JP7024566B2

JP7024566B2 - 振動型ジャイロスコープ

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Publication number: JP7024566B2
Application number: JP2018073832A
Authority: JP
Inventors: 善一古田; 宣明松平; 智裕根塚
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: JP2019184361A; US20190310106A1; US11262212B2

Description

本発明は、振動型ジャイロスコープに関する。

ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）振動構造型のジャイロスコープは、安価であるため広く流通している。しかし、ＭＥＭＳは製造誤差に起因する非理想状態が原因で、精度が劣化するという欠点がある。図１６に振動ジャイロ構造ジャイロスコープの一般的な構成を示す。ここでは、ＭＥＭＳによる構成部分が入力端子ＤｒｉｖｅＩｎ，出力端子ＤｒｉｖｅＯｕｔ，及びＳｅｎｓｅＯｕｔを備えてなるＯｐｅｎＬｏｏｐＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅの例を示す。

駆動軸発振ループは、ＣＡ（チャージアンプ），ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ），ＡＧＣ回路(ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ)で構成される。コリオリ力によって生じた角速度信号Ｒａｔｅは、共振周波数によりＡＭ変調されているため、駆動軸信号により同期検波し、ＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）により高調波周波数成分を除去することで、角速度信号Ｒａｔｅが得られる。

通常、ＭＥＭＳの製造誤差により、Ｓｅｎｓｅ端子から出力される信号は、角速度信号以外に、直交バイアス誤差（ＱＢＥ：ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＢｉａｓＥｒｒｏｒ）と同相バイアス誤差（ＩＢＥ：Ｉｎ－ｐｈａｓｅＢｉａｓＥｒｒｏｒ）とを含んでいる。直交バイアス誤差信号は角速度信号と直交しているため、理想的にはセンス軸信号を駆動軸信号で同期検波することで、除去できる。しかし、現実的には、図１７に示すように、ＭＥＭＳや回路により生じる駆動軸信号とセンス軸信号の直交位相誤差θmisに応じたベクトル成分が、誤差成分としてセンサ出力に混入する。同様に、図１８に示すように、同相バイアス誤差も誤差成分としてセンサ出力に混入する。これらの誤差成分は角速度信号よりも振幅が大きいため、位相差が僅かであったとしても、センサ精度を大きく劣化させる。

この問題を解決するため、位相差θ_misをゼロに補正する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、参照温度Ｔ0における校正処理によって、ジャイロスコープの製造中や校正処理中等で経験的に特定される直交位相誤差を用いて、ベクトル演算により誤差を補正する方法が開示されている。

特表２０１６－５２９５２０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、予め補正情報を保持しておく必要があり、構成情報が無い条件や経年劣化などにより素子特性が変動した際には、高精度な位相補正ができない。また、工場出荷時に校正処理のために時間を費やす必要があり、製品コストが上昇してしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度な位相補正を動的に行うことができる振動型ジャイロスコープを提供することにある。

請求項１記載の振動型ジャイロスコープは、駆動信号入力端子，駆動信号出力端子，及び外部より加えられた角速度に応じたセンス信号を駆動信号により変調された状態で出力するセンス信号出力端子を備える共振子を用いる。直交復調器は、変調されたセンス信号を直交復調し、第１及び第２オフセット除去回路は、センス信号の同相信号及び直交信号に含まれている直流オフセット分をそれぞれ除去する。

誤差検出器は、第１及び第２オフセット除去回路より入力される信号に基づいて直交誤差を検出し、誤差信号を出力する。位相補正器は、センス信号の同相信号及び直交信号が入力され、誤差信号に応じた位相を有する位相信号を出力する。

駆動信号とセンス信号とに直交位相誤差θmisが存在すると、直交復調後の信号には、交流成分である角速度信号に、同相誤差及び直交誤差が直流オフセット成分として含まれているので、復調後の信号から直流オフセット成分を除去すれば、同相誤差及び直交誤差を除去できる。そして、誤差を除去した同相信号と直交信号とを用いれば、直交位相誤差θmisを求めることができる。したがって、位相補正器が、センス信号の同相信号及び直交信号に基づき、誤差信号に応じた位相を有する位相信号を出力することで、同相誤差及び直交誤差の影響を排除する位相補正を動的に行うことができ、角速度を精度良く検出できる。

