JP2000009475A - 角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角速度検出感度の向上。角速度センサの異常
チェック，校正を行なう。これを自動化する。 【解決手段】 基板１００に対して浮動支持され、対称
な第１および第２振動体７，１１／１７，２１；これら
をｘ振動駆動する駆動電極５ａ，６ａ／５ｂ，６ｂ；振
動体のｙ振動を検出する検出電極１２，１３／２２，２
３；振動体にｙ方向の静電気力を与える助勢電極６２，
６３／７２，７３；および、これらに静電気力用の電圧
を印加する電圧回路６４／７４；を備える。各助勢電極
は、振動体に反対方向の静電気力を与える対の電極（６
２，６３）／（７２，７３）である。計測コントロ−ラ
ＴＣＲが、助勢電極に印加する助勢電圧Ｖｅを調整して
ｘ振幅を校正し、疑似コリオリ力を振動体１１，２１に
与える電圧を助勢電極に印加して角速度検出信号を読
み、計測回路を校正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して浮動
支持された振動体を備える角速度センサおよびそれを用
いる角速度検出装置に関し、特に、これに限定する意図
ではないが、半導体微細加工技術を用いて形成される浮
動半導体薄膜を櫛歯電極にて電気的に吸引／解放してｘ
方向に励振する角速度センサとそれを用いる角速度検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の角速度センサの代表的なもの
は、浮動薄膜の左辺部に１組かつ右辺部に１組の浮動櫛
歯電極（左側浮動櫛歯電極と右側浮動櫛歯電極）を備
え、固定櫛歯電極も２組（各組の浮動櫛歯電極に非接触
で噛み合いかつ平行な左側固定櫛歯電極および右側固定
櫛歯電極）として、左側浮動櫛歯電極／左側固定櫛歯電
極間と右側浮動櫛歯電極／右側固定櫛歯電極間に交互に
電圧を印加することにより、浮動薄膜がｘ方向に振動す
る。浮動薄膜に、ｚ軸を中心とする回転の角速度が加わ
ると、浮動薄膜にコリオリ力が加わって、浮動薄膜は、
ｙ方向にも振動する楕円振動となる。浮動薄膜を導体と
しもしくは電極が接合したものとし、浮動薄膜のｘｚ平
面に平行な検出電極を基板上に備えておくと、この検出
電極と浮動薄膜との間の静電容量が、楕円振動のｙ成分
（角速度成分）に対応して振動する。この静電容量の変
化（振幅）を測定することにより、角速度を求めること
が出来る（例えば、米国特許明細書第5,635,638号，特
開平５−２４８８７２号公報，特開平７−２１８２６８
号公報，特開平８−１５２３２７号公報，特開平９−１
２７１４８号公報，特開平９−４２９７３号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば米国特許第５６
３５，６３８号の図４に示されるマイクロマシンヨーレ
ートセンサは、角速度検出感度を高くするときには、励
振駆動電圧を高くして振動子の変位を大きくするが、励
振駆動電圧による振動変位の調整範囲は狭く、大幅な感
度の向上はみこめない。一方、この種の角速度センサで
は、励振駆動電圧および角速度以外にも、角速度検出信
号にレベル変化を与える多くのパラメ−タがあり、セン
サの動作異常のチェックならびに角速度検出信号を生成
する電気処理回路の校正が重要であるが、振動子に角速
度がくわわりコリオリ力が発生するまで、角速度検出信
号には変化が現われない。

【０００４】例えば、振動子は正常に駆動しているが、
温度，外乱等でセンサの動きが異常になって角速度検出
信号がシフトした場合、角速度の変化と識別できない。
例えば、双共振型の角速度センサは励振，角速度検出振
動の共振周波数差が一定の範囲内でなければならないた
め、万一検出振動の周波数がその範囲からはずれている
場合、角速度信号の振れからは、それが分からない。車
載等、移動体上に搭載している時には、他のセンサ類か
ら角速度を推定し、角速度センサの角速度信号の正，誤
をチェックしているが、角速度センサ出力を校正するこ
とは難かしい。角速度センサが温度等で経時変化をおこ
し、出力感度が低下しても角速度センサ自身では判定で
きないため角速度検出信号の信頼性が低下する。

【０００５】本発明は、検出感度を高くしうる角速度セ
ンサを提供することを第１の目的とし、異常チェックあ
るいは検出信号の校正が容易な角速度センサを提供する
ことを第２の目的とし、自身で異常チェックあるいは検
出信号の校正を行なう角速度検出装置を提供することを
第３の目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）本発明の角速度検
出装置は、ｘ，ｙ方向に撓み性が高い浮動支持部材(a1
〜a4,b1〜b4,c1,c2,31〜38)で基板(100)に対して浮動支
持され、ｘ方向に並び、並びの中間点Ｏを通るｙ軸に関
して対称な第１および第２振動体(7,11/17,21)；第１お
よび第２振動体の少くとも一方をｘ方向に振動駆動する
励振手段(5a,6a/5b,6b)；第１および第２振動体のｙ振
動を検出する変位検出手段(12,13/22,23)；および、第
１および第２振動体の少くとも一方に、ｙ方向の力を与
えるｙ変位助勢手段(62,63/72,73)；を備える。なお、
理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述
する実施例の対応要素の符号を参考までに付記した。

【０００７】励振手段(5a,6a/5b,6b)が振動体をｘ方向
に振動駆動し、第１および第２振動体が実質上等しい周
波数で振動しているとき、中間点Ｏを通るｚ軸廻りの角
速度が加わると、コリオリ力により、第１および第２振
動体の振動が楕円振動となりｙ方向にも振動する。第１
および第２振動体のｙ振動は相対的に逆相となるので、
第１および第２振動体は、ｚ軸廻りのねじれ振動をす
る。ｙ振動の、ｘ振動に対する位相の正，負は角速度の
回転方向に、ｙ振動の振幅の絶対値は角速度の大きさ
（絶対値）に対応する。変位検出手段(12,13/22,23)が
これらのｙ振動を検出する。検出したｙ振動から角速度
信号を生成することができる。

