JP2000337881A

JP2000337881A - ジャイロスコープの駆動検出装置

Info

Publication number: JP2000337881A
Application number: JP11149806A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hasegawa; 和男長谷川; Taiichi Ono; 泰一小野; Daisuke Takai; 大輔高井
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-08
Also published as: DE60038204D1; EP1055909A3; US6288474B1; DE60038204T2; KR100397105B1; EP1055909B1; EP1055909A2; KR20010029745A

Abstract

(57)【要約】【課題】従来は１つの振動子に６つの電極を形成する
構成であったため、製造工程が複雑であり、また十分な
誘電分極を施すことができなかった。【解決手段】振動子１０ｕ，１０ｖおよび１０ｖの表
面および裏面に一対の電極を長手方向に形成し、誘電分
極を表面から裏面方向に施す。中央の振動子１０ｖの検
出電極１１ｃ，１１ｄに演算増幅器からなるＩ／Ｖ変換
手段２０，２１を接続すると、検出電極１１ｃ，１１ｄ
はＩ／Ｖ変換手段２０，２１のイマジナリーショートを
介して基準電位Ｖ_refに接地できるため、従来のアース
電極なしにジャイロスコープを振動させることができ
る。よって、振動子の電極の数を減らすことができ、駆
動電極間又は検出電極間の間隔寸法を確保できるため、
高電圧を印加したときに十分な誘電分極を施すことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ナビゲーションシ
ステムなどに使用されるジャイロスコープおよびその駆
動検出装置に係り、特に電極数の減少と誘電分極の簡素
化を図って製造を容易とすることのできる圧電振動子を
用いたジャイロスコープの駆動検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の振動型ジャイロスコープ
の一例として三脚音叉型の圧電振動子を示す斜視図であ
り、例えば特開平９−１０１１５６号公報に開示されて
いるものと同種のものである。図５Ａは図４に示す圧電
振動子を５矢視方向から見たときの正面図、Ｂは駆動状
態を示す正面図である。

【０００３】図４に示される圧電振動子は、全体が圧電
セラミックなど圧電材料で形成された弾性板の先部に、
互いに平行に分離された３個の振動子が形成されてい
る。この圧電振動子では、両側の振動子が同じ位相で振
動するため、この両側の振動子を同じ符号１で示してい
る。また中央の振動子は両側の振動子と異なる位相で振
動するため、両側の振動子１と異なる符号２で示してい
る。

【０００４】図５Ａ，Ｂに示されるように、左右両側の
振動子１の表面１ａには電極５ａ、５ｂ、５ｃが、裏面
１ｂには、電極６ａ、６ｂ、６ｃが形成されている。中
央の振動子２では、表面２ａに電極７ａ、７ｂ、７ｃが
形成され、裏面２ｂに、電極８ａ、８ｂ、８ｃが形成さ
れている。図４に示すように、各電極は、Ｚ軸方向に沿
って各振動子１と２の長軸方向の全長にわたって延びて
いる。

【０００５】各振動子１と２の振動駆動方向はＸ方向
（第１の方向）である。各振動子１と２において、振動
駆動方向であるＸ方向（第１の方向）を幅方向としたと
き、電極５ａ、５ｃ、６ａ、６ｃ、７ａ、７ｃ、８ａ、
８ｃはそれぞれ、振動子１と２の幅方向の両縁部に設け
られている。また電極５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂは、各振
動子１と２の幅方向（Ｘ方向）の中央に位置している。

【０００６】図５Ａは、圧電材料に誘電分極を施す際の
印加電界の極性を示している。各電極に与えられる直流
電圧を＋と−で示し、グランド電位をＧで示している。
両側の振動子１では、表裏両面にて幅方向の中心に位置
する電極５ｂと６ｂがグランド電位である。表面１ａで
は、幅方向両縁部に位置する電極５ａと５ｃに負の電圧
が与えられ、裏面１ｂでは幅方向両縁部に位置する電極
６ａと６ｃに正の電圧が与えられる。中央の振動子２で
は、中央に位置する電極７ｂと８ｂがグランド電位であ
る。表面２ａでは幅方向の両縁部に位置する電極７ａと
７ｃに負の電圧が与えられ、裏面２ｂでは幅方向の両縁
部に位置する電極８ａと８ｃに正の電圧が与えられる。
図５Ａに示す矢印はこの時の電極間に与えられる電界の
方向であり、この電界方向に沿って誘電分極が施され
る。

【０００７】この圧電振動子では、各振動子１と２の、
電極６ｂと８ｂが検出電極として使用される。この検出
電極６ｂと８ｂは、振動子１と２においてＸ方向（第１
の方向）へ延びる面（１ｂ、２ｂ）に形成され、且つＸ
方向の幅方向の中心位置に形成されている。そして振動
子１では、検出電極６ｂの部分を中心としてＸ方向の左
右での誘電分極方向が対称である。同様に振動子２で
は、検出電極８ｂが形成されている部分を中心としてＸ
方向の左右で誘電分極方向が対称である。

