(57)【要約】  【課題】ジャイロ素子の姿勢を反転させた場合と同等に、反転姿勢の角速度を検出できると共に、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い角速度センサ、及び、該角速度センサを備えた電子機器を提供すること。  【解決手段】面状のエレメント部３と、エレメント部３の中心周りの方向に配置された複数の電極４ａ〜４ｄと、所定の電極に交流電圧を印加してエレメント部３を一次振動させる交流電源１１と、所定の電極に発生する電気信号を検出する検出手段１３と、交流電源１１及び検出手段１３の電極４ａ〜４ｄに対する接続状態を切り替える切替手段１５と、検出手段１３が検出する電気信号の大きさの変化に基づいて角速度を検出する演算手段１６とを備えた角速度センサを提供する。【選択図】図１
2009115559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極及び二次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°／ｎ（ｎは、２以上の整数））の間隔で配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一次電極又は前記二次電極との間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、
前記一次電極と前記二次電極との何れか一方に接続され、接続された電極に交流電圧を印加して平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる交流電源と、
前記一次電極と前記二次電極との何れか他方に接続され、接続された電極に発生する電気信号の大きさを検出する検出手段と、
前記一次電極及び前記二次電極に対する、前記交流電源及び前記検出手段の接続状態を、前記交流電源が前記一次電極に接続され、前記検出手段が前記二次電極に接続された第１状態と、前記交流電源が前記二次電極に接続され、前記検出手段が前記一次電極に接続された第２状態とに切り替える切替手段と、
前記検出手段が検出する電気信号の大きさの変化に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極及び二次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に３６０°／ｎ間隔で位置するｎ個の位置のうち、１〜（ｎ−１）個の位置に配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一次電極又は前記二次電極との間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、
前記一次電極と前記二次電極との何れか一方に接続され、接続された電極に交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの固有振動数で平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる交流電源と、
前記一次電極と前記二次電極との何れか他方に接続され、接続された電極に発生する電気信号の大きさを検出する検出手段と、
前記一次電極及び前記二次電極に対する、前記交流電源及び前記検出手段の接続状態を、前記交流電源が前記一次電極に接続され、前記検出手段が前記二次電極に接続された第１状態と、前記交流電源が前記二次電極に接続され、前記検出手段が前記一次電極に接続された第２状態とに切り替える切替手段と、
前記検出手段が検出する電気信号の大きさの変化に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項３】
面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って、前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極、二次電極、三次電極及び四次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°／ｎ（ｎは、２以上の整数））の間隔で配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置され、前記三次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×２／４ｎ）離れた位置に配置され、前記四次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×３／４ｎ）離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一〜四次電極の何れか１つとの間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、
接続された電極に第１交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる第１交流電源と、
接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化を検出して、前記第１交流電圧の大きさを制御する第１検出手段と、
接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化を検出する第２検出手段と、
前記第２検出手段によって検出された電気信号の大きさの変化を打ち消す第２交流電圧を、接続された電極に印加する第２交流電源と、
前記一〜四次電極に対する前記第１交流電源、前記第１検出手段、前記第２検出手段及び前記第２交流電源の接続状態を、下記第１状態と下記第２状態とに切り替える切替手段と、
前記第２交流電圧に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサ。
前記第１状態は、
前記エレメント部の中心周りの一方向に、前記第１交流電源が接続された電極、前記第２交流電源が接続された電極、前記第１検出手段が接続された電極、前記第２検出手段が接続された電極が、この順で位置する状態である。
前記第２状態は、
前記エレメント部の中心周りの他方向に、前記第１交流電源が接続された電極、前記第２交流電源が接続された電極、前記第１検出手段が接続された電極、前記第２検出手段が接続された電極が、この順で位置する状態である。
【請求項４】
面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極、二次電極、三次電極及び四次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に３６０°／ｎ間隔で位置するｎ個の位置のうち、１〜（ｎ−１）個の位置に配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置され、前記三次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×２／４ｎ）離れた位置に配置され、前記四次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×３／４ｎ）離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一〜四次電極の何れか１つとの間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、
接続された電極に第１交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの固有振動数で平面内ｃｏｓｎθモードの振動を前記エレメント部に発生させる第１交流電源と、
接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化を検出して、前記第１交流電圧の大きさを制御する第１検出手段と、
接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化を検出する第２検出手段と、
前記第２検出手段によって検出された電気信号の大きさの変化を打ち消す第２交流電圧を、接続された電極に印加する第２交流電源と、
前記一〜四次電極に対する前記第１交流電源、前記第１検出手段、前記第２検出手段及び前記第２交流電源の接続状態を、下記第１状態と下記第２状態とに切り替える切替手段と、
前記第２交流電圧に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサ。
前記第１状態は、
前記エレメント部の中心周りの一方向に、前記第１交流電源が接続された電極、前記第２交流電源が接続された電極、前記第１検出手段が接続された電極、前記第２検出手段が接続された電極が、この順で位置する状態である。
前記第２状態は、
前記エレメント部の中心周りの他方向に、前記第１交流電源が接続された電極、前記第２交流電源が接続された電極、前記第１検出手段が接続された電極、前記第２検出手段が接続された電極が、この順で位置する状態である。
【請求項５】
前記エレメント部がリング状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の角速度センサ。
【請求項６】
面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極及び二次電極とを備え、
前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に１８０°離れた２つの位置のうち少なくとも１つに配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に９０°離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一次電極又は前記二次電極との間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、
前記一次電極と前記二次電極との何れか一方に接続され、接続された電極に交流電圧を印加して、前記エレメント部が含まれる平面内において、当該接続された電極と前記エレメント部の中心とを結ぶ線分の方向に前記エレメント部を一次振動させる交流電源と、
前記一次電極と前記二次電極との何れか他方に接続され、接続された電極に発生する電気信号の大きさを検出する検出手段と、
前記一次電極及び前記二次電極に対する、前記交流電源及び前記検出手段の接続状態を、前記交流電源が前記一次電極に接続され、前記検出手段が前記二次電極に接続された第１状態と、前記交流電源が前記二次電極に接続され、前記検出手段が前記一次電極に接続された第２状態とに切り替える切替手段と、
前記検出手段が検出する電気信号の大きさの変化に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサ。
【請求項７】
前記演算手段は、前記第１状態及び前記第２状態における角速度に基づいて、第１状態及び第２状態において演算した角速度に含まれるバイアス成分を算出することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記第１状態において前記演算手段が演算した角速度をｙ１、前記第２状態において前記演算手段が演算した角速度をｙ２、前記バイアス成分をｂ０としたとき、前記演算手段は、次式（１）を用いて前記バイアス成分ｂ０を算出することを特徴とする請求項７に記載の角速度センサ。
ｂ０＝（ｙ１+ｙ２）/２…（１）
【請求項９】
前記演算手段は、演算した角速度を前記バイアス成分を用いて補正することにより、角速度補正値を算出することを特徴とする請求項７又は８に記載の角速度センサ。
【請求項１０】
前記第１状態において前記演算手段が演算した角速度をｙ１、前記第２状態において前記演算手段が演算した角速度をｙ２、前記角速度補正値をｘとしたとき、前記演算手段は、次式（２）を用いて前記角速度補正値を算出することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の角速度センサ。
ｘ＝（ｙ１−ｙ２）／２ａ…（２）（ａ：係数）