請求項２記載の振動型ジャイロスコープは、駆動信号から９０°の位相差を有する同相信号と直交信号とを生成する移相器を備え、直交復調器は、変調されたセンス信号に、駆動信号の同相信号と直交信号とをそれぞれ乗算してセンス信号を復調し、当該信号の同相信号及び直交信号を出力する。

第１及び第２オフセット除去回路並びに位相補正器には、復調後の同相信号及び直交信号が入力される。第３オフセット除去回路は、位相補正器より出力される位相信号に含まれている直流オフセット分を除去して角速度信号を出力する。例えばこのように構成することで、同相誤差及び直交誤差の影響を排除する位相補正を動的に行うことができる。

請求項３記載の振動型ジャイロスコープは、請求項２と同じ移相器，直交復調器及び第１及び第２オフセット除去回路を備えるが、位相補正器には、第１及び第２オフセット除去回路を介してセンス信号の同相信号及び直交信号が入力される。このように構成すれば、位相補正器には、予め直流オフセット分が除去された同相信号及び直交信号が入力されるので、請求項２の第３オフセット除去回路が不要となり、より小型に構成できる。

請求項７記載の振動型ジャイロスコープは、請求項１等と同じ共振子と移相器とを備えるが、移相器と直交復調器との間に直交位相補正器が配置される。直交位相補正器は、駆動信号の同相信号及び直交信号と誤差信号とが入力され、その誤差信号に応じて各信号の位相を補正した補正同相信号及び補正直交信号を出力する。直交復調器は、変調されたセンス信号に補正同相信号と補正直交信号とをそれぞれ乗算して、復調したセンス信号の同相信号及び直交信号を出力する。

第１及び第２オフセット除去回路は、復調後の同相信号及び直交信号に含まれている直流オフセット分をそれぞれ除去し、誤差検出器は、オフセット除去後の同相信号及び直交信号に基づいて直交誤差を検出し、誤差信号を出力する。そして、角速度信号は第１オフセット除去回路より出力される。すなわち、振幅が大きい駆動軸の同相信号と直交信号とを用いて位相補正することでデジタルの有限語長による丸め誤差を低減でき、位相を高精度に補正できる。

第１実施形態であり、振動型ジャイロスコープの構成を示す機能ブロック図ＤＣＯＣ回路の構成を示す機能ブロック図ＩＱ補正回路の構成を示す機能ブロック図検波器の動作を説明する図ＩＢＥ信号及びＱＢＥ信号を説明する図同相信号Ｉsigと角速度信号Ｒａｔｅとの関係を説明する図直交信号Ｑsigと角速度信号Ｒａｔｅとの関係を説明する図第２実施形態であり、振動型ジャイロスコープの構成を示す機能ブロック図第３実施形態であり、振動型ジャイロスコープの構成を示す機能ブロック図第４実施形態であり、振動型ジャイロスコープの構成を示す機能ブロック図第５実施形態であり、振動型ジャイロスコープの構成を示す機能ブロック図ＩＱ補正回路の構成を示す機能ブロック図ＩＱ補正回路における角度補正の原理を説明する図第６実施形態であり、振動型ジャイロスコープの構成を示す機能ブロック図第７実施形態であり、振動型ジャイロスコープの構成を示す機能ブロック図従来の振動型ジャイロスコープの構成を示す機能ブロック図直交誤差を説明する図同相誤差を説明する図

（第１実施形態）
先ず、本実施形態における位相補正の原理について説明する。各信号を以下のように表す。また、図５には、ＩＢＥ信号,ＱＢＥ信号及び直交位相誤差量θmisの位相関係を示している。各信号を、以下のように定義する。
駆動軸振動周波数：ω
角速度に応じたＲａｔｅ信号：Ａ_Rｅｘｐ（ｊωｔ）
ＩＢＥ信号：Ａ_IBｅｘｐ（ｊωｔ）
ＱＢＥ信号：Ａ_QBｅｘｐ（ｊωｔ＋ｊπ／２）

