JP2003121156A - 振動ジャイロの駆動方法及びその調整方法 - Google Patents
振動ジャイロの駆動方法及びその調整方法Info
- Publication number
- JP2003121156A JP2003121156A JP2001321648A JP2001321648A JP2003121156A JP 2003121156 A JP2003121156 A JP 2003121156A JP 2001321648 A JP2001321648 A JP 2001321648A JP 2001321648 A JP2001321648 A JP 2001321648A JP 2003121156 A JP2003121156 A JP 2003121156A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- drive
- vibrating body
- vibration gyro
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 負荷抵抗が接続された振動ジャイロにおい
て、温度変化や経時変化に伴い共振周波数の変化により
位相が大きく変化し、安定した駆動が難しい。 【解決手段】 負荷抵抗６と振動体の主面上に形成され
る駆動検出電極３とが電気的に接続され、負荷抵抗を介
して振動体に駆動信号が与えられる振動ジャイロにおい
て、振動体への印加電圧の位相の周波数特性における変
化量が零となる２つの点を極値とし、位相の変化量の許
容値によって決定される閾値の時の周波数のうち、低周
波数側の極値と共振周波数との間にある閾値での周波数
を第１周波数、他方の極値と共振周波数との間のものを
第２周波数とし、第１周波数以下、及び第２周波数以上
を駆動周波数の範囲とする。
て、温度変化や経時変化に伴い共振周波数の変化により
位相が大きく変化し、安定した駆動が難しい。 【解決手段】 負荷抵抗６と振動体の主面上に形成され
る駆動検出電極３とが電気的に接続され、負荷抵抗を介
して振動体に駆動信号が与えられる振動ジャイロにおい
て、振動体への印加電圧の位相の周波数特性における変
化量が零となる２つの点を極値とし、位相の変化量の許
容値によって決定される閾値の時の周波数のうち、低周
波数側の極値と共振周波数との間にある閾値での周波数
を第１周波数、他方の極値と共振周波数との間のものを
第２周波数とし、第１周波数以下、及び第２周波数以上
を駆動周波数の範囲とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は振動ジャイロに関
し、特にデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ
などに搭載される、手ぶれの防振システムや動作検知に
用いられる振動ジャイロの駆動方法及び調整方法に関す
るものである。
し、特にデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ
などに搭載される、手ぶれの防振システムや動作検知に
用いられる振動ジャイロの駆動方法及び調整方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図１４に従来の振動ジャイロの駆動方法
及びその調整方法の一例を示す。振動ジャイロの振動子
は、互いに逆向きに分極された２つの圧電体１ａ、１ｂ
を積層したバイモルフ型の振動体２により構成され、そ
の主面上に、幅方向に分割された駆動検出電極３ａ、３
ｂと、他方の主面上に共通電極４が形成される。駆動回
路５は、負荷抵抗６ａ、６ｂを介して、駆動検出電極３
ａ、３ｂと接続される。検出回路７は、差動増幅回路８
を含み、差動増幅回路８の入力端子と駆動検出電極３
ａ、３ｂとがそれぞれ電気的に接続される。
及びその調整方法の一例を示す。振動ジャイロの振動子
は、互いに逆向きに分極された２つの圧電体１ａ、１ｂ
を積層したバイモルフ型の振動体２により構成され、そ
の主面上に、幅方向に分割された駆動検出電極３ａ、３
ｂと、他方の主面上に共通電極４が形成される。駆動回
路５は、負荷抵抗６ａ、６ｂを介して、駆動検出電極３
ａ、３ｂと接続される。検出回路７は、差動増幅回路８
を含み、差動増幅回路８の入力端子と駆動検出電極３
ａ、３ｂとがそれぞれ電気的に接続される。
【０００３】ｘ軸を中心とする回転角速度が与えられる
と、駆動によって励振される積層方向の屈曲振動方向
(ｚ方向)に対して、垂直方向(y方向)にコリオリ力が発
生し、屈曲振動の向きが変わる。このため、駆動検出電
極３ａ、３ｂが形成された部分の振動体２の屈曲状態に
差が生じ、それに応じて駆動検出電極３ａ、３ｂから出
力される信号に差が生じる。差動増幅回路８からは駆動
検出電極３ａ、３ｂの出力信号の差に対応した信号が出