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の角速度センサを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサ、及び、角速度センサを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度センサが検出する角速度には、バイアス成分が含まれている。バイアス成分は、零点出力、又は、オフセット等と呼ばれ、角速度センサが備えるジャイロ素子の非対称性、回路の特性、温度影響等の様々な要因により生じるものである。このようなバイアス成分が含まれる角速度センサが検出する角速度Ｙと、真の角速度Ｘ（角速度の検出対象となる回転運動そのものの角速度）とは、次式（１）’で示される関係を有する。
Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ（Ａ：係数、Ｂ：バイアス成分）…（１）’
Ｂ＝Ｂ1＋Ｂ２＋Ｂ３＋・・＋Ｂｎ（Ｂ1〜Ｂｎ：各種要因のバイアス成分）
【０００３】
角速度センサが検出した角速度Ｙから真の角速度Ｘを算出するために、次のような方法が用いられる場合がある。この方法は、ジャイロ素子１０１が非反転姿勢（図１４（ａ）参照）のときに検出された角速度Ｙ１と、ジャイロ素子１０１が反転姿勢（図１４（ｂ）参照）であり、且つ、ジャイロ素子１０１の真の角速度が角速度Ｙ１の検出時と同一であるときに検出された角速度Ｙ２とを用いて真の角速度を算出する方法である。
【０００４】
前述の角速度Ｙ１と真の角速度Ｘとの関係は、次式（２）’及び図１４（ｃ）で表される。
Ｙ１＝ＡＸ＋ＢＰ…（２）’（ＢＰ：非反転姿勢のときのバイアス成分）
一方、前述の角速度Ｙ２と真の角速度Ｘとの関係は、次式（３）’及び図１４（ｄ）で表される。
Ｙ２＝−ＡＸ＋ＢＮ…（３）’（ＢＮ：反転姿勢のときのバイアス成分）
【０００５】
バイアス成分は、ジャイロ素子１０１の物理的反転によって変化しないとみなすことができるため、式（２）’のＢＰと式（３）’のＢＮは等しく、式（２）’から（３）’を引き、Ｘについて解くと、次式（４）’が算出される。
Ｘ＝（Ｙ１−Ｙ２）／２Ａ…（４）’
【０００６】
しかしながら、真の角速度を前述の方法で算出するためには、非反転姿勢と反転姿勢とのときの角速度が必要なため、例えば、特許文献１に記載されているようなジャイロ素子の反転機構を角速度センサに設ける必要がある。しかし、このような反転機構を角速度センサに設けると、角速度センサは、構造が複雑に、重量及び製造コストが大きく、メンテナンス性が低くなる。
【０００７】
一方、ジャイロ素子の反転機構を用いることなく、ジャイロ素子が反転姿勢であるときの角速度を検出するジャイロセンサが特許文献２に開示されている。
【０００８】
特許文献２のジャイロセンサは、ジャイロ素子が非反転姿勢のときの角速度の検出極性を反転することによって、反転姿勢のときの角速度を検出するものである。検出極性が反転した角速度においては、当該角速度に含まれるバイアス成分のうち、電気回路の構成によって生じるバイアス成分が、ジャイロ素子の姿勢を反転したときと同様の大きさである。しかし、検出極性を反転してもジャイロ素子の姿勢が反転しないため、ジャイロ素子を構成する部品間の位置関係は反転しない。このため、検出極性が反転した角速度に含まれるバイアス成分の一部がジャイロ素子の姿勢が反転したときと異なるため、特許文献２の技術によって検出される反転姿勢のときの角速度Ｙ２に含まれるバイアス成分は、非反転姿勢のときの角速度Ｙ１に含まれるバイアス成分と異なる。このように、角速度Ｙ１及びＹ２に含まれるバイアス成分が異なると、上式（２）’及び（３）’から上式（４）’を算出できない。よって、特許文献２の技術を用いて、前述した方法によって、真の角速度Ｘを算出することができない。
【特許文献１】特開２００６−１７７９０９号公報
【特許文献２】特開２００６−６４６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良いと共に、ジャイロ素子の姿勢を反転させた場合と同等に、反転姿勢の角速度を検出できる角速度センサ、及び、該角速度センサを備えた電子機器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】
本発明は、第１の手段として、面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極及び二次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°／ｎ（ｎは、２以上の整数））の間隔で配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一次電極又は前記二次電極との間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、前記一次電極と前記二次電極との何れか一方に接続され、接続された電極に交流電圧を印加して平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる交流電源と、前記一次電極と前記二次電極との何れか他方に接続され、接続された電極に発生する電気信号の大きさを検出する検出手段と、前記一次電極及び前記二次電極に対する、前記交流電源及び前記検出手段の接続状態を、前記交流電源が前記一次電極に接続され、前記検出手段が前記二次電極に接続された第１状態と、前記交流電源が前記二次電極に接続され、前記検出手段が前記一次電極に接続された第２状態とに切り替える切替手段と、前記検出手段が検出する電気信号の大きさの変化に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサを提供する。
【００１１】
第１の手段に係る角速度センサは、以下のような演算によって、第１状態及び第２状態のときの角速度を検出する。交流電源は、自身が接続された電極に交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動をエレメント部に発生させる。エレメント部が一次振動をしているときに、エレメント部の法線方向周りの回転運動をエレメント部が行うと、該回転運動の角速度に応じた大きさの二次振動がエレメント部に発生する。この二次振動は、最大伸縮方向が、一次振動と（３６０°×１／４ｎ）異なる平面内ｃｏｓｎθモードの振動である。検出手段は、第１状態及び第２状態の何れのときも、交流電源が接続された電極からエレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置された電極に接続されている。よって、第１状態及び第２状態の何れのときも、検出手段が接続された電極には、二次振動に応じた大きさの電気信号が発生する。第１の手段に係る角速度センサは、検出手段が検出した電気信号の大きさに基づいて角速度を演算する。よって、第１の手段に係る角速度センサは、第１状態及び第２状態のときの角速度を検出することができる。
【００１２】
また、第１の手段に係る角速度センサは、一次電極及び二次電極に対する交流電源及び検出手段の接続状態を、第１状態から第２状態又は第２状態から第１状態に切り替えることで、交流電源及び検出手段に接続された電極の位置関係を、エレメント部及び一〜二次電極の姿勢を物理的に反転したきと同一の関係にすることができる。よって、第１の手段に係る角速度センサは、エレメント部及び一〜二次電極の姿勢を物理的に反転しなくても、物理的に反転したときと同等に、反転姿勢の角速度を検出することができる。このように、第１の手段に係る角速度センサは、反転機構を用いなくても、反転姿勢のときの角速度を検出することができるため、物理的に反転したときと同等に、反転姿勢の角速度を検出することができると共に、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。
【００１３】
本発明は、第２の手段として、面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極及び二次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に３６０°／ｎ間隔で位置するｎ個の位置のうち、１〜（ｎ−１）個の位置に配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一次電極又は前記二次電極との間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、前記一次電極と前記二次電極との何れか一方に接続され、接続された電極に交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの固有振動数で平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる交流電源と、前記一次電極と前記二次電極との何れか他方に接続され、接続された電極に発生する電気信号の大きさを検出する検出手段と、前記一次電極及び前記二次電極に対する、前記交流電源及び前記検出手段の接続状態を、前記交流電源が前記一次電極に接続され、前記検出手段が前記二次電極に接続された第１状態と、前記交流電源が前記二次電極に接続され、前記検出手段が前記一次電極に接続された第２状態とに切り替える切替手段と、前記検出手段が検出する電気信号の大きさの変化に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサを提供する。
【００１４】
第２の手段に係る角速度センサでは、一〜二次電極が配置される位置がｎよりも少ない。第２の手段に係る角速度センサは、ｎよりも少ない位置に配置された一次電極又は二次電極に交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの固有振動数でエレメント部を振動させることで、エレメント部に平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を発生させる。このように、第２の手段に係る角速度センサにおいても、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動をエレメント部に発生させることができるので、第２の手段に係る角速度センサは、第１の手段に係る角速度センサと同様に、角速度を検出することができる。また、第２の手段に係る角速度センサは、第１の手段に係る角速度センサと同様に、一次電極及び二次電極に対する交流電源及び検出手段の接続状態を切り替えることで、交流電源及び検出手段に接続された電極の位置関係を、エレメント部及び一〜二次電極の姿勢を物理的に反転したきと同一の関係にすることができる。よって、第２の手段に係る角速度センサは、第１の手段に係る角速度センサと同様に、反転機構を用いなくても、反転姿勢のときの角速度を検出することができるため、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。
【００１５】
本発明は、第３の手段として、面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って、前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極、二次電極、三次電極及び四次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°／ｎ（ｎは、２以上の整数））の間隔で配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置され、前記三次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×２／４ｎ）離れた位置に配置され、前記四次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×３／４ｎ）離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一〜四次電極の何れか１つとの間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、接続された電極に第１交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる第１交流電源と、接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化を検出して、前記第１交流電圧の大きさを制御する第１検出手段と、接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化を検出する第２検出手段と、前記第２検出手段によって検出された電気信号の大きさの変化を打ち消す第２交流電圧を、接続された電極に印加する第２交流電源と、前記一〜四次電極に対する前記第１交流電源、前記第１検出手段、前記第２検出手段及び前記第２交流電源の接続状態を、下記第１状態と下記第２状態とに切り替える切替手段と、前記第２交流電圧に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサを提供する。
