(57)【要約】【課題】振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正する。【解決手段】基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理装置であって、前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する歪み信号生成手段と、前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する角速度信号生成手段と、前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出するオフセット導出手段と、前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正するオフセット補正手段と、を備える角速度データ処理装置。【選択図】図１９
2009222691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理装置であって、
前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する歪み信号生成手段と、
前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する角速度信号生成手段と、
前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出するオフセット導出手段と、
前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正するオフセット補正手段と、
を備える角速度データ処理装置。
【請求項２】
前記出力信号は圧電信号である、
請求項１に記載の角速度データ処理装置。
【請求項３】
前記出力信号は静電容量信号である、
請求項１に記載の角速度データ処理装置。
【請求項４】
基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理方法であって、
前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成し、
前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成し、
前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出し、
前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正する、
ことを含む角速度データ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角速度データ処理装置および角速度データ処理方法に関し、特に振動ジャイロスコープのオフセット補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動ジャイロスコープは、圧電効果、電磁誘導などによって振動子を励振し、角速度の関数であるコリオリ力が加わって振動する振動子の歪みを圧電気や静電容量などに変換することによって角速度を計測する計測器である（特許文献１参照）。振動子の歪みは圧電素子やキャパシタなどの検出手段によって電気信号に変換される。検出手段の出力信号は、角速度に比例する角速度成分と、角速度に依存しない基本成分とを含む。出力信号の角速度成分については極性が反転し基本成分については極性が一致する関係をもって振動子に設けられる一対の検出手段の出力信号の差分を取ると、理想的には、角速度成分は２倍になり、基本成分は打ち消される。しかし、出力信号の角速度成分については厳密に極性が反転する関係をもって振動子に一対の検出手段を設けることは事実上不可能であるし、検出手段の入力と出力の関係にはそもそもヒステリシスやばらつきがある。このため、角速度がゼロであるにも関わらず、その一対の振動子の出力信号の差分はゼロにならない。角速度がゼロであるときに、その一対の振動子の出力信号の差分に応じて計測される信号をオフセットという。このオフセットは温度や湿度に応じてドリフトする。振動ジャイロスコープでは、その一対の振動子の出力信号の差分に応じて計測される信号からオフセット成分を差し引くオフセット補正が行われる（特許文献２，３参照）。
【特許文献１】特開２００５−２２７１１０号公報
【特許文献２】特許第２７０２６００号公報
【特許文献３】特開平６−１６００９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献２に記載された振動ジャイロスコープでは、静止状態でオフセットを導出することができない、すなわち動的にオフセットを補正できないため、時々刻々とオフセットがドリフトするような環境には不向きである。また特許文献２に記載された振動ジャイロスコープでは、温度センサが必要であるとともに、温度依存性のあるオフセットを補正するための補正データを固体毎にルックアップテーブルに出荷前に格納しておく必要があるため、製造コストが増大する。
【０００４】
また、特許文献３に記載された振動ジャイロスコープでは、動的にオフセットを補正することはできるものの、振動子が三角柱であるため、微細な振動子を三角柱に形成するとともに三角柱の側面に圧電素子を形成することが困難である。また、特許文献３に記載された振動ジャイロスコープでは、３つの圧電素子から３対の圧電素子を順次選択するための複雑なスイッチング回路とその制御回路とを必要とする。したがって特許文献３に記載された振動ジャイロスコープでは、動的にオフセットを補正することはできるものの振動ジャイロスコープの製造コストが増大する。
【０００５】