【０００８】図５Ｂでは、各電極に与えられる交流駆動
電圧の位相を＋と−で示している。ある電極に＋の表示
が他の電極に−の表示がなされている場合、この両電極
には、１８０度（π）の位相差の交流駆動電圧がそれぞ
れ印加されることを意味している。また、図５Ｂにおけ
る○印は、圧電効果による＋の歪み（伸び）を示し、×
印は−の歪み（縮み）を示している。

【０００９】図５Ｂの駆動方法では、電極５ｂ、６ａ、
６ｃ、７ｂ、８ａ、８ｃをグランド電位としている。ま
た各振動子１と２の表面１ａ、２ａに位置する電極５
ａ、５ｃ、７ａ、７ｃが駆動電極であり、裏面１ｂ、２
ｂの中央に位置する電極６ｂと８ｂが検出電極である。

【００１０】交流駆動電力としては、電極５ｃと７ａに
同位相の電圧が与えられ、電極５ａと７ｃに同位相（前
記と逆の位相）の電圧が与えられる。その結果、左右両
側の振動子１の表面１ａでは、ある時点で、電極５ａと
５ｂの間で＋の歪み○となり、電極５ｂと５ｃの間で−
の歪み×となる。中央の振動子２では、表面２ａにおい
て、電極７ａと７ｂ間で、−の歪み×となり、電極７ｂ
と７ｃの間で＋の歪み○となる。したがって、図５Ｂに
示されるある時点では、両側の振動子１、１の振幅方向
が＋Ｘ方向となり、中央の振動子２の振幅は−Ｘ方向と
なるように曲げ振動を生じる。すなわち、両側の振動子
１、１と、中央の振動子２は、互いに逆の位相でＸ方向
へ振動することになる。

【００１１】この圧電振動子がＺ軸回りの回転系内に置
かれると、コリオリ力により振動方向と直交するＹ方向
（第２の方向）への力が作用する。左右の振動子１、１
と中央の振動子２は、Ｘ方向へ逆の位相で振動駆動され
ているため、コリオリ力による振動成分は、両側の振動
子１、１と中央の振動子２とで逆位相となり、例えば両
側の振動子１、１のある時点での振幅方向が＋Ｙ方向で
あるとき、中央の振動子２の振幅方向は−Ｙ方向であ
る。

【００１２】前記コリオリ力による振動成分は、各振動
子１と２の裏面１ｂおよび２ｂの幅方向の中央に設けら
れた検出電極６ｂおよび８ｂから得られる。

【００１３】コリオリ力による各振動子の振動成分にお
いては、ある時点で振動子１、１の振幅方向が＋Ｙ方向
の場合、検出電極６ｂ、６ｂの部分での圧電材料は「伸
び」となり、中央の振動子２の振幅方向は−Ｙ方向とな
って検出電極８ｂの部分で圧電材料は「縮み」となる。
各検出電極６ｂ、８ｂ、６ｂが形成されている部分の誘
電分極方向は全て同じであるため、振動子のＹ方向への
振動成分として電極６ｂ，６ｂの電流出力Ｉ１，Ｉ２が
同じ位相となる。これに対し、電極８ｂの電流出力Ｉ３
は前記電流出力Ｉ１，Ｉ２とは逆の位相として検出され
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の圧
電振動子では、各振動子１，１および２の表面１ａ，２
ａおよび裏面１ｂ，２ｂのそれぞれに一対の駆動用の電
極５ａと５ｃおよび７ａと７ｃおよび出力電極６ａと６
ｃおよび出力電極８ａと８ｃを設け、且つ前記各一対の
駆動電極間にグランド用の電極５ｂ，７ｂおよび検出電
極６ｂ，８ｂを設けた構成であり、１つの振動子には表
裏両面にて６つの電極を必要とするものであった。よっ
て、誘電分極および電極の製造工程が煩雑であり、且つ
各電極への配線も複雑なものとなっていた。

【００１５】また、各振動子の表面１ａ，２ａおよび裏
面１ｂ，２ｂに形成された各電極間の間隔寸法（沿面距
離）が極めて接近した構造となる。

【００１６】ところで、上記図５Ａに示すように、各振
動子内の誘電分極は、各電極間に高電圧を印加して生成
されるが、上記のように各電極間の間隔寸法が近く、電
極の形状が均一でない場合には、高電圧を印加したとき
に前記均一でない部分に絶縁破壊による放電が生じ、電
極が破壊されるといった製造上の問題が存在する。ある
いは、このような電極破壊を防止するため、低電圧で誘
電分極を生成すると、誘電分極が十分に行われないとい
う問題が生じる。

【００１７】すなわち、各電極を形成するときの公差に
より、各電極がＸ方向へのいずれかの方向へ偏って形成
されることを避けることができず、各電極の両側の誘電
分極を完全に対称とすることが困難である。よって、製
造上の誤差により検出電極がいずれの方向へ偏るか予測
できず、また誘電分極方向の対称性についてもその誤差
が予測できない。