前記第１状態は、
前記エレメント部の中心周りの一方向に、前記第１交流電源が接続された電極、前記第２交流電源が接続された電極、前記第１検出手段が接続された電極、前記第２検出手段が接続された電極が、この順で位置する状態である。
前記第２状態は、
前記エレメント部の中心周りの他方向に、前記第１交流電源が接続された電極、前記第２交流電源が接続された電極、前記第１検出手段が接続された電極、前記第２検出手段が接続された電極が、この順で位置する状態である。
【００１６】
第３の手段に係る角速度センサは、第１交流電源（第１の手段及び第２の手段に係る角速度センサの交流電源に相当する）、第１検出手段、第２検出手段（第１の手段及び第２の手段に係る角速度センサの検出手段に相当する）及び第２交流電源を備える。第３の手段に係る角速度センサは、第２検出手段によって検出される電気信号の大きさの変化を打ち消す第２交流電圧が第２交流電源によって印加される。即ち、第３の手段に係る角速度センサは、二次振動の大きさに応じた第２交流電圧を印加することで、発生した二次振動を打ち消す。第２交流電源は、第１状態及び第２状態の何れのときも、第１交流電源が接続された電極からエレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置された電極に接続されている。前述のように、二次振動は、最大伸縮方向が、一次振動と（３６０°×１／４ｎ）異なる平面内ｃｏｓｎθモードの振動であるため、第２交流電源が接続された電極とエレメント部との距離は、二次振動に応じて変動する。よって、第２交流電源が接続された電極に第２交流電圧を印加することで、発生した二次振動を打ち消すことができる。このように、発生した二次振動を打ち消すことで、発生する二次振動の大きさが、エレメント部の法線方向周り回転運動の角速度に応じた大きさからずれ難くされている。更に、第３の手段に係る角速度センサの第１検出手段は、第１状態及び第２状態の何れのときも、第１交流電源が接続された電極からエレメント部の中心周りの方向に（３６０°×２／４ｎ）離れた位置に配置された電極に接続されている。前述のように、一次振動は、平面内ｃｏｓｎθモードの振動であるため、第１検出手段が接続された電極には、一次振動に応じた大きさの電気信号が発生する。第１検出手段は、接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化に基づいて、第１交流電圧の大きさを制御する。よって、第３の手段に係る角速度センサは、一次振動の振動状態が一定を保つように、一次振動をフィードバック制御することができる。以上のように、第３の手段に係る角速度センサは、第２検出手段によって検出された電気信号の大きさの変化を打ち消し、且つ、一次振動をフィードバック制御することができるため、角速度の検出精度が高い。
【００１７】
また、第３の手段に係る角速度センサは、一〜四次電極に対する第１交流電源、第１検出手段、第２検出手段及び第２交流電源の接続状態を、第１状態から第２状態又は第２状態から第１状態に切り替えることで、第１交流電源、第１検出手段、第２検出手段及び第２交流電源に接続された電極の位置関係を、エレメント部及び一〜四次電極の姿勢を物理的に反転したきと同一の関係にすることができる。よって、第３の手段に係る角速度センサは、第１の手段に係る角速度センサと同様に、反転機構を用いなくても、反転姿勢のときの角速度を検出することができるため、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。
【００１８】
本発明は、第４の手段として、面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極、二次電極、三次電極及び四次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に３６０°／ｎ間隔で位置するｎ個の位置のうち、１〜（ｎ−１）個の位置に配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）離れた位置に配置され、前記三次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×２／４ｎ）離れた位置に配置され、前記四次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に（３６０°×３／４ｎ）離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一〜四次電極の何れか１つとの間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、接続された電極に第１交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの固有振動数で平面内ｃｏｓｎθモードの振動を前記エレメント部に発生させる第１交流電源と、接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化を検出して、前記第１交流電圧の大きさを制御する第１検出手段と、接続された電極に発生する電気信号の大きさの変化を検出する第２検出手段と、前記第２検出手段によって検出された電気信号の大きさの変化を打ち消す第２交流電圧を、接続された電極に印加する第２交流電源と、前記一〜四次電極に対する前記第１交流電源、前記第１検出手段、前記第２検出手段及び前記第２交流電源の接続状態を、下記第１状態と下記第２状態とに切り替える切替手段と、前記第２交流電圧に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサを提供する。
前記第１状態は、
前記エレメント部の中心周りの一方向に、前記第１交流電源が接続された電極、前記第２交流電源が接続された電極、前記第１検出手段が接続された電極、前記第２検出手段が接続された電極が、この順で位置する状態である。
前記第２状態は、
前記エレメント部の中心周りの他方向に、前記第１交流電源が接続された電極、前記第２交流電源が接続された電極、前記第１検出手段が接続された電極、前記第２検出手段が接続された電極が、この順で位置する状態である。
【００１９】
第４の手段に係る角速度センサは、第２の手段に係る角速度センサと同様に、一〜四次電極が配置される位置がｎよりも少い。第４の手段に係る角速度センサは、第２の手段に係る角速度センサと同様に、第１交流電源が接続された電極に第１交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの固有振動数でエレメント部を振動させることで、エレメント部に平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を発生させる。また、第４の手段に係る角速度センサは、第２交流電源が接続された電極に第２交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓｎθモードの固有振動数でエレメント部を振動させることで、エレメント部に生じる二次振動を打ち消す。このように、第４の手段に係る角速度センサは、一次振動を発生させ、且つ、二次振動を打ち消すことができるので、第３の手段に係る角速度センサと同様に、角速度を検出することができる。また、第４の手段に係る角速度センサは、第３の手段に係る角速度センサと同様に、一〜四次電極に対する第１交流電源等の接続状態を切り替えることで、第１交流電源等に接続された電極の位置関係を、エレメント部及び一〜四次電極の姿勢を物理的に反転したきと同一の関係にすることができる。よって、第４の手段に係る角速度センサは、第３の手段に係る角速度センサと同様に、反転機構を用いなくても、反転姿勢のときの角速度を検出することができるため、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。
【００２０】
第１〜４の手段に係る角速度センサのエレメント部は、例えば、リング状に形成することができる。
【００２１】
本発明は、第５の手段として、面状のエレメント部と、前記エレメント部の中心周りの方向に沿って前記エレメント部上に配置、もしくは前記エレメント部に対して対向配置された一次電極及び二次電極とを備え、前記一次電極は、前記エレメント部の中心周りの方向に１８０°離れた２つの位置のうち少なくとも１つに配置され、前記二次電極は、前記各一次電極から前記エレメント部の中心周りの方向に９０°離れた位置に配置され、前記エレメント部と前記一次電極又は前記二次電極との間に生じる静電力又は電磁力によって、平面内ｃｏｓｎθモードの一次振動を前記エレメント部に発生させる角速度センサであって、前記一次電極と前記二次電極との何れか一方に接続され、接続された電極に交流電圧を印加して、前記エレメント部が含まれる平面内において、当該接続された電極と前記エレメント部の中心とを結ぶ線分の方向に前記エレメント部を一次振動させる交流電源と、前記一次電極と前記二次電極との何れか他方に接続され、接続された電極に発生する電気信号の大きさを検出する検出手段と、前記一次電極及び前記二次電極に対する、前記交流電源及び前記検出手段の接続状態を、前記交流電源が前記一次電極に接続され、前記検出手段が前記二次電極に接続された第１状態と、前記交流電源が前記二次電極に接続され、前記検出手段が前記一次電極に接続された第２状態とに切り替える切替手段と、前記検出手段が検出する電気信号の大きさの変化に基づいて、前記第１状態及び前記第２状態における角速度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする角速度センサを提供する。
【００２２】
第５の手段に係る角速度センサにおいて、前記エレメント部が、一次振動しているときに、エレメント部の法線方向周りの回転運動をエレメント部が行うと、該回転運動の角速度に応じた大きさの二次振動がエレメント部に生じる。この二次振動の振動方向は、エレメント部が含まれる平面内であり、且つ、振動方向が一次振動に対して直交方向の振動である。検出手段は、第１状態及び第２状態の何れのときも、交流電源が接続された電極からエレメント部の中心周りの方向に９０°離れた位置に配置された電極に接続されている。よって、第１状態及び第２状態の何れのときも、検出手段が接続された電極には、二次振動に応じた大きさの電気信号が発生する。第５の手段に係る角速度センサは、検出手段が検出した電気信号の大きさに基づいて角速度を検出する。よって、第５の手段に係る角速度センサは、第１状態及び第２状態のときの角速度を検出することができる。また、第５の手段に係る角速度センサは、一〜二次電極に対する、交流電源及び検出手段の接続状態を切り替えることで、交流電源及び検出手段に接続された電極の位置関係を、エレメント部及び一〜二次電極の姿勢を物理的に反転したきと同一の関係にすることができる。よって、第５の手段に係る角速度センサは、第１の手段に係る角速度センサと同様に、反転機構を用いなくても、反転姿勢のときの角速度を検出することができるため、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。
【００２３】
また、第１〜５の手段に係る角速度センサの好ましい１つの構成として、前記演算手段は、前記第１状態及び前記第２状態における角速度に基づいて、第１状態及び第２状態において演算した角速度に含まれるバイアス成分を算出する構成を挙げることができる。
【００２４】
バイアス成分を算出する具体的な構成として、前記第１状態において前記演算手段が演算した角速度をｙ１、前記第２状態において前記演算手段が演算した角速度をｙ２、前記バイアス成分をｂ０としたとき、前記演算手段は、次式（１）を用いて前記バイアス成分ｂ０を算出する構成を挙げることができる。
ｂ０＝（ｙ１+ｙ２）/２…（１）
【００２５】
また、好ましい構成として、前記演算手段は、演算した角速度を前記バイアス成分を用いて補正することにより、角速度補正値を算出する構成を挙げることができる。