本発明は、これらの問題に鑑みて創作されたものであって、振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正できる角速度データ処理装置および角速度データ処理方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するための角速度データ処理装置は、基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理装置であって、前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する歪み信号生成手段と、前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する角速度信号生成手段と、前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出するオフセット導出手段と、前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正するオフセット補正手段と、を備える。
この角速度データ処理装置によると、基準位相において差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成し、歪み信号を定数倍したオフセット成分を角速度信号から減ずるため、振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正できる。またこの角速度データ処理装置によると、複雑なスイッチング回路や制御回路や温度センサが不要であるため、製造コストを抑制できる。
【０００７】
（２）上記目的を達成するための角速度データ処理装置において、前記出力信号は圧電信号でもよい。
【０００８】
（３）上記目的を達成するための角速度データ処理装置において、前記出力信号は静電容量信号でもよい。
【０００９】
（４）上記目的を達成するための角速度データ処理方法は、基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理方法であって、前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成し、前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成し、前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出し、前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正する、ことを含む。
この角速度データ処理方法によると、基準位相において差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成し、歪み信号を定数倍したオフセット成分を角速度信号から減ずるため、振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正できる。またこの角速度データ処理方法は、複雑なスイッチング回路や制御回路や温度センサを備えない振動ジャイロスコープに適用できるため、振動ジャイロスコープの製造コストを抑制できる。
【００１０】
尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。また請求項に記載された各手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせにより実現される。また、これら各手段の機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．角速度データ処理方法
はじめに、図１に示す片持ち梁を振動子１０とする振動ジャイロスコープに適用される角速度データ処理方法について説明する。振動子１０は圧電効果や電磁誘導によって励振されることによって基本振動方向に振動する。この振動子１０が振動子１０の長手方向に対して垂直な基本振動方向に振動している状態で振動子１０の長手方向と平行な回転軸まわりに振動子１０が回転すると振動方向と回転軸とにそれぞれ直交する方向のコリオリ力が振動子１０に作用する。すると振動子１０がコリオリ力が作用する方向に歪む。変位ｘにある質量ｍの質点が角速度ωで回転するときに作用するコリオリ力Ｆは、Ｆ＝２ｍωｄｘ／ｄｔである。したがって回転軸と基本振動方向とに直交する方向において振動子１０の歪みを電気信号に変換して検出すれば角速度を求めることができる。回転軸と基本振動方向とに直交する方向において振動子１０の歪みを電気信号に変換する検出手段としては圧電素子やキャパシタを用いることが出来る。
【００１２】
ここで四角柱体の振動子１０の側面１００に圧電素子２０を設けるとする。圧電素子２０は共通電極２５と圧電膜２４と駆動電極２２と２つの検出電極２１、２３を備えているとする。３層に重なっている駆動電極２２と圧電膜２４と共通電極２５は振動子１０を励振する駆動手段としての圧電素子２０２を構成する。圧電膜２４に垂直な方向が基本振動方向となる。駆動電極２２の両側に配置されている検出電極２１、２３は振動子１０の回転軸と基本振動方向とに直交する方向の歪みを電気信号に変換する検出手段を構成する。すなわち圧電素子２０は駆動手段としての圧電素子２０２と検出手段としての２つの圧電素子２０１、２０３とを構成している。便宜的に検出電極２１から出力信号を取り出す検出手段として圧電素子２０に言及するときには第一圧電素子２０１といい、検出電極２３から出力信号を取り出す検出手段として圧電素子２０に言及するときには第二圧電素子２０３というものとする。すなわち第一圧電素子２０１は３層に重なっている共通電極２５と圧電膜２４と検出電極２１とからなる検出手段を構成している。第二圧電素子２０３は３層に重なっている共通電極２５と圧電膜２４と検出電極２３とからなる検出手段を構成している。第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３とは振動子１０の長手方向と平行で振動子１０の中心線を含む断面を対称面として面対称に配置されている。
【００１３】