すると、センス軸より出力される変調されたＲａｔｅ信号Ｓｍｏｄは、（１）式で表される。
Ｓｍｏｄ＝Ａ_Rｅｘｐ（ｊωｔ）＋Ａ_IBｅｘｐ（ｊωｔ）
＋Ａ_QBｅｘｐ（ｊωｔ＋ｊπ／２） …（１）
駆動軸信号とセンス軸信号とに直交位相誤差θmisがある場合、直交復調後の信号Ｉsig,Ｑsigは、（２），（３）式で表される。
Ｉsig＝Ａ_Rｃｏｓθmis＋（Ａ_IBｃｏｓθmis－Ａ_QBｓｉｎθmis）…（２）
Ｑsig＝Ａ_Rｓｉｎθmis＋（Ａ_IBｓｉｎθmis＋Ａ_QBｃｏｓθmis）…（３）

ここで、Ｒａｔｅ信号成分であるＡ_Rｃｏｓθmis，Ａ_RｓｉｎθmisはＡＣ信号であり、ＩＢＥ信号成分及びＱＢＥ信号成分である（Ａ_IBｃｏｓθmis－Ａ_QBｓｉｎθmis），
（Ａ_IBｓｉｎθmis＋Ａ_QBｃｏｓθmis）はＤＣ成分であることに着目する。図６，図７６は、同相信号Ｉsig,直交信号Ｑsigに、ＤＣ成分としてＩＢＥ信号,ＱＢＥ信号が含まれていることを示している。

同相信号Ｉsig及び直交信号ＱsigよりＤＣオフセットを除去した後の信号Ｉsig＿dcoc, Ｑsig＿dcocは（４），（５）式で表される。
Ｉsig＿dcoc＝Ａ_Rｃｏｓθmis…（４）
Ｑsig＿dcoc＝Ａ_Rｓｉｎθmis…（５）
（４），（５）式は、直交誤差を含む情報であるから、直交位相誤差量θmisは（４），（５）式を用いて（６）式で計算できる。
θmis＝ｔａｎ^-1（Ｑsig＿dcoc／Ｉsig＿dcoc）…（６）

検波器等によりＲａｔｅ信号のレベルが所定の期間閾値を超える場合に、（６）式によって直交位相誤差量θmisを計算する。Ｉ信号とＱ信号とを用いて、センス信号を
角度φ＝－θmisだけ補正することで、（７）式により直交誤差を補正する。
Ｉcal＝Ｉsig・ｃｏｓφ－Ｑsig・ｓｉｎφ…（７）
これらの演算により、ＩＢＥ信号及びＱＢＥ信号の影響を除去することで、角速度を精度良く検出できる。

図１に示すように、本実施形態の振動型ジャイロスコープ１は、ＭＥＭＳにより構成された共振子であるＭＥＭＳセンサ２，参照信号処理回路３１，検知信号処理回路３２，直交復調器３３及び直交誤差補正回路３４を備えている。ＭＥＭＳセンサ２は、駆動信号の入力端子ＤｒｉｖｅＩｎ，同出力端子ＤｒｉｖｅＯｕｔ，センス軸信号の出力端子ＳｅｎｓｅＯｕｔを備えている。出力端子ＤｒｉｖｅＯｕｔには、インピーダンス変換アンプ；ＴＩＡ（ＴｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）３が接続されており、ＭＥＭＳセンサ２内部の静電容量変化がＴＩＡ３により電圧値に変換される。変換された電圧値は、参照信号処理回路３１のＡ／Ｄコンバータ；ＡＤＣ＿Ｄ４によりデジタルデータに変換されてハイパスフィルタＨＰＦ５に入力される。

また、ＴＩＡ３の出力電圧は、ＭＥＭＳセンサ２の共振周波数Ｆｄを有する駆動軸信号であり、ＡＧＣ回路６にも入力されている。ＡＧＣ回路６の出力信号は、ドライバ７を介してＭＥＭＳセンサ２の入力端子ＤｒｉｖｅＩｎに入力されている。ジャイロスコープ１が起動すると、ＡＧＣ回路６は、参照電圧ＶRefとＴＩＡ３の出力振幅を比較し、をそれに応じて利得制御を行うことでＴＩＡ３の出力振幅を安定化させ、駆動軸信号の出力振幅を維持する。これが、駆動軸の発振ループを構成している。共振周波数Ｆｄは、例えば１０ｋＨｚ～２０ｋＨｚ程度である。

