(57)【要約】【課題】感度調整段階を備える角速度センサの感度調整方法を提供する。【解決手段】錘部を有し、第１の軸方向と第２の軸方向とで異なる振動共振周波数で錘部を駆動させる駆動素子と、第１の軸回りの角速度に応じた第１の角速度信号を算出する算出部とを備える角速度センサの感度調整方法において、錘部を第１の軸方向に振動させ、錘部が第１の軸方向に駆動した場合の駆動素子の第１振動特性を検出する第１検出段階と、錘部を第２の軸方向に振動させ、錘部が第２の軸方向に駆動した場合の駆動素子の第２振動特性を検出する第２検出段階と、第１振動特性および第２振動特性に基づいて、角速度センサの感度を調整する感度調整段階とを備える方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘部を有し、第１の軸方向と第２の軸方向とで異なる振動共振周波数で前記錘部を駆動させる駆動素子と、第１の軸回りの角速度に応じた第１の角速度信号を算出する算出部とを備える角速度センサの感度調整方法において、
前記錘部を前記第１の軸方向に振動させ、前記錘部が前記第１の軸方向に駆動した場合の前記駆動素子の第１振動特性を検出する第１検出段階と、
前記錘部を前記第２の軸方向に振動させ、前記錘部が前記第２の軸方向に駆動した場合の前記駆動素子の第２振動特性を検出する第２検出段階と、
前記第１振動特性および前記第２振動特性に基づいて、前記角速度センサの感度を調整する感度調整段階と
を備える方法。
【請求項２】
前記第１振動特性は、前記錘部が前記第１の軸方向に駆動した場合における、前記錘部の第１振動共振周波数および第１振動共振周期のいずれか１つを含み、
前記第２振動特性は、前記錘部が前記第２の軸方向に駆動した場合における、前記錘部の第２振動共振周波数および第２振動共振周期のいずれか１つを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記感度調整段階において、前記第１振動特性と前記第２振動特性との差分に基づいて、前記角速度センサの感度を調整する
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記感度調整段階において、第１温度における前記第１振動特性と前記第２振動特性との第１の差分と、第２温度における前記第１振動特性と前記第２振動特性との第２の差分との比に基づいて、前記角速度センサの感度を調整する
を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の角速度信号を算出する第１算出段階と、
第２の軸回りの角速度に応じた第２の角速度信号を算出する第２算出段階と、
第３の軸回りの角速度に応じた第３の角速度信号を算出する第３算出段階と
を備え、
前記感度調整段階は、
前記第１の差分と前記第２の差分との比を前記第１の角速度信号、前記第２の角速度信号および前記第３の角速度信号の少なくとも１つに乗算する乗算段階を有する
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記錘部を前記第３の軸方向に振動させ、前記錘部が第３の軸方向に駆動した場合の第３振動特性を検出する第３検出段階を更に備え、
前記感度調整段階は、
前記第１の差分と前記第２の差分との比に基づいて、前記第３の角速度信号を算出するための前記角速度センサの感度を調整する第１調整段階と、
前記第１温度における前記第２振動特性と前記第３振動特性との第３の差分と、前記第２温度における前記第２振動特性と前記第３振動特性との第４の差分との比に基づいて、前記第１の角速度信号を算出するための前記角速度センサの感度を調整する第２調整段階と、
前記第１温度における前記第３振動特性と前記第１振動特性との第５の差分と、前記第２温度における前記第３振動特性と前記第１振動特性との第６の差分との比に基づいて、前記第２の角速度信号を算出するための前記角速度センサの感度を調整する第３調整段階と
を備える
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１検出段階は、前記第２算出段階および前記第３算出段階を含み、前記第２の角速度信号および前記第３の角速度信号を算出し、且つ、前記第１振動特性を検出し、
前記第２検出段階は、前記第３算出段階および前記第１算出段階を含み、前記第３の角速度信号および前記第１の角速度信号を算出し、且つ、前記第２振動特性を検出し、
前記第３検出段階は、前記第１算出段階および前記第２算出段階を含み、前記第１の角速度信号および前記第２の角速度信号を算出し、且つ、前記第３振動特性を検出する
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１検出段階、前記第２検出段階および前記第３検出段階のいずれか１つの検出段階は、前記第１算出段階、前記第２算出段階および前記第３算出段階を含まない
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１検出段階は、前記第２算出段階又は前記第３算出段階を含み、
前記第２検出段階は、前記第３算出段階および前記第１算出段階の内、前記第１検出段階に含まれていない算出段階を含み、
前記第３検出段階は、前記第１算出段階および前記第２算出段階の内、前記第１検出段階および前記第２検出段階に含まれていない算出段階を含む
請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
複数の前記第１検出段階、複数の前記第２検出段階および複数の前記第３検出段階を備え、
前記第１検出段階において検出した前記第１振動特性に基づいて、後の第１検出段階で前記錘部を前記第１の軸方向に振動させ、
前記第２検出段階において検出した前記第２振動特性に基づいて、後の第２検出段階で前記錘部を前記第２の軸方向に振動させ、
前記第３検出段階において検出した前記第３振動特性に基づいて、後の第３検出段階で前記錘部を前記第３の軸方向に振動させ、
請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
錘部を有し、第１の軸方向に第１振動共振周波数で前記錘部を駆動させ、第２の軸方向に前記第１振動共振周波数と異なる第２振動共振周波数で前記錘部を駆動させる駆動素子と、
前記錘部が前記第１の軸方向に駆動した場合の第１振動特性と、前記錘部が前記第２の軸方向に駆動した場合の第２振動特性とを検出する検出部と、
前記第１振動特性および前記第２振動特性に基づいて、前記駆動素子および前記検出部のいずれかの感度を調整する感度調整部と