【００１８】したがって、各検出電極から出力されるＸ
方向への振動成分の極性はランダムであり、どのような
極性で発生するか予測できない。よって検出電極からの
電流出力Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が上述の検出回路に与えられ
た場合、Ｘ方向への振動成分が加算されて増幅されるこ
ともあり、または減算されて小さくなることもある。す
なわち、検出電極の形成位置に誤差があるような場合
に、実際に動作させてみないと、どの程度のＸ方向への
振動成分が検出出力に含まれるのか予測できない。その
ため、コリオリ力の検出精度が低くなり、Ｚ軸回りの角
速度ωの検出感度も低いものとなる。

【００１９】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、電極数を減らした圧電振動子を駆動することので
きるジャイロスコープの駆動検出装置を提供することを
目的としている。

【００２０】また本発明は、誘電分極を容易に生成した
各振動子を駆動させることのできるジャイロスコープの
駆動検出装置を提供することを目的としている。

【００２１】さらに、本発明は各振動子の電極数を減ら
したときに、振動子の振幅方向への振動成分を相殺する
ことのできるジャイロスコープの駆動検出装置を提供す
ることを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、一方の面に長
手方向に延設された一対の駆動電極と他方の面に長手方
向に延設された一対の検出電極とを有し、前記一方の面
と他方の面の間において一方向に誘電分極された少なく
とも一つ以上の振動子からなるジャイロスコープの駆動
検出装置であって、前記一対の駆動電極に互いに逆相と
なる駆動信号を与える駆動系と、前記一対の検出電極か
ら出力される各電流出力を電圧出力にそれぞれ変換する
一対のＩ／Ｖ変換手段および前記各Ｉ／Ｖ変換手段の各
電圧出力どうしを加算する加算手段とを備えた検出系と
から成ることを特徴とするものである。

【００２３】本発明では、振動子の一方の面（表面）に
一対の検出電極を、他方の面（裏面）に２つの検出電極
を生成した構成であるため、少なくとも３つの電極を形
成する従来に比べて各電極間の距離寸法（沿面距離）を
確保することができるようになる。よって、電極間に高
電圧をかけても、電極破壊が生じ難くすることができる
ため、設計通りに各誘電分極を形成することができるよ
うになる。

【００２４】また１つの振動子に形成する電極の数は、
４つで足りることとなる。あるいは、両側の振動子の検
出電極を直接基準電位に接続するものでは、検出側の電
極が１つで足りることとなるため、この場合両側の電極
に限り電極数を少なくとも３つ有していればよい。この
ため、従来に比べ電極の製造を容易とすることができ、
各電極の配線処理が複雑になることがない。

【００２５】さらに、誘電分極方向が一方向でよいもの
では、一方の面（表側）から他方の面（裏側）に向かっ
て高電圧をかけることにより、容易に誘電分極を生成す
ることが可能となり、また各振動子間の誘電分極の状態
を均一化することができる。あるいは、既に一方向に誘
電分極が形成されている圧電材料を圧電振動子として使
用することができる。

【００２６】よって、各検出電極から出力される電流出
力も振幅差の少ないほぼ均一な出力を得ることができ
る。よって、コリオリ力の検出精度も高くなり、Ｚ軸回
りの角速度ωの検出感度も高いものとすることができ
る。

【００２７】また本発明は、一方の面に長手方向に延設
された第１および第２の駆動電極と他方の面に長手方向
に延設された第１および第２の検出電極とを有し、前記
一方の面と他方の面の間に誘電分極が施された少なくと
も一つ以上の振動子からなるジャイロスコープの駆動検
出装置であって、前記第１および第２の駆動電極に互い
に同相の駆動信号を与える駆動系の回路と、前記第１お
よび第２の検出電極から検出される各電流出力を電圧出
力にそれぞれ変換する一対のＩ／Ｖ変換手段および前記
各Ｉ／Ｖ変換手段の各電圧出力どうしの減算を行う差動
増幅手段とを備えた検出系とから成ることを特徴とする
ものである。

【００２８】上記において、圧電振動子が、前記第１の
駆動電極と第１の検出電極の間の誘電分極方向と、前記
第２の駆動電極と第２の検出電極の間の誘電分極方向と
が互いに逆相に形成され、且つ前記第１の駆動電極と第
２の駆動電極の間の誘電分極方向と、前記第１の検出電
極と第２の検出電極の間の誘電分極方向とが互いに逆相
に形成されているものが好ましい。

【００２９】また隣合う振動子の誘電分極方向が互いに
逆相からなるものが好ましい。

【００３０】上記構成では、１つの交流駆動信号によ
り、両端の振動子と中央の振動子を交互に振動させるこ
とが可能となる。よって、駆動系の回路構成を簡単にす
ることができる。