ＨＰＦ５の出力データは、例えばＨｉｌｂｅｒｔ変換回路からなる移相器８により位相が９０°シフトされて、直交信号Ｄ＿Ｑが生成される。また、前記出力データは、上記の位相シフトに要する時間に等しい遅延時間が付与されて、同相信号Ｄ＿Ｉとして出力される。

ジャイロスコープ１の起動後に駆動軸の発振ループが動作し、駆動軸信号の発振が定常状態になった状態でＭＥＭＳセンサ２に角速度が加わると、コリオリ力の作用によって、駆動軸信号の周波数でＡＭ変調されたセンス軸信号が出力端子ＳｅｎｓｅＯｕｔより出力される。変調されたセンス軸信号は、検知信号処理回路３２のチャージアンプ；ＣＡ９を経ると、ＡＤＣ＿Ｓ１０，ＨＰＦ１１及びＤｌｙ回路１２を介して直交復調器３３に入力される。

Ｄｌｙ回路１２は、移相器８の内部で同相信号に付与されるものと同じ遅延時間と、ＭＥＭＳセンサ２の出力端子ＳｅｎｓｅＯｕｔから参照信号処理回路３１又は検知信号処理回路３２までの固定のオフセット遅延時間を加味した遅延時間を設定するのが望ましい。また、固定の遅延時間はメモリに保持し、マイクロコントローラ等の制御で設定されることが望ましい。

直交復調器３３は、乗算器１３Ｉ及び１３Ｑ，ローパスフィルタＬＰＦ１４Ｉ及び１４Ｑを備えている。乗算器であるミキサ１３Ｉ及び１３Ｑには、移相器８より同相信号Ｄ＿Ｉ及び直交信号Ｄ＿Ｑがそれぞれ入力されている。ミキサ１３Ｉ及び１３Ｑは、変調されたセンサ軸信号と同相信号Ｄ＿Ｉ及び直交信号Ｄ＿Ｑとをそれぞれ乗算することで、同期検波を行う。そして、検波された信号は、ＬＰＦ１４Ｉ及び１４Ｑを介すことで、センサ軸信号が直交復調される。

直交復調器３３からは、（２），（３）式で表される同相信号Ｉsig,直交信号Ｑsigが直交誤差補正回路３４のＩＱ補正回路１５，並びに第１及び第２オフセット除去回路であるＤＣＯＣ（ＤＣＯｆｆｓｅｔＣａｎｃｅｌ）回路１６Ｉ及び１６Ｑに入力される。図２に示すように、ＤＣＯＣ回路１６は、減算器１７，ＬＰＦ１８及びバッファ１９を備えており、出力される信号は、ＬＰＦ１８におけるデータの更新期間を時定数とするハイパスフィルタ特性になる。ＤＣＯＣ回路１６Ｉ及び１６Ｑは、入力される同相信号Ｉsig,直交信号Ｑsigに含まれているＤＣオフセット分を除去し、（４），（５）式で表される信号Ｉsig＿dcoc, Ｑsig＿dcocを出力する。

信号Ｉsig＿dcoc，Ｑsig＿dcocは、直交誤差検出器２０及び検波器２１に入力される。直交誤差検出器２０は、（６）式により直交位相誤差θ_misを演算すると、制御回路２２に出力する。検波器２１は、図４に示すように、信号Ｉsig＿dcoc，Ｑsig＿dcocの２乗和によって信号電力を演算し、演算した信号電力を閾値Ｖ_REF__DETと比較する。そして、信号電力が閾値Ｖ_REF__DETを上回ると、制御回路２２に出力する出力信号のレベルをハイにする。

平均値演算部である制御回路２２は、例えばマイクロコントローラやＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、シーケンサ等のデジタル回路により構成される。制御回路２２にはメモリ２３が接続されており、そのメモリ２３には、直交誤差補正量φの初期値が記憶されている。制御回路２２は、ジャイロスコープ１のシステムが起動した直後に、メモリ２３に記録されている前記初期値を読み出し、ＩＱ補正回路１５に出力する。それ以降に、制御回路２２は、検波器２１の出力する信号のレベルがハイを示している状態で、一定期間だけ直交位相誤差θmisの平均処理を行う。そして、保持している平均値を所定のタイミングで直交誤差補正量φ＝－θmisとして設定し、ＩＱ補正回路１５に出力する。