【０００８】ｙ変位助勢手段(62,63/72,73)が振動体
に、ｙ方向の力を与えると、該力の方向の、振動体の見
かけ上のばね定数が変化して変位量が変わり、角速度に
対する振動体の感度が変化し、角速度検出感度が変化す
る。これにより、１つのセンサ設計で各仕様のセンサ感
度，測定範囲などを任意に調整，設定しうる。高感度で
低コストのセンサを実現することもできる。

【０００９】ところで、 Ｆｃ＝２×Ｍ×Ω×Ａcosωｔ Ｆｃ：コリオリ力， Ｍ：振動子の質量， Ω：角速度 Ａ：ｘ振動の振幅 ω＝２πｆ，ｆ：ｘ振動の周波数 であるので、角速度Ω対応のコリオリ力Ｆｃを振動子に
与えるには、振動子に ２×Ｍ×Ω×Ａcosωｔ の力を加えればよい。ｙ変位助勢手段(62,63/72,73)に
て、角速度Ωの各値の２×Ｍ×Ω×Ａcosωｔなる力を
振動体に加えることにより、振動体に角速度Ωの各値の
コリオリ力が加わったのと同様な力が作用する。変位検
出手段(12,13/22,23)が検出するｙ振動と、加えた力対
応の角速度Ωとを照合することにより、角速度センサの
動作の正否，ならびに、角速度検出特性（入力角速度対
出力検出信号の関係）をチェックすることができ、角速
度検出特性を設計特性に合わす校正（電気回路の信号処
理特性の調整）を行なうことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（２）ｘ，ｙ方向に撓み性が高い
浮動支持部材(a1〜a4,b1〜b4,c1,c2,31〜38)で基板(10
0)に対して浮動支持され、ｘ方向に並び、並びの中間点
Ｏを通るｙ軸に関して対称な第１および第２振動体(7,1
1/17,21)；第１および第２振動体の少くとも一方をｘ方
向に振動駆動する励振手段(5a,6a/5b,6b)；第１および
第２振動体のｙ振動を検出する変位検出手段(12,13/22,
23)；第１振動体にｙ方向の静電気力を与えるためのｙ
変位助勢用の第１電極手段(62,63)；第２振動体にｙ方
向の静電気力を与えるためのｙ変位助勢用の第２電極手
段(72,73)；および、ｙ変位助勢用の第１および第２電
極手段(62,63／72,73)に静電気力用の電圧を印加する手
段(64/74)；を備える。

【００１１】ｙ変位助勢用の第１電極手段(62,63)およ
びｙ変位助勢用の第２電極手段(72,73)に、角速度Ω対
応の力に相当する静電気力用の電圧を、電圧印加手段(6
4/74)から印加することにより、第１および第２振動体
には角速度Ωのコリオリ力が加わったのと同様な力が作
用する。これに対し、変位検出手段(12,13/22,23)が検
出するｙ振動と、加えた力対応の角速度Ωとを照合する
ことにより、角速度センサの動作の正否、ならびに、角
速度検出特性(入力角速度対出力検出信号の関係)をチェ
ックすることができ、角速度検出特性の校正を行うこと
ができる。 （３）ｙ変位助勢用の第１および第２電極手段(62,63／
72,73)は、それぞれ、振動体がｙ方向の一方の方向に移
動するとき振動体が近付く助勢電極(62/72)および他方
の方向に移動するとき振動体が近付く助勢電極(63/73)
を含む。

【００１２】これによれば、両助勢電極(62,63/72,73)
に同一の直流電圧を与えると、共にｙ方向ではあるが、
反対方向の静電気力（吸引力）が振動体に加わり、それ
らが相殺し合って振動体には実質上助勢力は加わらな
い。しかし、角速度が加わってこれによりｙ振動を生ず
ると、振動体が近づく助勢電極（例えば62/72）の静電
気力が増大し振動体が離れる助勢電極（63/73）の静電
気力が低下し、角速度によるｙ振動が両助勢電極(62,63
/72,73)によって増幅され、角速度対ｙ振動のゲインが
大きい。両助勢電極(62,63/72,73)に印加する直流電圧
レベルにより、１つのセンサ設計で各仕様のセンサ感
度，測定範囲などを任意に調整，設定しうる。よって高
感度で低コストのセンサを実現できる。

【００１３】一方、両助勢電極(62,63/72,73)間に交流
電圧を印加すると、一方の助勢電極(例えば62,63)の静
電気力（吸引力）が強いとき他方の助勢電極(72,73)の
静電気力（吸引力）が弱く、これが切換わるので、振動
体が、角速度が加わったときと同様にｙ振動する。変位
検出手段(12,13/22,23)が検出するｙ振動と、加えた交
流電圧の静電気力対応の角速度Ωとを照合することによ
り、角速度センサの動作の正否，ならびに、角速度検出
特性（入力角速度対出力検出信号の関係）をチェックす
ることができ、角速度検出特性を設計特性に合わす校正
（電気回路の信号処理特性の調整）を行なうことができ
る。