【００２６】
かかる好ましい構成によれば、バイアス成分が除かれた角速度に基づいて角速度補正値が算出されるので、真の角速度（角速度の検出対象となる回転運動そのものの角速度）に近い値を有する角速度補正値が算出される。
【００２７】
また、第１〜５の手段に係る角速度センサの好ましい１つの他の構成として、前記第１状態において前記演算手段が演算した角速度をｙ１、前記第２状態において前記演算手段が演算した角速度をｙ２、前記角速度補正値をｘとしたとき、前記演算手段は、次式（２）を用いて前記角速度補正値を算出する構成を挙げることができる。
ｘ＝（ｙ１−ｙ２）／２ａ…（２）（ａ：係数）
【００２８】
上式（２）によれば、バイアス成分に影響されない角速度補正値が算出されるため、かかる好ましい構成によれば、真の角速度に近い値を有する角速度補正値を算出することができる。
【００２９】
また、本発明は、前述の角速度センサを備えた電子機器を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良いと共に、ジャイロ素子の姿勢を反転させた場合と同等に、反転姿勢の角速度を検出できる角速度センサ、及び、該角速度センサを備えた電子機器を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る角速度センサ１の概略構成図であり、図１（ａ）は角速度センサ１が備えるジャイロ素子２の平面図、及び、角速度センサ１の機能ブロック図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ端面図を示す。図１に示すように、角速度センサ１は、ジャイロ素子２、第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３、第２交流電源１４、切替手段１５及び演算手段１６を備える。
【００３２】
ジャイロ素子２は、エレメント部及び一〜四次電極を備える。このジャイロ素子２の具体的な構成として、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、エレメント部３、一〜四次電極４ａ〜４ｄ、サポート部５及び枠体６を備えた構成を挙げることができる。このような構成のジャイロ素子２は、例えば、ガラス基板などの絶縁基板２ａと半導体基板２ｂとを接合して形成することができる。図１（ａ）に示すように、半導体基板２ｂには、エレメント部３、一〜四次電極４ａ〜４ｄ、サポート部５及び枠体６を形成することができる。エレメント部３、一〜四次電極４ａ〜４ｄ、サポート部５及び枠体６は、半導体基板２ｂをＭＥＭＳ技術（Micro  Electro  Mechanical  System）を用いて加工することで形成することができる。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、エレメント部３は、半導体基板２ｂの中央部にリング状に形成されている。エレメント部３からは、サポート部５が径外方向に延びている。このサポート部５は、エレメント部３と枠体６とを接続し、エレメント部３を枠体６に支持している。枠体６は、エレメント部３の外側に形成され、図１（ｂ）に示すように、絶縁基板２ａに載置されている。一方、一〜四次電極４ａ〜４ｄは、エレメント部３の径方向に該エレメント部３と対向するように、エレメント部３の中心周りの方向に沿って配置されている。一次電極４ａは、エレメント部３の中心周りの方向に３６０°／ｎの間隔で配置することができる。また、二次電極４ｂは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）、三次電極４ｃは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に（３６０°×２／４ｎ）、四次電極４ｄは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に（３６０°×３／４ｎ）離れた位置に配置することができる。ｎの値は、正の整数であれば限定されるものでなく、本実施形態では、２である。よって、本実施形態では、一次電極４ａは、エレメント部３の中心周りの方向に１８０°の間隔で配置され、二次電極４ｂは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に４５°、三次電極４ｃは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に９０°、四次電極４ｄは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に１３５°離れた位置に配置されている。図１（ｂ）に示すように、一〜四次電極４ａ〜４ｄは、絶縁基板２ａに載置されている。尚、図１（ａ）に示すように、本実施形態では、一〜四次電極４ａ〜４ｄがエレメント部３の外側に形成されているが、一〜四次電極４ａ〜４ｄは、エレメント部３の内側に形成されてもよい。
【００３４】
第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４は、それぞれ、一〜四次電極４ａ〜４ｄのうちの何れか１つに接続される。
【００３５】
切替手段１５は、一〜四次電極４ａ〜４ｄに対する第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４の接続状態を、下記第１状態と下記第２状態とに切り替える。図２（ａ）は第１状態を、図２（ｂ）は第２状態を説明する図である。図２（ａ）を表側から見たとき、エレメント部３の中心に対して右周りに、第１交流電源１１が接続された電極（一次電極４ａ）、第２交流電源１４が接続された電極（二次電極４ｂ）、第１検出手段１２が接続された電極（三次電極４ｃ）、第２検出手段１３が接続された電極（四次電極４ｄ）がこの順で位置する。一方、図２（ｂ）を表側から見たとき、エレメント部３の中心に対して左周りに、第１交流電源１１が接続された電極（二次電極４ｂ）、第２交流電源１４が接続された電極（一次電極４ａ）、第１検出手段１２が接続された電極（四次電極４ｄ）、第２検出手段１３が接続された電極（三次電極４ｃ）がこの順で位置する。
【００３６】
第１状態において図２（ａ）を表側から見たときと、第２状態において図２（ｂ）を裏側から見たときとの何れの場合も、エレメント部３の中心に対して右周りに、第１交流電源１１が接続された電極、第２交流電源１４が接続された電極、第１検出手段１２が接続された電極、第２検出手段１３が接続された電極がこの順で位置する。よって、第２状態における第１交流電源１１、第２交流電源１４、第１検出手段１２及び第２検出手段１３が接続された電極の位置関係は、第１状態のままエレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢を物理的に反転させた場合と同一である。このため、角速度センサ１は、接続状態を切り替えることで、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢を物理的に反転した状態とすることができる。尚、反転とは、エレメント部３の法線方向が１８０°変更するように、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの向きを１８０°変更した状態である。
【００３７】
このような接続状態の切り替えは、本実施形態においては、一〜四次電極４ａ〜４ｄと、第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４とを、スイッチ素子Ｓを介して接続することで実現している。
【００３８】
具体的には、図１（ａ）に示すように、一次電極４ａと二次電極４ｂとは、スイッチ素子Ｓを介して第１交流電源１１と第２交流電源１４とに接続され、三次電極４ｃと四次電極４ｄとは、スイッチ素子Ｓを介して第１検出手段１２と第２検出手段１３とに接続されている。尚、図１（ａ）に示すように、本実施形態では、一〜四次電極４ａ〜４ｄは、それぞれ２つの位置に配置されているが、図１（ａ）においては、何れか一方の位置に配置された一〜四次電極４ａ〜４ｄと、第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４との接続状態を示し、何れか他方については、省略している。
【００３９】
第１状態への切り替えは、スイッチ素子Ｓを図１（ａ）の実線で示す状態に、第２状態への切り替えは、スイッチ素子Ｓを図１（ａ）の破線で示す状態に切り替えることで行うことができる。
【００４０】
切替手段１５は、現在の接続状態が第１状態か第２状態かを演算手段１６に通知する。尚、接続状態の切り替えは、プログラム等に従って自動的に行われても、角速度センサ１のユーザの指示に従って行われてもよい。
【００４１】
演算手段１６は、第２交流電源１４が印加する第２交流電圧に基づいて角速度を演算する。演算手段１６が演算する角速度とは、エレメント部３の法線方向（即ち、図１（ａ）の紙面と垂直な方向）周りの回転運動により生じる角速度である。次に、演算手段１６が行う角速度の演算について説明する。
【００４２】
第１交流電源１１は、自身が接続された電極（以下、基準電極という）に第１交流電圧を印加して、基準電極とエレメント部３との間に静電力を作用させることで、平面内ｃｏｓ２θモードの一次振動をエレメント部３に発生させる。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１状態及び第２状態の何れの状態においても、第１交流電源１１は、エレメント部３の中心周りの方向に互いに１８０°離れた位置に配置された電極に接続され、エレメント部３に対して、１８０°異なる方向から静電力を加えることが可能な構成とされている。このため、本実施形態においては、第１交流電源１１が接続された基準電極に第１交流電圧が印加されることで、図３（ａ）に示すように、エレメント部３の中心と基準電極（図３（ａ）においては一次電極４ａ）とを結ぶ直線の方向及び該直線の方向と直交する方向が最大伸縮方向である平面内ｃｏｓ２θモードの一次振動がエレメント部３に発生する。
【００４３】
本実施形態においては、かかる一次振動は、一次振動の振動状態が一定に保たれるように第１検出手段１２によってフィードバック制御されている。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１状態及び第２状態の何れの状態においても、第１検出手段１２は、基準電極からエレメント部３の中心周りの方向に９０°離れた位置に配置された電極に接続されている。よって、第１検出手段１２が接続された電極とエレメント部３との間の静電容量は、一次振動に応じて変動し、第１検出手段１２が接続された電極には、一次振動に応じた大きさの電気信号が発生する。第１検出手段１２は、自身が接続された電極に発生する電気信号の大きさに基づいて、第１交流電圧の大きさを制御することで、一次振動の振動状態が一定に保たれるように、一次振動をフィードバック制御する。
【００４４】
エレメント部３が一次振動をしているときに、エレメント部３の法線方周りの回転運動をエレメント部３が行うと、該回転運動の角速度に応じた大きさの二次振動がエレメント部３に発生する。この二次振動は、図３（ｂ）に示すように、最大伸縮方向が、一次振動と（３６０°／４ｎ）、即ち、本実施形態では、ｎは２であるから、４５°異なる平面内ｃｏｓ２θモードの振動である。図２（ａ）に示すように、第１状態においては、第２検出手段１３は、基準電極に対してエレメント部３の中心に対して左周りに４５°離れた位置に配置された四次電極４ｄに接続され、図２（ｂ）に示すように、第２状態においては、第２検出手段１３は、基準電極に対してエレメント部３の中心に対して右周りに４５°離れた位置に配置された三次電極４ｃに接続されている。よって、第１状態及び第２状態の何れのときも、第２検出手段１３が接続された電極とエレメント部３との間の静電容量は、二次振動に応じて変動し、第２検出手段１３が接続された電極には、二次振動に応じた大きさの電気信号が発生し、第２検出手段１３は、自身が接続された電極に発生する電気信号の大きさを検出する。
【００４５】