図３に示すように、ＩＱ補正回路１５は、補正信号生成器２４，乗算器２５Ｉ及び２５Ｑ並びに減算器２６を有している。補正信号生成器２４は、正弦信号ｓｉｎφ及び余弦信号ｃｏｓφを、それぞれ乗算器２５Ｑ及び２５Ｉに出力する。乗算器２５Ｉは、同相信号Ｉsigと余弦信号ｃｏｓφとを乗算し、乗算器２５Ｑは、直交信号Ｑsigと正弦信号ｓｉｎφとを乗算する。減算器２６は、乗算器２５Ｉの出力より乗算器２５Ｑの出力を減じることで、（７）式の補正信号Ｉcalを出力する。

補正信号生成器２４は、例えばマクロコントローラやデジタル信号処理（ＤＳＰ）回路で構成される。又は、メモリ若しくはレジスタ内に各角度におけるｓｉｎ値やｃｏｓ値を予めテーブルとして用意しておき、角度φが入力されると、前記テーブルから対応する値を読み出して出力するように構成しても良い。

補正信号Ｉcalに含まれているＤＣオフセット分は、ＩＱ補正回路１５の出力側に配置されているＤＣＯＣ回路２７により除去されて、角速度信号Ｒａｔｅが外部に出力される。尚、ジャイロスコープ１の全体は、例えばＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩＣ）等で構成されている。ＤＣＯＣ回路２７は、第３オフセット除去回路に相当する。

以上のように本実施形態によれば、ジャイロスコープ１を、入力端子ＤｒｉｖｅＩｎ，出力端子ＤｒｉｖｅＯｕｔ及び出力端子ＳｅｎｓｅＯｕｔを備えるＭＥＭＳセンサ２を用いて構成する。直交復調器３３は、変調されたセンス軸信号を直交復調し、オフセット除去回路１６Ｉ，１６Ｑは、センス軸信号の同相信号及び直交信号に含まれている直流オフセット分をそれぞれ除去する。直交誤差検出器２０は、オフセット除去回路１６Ｉ，１６Ｑより入力される信号に基づいて直交誤差θmisを検出し、誤差信号を出力する。ＩＱ補正回路１５は、センス信号の同相信号Ｉsig，及び直交信号Ｑsigが入力され、誤差信号に応じた位相φを有する位相信号Ｉcalを出力する。

移相器８は、駆動軸信号から９０°の位相差を有する同相信号と直交信号とを生成すし、直交復調器３３は、変調されたセンス軸信号に、駆動信号の同相信号と直交信号とをそれぞれ乗算してセンス軸信号を復調する。オフセット除去回路１６Ｉ及び１６Ｑ並びにＩＱ補正回路１５には、復調後の同相信号及び直交信号が入力され，オフセット除去回路２７は、ＩＱ補正回路１５出力される位相信号Ｉcalに含まれている直流オフセット分を除去して角速度信号Ｒａｔｅを出力する。このように構成すれば、同相誤差ＩＢＥ及び直交誤差ＱＢＥの影響を排除する位相補正を動的に行うことで、角速度を高精度に検出することができる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図８に示すように、第２実施形態のジャイロスコープ４１は、直交誤差補正回路３４が直交誤差補正回路４２に置き換わっている。直交誤差補正回路４２では、ＩＱ補正回路１５に対し、同相信号Ｉsig,直交信号Ｑsigに替えて、ＤＣＯＣ回路１６Ｉ，１６Ｑより出力される同相信号Ｉsig＿dcoc，直交信号Ｑsig＿dcocが入力されている。これに伴い、ＤＣＯＣ回路２７は削除されており、ＩＱ補正回路１５より角速度信号Rateが外部に出力されている。

以上のように構成される第２実施形態によれば、ＩＱ補正回路１５には、ＤＣオフセット成分が除去されている同相信号Ｉsig＿dcoc，直交信号Ｑsig＿dcocを入力するので、ＤＣＯＣ回路２７が不要となり、回路面積を削減できる。