【００１４】また、両助勢電極(62,63/72,73)間に交流
電圧を印加しかつそのレベルを数種の低周波数で変動
（振幅変調）させ、変位検出手段(12,13/22,23)が検出
するｙ振動と、加えた交流電圧の静電気力対応の角速度
Ωおよび変調周波数とを照合することにより、角速度セ
ンサの動作の正否，角速度検出特性（入力角速度対出力
検出信号の関係）および周波数特性（入力角速度の周波
数対出力検出信号の関係）をチェックすることができ、
角速度検出特性および周波数特性を設計特性に合わす校
正（電気回路の信号処理特性の調整）を行なうことがで
きる。 （４）ｙ変位助勢用の第１および第２電極手段(62,63／
72,73)に、複数の角速度レベルの静電気力用の交流電圧
を順次印加して、前記変位検出手段(12,13/22,23)の検
出値を読込んで、検出値を角速度に変換する電気信号処
理系の変換特性を設定する計測制御手段(TCR)；を更に
備える。これによれば、上述の角速度検出特性の校正が
自動的に行なわれる。 （５）ｙ変位助勢用の第１および第２電極手段(62,63／
72,73)に、複数の周波数の静電気力用の電圧を順次印加
して、前記変位検出手段(12,13/22,23)の検出値を読込
んで、検出値を角速度に変換する電気信号処理系の、周
波数特性を設定する計測制御手段(TCR)；を更に備え
る。これによれば、上述の周波数特性の校正が自動的に
行なわれる。

【００１５】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明の一実施例を示す。この実施
例においては、絶縁層を形成したシリコン基板１００に
は、導電性ポリシリコンの、浮動体アンカーａ１〜ａ
４，駆動電極５ａ，５ｂ／６ａ，６ｂのアンカー，駆動
検出電極１５ａ，１５ｂ／１６ａ，１６ｂのアンカー，
角速度検出電極１２，１３／２２，２３および助勢電極
６２，６３／７２，７３のアンカーが接合しており、こ
れらのアンカーは、シリコン基板１００上の絶縁層の上
に形成された配線により、図示しない接続電極に接続さ
れている。

【００１７】リソグラフによる半導体プロセスを用い
て、シリコン基板１００から浮きしかも浮動体アンカー
ａ１〜ａ４に連続した、導電性ポリシリコンの、ｘ，ｙ
方向に撓み性が高いばね梁ｂ１〜ｂ４、ならびにこれら
に連続した帯板状の連結梁ｃ１，ｃ２が形成されてい
る。これらの連結梁ｃ１，ｃ２は、中心Ｏを通るｘ軸お
よびｙ軸に関して対称であり、浮動体アンカーａ１〜ａ
４およびばね梁ｂ１〜ｂ４は、ｘ軸およびｙ軸に関して
対称に分布する。

【００１８】連結梁ｃ１，ｃ２には、それらに連続する
各４本のｘ方向に撓み性が高いばね梁３１〜３４／３５
〜３８で、それらに連続する第１駆動枠７，第２駆動枠
１７が支持されている。第１，第２駆動枠７，１７は矩
形枠であり、それらと一体にかつ内側に、第１振動体１
１および第２振動体２１が連続している。これらの要素
も、シリコン基板１００から浮いており、導電性ポリシ
リコンである。

【００１９】第１，第２の駆動枠７と１７、第１，第２
の振動体１１と２１、はセンサ中心Ｏを通るｘ軸および
ｙ軸に関して対称な形状であって対称な位置にあり、ば
ね梁３１〜３４／３５〜３８も、ｘ軸およびｙ軸に関し
て対称である。

【００２０】第１，第２の駆動枠７，１７それぞれのｙ
平行２辺には、ｙ方向に等ピッチで分布しｘ方向に突出
する櫛歯状の可動電極があり、駆動電極アンカーに連続
した、導電性ポリシリコンの駆動電極５ａ，５ｂ／６
ａ，６ｂ、および、駆動検出電極アンカーに連続した、
導電性ポリシリコンの駆動検出電極１５ａ，１５ｂ／１
６ａ，１６ｂに、可動電極のｙ方向分布の空間に突出す
る櫛歯状の固定電極がありｙ方向に分布している。

【００２１】駆動電極５ａと５ｂに、また６ａと６ｂに
交互に、駆動枠７，１７の電位（略機器ア−スレベル）
より高い電圧を印加することにより、駆動枠７，１７が
ｘ方向に振動する。駆動枠７，１７を共振音叉振動とす
るために、駆動枠７，１７のｘ振動は相対的に逆相にす
る。

【００２２】駆動枠７および振動体１１でなる第１振動
系と、駆動枠１７および振動体２１でなる第２振動系と
を、共振音叉振動させることにより、エネルギ消費効率
が高いｘ励振となる。なお、第１および第２駆動枠７，
１７のｘ振動の共振周波数は同一に設計され、角速度検
出感度を高くするために、それらのｙ振動の共振周波数
はｘ振動の共振周波数より数１００Ｈｚ程度高い値、ま
たは、低い値に設計されている。

【００２３】駆動枠７，１７がｘ方向に共振音叉振動す
ることにより、駆動枠７と駆動検出電極１５ａ，１６ｂ
との間の静電容量が逆相で振動し、かつその容量振動と
逆相で、駆動枠１７と駆動検出電極１５ｂ，１６ｂとの
間の静電容量が振動する。

【００２４】駆動枠７，１７と一体の振動体１１，２１
も大略で枠形状であるが、ｘ方向に延びる複数の渡し梁
がｙ方向に等ピッチで存在し、ｙ方向で隣り合う渡し梁
の間の空間に、各１対の導電体ポリシリコンの固定検出
電極１２，１３／２２，２３があり、また固定検出電極
と同一構造の助勢用電極６２，６３／７２，７３があ
り、基板１００上の検出電極用の各アンカーで支持され
それと電気的に連続である。