駆動電極２２と共通電極２５とに正弦波形の駆動電圧（駆動信号）を印加すると、振動子１０は圧電膜２４と垂直な基本振動方向に振動する。時間ｔの関数である駆動信号ｖを励振周波数ｆと基準電圧Ｖを用いると次式（１）で表すことができる。
ｖ＝Ｖｓｉｎ（ｆｔ）・・・（１）
【００１４】
駆動電極２２と共通電極２５とに駆動信号を印加している状態において角速度がゼロのとき、すなわちコリオリ力がゼロのとき、振動子１０は基本振動方向にのみ振動する。このため、検出電極２１と共通電極２５との電位差と、検出電極２３と共通電極２５との電位差は等しくなり、第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３からは駆動信号と同位相の正弦波の同一の信号が出力される（図２、図３の破線参照）。角速度がゼロの状態における第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３の出力信号を基本成分というものとする。第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３の出力信号の基本成分ｂは、いずれも比例定数αを用いて次式（２）で表すことが出来る。
【００１５】
ｂ＝αＶｓｉｎ（ｆｔ）・・・（２）
駆動電極２２と共通電極２５とに駆動信号を印加している状態において、振動子１０がその長手方向と平行な軸を回転軸として回転すると、次式（３）で表されるコリオリ力Ｆが振動子１０に作用する。
Ｆ＝βωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（３）
ただしβは比例定数でありωは角速度である。
【００１６】
振動子１０にコリオリ力が作用すると基本振動方向に対して垂直な方向にも振動子１０が振動する。基本振動方向に対して垂直な方向にも基本振動方向にも振動子１０が振動するとき、振動子１０がねじれるために第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３との出力信号には基本成分以外の成分である角速度成分が含まれる。次式（４）、（５）においてｃ１、ｃ２で表される成分である角速度成分は、図２および図３において破線と実線の差分として表示されており、第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３とが振動子１０の長手方向と平行で振動子１０の中心線を含む断面を対称面として面対称に配置されているため極性が逆で大きさは等しくなる。ただし、ｃ１は第一圧電素子２０１の出力信号の角速度成分であり、ｃ２は第二圧電素子２０３の出力信号の角速度成分であるとする。またγは比例定数である。
ｃ１＝γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（４）
ｃ２＝−γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（５）
【００１７】
すなわち、駆動電極２２と共通電極２５とに駆動信号を印加し、振動子１０がその長手方向と平行な軸を回転軸として回転している状態では、第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１は次式（６）となり、第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２は次式（７）となる。
Ｓ１＝αＶｓｉｎ（ｆｔ）＋γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（６）
Ｓ２＝αＶｓｉｎ（ｆｔ）−γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（７）
【００１８】
したがって、第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３の出力信号の差分信号Ｓを求めると、角速度に依存しない基本成分が除去され、次式（８）で表される差分信号Ｓとして角速度成分が抽出される。
Ｓ＝２γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（８）
【００１９】
ところが実際には、式（１）で表す駆動信号ｖを駆動電極２２に印加したとしても振動子１０の形状のばらつきや圧電膜２４のヒステリシスやばらつきなどがあるため、第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１、第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２は式（６）、（７）のようにはならない。実際には、差分信号Ｓは次式（９）のように基本成分ｂのひずみに対応する成分などを含むものとなる。ただしδ（Ｔ）は温度Ｔの関数である。
【００２０】
Ｓ＝δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（ｆｔ）＋１／３δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（３ｆｔ）＋１／５δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（５ｆｔ）＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（∞ｆｔ）＋２γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）＋δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（ｆｔ）＋１／３δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（３ｆｔ）＋１／５δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（５ｆｔ）＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（∞ｆｔ）・・・（９）
