からこれを減算することによって、純粋な角速度信号（補正後の角速度信号）を得ることができる。
【００６４】
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る振動型ジャイロの構成を示す図であり、上述のジャイロ素子１に適用可能なフィードバック系回路を示すブロック図である。なお第３の実施形態では、主に第２の実施形態と異なる部分について説明し、第２の実施形態と同様の構成要素については、同一の参照符号を付与して詳細な説明は省略する。
【００６５】
第３の実施形態は、第２の実施形態と同様、第２の検波信号が２つの検波信号Ａ及びＢを含み、第２の制御回路７０が、検波信号Ａdesと検波信号Ｂdesとを加算器８０で加算して得られた信号から第２のフィードバック振幅信号を生成する。第３の実施形態はさらに、検波信号Ａdes及び検波信号Ｂdesの一方から他方を減算する減算器８２と、減算器８２での減算処理によって得られた信号から第３のフィードバック振幅信号を生成する第３の制御回路８４と、第３のフィードバック振幅信号を、多重化駆動信号の周波数（多重化駆動波形）によって変調して第２の多重化フィードバック信号を生成する第３の変調器８６と、第２の多重化フィードバック信号を検出質量体１４の検出信号から減算する減算器８８とを有する。
【００６６】
第３の実施形態は、第２の実施形態に、カップリング信号に関するフィードバックループを付加したものに相当する。図９を参照して説明したようなモードマッチ状態（駆動質量体と検出質量体の共振周波数が一致しており、駆動質量体をその共振周波数で駆動した場合）では、カップリング信号は、角速度信号とは９０°異なる位相で出力されるので、本来は不要信号として検出されることはない。しかしながら、図１６に示すように非モードマッチ状態では、カップリング信号と角速度信号とが同位相で出力され、補正が必要となる場合がある。また、モードマッチ状態において、カップリング信号が角速度信号と９０°異なる位相で出力されていても、カップリング信号が過度に大きい場合には、その影響が現れて補正が必要となることがある。
【００６７】
そこで、第３の実施形態は、第２の実施形態に加えて、図１５に示すように、図１４ａ及び１４ｂの信号（又はこれらに相当する信号）を減算器８２で減算処理した信号を用いて、第３の制御回路８４で第３のフィードバック振幅信号を生成し、第３のフィードバック振幅信号を第３の変調器８６によって多重化駆動信号の周波数（多重化駆動波形）で変調して、減算器８８で検出系の出力信号から減算するように構成されている。
【００６８】
第３の実施形態における処理は、第２の実施形態で図１４ａ及び１４ｂの信号を加算処理して不要０°信号のみを取り出したのと同様の考え方から、図１４ａ及び１４ｂの信号を減算処理すると、カップリング信号が取り出せることを利用している。ただし、図１４ａ及び１４ｂにおける不要０°信号の大きさは、必ずしも一致しているとは限らないため、単純に減算処理しただけでは、不要０°信号を取り除いて、純粋なカップリング信号のみを取り出すことができない可能性がある。そこで第３の実施形態では、第２の実施形態の場合と同様に、図１４ａ及び１４ｂの信号を加算処理して得られた信号を検出系１４にフィードバックすることで、検出系手前の不要な駆動力を打ち消すように回路が構成されている。このようにすることで、不要な駆動力に関する出力信号である、不要０°信号は、検出系の手前でその補正が完了し、位相検波回路から出力されない状態となる。
【００６９】
上述の処理の結果、図１４ａ及び１４ｂにおいて位相検波回路の０°から出力される信号はカップリング信号のみとなるので、これらを減算処理（図１４ａ及び１４ｂのカップリング信号は位相が１８０°異なる差動出力なので、実質的にはカップリング信号を加算している）することによって、カップリング信号のみを検出することができる。さらに、このようにして検出したカップリング信号を、第３の制御回路８４を介して位相検波回路の手前にフィードバック（検出系出力の直後で減算補正）することによって、位相検波回路の手前でカップリング信号が取り除かれ、各位相検波回路はカップリング信号を含まない値を検出することができる。以上のようにして、カップリング信号が好適に補正されるので、その他の回路、処理に関しては、第２の実施形態と同様に行うことができ、これにより純粋な角速度信号（補正後の角速度信号）を得ることができる。
【００７０】
上述の第１−第３の実施形態に係る振動型ジャイロは、角速度信号を検出するために駆動質量体の共振周波数に整合するように調整された周波数の第１の駆動信号と、不要成分の信号を検出・補正するために駆動質量体の共振周波数とは異なる１つ以上の周波数の第２の駆動信号とを多重化した信号によって駆動され、検出質量体の検出信号が、各周波数の信号でそれぞれ位相検波され、さらに、各検波信号が検出系に多重化してフィードバックされる。これにより、不要信号を含む角速度信号と、不要信号のみを含む補正信号とがそれぞれ検出可能となり、角速度信号から不要信号を減算・補正することによって、純粋な（極めて正確な）角速度信号を得ることができる。
【００７１】
なお図９等の信号出力を示すブロック図において、主要な（無視できない）信号は実線で示され、十分に小さく無視できる信号は点線で示されている。また各（交流）信号名称の後の「:」の後ろの数字は、出力位相を示す。一方、位相検波回路通過後の信号は直流信号であるため、「:」の後ろはその正負を示す。さらに、位相検波回路通過後の信号のうち、十分小さく無視できる信号には「（微小）」なる記載を付した。
【００７２】
以上、本発明の好適な実施形態として、角速度により発生するコリオリ力によって回転励振されるように構成された検出質量体と、該検出質量体の内側に設けられ、互いに逆相で振動する一対の駆動質量体とを有する振動型ジャイロが説明されたが、本発明の適用対象はこのようなジャイロに限られず、角速度入力によって変位し得る検出質量体を有するものであればどのような振動型ジャイロにも適用できる。また、駆動質量体と検出質量体が実質一体の構造体となっており、当該構造体が駆動質量体と検出質量体の双方の機能を具備するようなタイプの振動型ジャイロも本発明の適用対象に含まれる。
【００７３】
また本発明は、特許文献１に記載のような、クワドラチャーエラー抑制のためのＡＣ櫛歯電極及びＤＣ櫛歯電極を有した振動型ジャイロにも適用可能である。すなわち、本発明のバイアス補正と、クワドラチャーエラー抑制とは同時に行うことが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１    振動型ジャイロ
２    基板
４、６    駆動質量体
１２    中央連結ばね
１４    検出質量体
２４、２８    駆動用櫛歯固定電極
３２、３８    駆動モニタ用櫛歯固定電極
４６、４８    検出モニタ用櫛歯固定電極
５０    ＰＬＬ制御器
５２    ＡＧＣ制御器
５４、５６    ＣＶ変換器
５８、５８′    駆動信号生成部
６０、６０′    駆動波形生成器
６２、７２、７４、７４′、８６    変調器
６４、６６、６６′    位相検波回路
６８、７０、８４    制御回路
７６、７６′、８０    加算器
７８、８２、８８    減算器
９０、９０′    フィードバック信号生成部
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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