【００２５】対の検出電極１２，１３（２２，２３）間
は絶縁されているが、振動体１１（２１）のｙ振動（ｙ
変位）を検出するための各対電極１２，１３（２２，２
３）の、各対間で対応位置にある検出電極は、電気リ−
ドに共通接続され、チャ−ジアンプ４６，４７（５６，
５７）に接続されている。

【００２６】同様に、対の助勢電極６２，６３（７２，
７３）間は絶縁されているが、振動体１１（２１）のｙ
振動（ｙ変位）を助勢するための各対電極６２，６３
（７２，７３）の、各対間で対応位置にあるものは、電
気リ−ドに共通接続され、助勢電圧回路６４，７４に接
続されている。助勢電圧回路６４，７４はそれぞれ、電
圧制御周波数可変発振器（ＶＣＯ），振幅変調器および
直，交流電圧出力回路を含み、計測コントロ−ラＴＣＲ
が指示するレベルの、指示する周波数の交流電圧又は直
流電圧を助勢電極６２，６３（７２，７３）に出力す
る。

【００２７】振動体１１，２１がｘ方向に音叉振動して
いるとき、中心Ｏを通るｚ軸廻りの角速度が加わると、
振動体１１，２１が、ｙ成分も有する相対的に逆相の楕
円振動となり、これによって電極１２，１３／２２，２
３にｙ振動対応の静電容量振動を生ずる。電極１２，１
３の静電容量振動は相対的に逆相、同様に電極２２，２
３の静電容量振動も相対的に逆相である。そして、振動
体１１，２１のｙ振動が逆相であるので、電極１２，２
２の静電容量振動は相対的に逆相、同様に電極１３，２
３の静電容量振動は相対的に逆相である。

【００２８】角速度計測時には、計測コントロ−ラＴＣ
Ｒが、駆動枠７，１７をｘ方向に共振周波数で駆動する
駆動信号Ａ，Ｂを発生して、それらを駆動回路４１およ
び５１に与えると共に、同期検波用の同期信号を同期検
波回路４５ａ，４５ｂ，５０ａ，５０ｂに与える。

【００２９】駆動信号Ａ，Ｂに同期して、駆動回路４１
／５１が駆動電極５ａ，６ａ／５ｂ，６ｂに駆動電圧
（パルス）を印加する。これにより、第１／第２駆動枠
７／１７を介して、駆動枠７と共に振動体１１ならびに
駆動枠１７と共に振動体２１が、ｘ方向に逆相で振動す
る。この振動によって、駆動検出電極１５ａ，１６ａ／
１５ｂ，１６ｂの静電容量が逆相で振動する。この静電
容量の振動をチャ−ジアンプ４２ａ，４３ａ／４２ｂ，
４３ｂが電圧振動（静電容量信号）に変換し、出力調整
（可調整ゲインアンプ）が電圧振動のピ−クレベルを実
質上同一に調整して、差動増幅器４４ａ／４４ｂに与え
る。

【００３０】差動増幅器４４ａ／４４ｂは、与えられた
静電容量信号（逆相）を差動増幅し、一方の静電容量信
号の振幅を略２倍とし、ノイズを相殺した差動信号を発
生し、出力調整（可調整ゲインアンプによる増幅）をし
た後、計測コントロ−ラＴＣＲおよび差動増幅器６１に
与える。差動増幅器６１は、差動増幅して同期検波回路
４５ａ，４５ｂに与える。同期検波回路４５ａは、駆動
信号と同相の同期信号に同期して、差動増幅器６１が与
える差動信号すなわちｘ振動を表わすｘ振動検出電圧を
検波し、駆動パルス信号に対するｘ振動の位相ずれを表
わす位相信号を発生して計測コントロ−ラＴＣＲに与え
る。同期検波回路４５ｂは、駆動信号と同相の同期信号
に同期して、差動増幅器６１が与える差動信号すなわち
ｘ振動を表わすｘ振動検出電圧を検波し、ｘ振動の振幅
を表わす振幅信号を発生して計測コントロ−ラＴＣＲに
与える。

【００３１】計測コントロ−ラＴＣＲは、位相信号が表
わす位相を設定値に合わすための移相信号ならびに振幅
信号が表わすｘ振動の振幅を設定値に合わすための電圧
指示信号を、駆動回路４１，５１に与え、それを受けた
駆動回路４１，５１は、移相信号に対応して、駆動信号
に対する出力駆動電圧の位相をシフトし、電圧指示信号
に対応して出力電圧レベルをシフトする。同期検波回路
４５ａ，４５ｂの位相信号，振幅信号が実質上設定値に
なった状態で、駆動枠７，１７のｘ振動すなわち共振音
叉振動は安定したものとなる。

【００３２】安定した共振音叉振動の間に、中心Ｏを通
るｚ軸廻りの角速度が加わると、コリオリ力が駆動枠
７，１７に加わり、これらに、ｘ振動に加えてｙ振動を
含む楕円運動を起こさせる。ところで駆動枠７，１７
は、ｘ方向には撓み性が高いがｙ方向には剛性が高いば
ね梁３１〜３４，３５〜３８で支持されているので、連
結梁ｃ１，ｃ２が駆動枠７，１７と共にｙ方向に振動す
る。駆動枠７，１７のｙ振動は相対的に逆相であるの
で、連結梁ｃ１，ｃ２は、中心Ｏを通るｚ軸を中心にね
じり（旋回）振動する。