【００３１】さらに、各振動子の一方の面が、駆動電極
のみからなり、他方の面が検出電極のみからなるものが
好ましい。

【００３２】駆動系と検出系とを明確に分けることがで
きるため、配線が容易になるとともに、リード線のカラ
ー表示により、誤配線を即座に発見することができるよ
うになる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明におけるジャイロスコー
プにおける圧電振動子の斜視図、図２Ａは本発明におけ
る第１の実施の形態として、分極方向と駆動系の電気配
線を示し、図１の圧電振動子の２矢視方向の正面図、図
２Ｂは図２Ａに示す中央の振動子と検出系の回路構成と
の接続図である。

【００３４】図１に示す圧電振動子１０は、全体が圧電
セラミックなど圧電材料で形成された弾性板の先部（＋
Ｚ側）に、互いに平行に分離された３個の振動子１０
ｕ，１０ｖおよび１０ｗが形成されている。

【００３５】図１および図２Ａに示されるように、左右
両側の振動子１０ｕ，１０ｗの表面（＋Ｙ側）には駆動
電極１０ａ，１０ｂが、裏面（−Ｙ側）には電極１０
ｃ，１０ｄがそれぞれ平行に形成されている。一方、中
央の振動子１０ｖの表面には、電極１１ａと１１ｂが平
行に形成され、裏面には電極１１ｃと１１ｄが平行に形
成されている。前記各電極は、圧電振動子１０の長手方
向（Ｚ軸方向）に沿って各振動子１０ｕ，１０ｖおよび
１０ｗの全長にわたって延設されている。

【００３６】また、図２Ａに示すように、圧電振動子１
０の内部の誘電分極方向は、すべての振動子１０ｕ，１
０ｖおよび１０ｗにおいて同一方向、即ち表面（＋Ｙ
側）から裏面（−Ｙ側）方向に形成されている。なお、
裏面（−Ｙ側）から表面（＋Ｙ側）方向へ形成されてい
てもよい。

【００３７】図２Ａに示すように、振動子１０ｕ，１０
ｖおよび１０ｗの表面側の電極１０ａおよび１１ｂは、
交流駆動信号源Ｅ１に接続されている。また電極１０ｂ
および１１ａは交流駆動信号源Ｅ２に接続されている。
すなわち、電極１０ａ，１０ｂ，１１ａおよび１１ｂは
駆動側の電極となっている。一方、振動子１０ｕ，１０
ｖおよび１０ｗの裏面側の電極１０ｃ，１０ｄ，１１
ｃ，１１ｄはすべて検出側の電極として使用される。

【００３８】図２Ｂに示すように、駆動系は、上記交流
駆動信号源Ｅ１およびＥ２からなり、互いに位相が１８
０度異なる逆相の信号源である。一方、検出系は、２つ
のＩ／Ｖ変換手段２０，２１と１つの加算手段３０とか
ら構成されている。

【００３９】Ｉ／Ｖ変換手段２０，２１は、オペアンプ
などの演算増幅器２０Ａおよび２１Ａを主体に構成され
ている。演算増幅器２０Ａ，２１Ａは、反転端子（−端
子）２０ａ，２１ａ、非反転端子（＋端子）２０ｂ，２
１ｂおよび出力端子２０ｃ，２１ｃを有しており、前記
中央の振動子１０ｖの電極１１ｄ，１１ｃが演算増幅器
２０Ａ，２１Ａの反転端子２０ａ，２１ａにそれぞれ接
続されている。

【００４０】演算増幅器２０Ａ，２１Ａの反転端子（−
端子）２０ａ，２１ａと出力端子２０ｃ，２１ｃとの間
には、抵抗Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ挿入されている。また
非反転端子（＋端子）２０ｂ，２１ｂは、グランドなど
の基準電位Ｖ_refに接続されている。ただし、必ずしも
非反転端子（＋端子）２０ｂ，２１ｂがグランドに接続
されている必要がなく、不変的な電位に接続されていれ
ばよい。

【００４１】前記演算増幅器２０Ａおよび２１Ａの反転
端子２０ａと非反転端子２０ｂとの間、および反転端子
２１ａと非反転端子２１ｂとの間は、演算増幅器の特性
上入力インピーダンスが極めて高い。その一方、前記反
転端子２１ａと非反転端子２０ｂとの間、および反転端
子２１ａと非反転端子２１ｂとの間にはそれぞれ仮想接
地（イマジナリーショート）状態となるため、反転端子
２０ａ，２１ａの電位は基準電位Ｖ_refに設定される。
すなわち、電極１１ｃおよび１１ｄと基準電位Ｖrefと
の間は、インピーダンスが極めて高くこの間に電流は流
れ難いものの、互いの電位は同電位に設定された状態に
ある。

【００４２】一方、加算手段３０は、反転端子（−端
子）３０ａ、非反転端子（＋端子）３０ｂおよび出力端
子３０ｃを有するオペアンプなどの演算増幅器３０Ａを
主体に構成されている。前記反転端子３０ａと出力端子
３０ｃとの間には、抵抗Ｒ５が設けられている。また非
反転端子３０ｂは、基準電位Ｖ_refに接続されている。
そして、前記演算増幅器２０Ａの出力端子２０ｃと演算
増幅器３０Ａの反転端子３０ａとが抵抗Ｒ４を介して接
続されている。また前記演算増幅器２１Ａの出力端子２
１ｃと演算増幅器３０Ａの反転端子３０ａとが抵抗Ｒ３
を介して接続されている。