（第３実施形態）
図９に示すように、第３実施形態のジャイロスコープ５１は、第２実施形態の構成において、駆動軸発振ループの構成を変更したものである。ＡＧＣ回路６に替わるＡＧＣ回路５２はデジタル回路で構成されており、その入力端子はＡＤＣ＿Ｄ４の出力端子に接続されている。そして、ＡＧＣ回路５２の出力端子は、Ｄ／Ａコンバータ；ＤＡＣ５３を介してドライバ７の入力端子に接続されている。

すなわち、第１実施形態のようにアナログのＡＧＣ回路６を用いる際には、その位相余裕を補償するフィルタが必要となり、ゲイン制御の安定性と高速での引き込みとの間にトレードオフが生じる。これに対して、第３実施形態のようにＡＧＣ回路５２をデジタル回路で構成すれば、位相補償フィルタを柔軟に設計できるため、ＡＧＣ回路５２による発振Cループの安定性と高速引き込みとの両立を実現できる。

（第４実施形態）
図１０に示すように、第４実施形態のジャイロスコープ６１は、第３実施形態の構成において、参照信号処理回路３１を参照信号処理回路６２に置き換えた構成である。参照信号処理回路６２は、移相器８に替えてＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路６３を用いている。ＰＬＬ回路６３は、位相比較器；ＰＤ６４，ループフィルタ；ＬＦ６５及び数値制御発振器；ＮＣＯ６６を備えている。そして、ＮＣＯ６６より同相信号Ｄ＿Ｉ及び直交信号Ｄ＿Ｑが直交復調器３３に出力される。

以上のように構成される第４実施形態によれば、ＰＬＬ回路６３が備えるＬＦ６５により、駆動軸信号に含まれている雑音を抑制できる。したがって、ジャイロスコープ６１を、より低雑音な特性にすることができる。

（第５実施形態）
図１１に示すように、第５実施形態のジャイロスコープ７１は、第２実施形態の構成において、直交誤差補正回路４２を直交誤差補正回路７２に置き換えた構成である。直交誤差補正回路７２では、移相器８より出力される同相信号Ｄ＿Ｉ及び直交信号Ｄ＿Ｑが、ＩＱ補正回路７３に入力されている。ＩＱ補正回路７３は、ＩＱ補正回路１５を代替するものである。ＩＱ補正回路７３は、制御回路２２より入力される直交誤差補正量φにより、同相信号Ｄ＿Ｉ及び直交信号Ｄ＿Ｑを位相補正した信号Ｄ＿Ｉcal及び直交信号Ｄ＿Ｑcalを直交復調器３３に出力する。そして、角速度信号Ｒａｔｅは、ＤＣＯＣ回路１６Ｉより外部に出力される。

図１２に示すように、ＩＱ補正回路７３は、角度補正生成器７４，振幅補正生成器７５、乗算器７６及び７８，加算器７７を備えている。加算器７７には同相信号Ｄ＿Ｉが入力されている。角度補正生成器７４，振幅補正生成器７５及び乗算器７６には、直交信号Ｄ＿Ｑが入力されている。また、角度補正生成器７４には、直交誤差補正量φが入力されている。

図１３は、ＩＱ補正回路７３による角度補正の原理を示す。角度補正生成器７４は、直交誤差補正量φと直交信号Ｄ＿Ｑとにより角度補正係数αを生成し、乗算器７６に出力する。加算器７７において、同相信号Ｄ＿Ｉに上記乗算結果を加算するベクトル演算により角度補正が行われ、演算結果Ｄ＿Ｉ’が振幅補正生成器７５に出力される。同相信号Ｄ＿Ｉと角度補正後の同相信号Ｄ＿Ｉ’とでは振幅が異なるため、振幅補正回路７５において同相信号Ｄ＿Ｉ’と直交信号Ｄ＿Ｑとから振幅補正係数βを生成し、乗算器７８で同相信号Ｄ＿Ｉ’に乗じることで振幅補正を行う。その結果として、同相信号Ｄ＿Ｉcalが出力される。尚、直交信号Ｄ＿Ｑcalは、実質は直交信号Ｄ＿Ｑと同じである。