【００３３】図２に、駆動信号Ａ，Ｂと、ｘ振動および
ｙ振動を示す。再度図１を参照すると、駆動枠７と一体
の振動体１１のｙ振動を検出する対の検出電極１２，１
３の静電容量が逆相で振動し、これを表わす静電容量信
号をチャ−ジアンプ４６，４７が発生し、出力調整（可
調整ゲインアンプ）が電圧振動のピ−クレベルを実質上
同一に調整して、差動増幅器４８に与える。差動増幅器
４８が、両信号の差動信号すなわち一方の静電容量信号
の振幅を略２倍とし、ノイズを相殺した差動信号、を発
生し出力調整（可調整ゲインアンプ）でレベルを調整し
た後、差動増幅器４９に与える。同様な、駆動枠１７と
一体の振動体２１のｙ振動を検出する対の検出電極２
２，２３の静電容量が、差動増幅器４９に与えられる。
したがって差動増間器４９の差動出力は、第１振動体１
１と第２振動体２１の各信号処理回路に同時に実質上同
一レベルで作用するノイズを相殺し、しかも、加，減速
度，振動など、第１，第２振動体１１，２１に同時に同
方向に作用する外力による振動体のｙ変位成分（これも
ノイズに該当する）も相殺した、角速度起因のｙ振動を
増幅した検出信号であり、角速度検出感度が高く、Ｓ／
Ｎが高い。

【００３４】この差動出力すなわち検出信号は、同期検
波回路５０ａ，５０ｂに与えられ、同期検波回路５０ａ
は、駆動信号と同相の同期信号に同期して、検出信号を
検波し、角速度の方向を表わす位相信号を発生する。同
期検波回路５０ｂは、角速度の絶対値を表わす振幅信号
を発生する。

【００３５】助勢電圧回路６４／７４が、助勢電極６
２，６３／７２，７３に同一の直流電圧を与えると、共
にｙ方向ではあるが、反対方向の静電気力（吸引力）が
振動体１１／２１に加わり、それらが相殺し合って振動
体には実質上助勢力は加わらない。しかし、角速度が加
わってこれによりｙ振動を生ずると、振動体が近づく固
定電極（例えば６２／７２）の静電気力が増大し振動体
が離れる固定電極（６３／７３）の静電気力が低下し、
角速度によるｙ振動が両助勢電極６２，６３／７２，７
３によって増幅され、角速度対ｙ振動のゲインが大き
い。両助勢電極６２，６３／７２，７３に印加する直流
電圧レベルにより角速度対ｙ振動のゲインを設定しう
る。

【００３６】一方、助勢電圧回路６４／７４が、両助勢
電極６２，６３／７２，７３間に交流電圧を印加する
と、一方の助勢電極（例えば６２，６３）の静電気力
（吸引力）が強いとき他方の助勢電極（７２，７３）の
静電気力（吸引力）が弱く、これが切換わるので、振動
体１１／２１が、角速度が加わったときと同様にｙ振動
する。

【００３７】図７に、サインカ−ブ状の変化を示す疑似
コリオリ力を振動体１１，２１に加えたときの、振動体
１１，２１のｙ変位と、ｙ振動速度を示す。

【００３８】差動増幅器４８／５８の出力と、加えた交
流電圧の静電気力対応の角速度Ωとを照合することによ
り、角速度センサの動作の正否，ならびに、角速度検出
特性（入力角速度対出力検出信号の関係）をチェックす
ることができ、角速度検出特性を設計特性に合わす校正
（電気回路の信号処理特性の調整）を行なうことができ
る。また、両助勢電極６２，６３／７２，７３間に加え
る交流電圧のレベルを数種の低周波数で変動（振幅変
調）させ、差動増幅器４８／５８の出力と、加えた交流
電圧の静電気力対応の角速度Ωおよび変調周波数とを照
合することにより、角速度センサの動作の正否，角速度
検出特性（入力角速度対出力検出信号の関係）および周
波数特性（入力角速度の周波数対出力検出信号の関係）
をチェックすることができ、角速度検出特性および周波
数特性を設計特性に合わす校正（電気回路の信号処理特
性の調整）を行なうことができる。

【００３９】この実施例では、出力調整（ゲイン可調整
の増幅器）を備えているので、さまざまな理由で差動構
成の信号のアンバランスが発生しても駆動信号とチャ−
ジアンプの出力段、ならびに必要に応じて差動増幅器の
入力段で調整し、駆動検出，角速度検出の信号のノイズ
を低減しかつ検出信号間のアンバランスを調整すること
ができるため、角速度検出のＳ／Ｎを高くすることがで
きるのは勿論、センサの歩留りを高くし、低コスト化す
ることができる。

【００４０】計測コントロ−ラＴＣＲはマイクロコンピ
ュ−タおよび入出力電気回路を含むコンピュ−タシステ
ムであり、角速度センサの異常チェックならびに、前記
角速度検出特性の校正および周波数特性の校正を自動的
に行なう。なお、この実施例は車両に搭載されており、
車両の停止中／走行中を判定するための図示しない車両
上状態情報発生器の信号も計測コントロ−ラＴＣＲに与
えられる。計測コントロ−ラＴＣＲには、車両上イグニ
ションキ−がオン（エンジン動作中）のときに動作電圧
（電源）が印加される。

【００４１】図３に、計測コントロ−ラＴＣＲの計測制
御の概要を示す。動作電圧が印加されると計測コントロ
−ラＴＣＲのマイクロコンピュ−タは、初期化を行なっ
た後、「ｘ励振の周波数ｆ，電圧Ｖ，Ｖｅの設定」Ａを
行なう。ここではまず、駆動回路４１，５１を介して、
設計範囲の下限値である初期周波数ｆ０，設計範囲の中
位値である初期電圧Ｖ０の電圧パルス出力を開始し、助
勢電極６２，６３／７２，７３には、設計範囲の中位値
である初期助勢直流電圧Ｖｅ０を印加する（ステップ
１）。以下カッコ内には、「ステップ」という語を省略
して、ステップＮｏ．数字のみを記す。