第２検出手段１３によって検出される電気信号の大きさの変化に応じた大きさの第２交流電圧が第２交流電源１４によって、第２交流電源１４が接続された電極に印加される。このように第２交流電圧が印加されることで、発生した二次振動が打ち消される。図２（ａ）に示すように、第２交流電源１４は、第１状態においては、基準電極に対してエレメント部３の中心に対して右周りに４５°離れた位置に配置された二次電極４ｂに接続され、図２（ｂ）に示すように、第２状態においては、基準電極に対してエレメント部３の中心に対して左周りに４５°離れた位置に配置された一次電極４ａに接続されている。よって、第１状態及び第２状態の何れのときも、第２交流電源１４が接続された電極とエレメント部３との間の距離は、二次振動に応じて変動する。このような第２交流電源１４が接続された電極に第２交流電圧を印加すると、第２交流電源１４が接続された電極とエレメント部３との間に静電力が作用して、二次振動が打ち消される。このように、二次振動を打ち消すことで、発生する二次振動の大きさが、エレメント部３の法線方向周り回転運動の角速度に応じた大きさからずれ難くされている。以上のような第２交流電圧の大きさは、第２交流電源１４から演算手段１６に入力される。
【００４６】
演算手段１６は、切替手段１５から通知される現在の接続状態とに基づいて、演算する角速度の極性を決定し、第２交流電源１４から入力される第２交流電圧に基づき、演算する角速度の大きさを決定する。このように角速度の極性を決定するのは、第１状態と第２状態とでは、エレメント部３が同一の回転運動を行っていても、極性が反転するためである。これは、接続状態が切り替えられると、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢が物理的に反転した状態となるからである。演算する角速度の極性は、切替手段１５から通知される現在の接続状態が、第１状態又は第２状態とでは逆となるように決定する。極性の決定の具体的な方法としては、第１状態又は第２状態のときは、第２交流電源１４から入力される第２交流電圧の極性を反転させる旨を演算手段１６に記憶しておき、演算手段１６は、第１状態又は第２状態のとき、第２交流電源１４から入力される第２交流電圧の極性を反転させる。また、第２交流電圧に基づく角速度の大きさの決定は、例えば、第２交流電圧と角速度との対応関係が演算手段１６に記憶されており、演算手段１６が、第２交流電圧と前記対応関係とに基づいて角速度の大きさを決定することで行うことができる。
【００４７】
前述にように、第１状態と第２状態とでは、第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４が接続された電極の位置関係は、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢が非反転時及び反転時のときの関係となる。よって、第１状態のときの角速度は、非反転姿勢又は反転姿勢の角速度の何れか一方に相当し、第２状態のときの角速度は、非反転姿勢又は反転姿勢の角速度の何れか他方に相当する。従って、角速度センサ１は、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢を反転させる反転機構が無くても、これらの姿勢を物理的に非反転又は反転させた場合と同等に、非反転姿勢又は反転姿勢のときの角速度を検出することができる。よって、角速度センサ１は、非反転姿勢及び反転姿勢のときの角速度を検出できると共に、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良いという利点を有する。
【００４８】
更に、演算手段１６は、以上のように演算した第１状態及び第２状態における角速度に基づいて、前述のように第１状態及び第２状態において演算した角速度に含まれるバイアス成分を算出する。以下、バイアス成分の算出について説明する。
【００４９】
第１状態のときに演算手段１６が演算する角速度をｙ１とすると、角速度ｙ１は次式（３）で表される。
ｙ１＝ａｘ＋ｂ１…（３）（ｂ１：角速度ｙ１に含まれるバイアス成分）
また、第２状態のときに演算手段１６が演算する角速度をｙ２とすると、角速度ｙ２は次式（４）で表される。
ｙ２＝−ａｘ＋ｂ２…（４）（ｂ２：角速度ｙ２に含まれるバイアス成分）
エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄが非反転姿勢のときと、非反転姿勢に対して姿勢が物理的に反転した時のバイアス成分は同一であるが、第１状態におけるバイアス成分ｂ１と第２状態におけるバイアス成分ｂ２は同一でない。これは、第１状態から第２状態へ切り替えられる際には、第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３、第２交流電源１４が接続される電極の位置関係は反転しているが、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢は物理的に反転しないためである。
【００５０】
バイアス成分には、エレメント部３の反りなどエレメント部３や一〜四次電極４ａ〜４ｄが物理的に反転することで極性が反転する反転成分が含まれる。よって、バイアス成分は、次式（５）のように、反転成分と非反転成分とから構成されていると考える事ができる。
バイアス成分＝非反転成分＋反転成分…（５）（非反転成分とは、第１交流電源１１等が接続された電極の位置関係に影響される成分である。）
【００５１】
第１状態から第２状態へ切り替えられる際には、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄが物理的に反転しないため、第１状態のときに検出される角速度ｙ１と第２状態のときに検出される角速度ｙ２に含まれるバイアス成分の反転成分は互いに極性が反対である。よって、第１状態のときに検出される角速度ｙ１は次式（６）で表され、第２状態のときに検出される角速度ｙ２は次式（７）で表される。
ｙ１＝ａｘｔ＋ｂ１＝ａｘｔ＋（ｂ１+ｂ２）／２＋（ｂ１−ｂ２）／２…（６）
ｙ２＝−ａｘｔ＋ｂ２＝−ａｘｔ＋（ｂ１+ｂ２）／２−（ｂ１−ｂ２）／２…（７）
（式（６）及び（７）におけるａ：係数、式（６）及び（７）におけるｘｔ：真の角速度、式（６）及び（７）における（ｂ１＋ｂ２）／２：非反転成分、式（６）及び（７）における（ｂ１−ｂ２）/２：反転成分）
角速度ｙ１及び角速度ｙ２の検出時のジャイロ素子２の真の角速度が同一であるとき、式（６）に（７）を加えて、非反転成分（ｂ１＋ｂ２）／２について解くと、非反転成分は式（８）によって表される。
（ｂ１＋ｂ２）／２＝（ｙ１＋ｙ２）／２…（８）
【００５２】
よって、角速度ｙ１及びｙ２の検出時のジャイロ素子２の真の角速度が同一であるとき、即ち、ジャイロ素子２が等速運動状態又は停止状態にあるとき、角速度ｙ１及びｙ２の両方に含まれる非反転成分は、第１状態及び第２状態のときに検出される角速度ｙ１及びｙ２から算出できる。本方法においては、このように算出できる非反転成分を、バイアス成分ｂ０として算出する。即ち、演算手段１６は、式（１）で表される非反転成分と同一の値をバイアス成分ｂ０として算出する。
ｂ０＝（ｙ１+ｙ２）/２…（１）
このように非反転成分と同一の値をバイアス成分ｂ０と算出するため、反転成分の小さなジャイロ素子をジャイロ素子２として使用すれば、角速度センサ１は、バイアス成分を高精度に算出することができる。
【００５３】
尚、式（８）は、角速度ｙ１及びｙ２の検出時のジャイロ素子２の真の角速度が同一であることを前提にして導出された式である。よって、バイアス成分を高精度に算出する観点から、角速度ｙ１及びｙ２の検出時におけるジャイロ素子２の真の角速度の差は、小さいことが好ましく、差が０であることが最も好ましい。
【００５４】
また、高精度に角速度を算出するために、上式（１）のｙ１及びｙ２に代入する角速度は、例えば、ジャイロ素子２が停止状態及び等速運動状態であることがセンサ等によって検知されたときに検出された角速度ｙ１及びｙ２としてもよい。また、上式（１）のｙ１に代入する角速度は、第１状態の時に検出された複数回の角速度の平均値であってもよい。同様に、上式（１）のｙ２に代入する角速度は、第２状態の時に検出された複数回の角速度の平均値であってもよい。
【００５５】
更に、演算手段１６は、このように算出したバイアス成分ｂ０を用いて演算した角速度を補正して、角速度補正値ｘを算出し、当該角速度補正値を所定の装置やモニタ等に出力する。角速度補正値は、例えば、次式（９）を用いて行われる。
ｘ＝（ｙ０−ｂ０）／ａ…（９）（ｙ０：演算した角速度）
このようにバイアス成分ｂ０が除かれた角速度に基づいて角速度補正値が算出されるので、この角速度補正値は、真の角速度に近い値を有する。よって、所定の装置やモニタ等には、真の角速度に近い値の角速度補正値が出力されることになる。
【００５６】
また、バイアス成分ｂ０の算出に使用される角速度ｙ１及びｙ２の検出のタイミングは限定されるものでない。検出のタイミングとしては、例えば、バイアス成分ｂ０を用いて補正される角速度ｙ０が検出されるタイミングより前でもよい。バイアス成分ｂ０の算出に使用される角速度ｙ１及びｙ２の検出のタイミングを、角速度ｙ０が検出されるタイミングより前とする場合は、例えば、演算手段１６に、角速度ｙ１及びｙ２に基づいて算出されたバイアス成分ｂ０を記憶する機能を備えることで、算出したバイアス成分ｂ０に基づいて、角速度ｙ０を補正することができる。
【００５７】
また、演算手段１６は、次式（２）を用いて角速度補正値ｘを算出してもよい。次式（２）は、背景技術の欄に記載の式（４）’と同様に導出される式である。
ｘ＝（ｙ１−ｙ２）／２ａ…（２）
【００５８】
本実施形態においては、第２状態における第１交流電源１１等と一〜四次電極４ａ〜４ｄとの接続状態は、図２（ｂ）に示す状態に限らず、下記の２つの何れか一方の状態であってもよい。１つ目の状態は、第１交流電源１１が三次電極４ｃに、第１検出手段１２が一次電極４ａに、第２検出手段１３が四次電極４ｄに、第２交流電源１４が二次電極４ｂに接続された状態である。このような第２状態に切替可能な構成としては、図４に示すような構成を挙げることがことができる。尚、図４においては、一〜四次電極４ａ〜４ｄのそれぞれの一方についての第１交流電源１１等との接続状態を示し、他方についての接続状態は省略している。
【００５９】
また、第２状態の２つ目の状態は、第１交流電源１１が一次電極４ａに、第１検出手段１２が三次電極４ｃに、第２検出手段１３が二次電極４ｂに、第２交流電源１４が四次電極４ｄに接続された状態である。このような第２状態に切替可能な構成としては、図５に示すような構成を挙げることがことができる。尚、図５においては、一〜四次電極４ａ〜４ｄのそれぞれの一方についての第１交流電源１１等との接続状態を示し、他方についての接続状態は省略している。
【００６０】
以上に説明した角速度センサ１は、方位計測用のジャイロコンパス等の電子機器に実装することができる。図６は、角速度センサ１を電子機器に実装した状態の模式図を示す。図６に示すように、電子機器には、角速度センサ１と、角速度センサ１を載置する基板９とを備えた３つのセンサモジュール１０ａ〜１０ｃが実装されている。
【００６１】
センサモジュール１０ａは、角速度センサ１のエレメント部３の法線方向がＸ軸に平行となるように配置され、センサモジュール１０ｂは、角速度センサ１のエレメント部３の法線方向がＹ軸に平行となるように配置され、センサモジュール１０ｃは、角速度センサ１のエレメント部３の法線方向がＺ軸に平行となるように配置されている。即ち、センサモジュール１０ａは、電子機器のＸ軸周りの角速度補正値を、センサモジュール１０ｂは、電子機器のＹ軸周りの角速度補正値を、センサモジュール１０ｃは、電子機器のＺ軸周りの角速度補正値を算出できるように配置されている。
【００６２】
次に、センサモジュール１０ａ〜１０ｃに備えられた３つの角速度センサ１を用いて、電子機器のプロセッサ１１がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの各角速度補正値を取得する方法を説明する。プロセッサ１１は、第１切替指令と第２切替指令とを各センサモジュール１０ａ〜１０ｃに送信する。第１切替指令とは、角速度センサ１の一〜四次電極４ａ〜４ｄに対する第１交流電源１１等の接続状態を、第１状態に切替る指令である。また、第２切替指令とは、角速度センサ１の一〜四次電極４ａ〜４ｄに対する第１交流電源１１等の接続状態を、第２状態へ切替る指令である。
【００６３】