を備える角速度センサ。
【請求項１２】
前記検出部は、
前記錘部が前記第１の軸方向に駆動した場合における、前記錘部の第１振動共振周波数および第１振動共振周期の少なくとも１つを前記第１振動特性として検出し、
前記錘部が前記第２の軸方向に駆動した場合における、前記錘部の第２振動共振周波数および第２振動共振周期の少なくとも１つを前記第２振動特性として検出する
請求項１１に記載の角速度センサ。
【請求項１３】
前記感度調整部は、前記第１振動特性と前記第２振動特性との差分に基づいて、前記角速度センサの感度を調整する
請求項１１又は１２に記載の角速度センサ。
【請求項１４】
前記感度調整部は、第１温度における前記第１振動特性と前記第２振動特性との第１の差分と、第２温度における前記第１振動特性と前記第２振動特性との第２の差分との比に基づいて、前記角速度センサの感度を調整する
を備える請求項１１から１３のいずれか一項に記載の角速度センサ。
【請求項１５】
第１の軸回りの角速度に応じた第１の角速度信号と、第２の軸回りの角速度に応じた第２の角速度信号と、第３の軸回りの角速度に応じた第３の角速度信号を算出する算出部を更に備え、
前記感度調整部は、
前記第１の差分と前記第２の差分との比を前記第１の角速度信号、前記第２の角速度信号および前記第３の角速度信号の少なくとも１つに乗算する演算部を有する
請求項１４に記載の角速度センサ。
【請求項１６】
前記検出部は、前記錘部が第３の軸方向に駆動した場合の第３振動特性を検出し、
前記感度調整部は、
前記第１の差分と前記第２の差分との比に基づいて、前記第３の角速度信号を算出するための前記角速度センサの感度を調整し、
前記第１温度における前記第２振動特性と前記第３振動特性との第３の差分と、前記第２温度における前記第２振動特性と前記第３振動特性との第４の差分との比に基づいて、前記第１の角速度信号を算出するための前記角速度センサの感度を調整し、
前記第１温度における前記第３振動特性と前記第１振動特性との第５の差分と、前記第２温度における前記第３振動特性と前記第１振動特性との第６の差分との比に基づいて、前記第２の角速度信号を算出するための前記角速度センサの感度を調整する
請求項１５に記載の角速度センサ。
【請求項１７】
前記錘部を予め定められた方向に振動させる振動制御部を更に備え、
前記振動制御部は、
前記第１振動特性に基づいて、前記錘部を前記第１の軸方向に振動させ、
前記第２振動特性に基づいて、前記錘部を前記第２の軸方向に振動させ、
前記第３振動特性に基づいて、前記錘部を前記第３の軸方向に振動させる
請求項１６に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサおよびその感度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動型の角速度センサにおいて、製造プロセスのばらつき等によりセンサ感度にばらつきが生じることが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
特許文献１  特開平０９−１０１１５７号公報
特許文献２  特開２０１４−１７８１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の角速度センサは、工場出荷後に温度変化が生じた場合、センサ感度を一定に保つことができない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、錘部を有し、第１の軸方向と第２の軸方向とで異なる振動共振周波数で錘部を駆動させる駆動素子と、第１の軸回りの角速度に応じた第１の角速度信号を算出する算出部とを備える角速度センサの感度調整方法において、錘部を第１の軸方向に振動させ、錘部が第１の軸方向に駆動した場合の駆動素子の第１振動特性を検出する第１検出段階と、錘部を第２の軸方向に振動させ、錘部が第２の軸方向に駆動した場合の駆動素子の第２振動特性を検出する第２検出段階と、第１振動特性および第２振動特性に基づいて、角速度センサの感度を調整する感度調整段階とを備える方法を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、錘部を有し、第１の軸方向に第１振動共振周波数で錘部を駆動させ、第２の軸方向に第１振動共振周波数と異なる第２振動共振周波数で錘部を駆動させる駆動素子と、錘部が第１の軸方向に駆動した場合の第１振動特性と、錘部が第２の軸方向に駆動した場合の第２振動特性とを検出する検出部と、第１振動特性および第２振動特性に基づいて、駆動素子および検出部のいずれかの感度を調整する感度調整部とを備える角速度センサを提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】角速度センサ１００の構成の概要を示す。
【図２】実施例１に係る駆動素子９０の上面図の一例を示す。
【図３】実施例１に係るセンサパッケージ２００の断面図の一例を示す。
【図４】駆動共振周波数ｆｄおよび検出共振周波数ｆｓの関係の一例を示す。
【図５】角速度感度Ｓと、駆動共振周波数ｆｄおよび検出共振周波数ｆｓの差分の逆数との関係を示す。
【図６】センサパッケージ２００の感度調整方法を説明するための図である。
【図７】角速度センサ１００の動作の一例を示す。
【図８】角速度センサ１００の駆動方法および検出方法の一例を示す。
【図９】角速度センサ１００の詳細な信号波形の一例を示す。
【図１０】角速度センサ１００のタイミングチャートの一例を示す。
【図１１】角速度センサ１００のタイミングチャートの一例を示す。
【図１２】角速度センサ１００の構成の概要を示す。
【図１３】演算部９４における調整演算方式の一例を示す。
【図１４】周波数検出回路８５のカウント計算方法の一例を示す。
【図１５】演算部９４における調整演算方式の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、角速度センサ１００の構成の概要を示す。本例の角速度センサ１００は、駆動素子９０および信号処理部８０を備える。
【００１０】
角速度センサ１００は、駆動素子９０が有する錘部を振動させることで、振動方向と直交する２軸方向の角速度を検出する。本例の角速度センサ１００は、駆動素子９０の錘部を異なる方向に振動させ、任意の１軸方向の角速度に対し２回の検出を行う。その後、角速度センサ１００は、２回分の角速度の検出信号を演算することで、角速度を算出する。角速度センサ１００は、印加角速度の変化に対して、錘部の振動方向の切り替えを十分に早くすることが好ましい。