【００４２】その後、ｔ０周期でｘ励振の周波数ｆを小
値Δｆづつ高くし、駆動回路４１，５１に与える駆動信
号Ａ（周波数ｆ）に対するｘ振動検出信号（差動増幅器
４４ａ，４４ｂの出力）の位相ずれが、進み９０°（周
波数ｆが駆動枠１１，２１のｘ振動の共振周波数より低
い）から遅れ９０°（周波数ｆが駆動枠１１，２１のｘ
振動の共振周波数より高い）に切換わったかをチェック
し、周波数ｆのシフトアップ回数Ｎ０をカウントする
（２〜７の繰返し）。すなわち、駆動枠１１，２１の共
振周波数をわずかに越える周波数まで、ｘ励振周波数ｆ
を高くする。シフトアップ回数Ｎ０が設定値ＰＮ０に達
すると（周波数ｆが設計上限値を越えると）、センサ故
障と見なして、エラ−報知をし、そこで待機する（１
１）。

【００４３】設定値ＰＮ０に達する前に、ｘ振動検出信
号が遅れ９０°に切換わると、そのときのｘ励振周波数
ｆは、駆動枠１１，２１の共振周波数又はそれよりわず
かに高い周波数である。これを認知すると計測コントロ
−ラＴＣＲは、ｘ振動検出信号（差動増幅器４４ａ，４
４ｂの出力）の振幅（検出振幅）が、比較的に広い設定
範囲Ｒ０内にあるかをチェックし（８）、外れていると
駆動回路４１，５１の出力電圧Ｖおよび必要に応じて助
勢電極６２，６３／７２，７３の助勢直流電圧Ｖｅを、
検出振幅が設定範囲Ｒ０内に入る方向に調整する
（９）。出力電圧レベルＶ又は助勢直流電圧Ｖｅが設計
範囲を外れるときは、センサ故障と見なして、エラ−報
知をし、そこで待機する（１１）が、出力電圧レベル
Ｖ，助勢直流電圧Ｖｅが共に設計範囲内で検出振幅が設
定範囲Ｒ０内に入ると、「ｘ振動の安定性判定」（１
２）を実行する。

【００４４】「ｘ振動の安定性判定」（１２）で計測コ
ントロ−ラＴＣＲは、検出振幅のピ−ク値を連続ｍ個検
出し、それらの平均値を算出する。そして平均値に対す
る各ピ−ク値の差が、平均値の±０．１％を越えるかを
チェックして、越えると周波数をΔｆ分下げ、そしてま
たピ−ク値のばらつきチェックする（１２〜１５）。周
波数を初期周波数ｆ０まで下げてもばらつきが±０．１
％以内に入らないときは、センサ故障と見なして、エラ
−報知をし、そこで待機する（１１）が、初期周波数ｆ
０までにばらつきが±０．１％以内になると、ｘ振動検
出信号（差動増幅器４４ａ，４４ｂの出力）の振幅（検
出振幅）が、前記設定範囲Ｒ０より極く狭い第２設定範
囲Ｒ１内にあるかをチェックする（１６）。そして設定
範囲Ｒ１内にないと、駆動回路４１，５１の出力電圧レ
ベルＶと必要に応じて助勢直流電圧Ｖｅを、検出振幅が
設定範囲Ｒ１内に入る方向に調整する（１７）。この調
整は、微細に行なう。すなわち１回の電圧変更量は小値
である。検出振幅が設定範囲Ｒ１内に入らないで出力電
圧レベルＶ又は助勢直流電圧Ｖｅが設計範囲を外れると
きは、センサ故障と見なして、エラ−報知をし、そこで
待機する（１１）。検出振幅が設定範囲Ｒ１内に入った
ときには、「零点ドリフト判定」Ｂに進む。「零点ドリ
フト判定」Ｂでは、助勢直流電圧Ｖｅに角速度Ω＝＋
０．５°／秒相当の静電気力を振動体１１，２１に与え
る周波数ｆの交流電圧を加えた電圧を、助勢電圧回路６
４，７４を介して助勢電極６２，６３／７２，７３に印
加して振動体１１，２１のｙ振動（差動増幅器４８，４
９／５８，５９の出力）を読取り、また、助勢直流電圧
Ｖｅに角速度Ω＝−０．５°／秒相当の静電気力を振動
体１１，２１に与える周波数ｆの交流電圧を加えた電圧
を助勢電極６２，６３／７２，７３に印加して振動体１
１，２１のｙ振動を読取って、２つの読取り値の中点を
算出し、中点値（ドリフト零点値）が、許容範囲内であ
るかをチェックして、許容範囲を外れていると、「ドリ
フト調整」Ｃに進み、中点値を零とするために、差動増
幅器４８，４９の入力に至るゲインと、必要に応じて助
勢電極６２，６３／７２，７３に加える助勢直流電圧Ｖ
ｅを差分調整する。差分調整では、助勢電極６２，６３
に関しては、一方のみを高く又は低くまた必要に応じて
一方を高くし他方を低くする。助勢電極７２，７３に関
しても同様である。

【００４５】そしてまた「零点ドリフト判定」Ｂを行な
いここで、角速度Ω＝±０．５°／秒相当の静電気力を
与える直流電圧に助勢電圧Ｖｅを加えた電圧を、振動体
１１，助勢電極６２，６３／７２，７３に印加する。該
電圧（直流電圧＋助勢電圧Ｖｅ）が設定範囲を外れる
か、又は中点値が許容範囲（０と見なせる範囲）になる
まで、「零点ドリフト判定」Ｂおよび「ドリフト調整」
Ｃを繰返し、該電圧（直流電圧＋助勢電圧Ｖｅ）が設定
範囲を外れると、センサ故障と見なして、エラ−報知を
し、そこで待機する（１１）。中点値が許容範囲内にな
ったときには、助勢電圧Ｖｅをバイアス値としてレジス
タ（内部メモリの一領域）にセ−ブして、「検出感度調
整」Ｄに進む。