プロセッサ１１から各センサモジュール１０ａ〜１０ｃに向けて第１切替指令が送信されると、各センサモジュール１０ａ〜１０ｃの角速度センサ１に備えられた切替手段１５は、一〜四次電極４ａ〜４ｄに対する第１交流電源１１等の接続状態を第１状態へ切り替える。同様に、切替手段１５は、第２切替指令を受信すると、一〜四次電極４ａ〜４ｄに対する第１交流電源１１等の接続状態を第２状態へ切り替える。各切替手段１５は、第１状態へと切り替えると、第１状態に切り替えた旨を、第２状態へと切り替えると、第２状態に切り替えた旨を、自身と同じ角速度センサ１に備えられた演算手段１６に通知する。
【００６４】
各演算手段１６は、第１状態に切り替えられた旨が通知されると、角速度を演算し、演算した角速度を、上式（１）の角速度ｙ１として記憶する。また、各演算手段１６は、第２状態に切り替えられた旨が通知されると、角速度を演算し、演算した角速度を上式（１）の角速度ｙ２として記憶する。そして、各演算手段１６は、上式（１）、角速度ｙ１及びｙ２に基づいて、バイアス成分ｂ０を算出して記憶する。バイアス成分ｂ０を記憶すると、その後、演算手段１６は、随時角速度を演算すると共に、上式（９）を用いて、角速度補正値ｘを算出し、角速度補正値ｘを電子機器が備えるＡＤコンバータ１２にアナログ値で出力する。
【００６５】
ＡＤコンバータ１２は、各プロセッサモジュール１０ａ〜１０ｃの演算手段１６から出力された、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの各角速度補正値ｘを量子化し、量子化した角速度補正値ｘをプロセッサ１１に出力する。このようにして、プロセッサ１１は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの角速度補正値を取得することができる。尚、上記の説明では、角速度ｙ１、ｙ２の演算及び記憶がプロセッサ１１とは別の演算手段１６において行われているが、プロセッサ１１に角速度ｙ１、ｙ２の演算及び記憶する機能を備えることで、プロセッサ１１によって、角速度ｙ１、ｙ２の演算及び記憶を行ってもよい。
【００６６】
尚、エレメント部３の形状は、リング状に限定されるものでなく、正８ｎ（ｎ：正の整数）角形等とすることができる。エレメント部３の中心としては、例えば、エレメント部上の全ての点からの距離が等しい点や、エレメント部３の重心とすることができる。
（実施形態２）
【００６７】
実施形態１に係る角速度センサ１は、ｎ（ｎ＝２）個の位置に配置された電極に第１交流電圧及び第２交流電圧を印加することによって、ｃｏｓｎθモードの一次振動を発生させ、ｃｏｓｎθモードの二次振動を打ち消す。しかし、ｎより少ない数の位置に配置された電極に第１交流電圧及び第２交流電圧を印加することでも、ｃｏｓｎθモードの一次振動の発生、及び、ｃｏｓｎθモードの二次振動の打ち消しは可能である。本実施形態では、ｎより少ない数の位置に配置された電極に第１交流電圧及び第２交流電圧を印加して、ｃｏｓｎθモードの一次振動を発生させ、ｃｏｓｎθモードの二次振動を打ち消す角速度センサについて説明する。
【００６８】
図７は、本実施形態に係る角速度センサ１Ａが備えるジャイロ素子２の平面図、及び、角速度センサ１Ａの機能ブロック図を示す。角速度センサ１Ａにおいては、一次電極４ａは、エレメント部３の中心周りの方向に（３６０°／２）、即ち、１８０°間隔で位置する２つの位置のうち、１つの位置に配置されている。二次電極４ｂは、一次電極４ａに対して、エレメント部３の中心周りの方向に（３６０°／４×２）、即ち、４５°離れた位置に配置され、三次電極４ｃは、一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に（３６０°×２／４×２）、即ち、９０°離れた位置に配置され、四次電極４ｄは、一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に（３６０°×３／４×２）、即ち、１３５°離れた位置に配置されている。
【００６９】
角速度センサ１Ａにおける一〜四次電極４ａ〜４ｄに対する第１交流電源１１等の接続状態の第１状態は、第１交流電源１１が一次電極４ａに接続され、第１検出手段１２が三次電極４ｃに接続され、第２検出手段１３が四次電極４ｄに接続され、第２交流電源１４が二次電極４ｂに接続された状態である。一方、第２状態は、第１交流電源１１が四次電極４ｄに接続され、第１検出手段１２が二次電極４ｂに接続され、第２検出手段１３が一次電極４ａに接続され、第２交流電源１４が三次電極４ｃに接続された状態である。
【００７０】
第１状態への切り替えは、スイッチ素子Ｓを図７の実線で示す状態に、第２状態への切り替えは、スイッチ素子Ｓを図７の破線で示す状態にすることで行うことができる。
【００７１】
第１状態において図７を表側から見たとき、エレメント部３の中心に対して右周りに、第１交流電源１１が接続された電極（一次電極４ａ）、第２交流電源１４が接続された電極（二次電極４ｂ）、第１検出手段１２が接続された電極（三次電極４ｃ）、第４検出手段１３が接続された電極（四次電極４ｄ）がこの順で位置する。一方、第２状態において図７を裏側から見たとき、エレメント部３の中心に対して右周りに、第１交流電源１１が接続された電極（四次電極４ｄ）、第２交流電源１４が接続された電極（三次電極４ｃ）、第１検出手段１２が接続された電極（二次電極４ｂ）、第２検出手段１３が接続された電極（一次電極４ａ）がこの順で位置する。よって、第１状態において、図７を表側から見たときと、第２状態において、図７を裏側から見たときとでは、第１交流電源１１、第２交流電源１４、第１検出手段１２及び第２検出手段１３が接続された電極の位置関係は一致する。よって、角速度センサ１Ａは、実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、接続状態を切り替えることで、第１交流電源１１等が接続された電極の位置関係を、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢を物理的に反転したときの状態とすることができる。
【００７２】
第１交流電源１１は、接続された１つの電極に、第１交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓ２θモードの固有振動数でエレメント部３を振動させて、平面内ｃｏｓ２θモードの一次振動をエレメント部３に発生させる。平面内ｃｏｓ２θモードの固有振動数でエレメント部３を振動させる方法としては、第１交流電圧の周期を、エレメント部３の平面内ｃｏｓ２θモードの固有振動数の逆数とする方法が挙げられる。また、第２交流電源１４は、接続された１つの電極に、第２交流電圧を印加して、平面内ｃｏｓ２θモードの固有振動数でエレメント部３を振動させて、平面内ｃｏｓ２θモードの二次振動を打ち消す。平面内ｃｏｓ２θモードの固有振動数でエレメント部３を振動させる方法としては、第２交流電圧の周期を、エレメント部３の平面内ｃｏｓ２θモードの固有振動数の逆数とする方法が挙げられる。このように、１つの電極に第１交流電圧及び第２交流電圧を印加することよって、一次振動を発生させ、及び、二次振動を打ち消すことができるので、角速度センサ１Ａは、エレメント部３の法線方向周りの回転運動の角速度を検出することができる。
【００７３】
以上のように、角速度センサ１Ａは、角速度を検出でき、且つ、接続状態を切り替えることで、第１交流電源１１等が接続された電極の位置関係を、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢を物理的に反転したときの状態とすることができる。よって、角速度センサ１Ａは、反転機構が無くても、非反転姿勢及び反転姿勢の角速度を検出することができる。また、角速度センサ１Ａは、反転機構を用いなくても、反転姿勢の角速度を検出できるため、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。尚、角速度センサ１Ａの演算手段１６は、第１状態と第２状態における角速度を用いて、実施形態１に係る角速度センサ１の演算手段１６と同様の方法で、バイアス成分の算出及び角速度補正値の算出をしていもよい。
【００７４】
尚、第１状態においては、エレメント部３の中心に対して右周り及び左周りの何れか一方向において、第１交流電源１１が接続された電極、第２交流電源１４が接続された電極、第１検出手段１２が接続された電極及び第２検出手段１３が接続された電極がこの順で位置していれば、第１交流電源１１、第２交流電源１４、第１検出手段１２及び第２検出手段１３は、一〜四次電極４ａ〜４ｄのうちどの電極に接続されてもよい。例えば、第１交流電源１１が二次電極４ｂに、第２交流電源１４が三次電極４ｃに、第１検出手段１２が四次電極４ｄに、第２検出手段１３が一次電極４ａに接続されてもよい。
【００７５】
また、第２状態においては、エレメント部３の中心に対して右周り及び左周りの何れか他方向において、第１交流電源１１が接続された電極、第２交流電源１４が接続された電極、第１検出手段１２が接続された電極及び第２検出手段１３が接続された電極がこの順で位置していれば、第１交流電源１１、第２交流電源１４、第１検出手段１２及び第２検出手段１３は、一〜四次電極４ａ〜４ｄのうちどの電極に接続されてもよい。例えば、第１交流電源１１が二次電極４ｂに、第２交流電源１４が一次電極４ａに、第１検出手段１２が四次電極４ｄに、第２検出手段１３が三次電極４ｃに接続されていてもよい。
【００７６】
（実施形態３）
図８は、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂが備えるジャイロ素子２の平面図、及び、角速度センサ１Ｂの機能ブロック図を示す。図８に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂは、三〜四次電極と、第１検出手段と、第２交流電源とが備えられていない点が実施形態１に係る角速度センサ１と異なる。即ち、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂは、一次振動のフィードバック制御、及び、二次振動の打ち消しを行わない。一〜二次電極４ａ〜４ｂの配置位置は、実施形態１と同様である。尚、本実施形態、下記の実施形態４及び５では、第１交流電源１１を交流電源１１と、第２検出手段１３を検出手段１３という。
【００７７】
一〜二次電極４ａ〜４ｂの何れか一方には、交流電源１１が接続され、何れか他方には、検出手段１３が接続される。具体的には、一〜二次電極４ａ〜４ｂに対する交流電源１１及び検出手段１３の接続状態が第１状態においては、交流電源１１が一次電極４ａに、検出手段１３が二次電極４ｂに接続される。第２状態においては、交流電源１１が二次電極４ｂに、検出手段１３が一次電極４ａに接続される。第１状態と第２状態の切替は、切替手段１５によって行われる。第１状態への切り替えは、スイッチ素子Ｓを図８の実線で示す状態に、第２状態への切り替えは、スイッチ素子Ｓを図８の破線で示す状態にすることで行うことができる。
【００７８】
第１状態において、図８を表側から見たとき、交流電源１１が接続された電極（一次電極４ａ）に対して、エレメント部３の中心に対して右周りに４５°の位置に、検出手段１３が接続された電極（二次電極４ｂ）が位置している。また、第２状態において、図８を裏側から見たとき、交流電源１１が接続された電極（二次電極４ｂ）に対して、エレメント部３の中心に対して右周りに４５°の位置に、検出手段１３が接続された電極（一次電極４ａ）が位置している。よって、角速度センサ１Ｂは、実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、接続状態を切り替えることで、交流電源１１等が接続された電極の位置関係を、エレメント部３及び一〜二次電極４ａ〜４ｂの姿勢を物理的に反転したときの状態とすることができる。
【００７９】
また、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂにおいては、演算手段１６は、検出手段１３によって検出される電気信号の大きさの変化と、切替手段１５から通知される現在の接続状態とに基づいて角速度を演算する。検出手段１３は、第１状態であっても第２状態であっても、交流電源１１が接続された電極に対してエレメント部３の中心周りの方向に４５°離れた位置に配置された電極に接続されている。よって、検出手段１３が検出する電気信号の大きさは、第１状態であっても第２状態であっても、二次振動に応じた大きさとなる。よって、演算手段１６は、実施形態１に係る演算手段１６と同様に、第１状態及び第２状態のときの角速度を演算することができる。
【００８０】