【００４３】なお、両側の振動子１０ｕ，１０ｗの各電
極１０ｃおよび１０ｄは、上記中央の振動子１０ｖと同
様にＩ／Ｖ変換手段２０，２１および加算手段３０から
なる検出系を構成してもよく、あるいは各電極１０ｃお
よび１０ｄを基準電位Ｖ_refに接続しておいてもよい。

【００４４】以下においては、両側の振動子１０ｕ，１
０ｗの各電極１０ｃおよび１０ｄは基準電位Ｖ_refに接
続されているものとして、ジャイロスコープの駆動検出
装置について説明する。

【００４５】前記交流駆動信号源Ｅ１およびＥ２から交
流駆動信号Ｓ１およびＳ２が圧電振動子１０の電極１０
ａ，１１ｂおよび電極１０ｂ，１１ａに供給される。両
側の振動子１０ｕ，１０ｗでは、交流駆動信号源Ｅ１，
Ｅ２は交流駆動信号源Ｅ１，Ｅ２→電極１０ａ，１０ｂ
→振動子（１０ｕ，１０ｗ）→電極１０ｃ，１０ｄ→基
準電位Ｖ_ref→交流駆動信号源Ｅ１，Ｅ２のループをそ
れぞれ形成する。一方、中央の振動子１０ｖでは、交流
駆動信号源Ｅ１，Ｅ２→電極１１ｂ，１１ａ→振動子１
０ｖ→電極１１ｄ，１１ｃ→演算増幅器２０Ａの反転端
子２０ａ，演算増幅器２１Ａの反転端子２１ａ→演算増
幅器２０Ａの非反転端子２０ｂ，演算増幅器２１Ａの反
転端子２１ｂ→基準電位Ｖ_ref→交流駆動信号源Ｅ１，
Ｅ２のループとなる。

【００４６】ここで、ある時点の交流駆動信号Ｓ１およ
びＳ２の位相を（＋）および（−）で表わし、これを駆
動側の電極に付すこととする。すなわち、ある電極に
（＋）が付されている場合には、その電極は基準電位Ｖ
_refに比べて電位が高いことを意味し、反対に（−）が
付されている場合には、基準電位Ｖrefに比べその電極
の電位が低いことを意味するものとする。また上記同様
に○印を、圧電効果による＋の歪み（伸び）、×印を−
の歪み（縮み）を示すものとする。

【００４７】図２Ａに示すように、ある時点において交
流駆動信号Ｓ１が（＋），Ｓ２が（−）であるとする
と、電極１０ａおよび１１ｂが（＋）となり、電極１０
ｂおよび１１ａが（−）となる。

【００４８】その結果、左右両側の振動子１０ｕ，１０
ｗの表面では、ある時点で、電極１０ａ側が＋の歪み○
となり、電極１０ｂ側が−の歪み×となる。中央の振動
子１０ｖの表面では、電極１１ａ側が−の歪み×とな
り、電極１１ｂ側が＋の歪み○となる。したがって、図
２Ａに示されるある時点では、両側の振動子１０ｕ、１
０ｗの振幅方向が＋Ｘ方向となり、中央の振動子１０ｖ
の振幅は−Ｘ方向となるように曲げ振動を生じる。すな
わち、両側の振動子１０ｕ，１０ｗと、中央の振動子１
０ｖは、互いに逆の位相でＸ方向へ振動させることがで
きる。

【００４９】また、このとき検出側の電極１１ｃおよび
１１ｄからは、電流出力ＩｃおよびＩｄが検出される。
すなわち、ある時点で中央の振動子１０ｖの振幅方向が
−Ｘ方向に振動すると、電極１１ｃ側が−の歪み×とな
り、電極１１ｄ側が＋の歪み○となり、さらに左右で分
極方向が同じであるため、電極１１ｃの電流出力Ｉｃと
電極１１ｄの電流出力Ｉｄとは互いに逆相となる。

【００５０】また、電極１１ｃと１１ｄは同じ振動子１
０ｖに設けられているため、振動子１０ｖがＸ方向に駆
動されると、電流出力ＩｃとＩｄにはＸ方向の同相の駆
動成分が重畳される。

【００５１】このジャイロスコープがＺ軸回りの回転系
内に置かれると、コリオリ力が振動方向（Ｘ方向）と直
交するＹ方向（第２の方向）へ作用する。両側の振動子
１０ｕ、１０ｗと中央の振動子１０ｖは、Ｘ方向へ逆の
位相で振幅されているため、Ｙ方向に生じるコリオリ力
による振動成分は、両側の振動子１０ｕ，１０ｗと中央
の振動子１０ｖとで逆相となる。したがって、例えばあ
る時点における両側の振動子１０ｕ，１０ｗの振幅方向
が＋Ｙ方向であるとき、中央の振動子１０ｖの振幅方向
は−Ｙ方向となる。