【００４６】図４に「検出感度調整」Ｄの内容を示す。
これに進むと計測コントロ−ラＴＣＲは、±０．５，±
１．０，±１０．０，±２０．０，±５０．０，±１０
０°／秒相当の静電気力を与える、周波数ｆの交流電圧
に、先にセ−ブしたバイアス値（Ｖｅ）を加えた電圧を
助勢電極６２，６３／７２，７３に順次に印加して、同
期検波回路５０ａ，５０ｂの出力（角速度信号）を読取
る（２１）。これは、計１２点の疑似角速度電圧の印加
と角速度信号の読取りである。１２点の印加電圧対応の
疑似角速度（横軸）と、各点の角速度信号との関係を直
線（一次式）で近似し、近似直線関数、角速度信号（レ
ベル）＝ａ×角速度＋ｂ、を求める（２２）。そして該
近似直線関数のｂ値が、設定範囲（実質上零領域）内で
あるかをチェックする（２３，２４）。設定範囲を外れ
ていると、最初の「ｘ励振の周波数ｆ，電圧Ｖの設定」
Ａに戻る。

【００４７】ｂ値が設定範囲内であると、前記近似直線
関数のａ値（傾き）が設定範囲内であるかをチェックす
る（２５，２６）。設定範囲を外れていると、設定範囲
に入る方向に、差動増幅器４９の入，出力ゲインおよび
／又は同期検波回路５０ｂの入，出力ゲインを調整する
（２７）。一回の調整（ゲイン変更）を行なう毎に、上
述の１２点のサンプリング（２１）に戻る。ａ値が設定
範囲に入らないで、調整範囲外となると、最初の「ｘ励
振の周波数ｆ，電圧Ｖの設定」Ａに戻る（２８）。ａ値
が設定範囲に入ると、「線形性調整」Ｅに進む（２
６）。

【００４８】図５に、「線形性調整」Ｅの内容を示す。
これに進むと計測コントロ−ラＴＣＲは、±０．５，±
１．０，±１０．０，±２０．０，±５０．０，±１０
０°／秒相当の静電気力を与える、周波数ｆの交流電圧
に、先にセ−ブしたバイアス値（Ｖｅ）を加えた電圧を
順次に助勢電極６２，６３／７２，７３に印加して、同
期検波回路５０ａ，５０ｂの出力（角速度信号）を読取
る（３１）。これは、計１２点の疑似角速度電圧の印加
と角速度信号の読取りである。１２点の印加電圧対応の
疑似角速度（横軸）と、各点の角速度信号との関係を直
線（一次式）で近似し、近似直線関数、角速度信号（レ
ベル）＝Ａ×角速度＋Ｂ、を求める（３２）。次に１２
点それぞれの、該近似直線に対する距離を算出し（３
３）、それらが設定範囲内であるかをチエックして（３
４）、設定範囲を外れるものがあると、最初の「ｘ励振
の周波数ｆ，電圧Ｖの設定」Ａに戻る（３４）。算出し
た距離（１２点）がすべて設定範囲内にあると、１２点
の連なりを近似する２次曲線関数を算出する（３５）。
そして算出した２次曲線上の点をステップ３２で算出し
た近似直線上に移すための逆関数（検出値補正関数）を
算出する（３６）。そして逆関数に上記１２点の計測値
を与えて各逆関数値（補正値）を算出して（計測値に線
形補正を施して）（３７）、算出した１２点の補正値の
線形性を判定する（３８）。ここでは、近似直線に対す
る各補正値の距離を算出する。そして、算出した距離
（１２点）が設定範囲内かをチェックして（３９）、す
べてが設定範囲内であると、「周波数特性調整」Ｆに進
む。設定範囲を外れるときには、最初の「ｘ励振の周波
数ｆ，電圧Ｖの設定」Ａに戻る。

【００４９】図６に、「周波数特性調整」Ｆの内容を示
す。ここではまず、周波数０（直流），１，３，５，１
０，３０Ｈｚで変調した、±１００°／秒相当の静電気
力を与える周波数ｆの電圧に、バイアス値Ｖｅを加え電
圧を順次に印加して、同期検波回路５０ａ，５０ｂの出
力（角速度信号）を読取る（４１）。これは、計６点
の、周波数が異なる疑似角速度電圧の印加と角速度信号
の読取りである。次に計測コントロ−ラＴＣＲは、６点
の計測値の連なりを表わす、横軸に角速度周波数を、縦
軸に角速度をとった近似楕円関数を算出する（４２）。
そして該楕円関数に対する計測値６点の分散を算出し
（４３）、設定範囲内かをチェックする（４４）。設定
範囲内であると、設計範囲内の角速度周波数において、
該楕円関数上にある計測値を、該楕円と縦軸との交点を
通る、横軸に平行な直線上に移すための周波数対応のゲ
インを、差動増幅器４９の出力増幅器に設定する（４
５）。そして「角速度計測」Ｇに進む。

【００５０】「角速度計測」Ｇにおいて計測コントロ−
ラＴＣＲは、図示しない車両上状態情報発生器の信号に
基づいて車両停止中か走行中かを判定し、走行中は、上
述の処理で設定した周波数ｆ，電圧Ｖの電圧パルスを駆
動電極５ａ，６ａ／５ｂ，６ｂに印加し、助勢電極６
２，６３／７２，７３にはセ−ブしている助勢直流電圧
Ｖｅを印加して、所定周期で同期検波回路５０ａ，５０
ｂの検出信号を読込んで、同期検波回路５０ｂの信号
を、ステップ３６で設定した逆関数に基づいて補正して
角速度値を得て、角速度デ−タ（方向と大きさ）を、図
示しないホストコンピュ−タに出力する。