以上のように、角速度センサ１Ｂは、実施形態１に係る角速度センサ１と同様に角速度を検出でき、且つ、接続状態を切り替えることで、交流電源１１及び検出手段１３が接続された電極の位置関係をエレメント部３及び一〜二次電極４ａ〜４ｂの姿勢を物理的に反転した状態とすることができる。よって、角速度センサ１Ｂは、反転機構が無くても、非反転姿勢と反転姿勢とのときの角速度を検出することができると共に、反転機構を用いなくても、反転姿勢の角速度を検出できるため、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。尚、本実施形態に係る角速度センサ１Ｂの演算手段１６は、第１状態と第２状態における角速度を用いて、実施形態１に係る角速度センサ１の演算手段１６と同様の方法で、バイアス成分の算出及び角速度補正値の算出をしていもよい。
【００８１】
（実施形態４）
図９は、本実施形態に係る角速度センサ１Ｃが備えるジャイロ素子２の平面図、及び、角速度センサ１Ｃの機能ブロック図を示す。図９に示すように、本実施形態に係る角速度センサ１Ｃは、一次電極４ａと二次電極４ｂは、それぞれが１つの位置に配置されている点が、実施形態３に係る角速度センサ１Ｂと異なる。本実施形態においては、一次電極４ａと二次電極４ｂとは、互いに、エレメント部３の中心周りの方向に４５°離れた位置に配置されている。
【００８２】
実施形態３に係る角速度センサ１Ｂと同様に、この一次電極４ａと二次電極４ｂとの何れか一方には、交流電源１１が接続され、一次電極４ａと二次電極４ｂとの何れか他方には、検出手段１３が接続される。具体的には、第１状態においては、交流電源１１が一次電極４ａに、検出手段１３が二次電極４ｂに接続される。第２状態においては、交流電源１１が二次電極４ｂに、検出手段１３が一次電極４ａに接続される。第１状態と第２状態の切替は、切替手段１５によって行われる。第１状態への切り替えは、スイッチ素子Ｓを図９の実線で示す状態に、第２状態の切り替えは、スイッチ素子Ｓを図９の破線で示す状態にすることで行うことができる。
【００８３】
第１状態において、図９を表側から見たとき、交流電源１１が接続された電極（一次電極４ａ）に対して、エレメント部３の中心に対して右周りに４５°の位置に、検出手段１３が接続された電極（二次電極４ｂ）が位置している。また、第２状態において、図９を裏側から見たとき、交流電源１１が接続された電極（二次電極４ｂ）に対して、エレメント部３の中心に対して右周りに４５°の位置に、検出手段１３が接続された電極（一次電極４ａ）が位置している。よって、角速度センサ１Ｃは、接続状態を切り替えることで、交流電源１１等が接続された電極の位置関係を、エレメント部３及び一〜二次電極４ａ〜４ｂの姿勢を物理的に反転したときの状態とすることができる。
【００８４】
また、角速度センサ１Ｃは、実施形態２に係る角速度センサ１Ａと同様に、交流電源１１が接続される電極が１つであるので、実施形態２に係る角速度センサ１Ａと同様にして、１つの位置に配置された電極に第１交流電圧を印加して、エレメント部３を平面内ｃｏｓ２θモードで振動させる。また、角速度センサ１Ｃの演算手段１６は、検出手段１３によって検出される電気信号の大きさの変化と、切替手段１５から通知される現在の接続状態とに基づいて角速度を演算する。検出手段１３は、実施形態３に係る角速度センサ１Ｂの検出手段１３と同様に、第１状態であっても第２状態であっても、交流電源１１が接続された電極に対してエレメント部３の中心周りの方向に４５°異なる位置に配置された電極に接続されている。よって、角速度センサ１Ｃの演算手段１６は、実施形態３に係る角速度センサ１Ｂと同様に、第１状態及び第２状態のときの角速度を演算することができる。
【００８５】
以上のように、角速度センサ１Ｃは、第１状態及び第２状態の角速度を検出でき、且つ、接続状態を切り替えることで、交流電源１１及び検出手段１３が接続される電極の位置関係を、エレメント部３及び一〜二次電極４ａ〜４ｂの姿勢を反転したときの状態とすることができる。よって、角速度センサ１Ｃは、反転機構が無くても、非反転姿勢と反転姿勢の角速度を検出することができると共に、反転機構を用いなくても、反転姿勢の角速度を検出することができるため、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。
【００８６】
＜実施形態１〜４の変形例＞
実施形態１〜４においては、一〜四次電極４ａ〜４ｄの配置位置を規定する数式のｎを２として説明したが、ｎは２に限定されるものでなく３以上であってもよい。
【００８７】
例えば、実施形態１の角速度センサ１において、ｎを３とした場合の構成は、次のような構成である。図１０は、一〜四次電極４ａ〜４ｄに対する第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４の接続状態を示す図であり、図１０（ａ）は第１状態を、図１０（ｂ）は第２状態を示す。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、一次電極４ａは、エレメント部３の中心周りの方向に１２０°間隔で配置され、二次電極４ｂは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に３０°離れた位置に配置され、三次電極４ｃは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に６０°離れた位置に配置され、四次電極４ｄは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に９０°離れた位置に配置されている。
【００８８】
図１０（ａ）を表側から見ると、エレメント部３の中心に対して右周りに、第１交流電源１１が接続された電極（一次電極４ａ）、第２交流電源１４が接続された電極（二次電極４ｂ）、第１検出手段１２が接続された電極（三次電極４ｃ）、第２検出手段１３が接続された電極（四次電極４ｄ）がこの順で位置する。また、図１０（ｂ）を裏側から見ると、エレメント部３の中心に対して右周りに、第１交流電源１１が接続された電極（二次電極４ｂ）、第２交流電源１４が接続された電極（一次電極４ａ）、第１検出手段１２が接続された電極（四次電極４ｄ）、第２検出手段１３が接続された電極（三次電極４ｃ）がこの順で位置する。よって、ｎが３の場合に対応する構成であっても、角速度センサは、実施形態１に係る角速度センサ１と同様に、接続状態を切り替えることで、第１交流電源１１等が接続された電極の位置関係を、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢を物理的に反転したときの状態とすることができる。
【００８９】
また、かかる構成では、第１状態及び第２状態の何れの状態においても、第１交流電源１１は、エレメント部３の中心周りの方向に互いに１２０°離れた位置に配置された電極に接続されている。このため、かかる構成においては、一次振動は平面内ｃｏｓ３θモードとなる。また、第１状態であっても第２状態であっても、第１検出手段１２は、基準電極からエレメント部３の中心周りの方向に６０°（３６０×２／（４×３））離れた位置に配置された電極に接続されている。また、第２検出手段１３及び第２交流電源１４は、基準電極からエレメント部３の中心周りの方向に３０°（３６０×１／（４×３））離れた位置に配置された電極に接続されている。よって、かかる構成の場合においても、第２交流電圧に基づいて、第１状態及び第２状態における角速度を検出することができる。
【００９０】
以上のように、第１状態と第２状態とでは、第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４が接続された電極の位置関係は、エレメント部３及び一〜四次電極４ａ〜４ｄの姿勢が非反転時及び反転時のときの関係となる。よって、第１状態のときの角速度は、非反転姿勢又は反転姿勢の角速度の何れか一方に相当し、第２状態のときの角速度は、非反転姿勢又は反転姿勢の角速度の何れか他方に相当する。従って、かかる構成においても、反転機構が無くても、物理的に反転させた場合と同等に、非反転姿勢及び反転姿勢の角速度を検出することができる。
【００９１】
（実施形態５）
図１１は、本実施形態に係る角速度センサが備えるジャイロ素子２の平面図である。図１１に示すように、本実施形態に係る角速度センサのジャイロ素子２は、面状のエレメント部３、一〜二次電極４ａ〜４ｂ、サポート部５及び枠体６を備える。
【００９２】
エレメント部３は、例えば、図１１に示すような平面視正方形状、平面視円板状とすることができる。エレメント部３は、サポート部５によって、枠体６に支持されている。
【００９３】
一〜二次電極４ａ〜４ｂは、エレメント部３の中心周りの方向に沿って、該エレメント部３に対向配置されている。一次電極４ａは、エレメント部３の中心周りの方向に互いに１８０°離れた２つの位置のうち、１つの位置に配置されている。二次電極４ａ〜４ｂは、一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に、９０°離れた位置に配置されている。
【００９４】
更に、本実施形態に係る角速度センサは、図１１においては、図示していないが、実施形態１に係る角速度センサ１の第１交流電源１１に対応する交流電源１１、実施形態１に係る角速度センサ１の第２検出手段１３に対応する検出手段１３、切替手段１５及び演算手段１６を備える。一〜二次電極４ａ〜４ｂの何れか一方には、交流電源１１が接続され、何れか他方には、検出手段１３が接続される。具体的には、一〜二次電極４ａ〜４ｂに対する交流電源１１及び検出手段１３の接続状態が第１状態においては、交流電源１１が一次電極４ａに、検出手段１３が二次電極４ｂに接続される。第２状態においては、交流電源１１が二次電極４ｂに、検出手段１３が一次電極４ａに接続される。第１状態と第２状態の切替は、切替手段１５によって、一〜二次電極４ａ〜４ｂと交流電源１１及び検出手段１３を接続するスイッチ素子を切り替えることで行うことができる。切替手段１５は、現在の接続状態が第１状態か第２状態かを演算手段１６に通知する。
【００９５】
交流電源１１は、接続された電極に第１交流電圧を印加して、接続された電極とエレメント部３との間に静電力を作用させて、エレメント部３が含まれる平面内において、接続された電極とエレメント部３の中心とを結ぶ線分の方向に前記エレメント部３を一次振動（第１状態においては、振動方向が図１１に示す矢印Ｐ方向の振動）させる。検出手段１３は、接続された電極に発生する電気信号の大きさを検出する。
【００９６】
演算手段１６は、検出手段１３によって検出される電気信号の大きさと、切替手段１５から通知される現在の接続状態とに基づいて角速度を検出する。次に、演算手段１６が行う角速度の演算について説明する。
【００９７】
エレメント部３が一次振動しているときに、エレメント部３の法線方向（即ち、図１１の紙面と垂直な方向）周りの回転運動をエレメント部３が行うと、回転運動の角速度に応じた大きさの二次振動が生じる。この二次振動は、振動方向が、エレメント部３が含まれる平面内であり、且つ、一次振動に対して垂直方向（第１状態においては、図１１に示す矢印Ｑ方向）である。このため、例えば、第１状態においては、交流電源１１が接続された一次電極４ａに対して、エレメント部３の中心周りの方向に９０°離れた位置に配置された二次電極４ｂに生じる電気信号の大きさは、二次振動に応じて変動する。検出手段１３は、第１状態及び第２状態の何れのときも、第１交流電源１１が接続された電極からエレメント部３の中心周りの方向に９０°離れた位置に配置された電極に接続されている。よって、演算手段１６は、検出手段１３によって検出される電気信号の大きさに基づいて角速度を検出することができる。
【００９８】
また、一〜二次電極４ａ〜４ｂと、交流電源１１及び検出手段１３との接続状態を、第１状態から第２状態又は第２状態から第１状態に切り替えることで、交流電源１１及び検出手段１３に接続された電極の位置関係を、エレメント部３及び一〜二次電極４ａ〜４ｂの姿勢を物理的に反転したきと同一の関係にすることができる。よって、本実施形態に係る角速度センサは、エレメント部３及び一〜二次電極４ａ〜４ｂの姿勢を物理的に反転しなくても、物理的に反転したときと同等に、反転姿勢の角速度を検出することができる。このように、本実施形態に係る角速度センサは、反転機構を用いなくても、反転姿勢のときの角速度を検出することができるため、構成が単純で、重量及び製造コストが小さく、メンテナンス性が良い。
【００９９】