【００１１】
駆動素子９０は、予め定められた方向に振動可能な錘部を有する。駆動素子９０は、第１の軸方向に第１振動共振周波数で錘部を駆動させる。また、駆動素子９０は、第２の軸方向に第１振動共振周波数と異なる第２振動共振周波数で錘部を駆動させる。駆動素子９０の錘部には、角速度センサ１００に加わる角速度に応じたコリオリ力が生じる。駆動素子９０は、当該コリオリ力に応じた検出信号を出力する。コリオリ力とは、駆動素子９０の錘部の振動方向と垂直な方向に発生する、角速度センサ１００に加わる角速度に比例した慣性力のことである。一例において、駆動素子９０は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）である。
【００１２】
信号処理部８０は、駆動素子９０が出力する検出信号に基づいて、角速度センサ１００に印加された角速度を算出する。信号処理部８０は、検出部８１、算出部８２および振動制御部８３を備える。信号処理部８０は、一例において、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。
【００１３】
検出部８１は、駆動素子９０の出力する検出信号を検出する。検出部８１は、駆動素子９０が有する錘部の振動特性Ｖｃを検出する。一例において、振動特性Ｖｃとは、錘部の振動共振周波数および振動共振周期の少なくとも一方を含む。検出部８１は、駆動素子９０が錘部を３軸方向に動作させる場合、３軸方向の振動共振周波数および振動共振周期をそれぞれ検出してよい。
【００１４】
例えば、検出部８１は、駆動素子９０の錘部が第１の軸方向に駆動した場合の第１振動特性Ｖｃ１と、錘部が第２の軸方向に駆動した場合の第２振動特性Ｖｃ２とを検出する。第１振動特性Ｖｃ１は、錘部が第１の軸方向に駆動した場合における、錘部の第１振動共振周波数および第１振動共振周期のいずれか１つを含む。第２振動特性Ｖｃ２は、錘部が第２の軸方向に駆動した場合における、錘部の第２振動共振周波数および第２振動共振周期のいずれか１つを含む。
【００１５】
また、検出部８１は、駆動素子９０の錘部が第３の軸方向に駆動した場合の第３振動特性Ｖｃ３を検出してもよい。第３振動特性Ｖｃ３は、錘部が第３の軸方向に駆動した場合における、錘部の第３振動共振周波数および第３振動共振周期のいずれか１つを含む。
【００１６】
算出部８２は、検出部８１が検出した検出信号を信号処理して、角速度センサ１００に印加された角速度を算出する。算出部８２は、駆動素子９０の錘部の振動方向とは垂直な方向に発生するコリオリ力に基づいて、駆動素子９０の角速度を算出する。一例において、算出部８２は、感度調整部を有し、第１振動特性Ｖｃ１および第２振動特性Ｖｃ２に基づいて、駆動素子９０および検出部８１のいずれかの感度を調整する。
【００１７】
振動制御部８３は、検出部８１で検出した検出信号に基づいて、駆動素子９０の錘部を振動させるための駆動信号を生成する。振動制御部８３は、生成した駆動信号を駆動素子９０に出力する。これにより、振動制御部８３は、駆動素子９０の駆動を制御する。一例において、振動制御部８３は、駆動素子９０が有する錘部の振動の開始および停止のタイミングを制御する。振動制御部８３は、駆動素子９０の錘部を３軸方向に駆動させてよい。
【００１８】
［実施例１］
図２は、実施例１に係る駆動素子９０の上面図の一例を示す。図３は、実施例１に係るセンサパッケージ２００の断面図の一例を示す。
【００１９】
センサパッケージ２００は、角速度センサ１００、パッケージ基板１１０およびケース１２０を備える。パッケージ基板１１０の上面には、信号処理部８０および駆動素子９０が順に積層される。但し、信号処理部８０および駆動素子９０の配置は、これに限られない。ケース１２０は、信号処理部８０および駆動素子９０を完全に覆うようにパッケージ基板１１０上に配置される。
【００２０】
駆動素子９０は、支持部１０、ダイヤフラム２０、錘部３０、駆動電極４０、検出電極５０、下部電極６０及び圧電膜７０を備える。本明細書において、駆動電極４０及び検出電極５０の形成される面をＸＹ平面とし、錘部３０が延伸する方向をＺ軸方向とする。なお、本明細書において、Ｘ軸は第１の軸の一例であり、Ｙ軸は第２の軸の一例であり、Ｚ軸は第３の軸の一例である。
【００２１】
支持部１０は、平面視で、角速度センサ１００の外周に沿って形成される。平面視とは、Ｚ軸方向に角速度センサ１００を見た場合の視点を指す。支持部１０は、半導体基板を加工することにより形成される。例えば、半導体基板は、Ｓｉ−ＳｉＯ２−Ｓｉといった３層構造を有するＳＯＩ基板である。この場合、支持部１０は、ＳＯＩ基板におけるＳｉ層を深堀エッチングすることにより形成される。
【００２２】
ダイヤフラム２０は、外周が支持部１０により支持されて形成された振動板である。ダイヤフラム２０は、半導体基板を深堀エッチングすることにより、支持部１０と錘部３０との間に形成される。ダイヤフラム２０は外周が支持部１０に固定されており、駆動素子９０に入力された駆動信号に応じて振動する。
【００２３】
錘部３０は、駆動素子９０に入力された駆動信号に応じて所定の方向に振動する。錘部３０は、少なくとも２軸方向に振動される。錘部３０は、平面視で外周がダイヤフラム２０に固定されるので、ダイヤフラム２０と一体となって振動する。錘部３０は、支持部１０及びダイヤフラム２０と一体に形成されるのが好ましい。この場合、錘部３０は、半導体基板を深堀エッチングすることにより、ダイヤフラム２０に対し垂直な方向に延伸して形成される。また、錘部３０は、駆動素子９０の略中心に配置されるのが好ましい。本例の錘部３０は、円柱形状を有するが、楕円柱その他の形状を有してよい。なお、支持部１０は、錘部３０の振動に応じて変位しないことが好ましい。これにより、錘部３０は、安定して任意の方向に振動する。
【００２４】
下部電極６０は、支持部１０、ダイヤフラム２０及び錘部３０の上面に配置される。下部電極６０は、接地される等により、予め定められた電位に設定される。これにより、駆動電極４０と下部電極６０との間、及び、検出電極５０と下部電極６０との間に電位差を発生させることができる。
【００２５】
圧電膜７０は、下部電極６０の上面において、ＸＹ平面に延伸して形成される。圧電膜７０は、駆動電極４０と下部電極６０との間に設けられる。また、圧電膜７０は、検出電極５０と下部電極６０との間に設けられる。圧電膜７０は、駆動電極４０に駆動信号を入力することにより、駆動電極４０と下部電極６０との間の電位差に応じた電圧が印加される。これにより、圧電膜７０は、駆動電極４０によって印加される電圧に応じて曲げられる。
【００２６】