力される。
と、駆動によって励振される積層方向の屈曲振動方向
(ｚ方向)に対して、垂直方向(y方向)にコリオリ力が発
生し、屈曲振動の向きが変わる。このため、駆動検出電
極３ａ、３ｂが形成された部分の振動体２の屈曲状態に
差が生じ、それに応じて駆動検出電極３ａ、３ｂから出
力される信号に差が生じる。差動増幅回路８からは駆動
検出電極３ａ、３ｂの出力信号の差に対応した信号が出
力される。
【０００４】共振点で駆動する方法は、例えば、特開平
１０−２３２１３２号公報にて開示されている。図１４
においては、積層方向の屈曲振動を励振するために与え
る駆動周波数は、屈曲振動の共振点の周波数と等しくす
る。共振駆動により駆動効率を高めることができ、駆動
電源の低電圧化を行うことができる。
１０−２３２１３２号公報にて開示されている。図１４
においては、積層方向の屈曲振動を励振するために与え
る駆動周波数は、屈曲振動の共振点の周波数と等しくす
る。共振駆動により駆動効率を高めることができ、駆動
電源の低電圧化を行うことができる。
【０００５】振動ジャイロの振動子の共振周波数は、温
度変化及び経時変化によって変わる。この共振周波数の
変化や振動子に加わる印加電圧の位相が変化するので、
共振周波数を追尾する制御や位相を一定にする制御によ
り駆動を安定化させる方法がある。
度変化及び経時変化によって変わる。この共振周波数の
変化や振動子に加わる印加電圧の位相が変化するので、
共振周波数を追尾する制御や位相を一定にする制御によ
り駆動を安定化させる方法がある。
【０００６】負荷抵抗６ａ、６ｂの調整方法としては、
例えば、特開平９−１４５３８０号公報に開示されてい
る。同期検波効率を最良とする場合には、負荷抵抗６
ａ、６ｂのインピーダンスは振動子のマッチング状態の
インピーダンス(=1/2πfc、f;駆動周波数、C振動子の静
電容量)と等しくする。また負荷抵抗６ａ、６ｂのイン
ピーダンスをマッチング状態からずらすと、振動ジャイ
ロの感度の温度特性や応答特性を調整して所望の特性を
得ることができる。
例えば、特開平９−１４５３８０号公報に開示されてい
る。同期検波効率を最良とする場合には、負荷抵抗６
ａ、６ｂのインピーダンスは振動子のマッチング状態の
インピーダンス(=1/2πfc、f;駆動周波数、C振動子の静
電容量)と等しくする。また負荷抵抗６ａ、６ｂのイン
ピーダンスをマッチング状態からずらすと、振動ジャイ
ロの感度の温度特性や応答特性を調整して所望の特性を
得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】振動ジャイロの感度変
動を小さくするためには、安定した駆動方法が不可欠と
なる。しかし、従来の技術では、振動ジャイロの駆動方
法には複雑な回路による制御が必要であった。
動を小さくするためには、安定した駆動方法が不可欠と
なる。しかし、従来の技術では、振動ジャイロの駆動方
法には複雑な回路による制御が必要であった。
【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、温
度変化及び経時変化に対して、印加電圧の位相を安定化
させることが可能な駆動方法及び調整方法を提供するこ
とである。
度変化及び経時変化に対して、印加電圧の位相を安定化
させることが可能な駆動方法及び調整方法を提供するこ
とである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の発明は、負荷抵抗と振動体
の主面上に形成される電極とが電気的に接続され、負荷
抵抗を介して振動体に駆動信号が与えられる振動ジャイ
ロにおいて、振動体への印加電圧の位相の周波数特性に
おける２つの極値のうち、低周波数側の極値の周波数を
第１周波数、他方の極値のものを第２周波数とし、前記
第１周波数以下、及び前記第２周波数以上を駆動周波数
範囲として、共振点からずらして駆動することを特徴と
する。本方法によれば、印加電圧の位相の変動が小さく
することができるので、安定した振動ジャイロの駆動方
法を提供できる。
に、本発明の請求項１記載の発明は、負荷抵抗と振動体
の主面上に形成される電極とが電気的に接続され、負荷
抵抗を介して振動体に駆動信号が与えられる振動ジャイ
ロにおいて、振動体への印加電圧の位相の周波数特性に
おける２つの極値のうち、低周波数側の極値の周波数を
第１周波数、他方の極値のものを第２周波数とし、前記
第１周波数以下、及び前記第２周波数以上を駆動周波数
範囲として、共振点からずらして駆動することを特徴と
する。本方法によれば、印加電圧の位相の変動が小さく
することができるので、安定した振動ジャイロの駆動方
法を提供できる。
【００１０】本発明の請求項２記載の発明は、駆動周波
数範囲を前記第１周波数以下とすることを特徴とする。
本方法によれば、印加電圧の位相の変動が小さくし、検