【００２１】
基本成分ｂのひずみなどに相当する成分を含む第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１、第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２をそれぞれ角速度に依存しない基本成分と角速度に依存する角速度成分に分解して表すと図４、図５、図６、図７のようになる。図４の実線は第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１に含まれる基本成分を表し、図４の破線は基本成分のひずみなどに対応する成分を含まない第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１に含まれる基本成分（すなわちαＶｓｉｎ（ｆｔ））を表している。図５の実線は第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１に含まれる角速度成分を表し、図５の破線は基本成分のひずみなどに対応する成分を含まない第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１に含まれる角速度成分（すなわちγωＶｆｃｏｓ（ｆｔ））を表している。図６の実線は第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２に含まれる基本成分を表し、図６の破線は基本成分のひずみなどに対応する成分を含まない第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２に含まれる基本成分（すなわちαＶｓｉｎ（ｆｔ））を表している。図７の実線は第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２の角速度成分を表し、図７の破線は基本成分のひずみなどに対応する成分を含まない第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２の角速度成分（すなわち−γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ））を表している。
【００２２】
差分信号Ｓに含まれる基本成分Ｓｂと、差分信号Ｓに含まれる角速度成分Ｓωとは次式（１０）、（１１）によって表される。
Ｓｂ＝δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（ｆｔ）＋１／３δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（３ｆｔ）＋１／５δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（５ｆｔ）＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（∞ｆｔ）・・・（１０）
Ｓω＝２γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）＋δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（ｆｔ）＋１／３δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（３ｆｔ）＋１／５δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（５ｆｔ）＋・・・１／∞δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（∞ｆｔ）・・・（１１）
【００２３】
図８の実線は差分信号Ｓに含まれる基本成分Ｓｂを示している。図９の実線は差分信号Ｓに含まれる角速度成分Ｓωを示している。
【００２４】
式（１０）に示した基本成分Ｓｂの第一項の位相は駆動信号の位相（基準位相）と一致している。したがってこれは基準位相において差分信号を検波して平滑化すると除去される。式（１１）に示した角速度成分Ｓωの第一項および第二項の位相と駆動信号の位相（基準位相）は１／４周期ずれる。したがってこれらは基準位相から１／４周期ずれた位相で差分信号を検波して平滑化すると除去される。
【００２５】
コリオリ力は振動子１０の基本振動方向の変位の時間微分に比例する。したがって振動子１０を励振する基準位相に対して１／４周期の差がある位相において差分信号Ｓを検波し、低周波成分を抽出すると大部分が角速度成分Ｓωに対応し、残部が基本成分Ｓｂに対応する角速度信号Ｓｐを生成できる。角速度信号Ｓｐは次式（１２）で表される。
【００２６】
Ｓｐ＝１／３δ（Ｔ）αＶ＋１／５δ（Ｔ）αＶ＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶ＋２γωＶｆ＋δ（Ｔ）φ（Ｖ、ｆ、ω）・・・（１２）
【００２７】
ただしφ（Ｖ、ｆ、ω）は駆動信号の基準電圧Ｖ、振動子１０の励振周波数ｆ、角速度ωの関数である。δ（Ｔ）φ（Ｖ、ｆ、ω）は、式（１１）に示した角速度成分Ｓωの第三項以降の成分に対応し、角速度ノイズ成分というものとする。式（１１）に示した角速度成分Ｓωの第一項および第二項の成分は、基本成分に対応し、基本オフセット成分というものとする。
【００２８】
尚、基準位相に対して１／４周期の差がある位相において差分信号を検波すると１／４ｆから３／４ｆの区間までの極性が反転した信号が生成される。この信号には図１０に実線で示す成分と図１１に実線で示す成分が含まれる。
【００２９】
図１２において、実線は角速度信号Ｓｐに含まれる基本オフセット成分を示している。図１３において、実線は角速度信号Ｓｐの角速度成分Ｓωを示し、ハッチングは角速度信号に含まれている角速度ノイズ成分を示している。尚、図１２および図１３において縦軸のスケールは一致していない。
【００３０】