以上のように構成される第５実施形態によれば、駆動軸信号は振幅が大きいため、有限語長のデジタル処理における丸め誤差を低減でき、高精度に位相を補正することができる。

（第６実施形態）
図１４に示すように、第６実施形態のジャイロスコープ８１は、第３実施形態の構成において、参照信号処理回路３１及び検知信号処理回路３２を、それぞれ参照信号処理回路８２及び検知信号処理回路８３に置き換えた構成である。参照信号処理回路８２，検知信号処理回路８３は、参照信号処理回路３１の移相器８と、検知信号処理回路３２のＤｌｙ回路１２とを互いに入れ替えた構成である。

すなわち、検知信号処理回路８３において、移相器８はＨＰＦ１１の出力側に配置されており、移相器８は変調されたセンス軸信号の同相信号Ｓ＿Ｉ及び直交信号Ｓ＿Ｑを直交復調器３３に出力する。一方、参照信号処理回路８２において、Ｄｌｙ回路１２は、ＨＰＦ５の出力側に配置されており、遅延時間を付与した信号を直交復調器３３に出力する。

以上のように構成される第６実施形態によれば、実質的に第３実施形態と同じ信号処理が可能である。ＨＰＦ１１と移相器８とが有しているフィルタ特性により、センス軸信号に重畳されている雑音を除去できるので、ジャイロスコープ８１を低雑音化することができる。

（第７実施形態）
図１５に示すように、第７実施形態のジャイロスコープ９１は、第６実施形態の直交誤差補正回路４２を、第５実施形態の直交誤差補正回路７２に置き換えた構成である。すなわち、検知信号処理回路８３の移相器８より出力された同相信号Ｓ＿Ｉ及び直交信号Ｓ＿Ｑは、直交誤差補正回路７２のＩＱ補正回路７３に入力されている。

駆動軸信号に高調波成分が含まれていると、直交復調器３３における周波数変換によって折返し雑音が発生し、Ｓ／Ｎ比が悪化する場合がある。これに対して第７実施形態によれば、ＩＱ補正回路７３を直交復調器３３の前段に配置することで、Ｓ／Ｎ比が良好な状態で直交誤差補正を行うことができる。

（その他の実施形態）
共振子は、ＭＥＭＳにより構成されるものに限らない。
検波器２１，制御回路２２，メモリ２３は、必要に応じて設ければ良い。
周波数の具体数値は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
各実施形態を、適宜組み合わせて実施しても良い。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は振動型ジャイロスコープ、２はＭＥＭＳセンサ、６はＡＧＣ回路、８は移相器、１５はＩＱ補正回路、１６はＤＣＯＣ回路、２０は直交誤差検出器、２１は検波器、２２は制御回路、２３はメモリ、３１は参照信号処理回路、３２は検知信号処理回路、３３は直交復調器、３４は直交誤差補正回路を示す。