＜電磁力を用いた角速度センサ＞
以上において説明した、実施形態１〜５に係る角速度センサでは、一次振動の発生、及び、第２検出手段１３によって検出された電気信号の大きさの変化の打ち消し（二次振動の打ち消し）は、静電力を用いて行われている。しかし、一次振動の発生、及び、二次振動の打ち消しは、静電力に代えて電磁力を用いて行ってもよい。
【０１００】
電磁力を用いる場合、エレメント部３の法線方向の磁界をエレメント部３に発生させる。この磁界は、例えば、エレメント部３の法線方向両側に磁石を配置したり、或いは、図１２（ａ）に示すように、エレメント部３がリング状である場合は、エレメント部３の法線方向一方側がＳ極、他方側がＮ極となるように磁石７をエレメント部３の内側に配置することで形成することができる。
【０１０１】
図１２（ａ）は、一〜四次電極４ａ〜４ｄが配置されたエレメント部３の平面図である。図１２（ａ）に示すように、電磁力を用いる場合、一〜四次電極４ａ〜４ｄは、エレメント部３の中心周りの方向に沿って、エレメント部３上に配置される。一次電極４ａは、エレメント部３の中心周りの方向に３６０°／ｎの間隔で配置することができ、二次電極４ｂは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に（３６０°×１／４ｎ）、三次電極４ｃは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に（３６０°×２／４ｎ）、四次電極４ｄは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に（３６０°×３／４ｎ）離れた位置に配置することができる。尚、図１２（ａ）におていは、一〜四次電極４ａ〜４ｄの配置位置を規定する数式のｎを２とした場合の平面図である。更に、図１２（ａ）に示すように、一〜四次電極４ａ〜４ｄは、エレメント部３の中心周りの方向に沿った、それぞれ長さが等しい円弧状に形成されている。
【０１０２】
第１交流電源１１、第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４は、一〜四次電極４ａ〜４ｄの何れかと接続される。図１２（ｂ）に示すように、第１交流電源１１は、接続される電極４の長手方向（図１２（ｂ）の矢印Ｌ方向）に電流が流れるように、接続される電極４上の２点（図１２（ｂ）の例では、Ａ点及びＢ点）と接続される。第１検出手段１２、第２検出手段１３及び第２交流電源１４においても、同様の理由により、接続される電極上の２点と接続される。
【０１０３】
次に、一〜四次電極４ａ〜４ｄに対する第１交流電源１１等の接続状態が図２（ａ）に示す第１状態である場合を用いて、電磁力によって、一次振動が発生すること、及び、二次振動が打ち消されることについて説明する。第１交流電源１１が接続された一次電極４ａに第１交流電圧が印加されると、一次電極４ａにおいて、一次電極４ａの長手方向に電流が流れる。一次電極４ａの長手方向に電流が流れることにより、当該電流とエレメント部３の法線方向の磁界とによって、図１２（ａ）に示す矢印Ｒ方向（径方向）の電磁力が一次電極４ａに発生する。この電磁力により、エレメント部３の一次電極４ａが配置された部分が矢印Ｒ方向に振動し、この振動により、エレメント部３には、ｃｏｓ２θモードの一次振動が発生する。また、第２交流電源１４が接続された二次電極４ｂに第２交流電圧が印加されると、二次電極４ｂにおいて、二次電極４ｂの長手方向に電流が流れる。二次電極４ｂの長手方向に電流が流れることにより、当該電流とエレメント部３の法線方向の磁界とによって、図１２（ａ）に示す矢印Ｒ’方向（径方向）の電磁力が二次電極４ｂに発生する。この電磁力により、エレメント部３の二次電極４ｂが配置された部分が矢印Ｒ’方向に振動し、この振動により、エレメント部３の二次振動が打ち消される。一方、一次振動によって、エレメント部３の三次電極４ｃが配置された部分が振動すると、該振動とエレメント部３の法線方向の磁界とによって、三次電極４ｃにおいて、三次電極４ｃの長手方向に電流が流れる。よって、第１検出手段１２が接続される三次電極４ｃには、一次振動に応じた大きさの電気信号が発生する。よって、第１検出手段１２は、一次振動をフィードバック制御できる。また、二次振動によって、エレメント部３の四次電極４ｄが配置された部分が振動すると、該振動とエレメント部３の法線方向の磁界とによって、四次電極４ｄにおいて、四次電極４ｄの長手方向に電流が流れる。よって、第２検出手段１３が接続される四次電極４ｄには、二次振動に応じた大きさの電気信号が発生し、この電気信号の大きさに応じた第２交流電圧が前述のように印加されることで、二次振動が打ち消される。
【０１０４】
以上のように、電磁力を用いて、一次振動の発生、及び、二次振動の打ち消しを行うことができる。尚、第１交流電源１１等と一〜四次電極４ａ〜４ｄとの接続を枠体６（図示しない）上において可能なように、一〜四次電極４ａ〜４ｄは、サポート部５（図示しない）を介して枠体６まで延出されていてもよい。
【０１０５】
尚、電磁力を用いる場合であっても、実施形態２のように、第１交流電圧及び第２交流電圧が印加される電極が配置された位置の数がｎより小さくてもよい。また、実施形態３及び４のように、角速度センサは、三〜四次電極４ｃ〜４ｄを備えず、一次振動のフィードバック制御及び二次振動の打ち消しを行わなくてもよい。また、実施形態５のように、一次電極４ａは、エレメント部３の中心周りの方向に１８０°離れた２つの位置のうち少なくとも１つに配置され、二次電極４ｂは、各一次電極４ａからエレメント部３の中心周りの方向に９０°離れた位置に配置され、一次振動の振動方向が、エレメント部３が含まれる平面内において、交流電源１１が接続された電極とエレメント部３の中心とを結ぶ線分の方向であってもよい。
【実施例】
【０１０６】
本発明について、実施例１及び比較例１及び２の角速度センサを用いて更に説明する。
【０１０７】
（実施例１）
実施例１に係る角速度センサは、実施形態１に係る角速度センサ１と同様の構成である。実施例１の角速度センサが算出する角速度Ｄは、演算手段が検出した角速度から、バイアス成分を取り除いた角速度である。このバイアス成分は、実施形態１において示す式（１）を用いて算出されたものである。また、実施例１の角速度センサの演算手段が検出する最大の角速度４．５Ｖであり、最小の角速度は０．５Ｖであり、実施例１の角速度センサの演算手段の出力範囲は４Ｖ（＝４．５Ｖ−０．５Ｖ）である。
【０１０８】
（比較例１）
比較例１に係る角速度センサは、検出する角速度Ｄが異なる点を除き、実施例１に係る角速度センサ１と同様の構成である。比較例１の角速度センサが検出する角速度Ｄは、バイアス成分が除去される前の角速度、即ち、演算手段が第２交流電圧に基づいて検出した角速度そのものである。
【０１０９】
（比較例２）
比較例２に係る角速度センサは、バイアス成分の算出方法が異なる点を除き、実施例１に係る角速度センサ１と同様の構成である。比較例２の角速度センサにおけるバイアス成分の算出は、エレメント部及び一〜四次電極の非反転姿勢のときの角速度を、実施形態１において示す式（１）のｙ１に代入し、エレメント部及び一〜四次電極を物理的に反転させたときの角速度を実施形態１において示す式（１）のｙ２に代入して算出したものである。
【０１１０】
以上に説明した、実施例１、比較例１及び２の角速度センサが算出した角速度Ｄの誤差を最小二乗法を用いて図１３に示すグラフに表した。図１３における横軸は、真の角速度である。一方、縦軸は、次式（９）によって、算出される誤差値である。
誤差値＝（（Ｄ−ａｘ）／Ｖ）×１００（Ｄ：実施例１、比較例１及び２の角速度センサが算出する角速度、ａ：係数、ｘ：真の角速度、Ｖ：角速度センサの出力範囲）…（９）
【０１１１】
図１３に示すように、実施例１及び比較例２の角速度センサの角速度Ｄは、真の角速度ｘが０のときは略０である。即ち、実施例１及び比較例２の角速度センサは、原点通過性が良い。また、実施例１及び比較例２の角速度センサの角速度Ｄは、真の角速度ｘの０を基準にして、真の角速度が正の値のときと負の値のときの誤差の大きさ（絶対値）がほぼ同一であるという対象性を有する。即ち、実施例１及び比較例２の角速度センサは、回転方向によって発生する誤差のばらつきが小さいという特性を有する。
【０１１２】
このように、実施形態１において示す式（１）によって算出されたバイアス成分で角速度を補正することで、原点通過性が良く、回転方向によって発生する誤差のばらつきが小さくなることが分かった。
【０１１３】
また、比較例２の角速度センサは、実施例１と同様に原点通過性が良く、回転方向によって発生する誤差のばらつきが小さいが、比較例２の角速度センサが算出する角速度Ｄを算出するためには、反転機構が必要となる。このため、比較例２の角速度センサは、反転機構を備える分、実施例１の角速度センサに比べて、構成が複雑で、重量及び製造コストが大きく、メンテナンス性が悪い。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】図１は実施形態１に係る角速度センサの概略構成図であり、図１（ａ）は角速度センサが備えるジャイロ素子の平面図、及び、角速度センサの機能ブロック図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ端面図を示す。
【図２】図２は一〜四次電極に対する第１交流電源、第１検出手段、第２検出手段及び第２交流電源の接続状態を示す図であり、図２（ａ）は第１状態を、図２（ｂ）は第２状態を示す。
【図３】図３は（ａ）はリング部の一次振動を示し、図３（ｂ）はリング部の二次振動を示す。尚、図３（ａ）及び（ｂ）における一〜四次電極に対する第１交流電源等の接続状態は、第１状態である。
【図４】図４は、実施形態１に係る角速度センサの概略構成図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る角速度センサの概略構成図である。
【図６】図６は、角速度センサの使用形態を説明する説明図である。
【図７】図７は、実施形態２に係る角速度センサが備えるジャイロ素子の平面図、及び、角速度センサの機能ブロック図を示す。
【図８】図８は、実施形態３に係る角速度センサが備えるジャイロ素子の平面図、及び、角速度センサの機能ブロック図を示す。
【図９】図９は、実施形態４に係る角速度センサが備えるジャイロ素子の平面図、及び、角速度センサの機能ブロック図を示す。
【図１０】図１０は一〜四次電極に対する第１交流電源、第１検出手段、第２検出手段及び第２交流電源の接続状態を示す図であり、図１０（ａ）は第１状態を、図１０（ｂ）は第２状態を示す。
【図１１】図１１は、実施形態５に係る角速度センサが備えるジャイロ素子の平面図である。
【図１２】図１２は電磁力を用いて一次振動の発生及び二次振動の打ち消しを行う角速度センサを説明するための図であり、図１２（ａ）は一〜四次電極が配置されたエレメント部の平面図を示し、図１２（ｂ）は第１交流電源と、第１交流電源と接続される電極との接続形態を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例１、比較例１及び２の角速度センサが算出する角速度の誤差を測定する実験結果を示す。
【図１４】図１４は、ジャイロ素子が非反転姿勢のとき及び反転姿勢のときにおいて角速度センサが検出する角速度と真の角速度との関係を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  角速度センサ
２  ジャイロ素子
３  エレメント部
４ａ  一次電極
４ｂ  二次電極
４ｃ  三次電極
４ｄ  四次電極
【図１】
2009115559.tif 000003
【図２】
2009115559.tif 000004
【図３】
2009115559.tif 000005
【図４】
2009115559.tif 000006
【図５】
2009115559.tif 000007
【図６】
2009115559.tif 000008
【図７】
2009115559.tif 000009
【図８】
2009115559.tif 000010
【図９】
2009115559.tif 000011
【図１０】
2009115559.tif 000012
【図１１】
2009115559.tif 000013
【図１２】
2009115559.tif 000014
【図１３】
2009115559.tif 000015
【図１４】
2009115559.tif 000016