ここで温度Ｔと角速度信号Ｓｐと角速度ωの関係について図１４を用いて説明する。実線Ｓ０は温度が基準温度における角速度信号Ｓｐと角速度ωの関係を示している。実線ＳＴは温度が基準温度よりも高い温度における角速度信号Ｓｐと角速度ωの関係を示している。基本オフセット成分と角速度成分Ｓωの和が角速度信号Ｓｐである。したがって角速度信号Ｓｐから基本オフセット成分を差し引けば角速度成分Ｓωを導出できる。角速度成分Ｓωには温度Ｔに依存しない２γωＶｆで表される成分と温度Ｔに依存する角速度ノイズ成分δ（Ｔ）φ（Ｖ、ｆ、ω）が含まれる。
【００３１】
しかし角速度ノイズ成分は、角速度ωに比例するため、角速度ωが小さい範囲においては無視できるほど小さいし、角速度信号Ｓｐから基本オフセット成分を差し引いた成分に占める角速度ノイズ成分の割合は十分小さく一定である。したがって角速度信号Ｓｐから基本オフセット成分を除去できさえすれば、角速度ノイズ成分は問題にならない。すなわち角速度信号Ｓｐから差し引くべきオフセット成分は基本オフセット成分そのものとしてよい。
【００３２】
次に差分信号Ｓから基本オフセット成分を抽出する方法を説明する。
基本オフセット成分は圧電膜２４に対して垂直な基本振動方向の振動を表している。このため、基本オフセット成分を抽出するためには圧電素子２０２の駆動信号の位相である基準位相において差分信号を検波し、低周波成分を抽出すればよい。基準位相において差分信号を検波し、低周波成分を抽出した信号を歪み信号というものとする。歪み信号ＳＢは次式（１３）で表される。
ＳＢ＝１／３δ（Ｔ）αＶ＋１／５δ（Ｔ）αＶ＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶ＋δ（Ｔ）σ（Ｖ、ｆ、ω）・・・（１３）
ただしσ（Ｖ、ｆ、ω）は駆動信号の基準電圧Ｖ、振動子１０の励振周波数ｆ、角速度ωの関数である。最終項のδ（Ｔ）σ（Ｖ、ｆ、ω）は角速度ノイズ成分に対応する。式（１３）の最終項以外の成分が基本オフセット成分に対応する。
【００３３】
尚、基準位相において差分信号を検波すると１／２ｆから１／ｆの区間までの極性が反転した信号が生成される。この信号には図１５に実線で示す成分と図１６に実線で示す成分が含まれる。図１７において、実線は歪み信号ＳＢが含む基本オフセット成分に対応する成分を示している。図１８において、実線は歪み信号ＳＢが含む角速度成分に対応する成分を示し、ハッチングは歪み信号ＳＢが含む角速度ノイズ成分に対応する成分を示している。
【００３４】
歪み信号が含む基本オフセット成分に対応する成分は角速度信号の基本オフセット成分と同様に温度に比例する。また歪み信号の基本オフセット成分に対応する成分と角速度信号の基本オフセット成分は、いずれも１つの差分信号に含まれる基本成分であるところの同一の波形に対応しているため、ほぼ比例関係にある。また歪み信号の角速度ノイズ成分に対応する成分と角速度信号の角速度ノイズ成分は、いずれも１つの差分信号に含まれる角速度成分であるところの同一の波形に対応しているため、ほぼ比例関係にある。そして、圧電素子２０１、２０３の出力信号の基本成分は一般に角速度成分に対して十分大きく、また、歪み信号を生成するときには振動子１０を励振する基準位相において差分信号Ｓを検波しているため（すなわち角速度成分が除去されるように検波しているため）、歪み信号の基本オフセット成分に対応する成分は角速度ノイズ成分に対して十分大きい（図１７および図１８において縦軸のスケールは一致していない。）。したがって、温度に依存しない定数を歪み信号に掛け合わせれば、オフセット成分を導出できることになる。したがって、オフセット成分Ｄは次式（１４）に従って導出する。
Ｄ＝ＫＳＢ・・・（１４）
ただしＫは定数である。
【００３５】
以上の方法で求めたオフセット成分Ｄを角速度信号Ｓｐから差し引くことにより、正確な角速度を表すように角速度信号を補正することができる。そして、このように角速度信号を補正するためのオフセット成分は角速度がゼロであるか否かに関わらず導出できる。すなわち、以上の方法によると振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正できる。
【００３６】
２．角速度データ処理装置
図１９は上述した角速度データ処理方法が適用される角速度データ処理装置としての振動ジャイロスコープ１の具体的構成例を示すブロック図である。
振動子１０は断面が矩形である片持ち梁型であり、フォトリソグラフィなどの微細加工によって形成される。振動子１０の側面には振動子１０を励振するための駆動手段としての圧電素子２０２と振動子１０の変位を圧電信号に変換するための検出手段としての圧電素子２０１、２０３とが設けられている。圧電素子２０１、２０３は、それぞれの出力信号の角速度成分については極性が反転し基本成分については極性が一致する関係をもって振動子１０に設けられる。
【００３７】
圧電素子２０２を駆動し、差分信号を検波するための基本クロックは発振回路３１によって生成される。増幅回路３０は基本クロックを増幅することにより圧電素子２０２を励振する。
【００３８】
検出手段としての圧電素子２０１、２０３にはオペアンプ３３の入力端子が接続される。オペアンプ３３は圧電素子２０１、２０３のそれぞれの出力信号の差分を増幅することにより差分信号を生成する。
【００３９】
オペアンプ３３の出力端子は検波回路３４、３５に接続される。検波回路３４と検波回路３５が検波に用いるクロックは圧電素子２０２を励振する駆動信号の周期の１／４だけずれている。
【００４０】
一方の検波回路３４に入力されるクロックは基本クロックの位相を１／４周期だけずらした信号である。すなわち検波回路３４は圧電素子２０２を励振する駆動信号の位相に対して１／４周期の差がある位相において差分信号を検波する。検波回路３４に入力されるクロックに入力されるクロックは基本クロックを入力とする位相差発生回路３２によって生成される。検波回路３４の出力端子はローパスフィルタ３６に接続される。ローパスフィルタ３６は検波回路３４の出力信号を平滑化することにより検波回路３４の出力信号の低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する。すなわち検波回路３４およびローパスフィルタ３６は圧電素子２０２を励振する駆動信号の位相（基準位相）に対して１／４周期の差がある位相において差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する角速度信号生成手段を構成する。