【００５２】よって、ある回転系に置かれた圧電振動子
１０に、＋Ｙ方向にコリオリ力が作用している時点にお
いて、中央の振動子１０ｖの振幅方向が−Ｘ方向に振動
すると、電極１１ｃ側には−Ｘ方向への縮みによる−の
歪み×と＋Ｙ方向への伸びによる＋の歪み○が生じる。
一方、電極１１ｄ側には−Ｘ方向への伸びによる＋の歪
み○と＋Ｙ方向への伸びによる＋の歪み○が生じる。す
なわち、電流出力ＩｃおよびＩｄには、Ｘ方向への振幅
成分とＹ方向へのコリオリ力の成分が含まれている。

【００５３】前記電極１１ｃおよび１１ｄの電流出力Ｉ
ｃおよびＩｄは、Ｉ／Ｖ変換手段２０，２１により、電
圧出力ＶｃおよびＶｄに変換される。演算増幅器２０Ａ
および２１Ａ自体の入力インピーダンスは極めて高いの
で、電流出力Ｉｃ，Ｉｄは抵抗Ｒ１およびＲ２にすべて
流れ込む。よって、Ｉ／Ｖ変換手段２０，２１では、電
流出力Ｉｃ，Ｉｄが電圧出力Ｖｃ，Ｖｄに変換され、Ｖ
ｃ＝−Ｉｃ・Ｒ２、Ｖｄ＝−Ｉｄ・Ｒ１で表わせる。ま
たＲ１＝Ｒ２＝Ｒとすると、Ｖｃ＝−Ｉｃ・Ｒ、Ｖｄ＝
−Ｉｄ・Ｒとなる。

【００５４】そして、これら電圧出力ＶｃおよびＶｄ
は、加算手段３０において加算増幅されるが、その出力
Ｖoutは、Ｖout＝（Ｖｃ＋Ｖｄ）・Ｒ５／Ｒ４＝（（−Ｉｃ・Ｒ）＋（−Ｉｄ・Ｒ））・Ｒ５／Ｒ４＝−（Ｉｄ＋Ｉｃ）・Ｒ・Ｒ５／Ｒ４となる。

【００５５】ただし、電流出力Ｉｄと電流出力Ｉｃの位
相は互いに位相が１８０度異なるため、結局出力Ｖout
は、電流出力Ｉｄと電流出力Ｉｃとの差を増幅（（Ｒ・
Ｒ５／Ｒ４）倍）したものとなる。そして、この加算手
段３０で電流出力Ｉｄと電流出力Ｉｃとを加算すること
により、電流出力ＩｃとＩｄに含まれているＸ方向の振
動による同相の駆動成分を相殺することができる。

【００５６】また圧電振動子１０の誘電分極方向は、一
方向に揃っていればよいため、例えば水晶などの自発分
極を持つ材料をそのまま振動子の材料として使用するこ
とが可能である。

【００５７】図３Ａは本発明における第２の実施の形態
として、分極方向と駆動系の電気的配線を示す圧電振動
子の正面図、図３Ｂは図３Ａに示す中央の振動子と検出
系の回路構成との接続図である。

【００５８】上記図２Ａの圧電振動子と図３Ａの圧電振
動子とは、その誘電分極方向のみが異なっている。すな
わち、図３Ａに示す圧電振動子１０Ｂの各振動子１０
ｕ，１０ｖ，１０ｗの表面（＋Ｙ側）には電極１０ａ，
１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１０ａ，１０ｂが設けられ、
裏面（−Ｙ側）に電極１０ｃ，１０ｄ，１１ｃ，１１
ｄ，１０ｃ，１０ｄがそれぞれ設けられている。両側の
振動子１０ｕ，１０ｗの誘電分極は、電極１０ａから電
極１０ｂ方向、電極１０ａから電極１０ｃ方向、電極１
０ｄから電極１０ｂ方向および電極１０ｄから電極１０
ｃ方向の４方向にそれぞれ施されている。また中央の振
動子１０ｖの誘電分極は、電極１１ｂから電極１１ａ方
向、電極１１ｂから電極１１ｄ方向、電極１１ｃから電
極１１ｄ方向および電極１１ｃから電極１１ａ方向の４
方向にそれぞれ施されている。

【００５９】図３Ａおよび図３Ｂに示すように、駆動系
は交流駆動信号源Ｅのみであり、各振動子１０ｕ，１０
ｖおよび１０ｗの表面（＋Ｙ側）のすべての電極１０
ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂには、前記交流駆動電源Ｅ
から同一の駆動信号Ｓが供給されている。

【００６０】また、各振動子１０ｕ，１０ｖおよび１０
ｗの裏面（−Ｙ側）の電極１０ｃ，１０ｄ，１１ｃおよ
び１１ｄは検出電極として使用される。図３Ｂでは各振
動子１０ｕ，１０ｖおよび１０ｗのうち、上記同様中央
の振動子１０ｖのみが示され、中央の振動子１０ｖの電
極１１ｃおよび１１ｄが検出電極として示されている。