Claims

駆動信号入力端子，駆動信号出力端子，及び外部より加えられた角速度に応じたセンス信号を駆動信号により変調された状態で出力するセンス信号出力端子を備える共振子（２）と、
前記変調されたセンス信号を、直交復調する直交復調器（３３）と、
前記センス信号の同相信号及び直交信号に含まれている直流オフセット分をそれぞれ除去する第１及び第２オフセット除去回路（１６Ｉ，１６Ｑ）と、
前記第１及び第２オフセット除去回路より入力される信号に基づいて直交誤差を検出し、誤差信号を出力する誤差検出器（２０）と、
前記センス信号の同相信号及び直交信号が入力され、前記誤差信号に応じた位相を有する位相信号を出力する位相補正器（１５，７３）とを備える振動型ジャイロスコープ。
前記駆動信号出力端子から、９０°の位相差を有する同相信号と直交信号とを生成する移相器（８，６３）を備え、
前記直交復調器は、前記変調されたセンス信号に、前記駆動信号の同相信号と前記直交信号とをそれぞれ乗算してセンス信号を復調し、当該信号の同相信号及び直交信号を出力し、
前記第１及び第２オフセット除去回路並びに前記位相補正器には、復調されたセンス信号の同相信号及び直交信号が入力され、
前記位相補正器（１５）より出力される位相信号に含まれている直流オフセット分を除去する第３オフセット除去回路（２７）を備える請求項１記載の振動型ジャイロスコープ。
前記駆動信号出力端子より出力される駆動信号から、９０°の位相差を有する同相信号と直交信号とを生成する移相器（８，６３）を備え、
前記直交復調器は、前記変調されたセンス信号に、前記駆動信号の同相信号と前記直交信号とをそれぞれ乗算してセンス信号を復調し、当該信号の同相信号及び直交信号を出力し、
前記第１及び第２オフセット除去回路には、復調されたセンス信号の同相信号及び直交信号が入力され、
前記位相補正器（１５）には、前記第１及び第２オフセット除去回路を介してセンス信号の同相信号及び直交信号が入力される請求項１記載の振動型ジャイロスコープ。
前記移相器を、ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路（６３）で構成する請求項２又は３記載の振動型ジャイロスコープ。
前記センス信号出力端子から、９０°の位相差を有する同相信号と直交信号とを生成する移相器（８３）を備え、
前記直交復調器は、前記変調されたセンス信号の同相信号及び前記直交信号に、前記駆動信号をそれぞれ乗算してセンス信号を復調し、当該信号の同相信号及び直交信号を出力し、
前記第１及び第２オフセット除去回路には、復調されたセンス信号の同相信号及び直交信号が入力され、
前記位相補正器（１５）には、前記第１及び第２オフセット除去回路を介してセンス信号の同相信号及び直交信号が入力される請求項１記載の振動型ジャイロスコープ。
前記センス信号出力端子から、９０°の位相差を有する同相信号と直交信号とを生成する移相器（８３）を備え、
前記位相補正器（７３）には、前記変調されたセンス信号の同相信号及び前記直交信号が入力され、
前記直交復調器には、前記位相補正器により位相補正されたセンス信号の同相信号及び前記直交信号が入力され、
前記第１及び第２オフセット除去回路には、前記直交復調器により復調されたセンス信号の同相信号及び直交信号が入力され、
前記第１オフセット除去回路より、角速度信号が出力される請求項１記載の振動型ジャイロスコープ。
駆動信号入力端子，駆動信号出力端子，及び外部より加えられた角速度に応じた被変調センス信号を駆動信号により変調された状態で出力するセンス信号出力端子を備える共振子（２）と、
前記駆動信号出力端子より出力される駆動信号から、９０°の位相差を有する同相信号と直交信号とを生成する移相器（８）と、
前記駆動信号の同相信号及び直交信号と、誤差信号とが入力され、前記誤差信号に応じて各信号の位相を補正した補正同相信号及び補正直交信号を出力する直交位相補正器（７３）と、
前記変調されたセンス信号に、前記補正同相信号と前記補正直交信号とをそれぞれ乗算して、復調したセンス信号の同相信号及び直交信号を出力する直交復調器（３３）と、
前記センス信号の同相信号及び直交信号が入力され、各信号に含まれている直流オフセット分をそれぞれ除去する第１及び第２オフセット除去回路（１６Ｉ，１６Ｑ）と、
前記第１及び第２オフセット除去回路より入力される信号に基づいて直交誤差を検出し、前記誤差信号を出力する誤差検出器（２０）とを備え、
前記第１オフセット除去回路より角速度信号を出力する振動型ジャイロスコープ。
前記第１及び第２オフセット除去回路より入力される信号の電力を算出して、所定の閾値と比較し、前記電力が前記閾値を超えるとトリガ信号を出力する検波器（２１）と、
前記誤差検出器より誤差信号が入力され、前記トリガ信号が入力されると所定期間に亘る前記誤差信号の平均値を求める平均値演算部（２２）とを備え、
前記位相補正器には、前記平均値演算部を介して前記誤差信号が入力される請求項１から７の何れか一項に記載の振動型ジャイロスコープ。
前記誤差信号の初期値が記憶されるメモリ（２３）を備え、
起動時には、前記メモリより読み出された誤差信号が前記平均値演算部に入力される請求項８記載の振動型ジャイロスコープ。
前記駆動信号出力端子と前記駆動信号入力端子との間に形成される駆動軸の発振ループ中に、Ａ／Ｄコンバータ（４），デジタル処理でゲインを自動調整するゲイン制御回路（５２）及びＤ／Ａコンバータ（５３）を備える請求項１から９の何れか一項に記載の振動型ジャイロスコープ。