【００４１】
他方の検波回路３５に入力されるクロックは発信回路３１から出力される基本クロックである。すなわち検波回路３５は圧電素子２０２を励振する駆動信号と同期して差分信号を検波する。検波回路３５の出力端子はローパスフィルタ３８に接続される。ローパスフィルタ３８は検波回路３５の出力信号を平滑化することにより検波回路３５の出力信号の低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する。すなわち検波回路３５およびローパスフィルタ３８は圧電素子２０２を励振する駆動信号の位相（基準位相）において差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する歪み信号生成手段を構成する。
【００４２】
ローパスフィルタ３８の出力端子は増幅回路３９に接続される。増幅回路３９はローパスフィルタ３８から出力される歪み信号を増幅することにより定数倍する。すなわち増幅回路３９は歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出するオフセット導出手段を構成する。
【００４３】
ローパスフィルタ３６と増幅回路３９の出力端子はオペアンプ４０の入力端子に接続される。オペアンプ４０はローパスフィルタ３６の出力信号である角速度信号と増幅回路３９の出力信号であるオフセット成分との差分を増幅する。すなわちオペアンプ４０は角速度信号からオフセット成分を減ずることにより角速度信号を補正するオフセット補正手段を構成する。
【００４４】
上述した角速度データ処理方法が適用される振動ジャイロスコープ１には、温度に応じてオフセット成分を導出するための補正データを格納するためのメモリや、温度を検出するための温度センサや、複雑なスイッチング回路や、制御回路が不要である。すなわち角速度データ処理方法が適用される振動ジャイロスコープの製造コストは抑制され得る。
【００４５】
３．他の実施形態
振動子は少なくともその質点が２次元または３次元に振動できる形態であればよく、例えば両持ち梁型でもダイヤフラム型でもよい。振動子の励振には電磁誘導や静電気を用いてもよい。振動子の歪みの検出手段にはキャパシタや光センサを用いてもよい。すなわち振動子の歪みの検出手段の出力は静電容量信号でもよい。また角速度データ処理装置が内部で処理する信号をいずれかの段階でデジタル化してもよいし、オフセットが補正された角速度信号をアナログ信号として出力してもよい。またローパスフィルタ３６、３８のように同一機能を持つ独立した２つの機能素子の一方を省略し、スイッチング回路を追加するなど、本発明の角速度データ処理装置の機能要素の具体的実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図２】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図３】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図４】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図５】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図６】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図７】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図８】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図９】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１０】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１１】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１２】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１３】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１４】本発明の実施形態にかかる線グラフ。
【図１５】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１６】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１７】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１８】本発明の実施形態にかかる波形図。
【図１９】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【符号の説明】
【００４７】
１：振動ジャイロスコープ、１０：振動子、２０：圧電素子、２１：検出電極、２２：駆動電極、２３：検出電極、２４：圧電膜、２５：共通電極、３０：増幅回路、３１：発振回路、３２：位相差発生回路、３３：オペアンプ、３４：検波回路、３５：検波回路、３６：ローパスフィルタ、３８：ローパスフィルタ、３９：増幅回路、４０：オペアンプ、１００：側面、２０１：圧電素子、２０２：圧電素子、２０３：圧電素子
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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