【００５１】車両停止中となったときには、所定周期で
「角速度計測」Ｇから上述の「ｘ励振の周波数ｆ，電圧
Ｖ，Ｖｅの設定」Ａに進む。それから「零点ドリフト判
定」Ｂ，「ドリフト調整」Ｃ，「検出感度調整」Ｄおよ
び「線形性調整」Ｅを経て、「角速度計測」Ｇに進む。
したがって車両停止中は、所定周期で角速度センサのチ
ェックと計測回路の校正が行なわれる。

【００５２】なお、図１に示す角速度センサは、駆動枠
７，１７をそれぞれ駆動回路４１，５１で共振ｘ振動駆
動するが、このｘ振動駆動を駆動枠７，１７の一方のみ
としてもよい。その場合、駆動枠７，１７がばね梁３１
〜３８および連結梁ｃ１，ｃ１で連結されているので、
一方の駆動枠７のみを共振周波数でｘ振動駆動すると、
駆動枠７が共振周波数で共振する。また、振動体１１，
２１を駆動枠７，１７と一体としているが、振動体１
１，２１から分離し、ばね梁で振動体１１，２１を駆動
枠７，１７に連結した構造としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の平面図である。

【図２】 図１に示す駆動回路４１，４２のそれぞれに
与えられる駆動信号Ａ，Ｂ等を示すタイムチャ−トであ
り、（ａ）および（ｂ）は駆動信号Ａ，Ｂを、（ｃ）は
振動体１１，２１のｘ振動を、（ｄ）は、助勢電極６
２，６３／７２，７３に助勢電圧Ｖｅを印加していない
ときの振動体１１，２１のｙ振動を、（ｅ）は助勢電圧
Ｖｅを、（ｆ）は助勢電極６２，６３／７２，７３に助
勢電圧Ｖｅを印加しているないときの振動体１１，２１
のｙ振動を、それぞれ示す。

【図３】 図１に示す計測コントロ−ラＴＣＲの計測制
御の概要を示すフロ−チャ−トである。

【図４】 図３に示す「検出感度調整」Ｄの内容を示す
フロ−チャ−トである。

【図５】 図３に示す「線形性調整」Ｅの内容を示すフ
ロ−チャ−トである。

【図６】 図３に示す「周波数特性調整」Ｆの内容を示
すフロ−チャ−トである。

【図７】 サインカ−ブ状の変化を示す疑似コリオリ力
を図１に示す振動体１１，２１に加えたときの、該疑似
コリオリ力，振動体１１，２１のｙ変位および、ｙ振動
速度を示すグラフである。

【符号の説明】

ａ１〜ａ８：アンカー ｂ１〜ｂ８，１〜３，８〜１０，１９，２０：ばね梁 ｃ：連結枠 ４：駆動枠 ５，６：駆動電極 ７：第１駆動枠 １１：第１振動体 １２，１３，２２，２
３：ｙ変位検出電極 １４，２４，６４：振動枠 １５，１６，６５，６
６：駆動変位検出電極 ２５，２６：周波数調整用電極 ３１〜３８：ばね梁 ６２，６３／７２，７３：助勢電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｘ，ｙ方向に撓み性が高い浮動支持部材で
   基板に対して浮動支持され、ｘ方向に並び、並びの中間
   点Ｏを通るｙ軸に関して対称な第１および第２振動体；
   第１および第２振動体の少くとも一方をｘ方向に振動駆
   動する励振手段；第１および第２振動体のｙ振動を検出
   する変位検出手段；および、第１および第２振動体の少
   くとも一方に、ｙ方向の力を与えるｙ変位助勢手段；を
   備える角速度検出装置。
2. 【請求項２】ｘ，ｙ方向に撓み性が高い浮動支持部材で
   基板に対して浮動支持され、ｘ方向に並び、並びの中間
   点Ｏを通るｙ軸に関して対称な第１および第２振動体；
   第１および第２振動体の少くとも一方をｘ方向に振動駆
   動する励振手段；第１および第２振動体のｙ振動を検出
   する変位検出手段；第１振動体にｙ方向の静電気力を与
   えるためのｙ変位助勢用の第１電極手段；第２振動体に
   ｙ方向の静電気力を与えるためのｙ変位助勢用の第２電
   極手段；および、ｙ変位助勢用の第１および第２電極手
   段に静電気力用の電圧を印加する手段；を備える角速度
   検出装置。
3. 【請求項３】ｙ変位助勢用の第１および第２電極手段
   は、それぞれ、振動体がｙ方向の一方の方向に移動する
   とき振動体が近付く助勢電極および他方の方向に移動す
   るとき振動体が近付く助勢電極を含む、請求項２記載の
   角速度検出装置。
4. 【請求項４】ｙ変位助勢用の第１および第２電極手段
   に、複数の角速度レベルの静電気力用の交流電圧を順次
   印加して、前記変位検出手段の検出値を読込んで、検出
   値を角速度に変換する電気信号処理系の変換特性を設定
   する計測制御手段；を更に備える、請求項２記載の角速
   度検出装置。
5. 【請求項５】ｙ変位助勢用の第１および第２電極手段
   に、複数の周波数の静電気力用の交流電圧を順次印加し
   て、前記変位検出手段の検出値を読込んで、検出値を角
   速度に変換する電気信号処理系の、周波数特性を設定す
   る計測制御手段；を更に備える、請求項２又は請求項４
   記載の角速度検出装置。