なお、圧電膜７０は、支持部１０に近いほど振動時に加えられる応力が大きくなるので、支持部１０の内周付近の圧電膜７０には、大きな電流が発生する。したがって、検出電極５０は、錘部３０に近い位置に設けられるよりも、支持部１０に近い位置に設けられた方が、より大きな信号として検出できる。
【００２７】
駆動電極４０は、入力された駆動信号に応じて、錘部３０を共振させる。駆動電極４０は、４つの駆動電極４０ａ、４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを有する。駆動電極４０ａ，４０ｂは、錘部３０を挟んでＸ軸方向に配列されている。駆動電極４０ｃ，４０ｄは、錘部３０を挟んでＹ軸方向に配列されている。駆動電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄには、駆動信号ＤＸ１，ＤＸ２，ＤＹ１，ＤＹ２がそれぞれ入力される。また、駆動電極４０は、平面視で錘部３０の外周に対応する位置の近辺に配置される。錘部３０の外周は、振動の固定端である支持部１０の内周からの距離が最大となるので、錘部３０の外周付近の圧電膜７０には大きなモーメントが発生する。したがって、駆動電極４０は、支持部１０に近接して設けられる場合よりも、錘部３０を効率的に振動させることができる。
【００２８】
検出電極５０は、錘部３０に発生したコリオリ力に対応した信号を出力する。本例の検出電極５０は、発生したコリオリ力の大きさに応じた信号を電圧値として出力する。検出電極５０は、平面視で支持部１０の内周に対応する位置の近辺に配置される。検出電極５０は、錘部３０の変位に応じた検出信号を生成する。検出電極５０は、４つの検出電極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを有する。検出電極５０ａ，５０ｂは、錘部３０を挟んでＸ軸方向に配列されている。検出電極５０ｃ，５０ｄは、錘部３０を挟んでＹ軸方向に配列されている。検出電極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄは、検出信号ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＹ１，ＳＹ２をそれぞれ出力する。
【００２９】
以上の通り、本例の角速度センサ１００は、錘部３０の振動方向と垂直な方向に発生するコリオリ力を検出することにより、角速度センサ１００に印加される角速度を算出する。また、角速度センサ１００は、錘部３０の振動方向を切り替えることにより、複数の回転軸の角速度を検出できる。具体的には、角速度センサ１００は、錘部３０を間欠に振動させて、第１の方向から第２の方向に振動方向を切り替える。角速度センサ１００は、切り替え動作の繰返しによって、任意の時間における各回転軸の角速度を測定する。
【００３０】
図４は、駆動共振周波数ｆｄおよび検出共振周波数ｆｓの関係の一例を示す。縦軸は錘部３０の変位を示し、横軸は錘部３０の振動周波数を示す。差分Δｆは、駆動共振周波数ｆｄと検出共振周波数ｆｓとの差分を示す。後述する通り、角速度センサ１００は、差分Δｆを用いて感度を調整する。
【００３１】
駆動共振周波数ｆｄとは、駆動軸において錘部３０が共振する場合の共振周波数ｆである。駆動軸とは、錘部３０が振動する方向に平行な軸である。駆動共振周波数ｆｄは、駆動素子９０の構造や材料等に応じて変化する。
【００３２】
検出共振周波数ｆｓとは、検出軸の共振周波数ｆである。検出軸とは、角速度センサ１００に印加される角速度に応じて生じるコリオリ力が発生する方向に平行な軸である。検出共振周波数ｆｓは、駆動素子９０の構造や材料等に応じて変化する。
【００３３】
角速度センサ１００は、測定ごとに、駆動軸と検出軸とを入れ替える。例えば、予め定められた軸の駆動時に駆動共振周波数ｆｄを測定すると、他の軸で駆動する際には、駆動共振周波数ｆｄが検出共振周波数ｆｓとなる。即ち、３軸分の駆動共振周波数ｆｄを測定すると、３軸分の検出共振周波数ｆｓが分かる。
【００３４】
図５は、角速度感度Ｓと、駆動共振周波数ｆｄおよび検出共振周波数ｆｓの差分の逆数との関係を示す。縦軸は角速度感度Ｓ［ａＦ／ｄｅｇ／ｓｅｃ］を示し、横軸は１／｜ｆｚ−ｆｘｙ｜［１／Ｈｚ］を示す。
【００３５】
角速度感度Ｓは、駆動共振周波数ｆｄおよび検出共振周波数ｆｓの差分の逆数に比例する。言い換えると、角速度感度Ｓは、駆動共振周波数ｆｄと検出共振周波数ｆｓとの差分に反比例する。即ち、温度Ｔの場合、角速度感度Ｓは次式で示される。
【数１】
2017187445.tif 000003
ｆｄ（Ｔ）は、温度Ｔにおける駆動共振周波数ｆｄを示す。ｆｓ（Ｔ）は、温度Ｔにおける検出共振周波数ｆｓを示す。
【００３６】
角速度感度Ｓが、駆動共振周波数ｆｄと検出共振周波数ｆｓとの差分に反比例する特性を利用することにより、角速度センサ１００における回路の出力値ＡＤ（Ｔ）を調整した調整出力値ＡＤ'（Ｔ）を算出する。これにより、角速度センサ１００は、温度Ｔでの感度を、基準時における基準温度Ｔｒｅｆでの感度と同一に設定できる。例えば、基準時における基準温度Ｔｒｅｆでの感度は、角速度センサ１００の工場出荷時において、室温ＲＴで測定される。
【００３７】
ここで、基準温度Ｔｒｅｆを室温ＲＴに設定した場合、温度Ｔでの調整出力値ＡＤ'（Ｔ）は、次式で示される。
【数２】
2017187445.tif 000004
【００３８】
角速度センサ１００は、工場出荷時に測定された駆動共振周波数ｆｄ（ＲＴ）および検出共振周波数ｆｓ（ＲＴ）を保存する。一例において、角速度センサ１００は、工場出荷時に測定データを不揮発メモリに保存する。また、角速度センサ１００は、室温での駆動共振周波数ｆｄ（ＲＴ）と検出共振周波数ｆｓ（ＲＴ）との差分を保存してもよい。角速度センサ１００の使用時に、温度Ｔにおける駆動共振周波数ｆｄ（Ｔ）と検出共振周波数ｆｓ（Ｔ）を測定することにより、出力値ＡＤ（Ｔ）を調整して調整出力値ＡＤ'（Ｔ）が得られる。
【００３９】
なお、本例の角速度センサ１００は、工場出荷時において、室温ＲＴを基準温度Ｔｒｅｆとして測定するが、特にこれに限られない。但し、角速度センサ１００は、基準温度Ｔｒｅｆを角速度センサ１００の使用時の温度と近い温度に設定することにより、誤差が小さくなり、より正確に出力値を調整できる。
【００４０】
図６は、センサパッケージ２００の感度調整方法を説明するための図である。本例のセンサパッケージ２００は、回転テーブル３００上に配置されている。
【００４１】