【００６１】図３Ｂに示すように、このジャイロスコー
プの検出系は、２つのＩ／Ｖ変換手段４０，４１と１つ
の差動増幅手段５０とから構成されている。

【００６２】前記Ｉ／Ｖ変換手段４０，４１は、上記の
Ｉ／Ｖ変換手段２０，２１と同様の構成である。よっ
て、中央の振動子１０ｖの電極１１ｃ，１１ｄは、Ｉ／
Ｖ変換手段４０，４１を構成する演算増幅手段４０Ａ，
４１Ａの仮想接地（イマジナリーショート）により、基
準電位Ｖ_refに設定されている。

【００６３】なお、両側の振動子１０ｕ，１０ｗの出力
側の各電極１０ｃおよび１０ｄについては、上記第１の
実施の形態同様にＩ／Ｖ変換手段４０，４１および差動
増幅手段５０からなる検出系を構成してもよく、あるい
は各電極１０ｃおよび１０ｄを基準電位Ｖ_refに直接接
続しておいてもよい。

【００６４】差動増幅手段５０は、オペアンプなどの演
算増幅器５０Ａを主体に構成されており、演算増幅器５
０Ａの反転端子（−端子）５０ａと出力端子５０ｃとの
間に抵抗Ｒ５が設けられている。また非反転端子（＋端
子）５０ｂは抵抗Ｒ６を介して基準電位Ｖ_refに接続さ
れている。そして、Ｉ／Ｖ変換手段４０の演算増幅器４
０Ａの出力端子４０ｃと前記演算増幅器５０Ａの反端端
子（−端子）５０ａとの間が、抵抗Ｒ３を介して接続さ
れている。またＩ／Ｖ変換手段４１の演算増幅器４１Ａ
の出力端子４１ｃと前記演算増幅器５０Ａの非反端端子
５０ｂとの間が、抵抗Ｒ４を介して接続されている。

【００６５】各振動子１０ｕ，１０ｖおよび１０ｗの表
側の電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂに駆動信号Ｓ
が供給されると、各振動子１０ｕ，１０ｖおよび１０ｗ
が振幅される。

【００６６】図３Ａに示すように、各振動子１０ｕ，１
０ｖおよび１０ｗでは誘電分極方向が電極１０ａ（１１
ａ）側と電極１０ｂ（１１ｂ）側とでは逆であるため、
ある時点で（＋）の交流駆動信号Ｓが各電極に与えられ
たときに、振動子１０ｕと１０ｗの表面で電極１０ａ側
が＋の歪み○となれば、電極１０ｂ側は−の歪み×とな
る。また中央の振動子１０ｖの表面では、電極１１ａ側
が−の歪み×となり、電極１１ｂ側が＋の歪み○とな
る。よって、図３Ｂに示されるある時点では、両側の振
動子１０ｕ、１０ｗの振幅方向が＋Ｘ方向となり、中央
の振動子１０ｖの振幅は−Ｘ方向となるように曲げ振動
を生じる。すなわち、この第２の実施の形態に示された
圧電振動子１０Ｂにおいても、両側の振動子１０ｕ，１
０ｗと、中央の振動子１０ｖは、互いに逆の位相でＸ方
向へ振動させることができる。

【００６７】また、このとき、検出側の電極１１ｃおよ
び１１ｄから電流出力ＩｃおよびＩｄを検出することが
できる。ただし、第２の実施の形態では、上記第１の実
施の形態と異なり、振動子１０ｖにおいて誘電分極方向
が電極１０ａ（１１ａ）側と電極１０ｂ（１１ｂ）側と
では逆であるため、電極１１ｃの電流出力Ｉｃと電極１
１ｄの電流出力Ｉｄとは同相となる。

【００６８】なお、この電流出力ＩｃとＩｄにも、振動
子１０ｖがＸ方向に駆動されることによるＸ方向の同相
駆動成分が重畳されている。

【００６９】前記電極１１ｃおよび１１ｄから検出され
る電流出力ＩｃおよびＩｄは、Ｉ／Ｖ変換手段４０，４
１により、電圧出力ＶｃおよびＶｄに変換される。

【００７０】ここで、変換後の電圧出力Ｖｃ，Ｖｄは、
上記第１の実施の形態同様にそれぞれＶｃ＝−Ｉｃ・Ｒ
２、Ｖｄ＝−Ｉｄ・Ｒ１と表わせる。またＲ１＝Ｒ２＝
Ｒとすると、Ｖｃ＝−Ｉｃ・Ｒ、Ｖｄ＝−Ｉｄ・Ｒであ
る。

【００７１】そして、これらＩ／Ｖ変換手段４０、４１
の電圧出力ＶｃおよびＶｄは、差動増幅手段５０におい
て減算されさらに増幅されるが、その出力Ｖoutは、Ｖout＝（Ｖｃ−Ｖｄ）・Ｒ５／Ｒ３＝−（（−Ｉｃ・Ｒ）−（−Ｉｄ・Ｒ））・Ｒ５／Ｒ３＝（Ｉｃ−Ｉｄ）・Ｒ・Ｒ５／Ｒ３となる。