回転テーブル３００は、Ｚ軸回りに回転する平板のテーブルである。回転テーブル３００は、基準温度Ｔｒｅｆにおいて、任意の角速度Ω［ｄｐｓ］でＺ軸回りに回転する。これにより、回転テーブル３００は、センサパッケージ２００に角速度Ωを加える。ここで、角速度センサ１００の回路ゲインがαの場合の、角速度センサ１００におけるＡＤ出力は次式で示される。
【数３】
2017187445.tif 000005
なお、本明細書において、ＡＤ出力とは、角速度センサ１００に印加された角速度を算出するために、角速度センサ１００が検出した検出信号をデジタル信号に変換した信号を示す。
【００４２】
また、温度Ｔにおける感度Ｓ（Ｔ）は、基準温度における感度をＳ０とすると、次式で示される。
【数４】
2017187445.tif 000006
【数５】
2017187445.tif 000007
【００４３】
次に、角速度センサ１００の使用時に、ＡＤ値に加えて駆動共振周波数ｆｄおよび検出共振周波数ｆｓを測定する。角速度センサ１００は、工場出荷時の駆動共振周波数ｆｄ（Ｔｒｅｆ）および検出共振周波数ｆｓ（Ｔｒｅｆ）を記憶する。記憶した工場出荷時の駆動共振周波数ｆｄ（Ｔｒｅｆ）、検出共振周波数ｆｓ（Ｔｒｅｆ）およびαに基づいて、調整出力値ＡＤ'を計算すると次式で示される。
【数６】
2017187445.tif 000008
【００４４】
このように、調整出力値ＡＤ'（Ｔ）は、基準時の感度Ｓ（Ｔｒｅｆ）を含む出力として表される。このように、本例の角速度センサ１００は、工場出荷時の基準温度Ｔｒｅｆで、駆動共振周波数ｆｄ（Ｔｒｅｆ）と検出共振周波数ｆｓ（Ｔｒｅｆ）との差分を保存しておけば、温度Ｔでの出力値ＡＤ（Ｔ）から、角速度感度Ｓを調整できる。そのため、角速度センサ１００がメモリに保存するデータ量は少ない。
【００４５】
図７は、角速度センサ１００の動作の一例を示す。図８は、角速度センサ１００の駆動方法および検出方法の一例を示す。
【００４６】
Ｘ駆動時、角速度センサ１００は、角速度ωｙおよび角速度ωｚを算出する。角速度センサ１００は、Ｘ軸方向に振動する錘部３０に対するＺ軸方向のコリオリ力を検出することにより、角速度ωｙを算出する。この場合、角速度センサ１００は、駆動電極４０に駆動信号＋ＤＸ１および−ＤＸ２を入力し、錘部３０をＸ軸方向に振動させる。角速度センサ１００は、角速度ωｙに応じて発生するコリオリ力に応じた検出信号ＳＹ１＋ＳＹ２を検出電極５０から出力する。そして、角速度センサ１００は、検出信号ＳＹ１＋ＳＹ２に基づいて、ＡＤ値としてＡＤωｙを生成する。
【００４７】
同様に、角速度センサ１００は、Ｘ軸方向に振動する錘部３０に対するＹ軸方向のコリオリ力を検出することにより、角速度ωｚを算出する。この場合、角速度センサ１００は、駆動電極４０に駆動信号＋ＤＸ１および−ＤＸ２を入力し、錘部３０をＸ軸方向に振動させる。角速度センサ１００は、角速度ωｚに応じて発生するコリオリ力に応じた検出信号ＳＹ１−ＳＹ２を検出電極５０から出力する。そして、角速度センサ１００は、検出信号ＳＹ１−ＳＹ２に基づいて、ＡＤ値としてＡＤωｚを生成する。
【００４８】
Ｙ駆動時、角速度センサ１００は、角速度ωｚおよび角速度ωｘを算出する。角速度センサ１００は、Ｙ軸方向に振動する錘部３０に対するＸ軸方向のコリオリ力を検出することにより、角速度ωｚを算出する。この場合、角速度センサ１００は、駆動電極４０に駆動信号＋ＤＹ１および−ＤＹ２を入力し、錘部３０をＹ軸方向に振動させる。角速度センサ１００は、角速度ωｚに応じて発生するコリオリ力に応じた検出信号ＳＸ１−ＳＸ２を検出電極５０から出力する。そして、角速度センサ１００は、検出信号ＳＸ１−ＳＸ２に基づいて、ＡＤ値としてＡＤωｚを生成する。
【００４９】
同様に、角速度センサ１００は、Ｙ軸方向に振動する錘部３０に対するＺ軸方向のコリオリ力を検出することにより、角速度ωｘを算出する。この場合、角速度センサ１００は、駆動電極４０に駆動信号＋ＤＹ１および−ＤＹ２を入力し、錘部３０をＹ軸方向に振動させる。角速度センサ１００は、角速度ωｘに応じて発生するコリオリ力に応じた検出信号ＳＸ１＋ＳＸ２を検出電極５０から出力する。そして、角速度センサ１００は、検出信号ＳＸ１＋ＳＸ２に基づいて、ＡＤ値としてＡＤωｘを生成する。
【００５０】
Ｚ駆動時、角速度センサ１００は、角速度ωｘおよび角速度ωｙを算出する。角速度センサ１００は、Ｚ軸方向に振動する錘部３０に対するＹ軸方向のコリオリ力を検出することにより、角速度ωｘを算出する。この場合、角速度センサ１００は、駆動電極４０に駆動信号＋ＤＸ１，＋ＤＸ２，＋ＤＹ１および＋ＤＹ２を入力し、錘部３０をＺ軸方向に振動させる。角速度センサ１００は、角速度ωｘに応じて発生するコリオリ力に応じた検出信号ＳＹ１−ＳＹ２を検出電極５０から出力する。そして、角速度センサ１００は、検出信号ＳＹ１−ＳＹ２に基づいて、ＡＤ値としてＡＤωｘを生成する。
【００５１】
同様に、角速度センサ１００は、Ｚ軸方向に振動する錘部３０に対するＸ軸方向のコリオリ力を検出することにより、角速度ωｙを算出する。この場合、角速度センサ１００は、駆動電極４０に駆動信号＋ＤＸ１，＋ＤＸ２，＋ＤＹ１および＋ＤＹ２を入力し、錘部３０をＺ軸方向に振動させる。角速度センサ１００は、角速度ωｙに応じて発生するコリオリ力に応じた検出信号ＳＸ１−ＳＸ２を検出電極５０から出力する。そして、角速度センサ１００は、検出信号ＳＸ１−ＳＸ２に基づいて、ＡＤ値としてＡＤωｙを生成する。
【００５２】
図９は、角速度センサ１００の詳細な信号波形の一例を示す。角速度センサ１００は、所定の軸での駆動から停止までの間に、起動区間、発振区間および停止区間の３つの区間を有する。同図は、駆動電圧および錘部３０の変位の時間変化を示す。
【００５３】
起動区間において、振動制御部８３は、錘部３０に予め定められた駆動電圧ＶＰＬＳの駆動信号を、予め定められたパルス周期ＴＰＬＳで出力する。起動区間とは、錘部３０が振動を開始してから共振するまでの区間である。振動制御部８３は、駆動電圧ＶＰＬＳの駆動信号を出力することにより、錘部３０の振動を開始させる。振動制御部８３は、錘部３０が共振するまで、駆動電圧ＶＰＬＳの駆動信号を出力する。一例において、振動制御部８３は、当該起動区間の以前に検出した駆動共振周波数ｆｄで錘部３０の駆動を開始させる。
【００５４】
発振区間において、角速度センサ１００は、錘部３０を駆動共振周波数ｆｄで振動させる。発振区間とは、錘部３０が共振する区間である。錘部３０は、発振区間において、共振周波数で振動する。振動制御部８３は、錘部３０の共振周波数に応じて駆動電圧を印加する。角速度センサ１００は、錘部３０が共振している発振区間において予め定められた振動特性Ｖｃを検出する。
【００５５】
停止区間において、角速度センサ１００は、錘部３０の振動を停止させる。一例において、振動制御部８３は、錘部３０の振動方向と反対方向の力が加わるように、駆動素子９０に駆動信号を入力する。
【００５６】
角速度センサ１００は、発振区間において得られた駆動共振周波数ｆｄに基づいて、起動区間における駆動電圧ＶＰＬＳの大きさを決定する。一例において、角速度センサ１００は、駆動共振周波数ｆｄに対応する駆動電圧ＶＰＬＳを駆動電極に印加する。即ち、角速度センサ１００は、起動区間の矩形波信号の周波数を駆動共振周波数ｆｄに追随させる。これにより、角速度センサ１００は、起動区間を短縮できる。よって、角速度センサ１００は、効率的に錘部３０の振動を立ち上げることができる。
【００５７】
図１０は、角速度センサ１００のタイミングチャートの一例を示す。同図は、それぞれ錘部３０の振動方向、錘部３０の振動変位、検出部８１により検出する共振周波数ｆの成分、信号処理部８０により検出する角速度の成分および角速度感度Ｓの調整式について示す。本例の角速度センサ１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の順に錘部３０を振動させるが特にこれに限られない。
【００５８】
本例の角速度センサ１００は、第１検出段階Ｄ１、第２検出段階Ｄ２および第３検出段階Ｄ３を備える。また、本例の角速度センサ１００は、第１検出段階Ｄ１、第２検出段階Ｄ２および第３検出段階Ｄ３の後に感度調整段階Ａ１，Ａ２、Ａ３を備える。角速度センサ１００は、複数の第１検出段階Ｄ１、複数の第２検出段階Ｄ２および複数の第３検出段階Ｄ３を繰返し実行してもよい。
【００５９】
第１検出段階Ｄ１は、錘部３０をＸ軸方向に振動させ、錘部３０がＸ軸方向に駆動した場合の駆動素子９０の第１振動特性Ｖｃ１を検出する段階である。一例において、Ｘ駆動時、角速度センサ１００は、Ｘ軸方向の共振周波数ｆｘを取得する。
【００６０】
第２検出段階Ｄ２は、錘部３０をＹ軸方向に振動させ、錘部３０がＹ軸方向に駆動した場合の駆動素子９０の第２振動特性Ｖｃ２を検出する段階である。一例において、Ｙ駆動時、角速度センサ１００は、Ｙ軸方向の共振周波数ｆｙを取得する。
【００６１】
第３検出段階Ｄ３は、錘部３０をＺ軸方向に振動させ、錘部３０がＺ軸方向に駆動した場合の駆動素子９０の第３振動特性Ｖｃ３を検出する段階である。一例において、Ｚ駆動時、角速度センサ１００は、Ｚ軸方向の共振周波数ｆｚを取得する。
【００６２】
第１算出段階Ｃ１は、Ｘ軸回りの角速度に応じた角速度信号ＡＤωｘを算出する段階である。第１算出段階Ｃ１は、第２検出段階Ｄ２および第３検出段階Ｄ３に対応して実行される。
【００６３】
第２算出段階Ｃ２は、Ｙ軸回りの角速度に応じた角速度信号ＡＤωｙを算出する段階である。第２算出段階Ｃ２は、第３検出段階Ｄ３および第１検出段階Ｄ１に対応して実行される。
【００６４】
第３算出段階Ｃ３は、Ｚ軸回りの角速度に応じた角速度信号ＡＤωｚを算出する段階である。第３算出段階Ｃ３は、第１検出段階Ｄ１および第２検出段階Ｄ２に対応して実行される。
【００６５】
第１検出段階Ｄ１は、第２算出段階Ｃ２および第３算出段階Ｃ３を含む。即ち、第１検出段階Ｄ１において、角速度センサ１００は、角速度の出力値ＡＤωｙおよびＡＤωｚを取得する。但し、角速度センサ１００は、Ｘ駆動時に、出力値ＡＤωｙおよびＡＤωｚのいずれか一方を取得してもよい。なお、本明細書において、検出段階が算出段階を含むとは、任意の振動特性Ｖｃを検出する検出段階の実行中に、任意の軸回りの角速度を算出する算出段階を実行することを含んでよい。
【００６６】
第２検出段階Ｄ２は、第３算出段階Ｃ３および第１算出段階Ｃ１を含む。即ち、第２検出段階Ｄ２において、角速度センサ１００は、角速度の出力値ＡＤωｚおよびＡＤωｘを取得する。但し、角速度センサ１００は、Ｙ駆動時に、出力値ＡＤωｚおよびＡＤωｘのいずれか一方を取得してもよい。
【００６７】
第３検出段階Ｄ３は、第１算出段階Ｃ１および第２算出段階Ｃ２を含む。即ち、第３検出段階Ｄ３において、角速度センサ１００は、角速度の出力値ＡＤωｘおよびＡＤωｙを取得する。但し、角速度センサ１００は、Ｚ駆動時に、出力値ＡＤωｘおよびＡＤωｙのいずれか一方を取得してもよい。
【００６８】
感度調整段階では、角速度センサ１００の感度が調整される。一例において、感度調整段階において、角速度センサ１００は、第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との差分に基づいて、感度を調整する。また、感度調整段階において、角速度センサ１００は、第１温度における第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との第１の差分Δｆ１と、第２温度における第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との第２の差分Δｆ２との比に基づいて、感度を調整してもよい。本例の感度調整段階は、第１調整段階Ａ１、第２調整段階Ａ２および第３調整段階Ａ３を備える。
【００６９】
第１調整段階Ａ１において、角速度センサ１００は、調整出力値ＡＤωｚ'を算出するための角速度センサ１００の感度を調整する。調整出力値ＡＤωｚ'は、次式で示される。
【数７】
2017187445.tif 000009
即ち、本例の角速度センサ１００は、温度Ｔにおける振動共振周波数ｆｘとｆｙとの差分（即ち、第１の差分Δｆ１）と、室温ＲＴにおける振動共振周波数ｆｘ（ＲＴ）とｆｚ（ＲＴ）との差分（即ち、第２の差分Δｆ２）との比に基づいて、感度を調整する。これにより、角速度ωｚを算出するための角速度センサ１００の感度が調整される。
【００７０】
第２調整段階Ａ２において、角速度センサ１００は、調整出力値ＡＤωｘ'を算出するための角速度センサ１００の感度を調整する。調整出力値ＡＤωｘ'は、次式で示される。
【数８】
2017187445.tif 000010
即ち、本例の角速度センサ１００は、温度Ｔにおける振動共振周波数ｆｙとｆｚとの差分（即ち、第３の差分Δｆ３）と、室温ＲＴにおける振動共振周波数ｆｙ（ＲＴ）とｆｚ（ＲＴ）との差分（即ち、第４の差分Δｆ４）との比に基づいて、感度を調整する。これにより、角速度ωｘを算出するための角速度センサ１００の感度が調整される。
【００７１】
第３調整段階Ａ３において、角速度センサ１００は、調整出力値ＡＤωｙ'を算出するための角速度センサ１００の感度を調整する。調整出力値ＡＤωｙ'は、次式で示される。
【数９】