【００７２】そして、電流出力Ｉｃと電流出力Ｉｄの位
相は互いに同相であるため、出力Ｖoutは、電流出力Ｉ
ｃと電流出力Ｉｄとの差を増幅（（Ｒ・Ｒ５／Ｒ３）
倍）したものとなり、これは上記第１の実施の形態と同
様の結果である。

【００７３】すなわち、この差動増幅手段５０では、電
流出力Ｉｄと電流出力Ｉｃとが減算することにより、Ｘ
方向の振動による同相の駆動成分を相殺することができ
る。よって、コリオリ力に比例した角速度を高い精度で
検出することができる。

【００７４】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、各振動子
の表面および裏面のアース電極（中央の電極）を取り除
いても振動させることができ、またコリオリ力に比例し
た出力を検出することができる。

【００７５】よって、電極の製造工程を容易なものとす
ることができる。また電極の数を減らすことができるた
め、振動子への配線が煩雑となることがない。

【００７６】また、中央の電極を取り除けることによ
り、各電極間の間隔寸法（沿面距離）を十分に確保する
ことができるため、電極間の絶縁耐圧を高めることがで
きる。よって、各電極間に高電圧を印加することがで
き、また高電圧を印加しても放電が起こり難くなるた
め、十分な誘電分極を施すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるジャイロスコープにおける圧電
振動子の斜視図、

【図２】Ａは本発明における第１の実施の形態として、
分極方向と駆動系の電気配線を示す圧電振動子の正面
図、ＢはＡに示す中央の振動子と検出系の回路構成との
接続図、

【図３】Ａは本発明における第２の実施の形態として、
分極方向と駆動系の電気的配線を示す圧電振動子の正面
図、ＢはＡに示す中央の振動子と検出系の回路構成との
接続図、

【図４】従来の圧電振動子の一例を示す斜視図、

【図５】（Ａ）は図４に示す圧電振動子を５矢視方向か
ら見たときの正面図、（Ｂ）は駆動状態を示す正面図、

【符号の説明】

１０，１０Ｂ圧電振動子１０ｕ，１０ｖ，１０ｗ振動子１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ電極（駆動電極）１０ｃ，１０ｄ，１１ｃ，１１ｄ電極（検出電極）２０，２１，４０，４１Ｉ／Ｖ（電流／電圧）変換手
段Ｅ，Ｅ１，Ｅ２交流駆動信号源Ｉｃ，Ｉｄ電流出力Ｖｃ，Ｖｄ電圧出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高井大輔東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内Ｆターム(参考） 2F105 AA02 BB15 CC01 CD02 CD06 CD11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面に長手方向に延設された一対の
駆動電極と他方の面に長手方向に延設された一対の検出
電極とを有し、前記一方の面と他方の面の間において一
方向に誘電分極された少なくとも一つ以上の振動子から
なるジャイロスコープの駆動検出装置であって、前記一
対の駆動電極に互いに逆相となる駆動信号を与える駆動
系と、前記一対の検出電極から検出される各電流出力を
電圧出力にそれぞれ変換する一対のＩ／Ｖ変換手段およ
び前記各Ｉ／Ｖ変換手段の各電圧出力どうしを加算する
加算手段とを備えた検出系とから成ることを特徴とする
ジャイロスコープの駆動検出装置。
【請求項２】一方の面に長手方向に延設された第１お
よび第２の駆動電極と他方の面に長手方向に延設された
第１および第２の検出電極とを有し、前記一方の面と他
方の面の間に誘電分極が施された少なくとも一つ以上の
振動子からなるジャイロスコープの駆動検出装置であっ
て、前記第１および第２の駆動電極に互いに同相の駆動
信号を与える駆動系の回路と、前記第１および第２の検
出電極から検出される各電流出力を電圧出力にそれぞれ
変換する一対のＩ／Ｖ変換手段および前記各Ｉ／Ｖ変換
手段の各電圧出力どうしの減算を行う差動増幅手段とを
備えた検出系とから成ることを特徴とするジャイロスコ
ープの駆動検出装置。
【請求項３】圧電振動子が、前記第１の駆動電極と第
１の検出電極の間の誘電分極方向と、前記第２の駆動電
極と第２の検出電極の間の誘電分極方向とが互いに逆相
に形成され、且つ前記第１の駆動電極と第２の駆動電極
の間の誘電分極方向と、前記第１の検出電極と第２の検
出電極の間の誘電分極方向とが互いに逆相に形成されて
いる請求項２記載のジャイロスコープの駆動検出装置。
【請求項４】隣合う振動子の誘電分極方向が互いに逆
相からなる請求項１ないし３のいずれかに記載のジャイ
ロスコープの駆動検出装置。
【請求項５】各振動子の一方の面が、駆動電極のみか
らなり、他方の面が検出電極のみからなる請求項１ない
し４のいずれかに記載のジャイロスコープの駆動検出装
置。