2017187445.tif 000011
即ち、本例の角速度センサ１００は、温度Ｔにおける振動共振周波数ｆｚとｆｘとの差分（即ち、第５の差分Δｆ５）と、室温ＲＴにおける振動共振周波数ｆｚ（ＲＴ）とｆｘ（ＲＴ）との差分（即ち、第６の差分Δｆ６）との比に基づいて、感度を調整する。これにより、角速度ωｙを算出するための角速度センサ１００の感度が調整される。
【００７２】
一例において、感度調整段階は、第１振動特性Ｖｃ１および第２振動特性Ｖｃ２に基づいて、角速度センサ１００の感度を調整する段階である。また、感度調整段階において、第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との差分に基づいて、角速度センサ１００の感度を調整してよい。本例の角速度センサ１００は、角速度の出力値ＡＤωｘ，ＡＤωｙ，ＡＤωｚを取得した後に、取得した共振周波数ｆｘ，ｆｙ，ｆｚに基づいて、調整出力値ＡＤωｘ'，ＡＤωｙ'，ＡＤωｚ'を算出する。
【００７３】
本例の角速度センサ１００は、全ての角速度の出力値ＡＤωｘ，ＡＤωｙ，ＡＤωｚを取得した後に角速度感度Ｓの調整を行う。即ち、第１算出段階Ｃ１〜第３算出段階Ｃ３を実行した後に、第１調整段階Ａ１〜第３調整段階Ａ３を実行している。但し、角速度センサ１００は、角速度の出力値ＡＤωｘ，ＡＤωｙ，ＡＤωｚを全て取得する前に、保存した角速度の出力値を用いて角速度感度Ｓを調整してよい。即ち、角速度センサ１００は、各調整段階において、最新の角速度の出力値ＡＤωｘ，ＡＤωｙ，ＡＤωｚを用いればよく、第１調整段階Ａ１〜第３調整段階Ａ３を実行するタイミングは本例に限られない。
【００７４】
また、本例の角速度センサ１００は、各軸の駆動時に、それぞれ２軸分の角速度を測定しているが、１軸分ずつ角速度を測定してもよい。この場合、角速度センサ１００は、各軸の駆動時において、それぞれ異なる軸回りの角速度を取得し、最終的に角速度の出力値ＡＤωｘ，ＡＤωｙ，ＡＤωｚを得ることが好ましい。このように、角速度センサ１００は、角速度感度Ｓを調整する前に、ＸＹＺの３軸の角速度を取得し、もしくは保存しておけばよい。
【００７５】
例えば、第１検出段階Ｄ１、第２検出段階Ｄ２および第３検出段階Ｄ３の順に検出段階が実行される場合、第１検出段階Ｄ１は、第２算出段階Ｃ２又は第３算出段階Ｃ３を含む。第２検出段階Ｄ２は、第３算出段階Ｃ３および第１算出段階Ｃ１の内、第１検出段階Ｄ１に含まれていない算出段階を含む。そして、第３検出段階Ｄ３は、第１算出段階Ｃ１および第２算出段階Ｃ２の内、第１検出段階Ｄ１および第２検出段階Ｄ２に含まれていない算出段階を含んでよい。これにより、角速度センサ１００は、第１検出段階Ｄ１〜第３検出段階Ｄ３において、少なくとも出力値ＡＤωｘ，ＡＤωｙ，ＡＤωｚを一度は算出できる。
【００７６】
更に、角速度センサ１００は、第１検出段階Ｄ１において検出したＸ軸駆動時の振動特性Ｖｃｘに基づいて、後の第１検出段階Ｄ１で錘部３０をＸ軸方向に振動させてよい。また、角速度センサ１００は、第２検出段階Ｄ２において検出したＹ軸駆動時の振動特性Ｖｃｙに基づいて、後の第２検出段階Ｄ２で錘部３０をＹ軸方向に振動させる。そして、角速度センサ１００は、第３検出段階Ｄ３において検出したＺ軸駆動時の振動特性Ｖｃｚに基づいて、後の第３検出段階Ｄ３で錘部３０をＺ軸方向に振動させてよい。
【００７７】
図１１は、角速度センサ１００のタイミングチャートの一例を示す。角速度センサ１００は、１周期において、ＸＹＺの３軸方向に錘部３０を振動させる。本例の角速度センサ１００は、Ｚ軸駆動時に、第３検出段階Ｄ３により共振周波数ｆｚの測定のみを行い、角速度を取得していない。即ち、角速度センサ１００は、第１検出段階Ｄ１〜第３検出段階Ｄ３のいずれかの検出段階において、第１算出段階Ｃ１〜第３算出段階Ｃ３を実行しなくてよい。本例の角速度センサ１００は、各周期の３回目の測定を周波数測定だけ行い、角速度測定を行わない。
【００７８】
角速度センサ１００は、第１検出段階Ｄ１〜第３検出段階Ｄ３のいずれか１つの検出段階において、第１算出段階Ｃ１〜第３算出段階Ｃ３を含まなくてもよい。例えば、本例の角速度センサ１００は、第１検出段階Ｄ１に、第２算出段階Ｃ２および第３算出段階Ｃ３を含み、第２検出段階Ｄ２に、第３算出段階Ｃ３および第１算出段階Ｃ１を含む。但し、本例の角速度センサ１００は、第３検出段階Ｄ３において、いずれの算出段階も含まない。なお、本例の角速度センサ１００は、第３検出段階Ｄ３において、算出段階を省略したが、第１検出段階Ｄ１〜第３検出段階Ｄ３において、第１算出段階Ｃ１〜第３算出段階Ｃ３を少なくとも１回ずつ実行すれば、算出段階を適宜省略してもよい。
【００７９】
図１２は、角速度センサ１００の構成の概要を示す。本例の角速度センサ１００は、信号処理部８０および駆動素子９０を備える。信号処理部８０は、検出部８１、算出部８２、振動制御部８３および制御ロジック９３を備える。検出部８１は、信号検出回路８４および周波数検出回路８５を有する。算出部８２は、同期検波部８６、９０°移相部８７、ＡＤ変換部８８、記憶部８９、感度調整部９１およびインターフェース部９２を有する。なお、制御ロジック９３は、検出部８１、算出部８２および振動制御部８３の動作を制御するロジック回路である。
【００８０】
振動制御部８３は、駆動素子９０の錘部３０を予め定められた方向に振動させる。この場合、振動制御部８３は、第１振動特性Ｖｃ１に基づいて、錘部３０をＸ軸方向に振動させ、第２振動特性Ｖｃ２に基づいて、錘部３０をＹ軸方向に振動させ、第３振動特性Ｖｃ３に基づいて、錘部３０をＺ軸方向に振動させる。
【００８１】
信号検出回路８４は、駆動素子９０の出力した検出信号を検出する。信号検出回路８４は、検出した検出信号を振動制御部８３、周波数検出回路８５および同期検波部８６に出力する。
【００８２】
周波数検出回路８５は、錘部３０がＸ軸方向に駆動した場合における、錘部３０の第１振動共振周波数および第１振動共振周期の少なくとも１つを第１振動特性Ｖｃ１として検出する。また、周波数検出回路８５は、錘部３０がＹ軸方向に駆動した場合における、錘部３０の第２振動共振周波数および第２振動共振周期の少なくとも１つを第２振動特性Ｖｃ２として検出する。更に、周波数検出回路８５は、錘部３０がＺ軸方向に駆動した場合における、錘部３０の第３振動共振周波数および第３振動共振周期の少なくとも１つを第３振動特性Ｖｃ３として検出する。
【００８３】
例えば、周波数検出回路８５は、検出信号から錘部３０の振動の共振周波数を検出する。より具体的には、周波数検出回路８５は、錘部３０の３軸方向の共振周波数ｆｘ，ｆｙ，ｆｚを検出する。周波数検出回路８５は、検出した共振周波数を振動制御部８３、９０°移相部８７および感度調整部９１に出力する。
【００８４】
同期検波部８６は、信号検出回路８４が検出した検出信号および９０°移相部８７からの９０°位相した参照信号により同期検波する。同期検波部８６は、同期検波により復調した信号をＡＤ変換部８８に出力する。
【００８５】
ＡＤ変換部８８は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。例えば、ＡＤ変換部８８は、角速度センサ１００に印加された角速度の出力値ＡＤを感度調整部９１に出力する。
【００８６】
記憶部８９は、駆動素子９０の振動特性Ｖｃを記憶する。一例において、記憶部８９は、不揮発性メモリを有する。これにより、記憶部８９は、工場出荷時の駆動共振周波数ｆｄ（Ｔｒｅｆ）および検出共振周波数ｆｓ（Ｔｒｅｆ）を記憶してよい。
【００８７】
感度調整部９１は、第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との差分に基づいて、角速度センサ１００の感度を調整する。また、感度調整部９１は、第１温度における第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との第１の差分Δｆ１と、第２温度における第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との第２の差分Δｆ２との比に基づいて、角速度センサ１００の感度を調整してよい。本例の感度調整部９１は、演算部９４を有する。感度調整部９１には、記憶部８９に記憶された振動特性Ｖｃおよび角速度の出力値ＡＤが入力される。
【００８８】
演算部９４は、記憶された振動特性Ｖｃに基づいて、角速度の出力値ＡＤを調整して、調整出力値ＡＤ'を生成する。即ち、感度調整部９１は、本明細書に開示された演算処理を実行する。一例において、演算部９４は、第１温度における第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との第１の差分Δｆ１と、第２温度における第１振動特性Ｖｃ１と第２振動特性Ｖｃ２との第２の差分Δｆ２との比に基づく演算を実行する。また、演算部９４は、第１の差分Δｆ１と第２の差分Δｆ２との比をＡＤωｘ、ＡＤωｙ、ＡＤωｚの少なくとも１つに乗算してよい。感度調整部９１は、演算部９４を有することにより、角速度センサ１００の感度を調整する。感度調整部９１は、生成した調整出力値ＡＤ'をインターフェース部９２に出力する。
【００８９】
インターフェース部９２は、角速度センサ１００の外部に、角速度センサ１００の角速度に応じた信号を出力する。
【００９０】
図１３は、演算部９４における調整演算方式の一例を示す。本例の演算部９４には、周波数検出回路８５より共振周波数ｆｘおよびｆｙが入力される。演算部９４は、共振周波数ｆｘとｆｙとの差分ｆｘ−ｆｙを算出する。演算部９４は、差分ｆｘ−ｆｙを記憶部８９に記憶された工場出荷時の室温での差分ｆｘ（ＲＴ）−ｆｙ（ＲＴ）で除する。また、演算部９４は、差分ｆｘ−ｆｙを差分ｆｘ（ＲＴ）−ｆｙ（ＲＴ）で除した値にＡＤ変換部８８が出力したＸ軸回りの角速度に対応した出力値ＡＤωｘを乗算する。
【００９１】
図１４は、周波数検出回路８５のカウント計算方法の一例を示す。本例の周波数検出回路８５は、駆動素子９０の振動共振周期を算出する代わりに、錘部３０の共振振動の周期に対応するクロック数をカウントしたカウント値ｃｏｕｎｔを計算する。言い換えると、周波数検出回路８５は、錘部３０の共振振動の１周期が何クロック分かを数える。
【００９２】
感度調整部９１は、カウント値ｃｏｕｎｔを用いて、角速度センサ１００の感度を調整する。即ち、振動共振周期のカウント値ｃｏｕｎｔは、駆動素子９０の振動特性Ｖｃの一例である。このように、感度調整部９１は、駆動素子９０の振動特性Ｖｃとして、錘部３０の振動共振周波数および振動共振周期を直接算出しなくとも角速度センサ１００の感度を調整できる。
【００９３】
図１５は、演算部９４における調整演算方式の一例を示す。本例の感度調整部９１は、周波数の値の替わりにカウンタにより測定したカウンタ値ｃｏｕｎｔを用いて演算を行う。この場合も、基本的な演算方法は図１３に示した場合と同じである。
【００９４】
ｃｏｕｎｔｘは、Ｘ駆動時における錘部３０の共振振動の１周期のカウント値ｃｏｕｎｔを示す。また、ｃｏｕｎｔｙは、Ｙ駆動時における錘部３０の共振振動の１周期のカウント値ｃｏｕｎｔを示す。
【００９５】
調整係数は、途中式の一部を省略することにより、次式の通り簡略化できる。
【数１０】
2017187445.tif 000012
【００９６】
よって、本例の演算部９４は、錘部３０の振動共振周波数を用いる場合と同様に演算できる。本例の演算部９４には、周波数検出回路８５よりｃｏｕｎｔｘおよびｃｏｕｎｔｙが入力される。演算部９４は、ｃｏｕｎｔｘとｃｏｕｎｔｙとの差分ｃｏｕｎｔｘ−ｃｏｕｎｔｙを算出する。演算部９４は、差分ｃｏｕｎｔｘ−ｃｏｕｎｔｙを記憶部８９に記憶された工場出荷時の室温での差分ｃｏｕｎｔｘ（ＲＴ）−ｃｏｕｎｔｙ（ＲＴ）で除する。また、演算部９４は、差分ｃｏｕｎｔｘ−ｃｏｕｎｔｙを差分ｃｏｕｎｔｘ（ＲＴ）−ｃｏｕｎｔｙ（ＲＴ）で除した値にＡＤ変換部８８が出力したＸ軸回りの角速度に対応した出力値ＡＤωｘを乗算する。
【００９７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００９８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００９９】
１０・・・支持部、２０・・・ダイヤフラム、３０・・・錘部、４０・・・駆動電極、５０・・・検出電極、６０・・・下部電極、７０・・・圧電膜、８０・・・信号処理部、８１・・・検出部、８２・・・算出部、８３・・・振動制御部、８４・・・信号検出回路、８５・・・周波数検出回路、８６・・・同期検波部、８７・・・９０°移相部、８８・・・ＡＤ変換部、８９・・・記憶部、９０・・・駆動素子、９１・・・感度調整部、９２・・・インターフェース部、９３・・・制御ロジック、９４・・・演算部、１００・・・角速度センサ、１１０・・・パッケージ基板、１２０・・・ケース、２００・・・センサパッケージ、３００・・・回転テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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