出側での駆動成分を抑制するので、安定した駆動と低出
力ノイズを実現する振動ジャイロの駆動方法を提供でき
る。
数範囲を前記第１周波数以下とすることを特徴とする。
本方法によれば、印加電圧の位相の変動が小さくし、検
出側での駆動成分を抑制するので、安定した駆動と低出
力ノイズを実現する振動ジャイロの駆動方法を提供でき
る。
【００１１】本発明の請求項３記載の発明は、駆動周波
数を前記第１周波数とほぼ等しくすることを特徴とす
る。本方法によれば、印加電圧の位相の変動が小さくす
ることができるので、安定した振動ジャイロの駆動方法
を提供できる。
数を前記第１周波数とほぼ等しくすることを特徴とす
る。本方法によれば、印加電圧の位相の変動が小さくす
ることができるので、安定した振動ジャイロの駆動方法
を提供できる。
【００１２】本発明の請求項４記載の発明は、互いに振
動方向が直交する駆動モードと検出モードとを有し、共
振点からずらして駆動する振動ジャイロにおいて、各モ
ードの共振周波数の差が同じで、各モードの共振周波数
の大小関係が異なる２種の設定のうち、駆動周波数との
差が小さい設定を選択するように、各モードの共振周波
数を調整することを特徴とする。本方法によれば、駆動
周波数における検出感度を高めることができるので、振
動ジャイロの感度を高めることができる。
動方向が直交する駆動モードと検出モードとを有し、共
振点からずらして駆動する振動ジャイロにおいて、各モ
ードの共振周波数の差が同じで、各モードの共振周波数
の大小関係が異なる２種の設定のうち、駆動周波数との
差が小さい設定を選択するように、各モードの共振周波
数を調整することを特徴とする。本方法によれば、駆動
周波数における検出感度を高めることができるので、振
動ジャイロの感度を高めることができる。
【００１３】本発明の請求項５記載の発明は、振動体の
主面に分割して形成される２つの駆動検出電極と、駆動
検出電極それぞれに接続される２つの負荷抵抗と、２つ
の付加抵抗を介して前記振動体に駆動信号を与え、２つ
の駆動検出電極からの出力信号の差より出力を得る振動
ジャイロにおいて、前記負荷抵抗のインピーダンスを変
えて、前記駆動検出電極からの出力信号の位相差を調整
することを特徴とする。本方法によれば、振動子への加
工ダメージがなく位相特性を調整し、振動ジャイロの出
力ノイズを抑制することができる。
主面に分割して形成される２つの駆動検出電極と、駆動
検出電極それぞれに接続される２つの負荷抵抗と、２つ
の付加抵抗を介して前記振動体に駆動信号を与え、２つ
の駆動検出電極からの出力信号の差より出力を得る振動
ジャイロにおいて、前記負荷抵抗のインピーダンスを変
えて、前記駆動検出電極からの出力信号の位相差を調整
することを特徴とする。本方法によれば、振動子への加
工ダメージがなく位相特性を調整し、振動ジャイロの出
力ノイズを抑制することができる。
【００１４】本発明の請求項６記載の発明は、振動体の
主面に分割して形成される２つの駆動検出電極と、駆動
検出電極それぞれに接続される２つの負荷抵抗と、２つ
の負荷抵抗を介して前記振動体に駆動信号を与え、２つ
の駆動検出電極からの出力信号の差より出力を得る振動
ジャイロにおいて、駆動検出電極をレーザトリミング、
エッチング、又は研削して電極の加工を行い、或いは、
前記振動体の側部を切削して加工、又は付加物を形成し
て、各分割電極からの出力信号の位相差を調整すること
を特徴とする。本方法によれば、位相特性を調整し、振
動ジャイロの出力ノイズを抑制することができる。
主面に分割して形成される２つの駆動検出電極と、駆動
検出電極それぞれに接続される２つの負荷抵抗と、２つ
の負荷抵抗を介して前記振動体に駆動信号を与え、２つ
の駆動検出電極からの出力信号の差より出力を得る振動
ジャイロにおいて、駆動検出電極をレーザトリミング、
エッチング、又は研削して電極の加工を行い、或いは、
前記振動体の側部を切削して加工、又は付加物を形成し
て、各分割電極からの出力信号の位相差を調整すること
を特徴とする。本方法によれば、位相特性を調整し、振
動ジャイロの出力ノイズを抑制することができる。
【００１５】本発明の請求項７記載の発明は、各分割電
極からの出力信号の位相差をほぼ零とすることを特徴と
する。位相差を零とすることで、出力信号の駆動成分を
簡単に抑制でき、振動ジャイロの高ＳＮ比を実現する。
極からの出力信号の位相差をほぼ零とすることを特徴と
する。位相差を零とすることで、出力信号の駆動成分を
簡単に抑制でき、振動ジャイロの高ＳＮ比を実現する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。なお、全図を
通じて同様の部品には、同一符号を付与する。
について、図面を参照しながら説明する。なお、全図を
通じて同様の部品には、同一符号を付与する。
【００１７】（実施の形態１）図１（Ａ）（Ｂ）は、本
発明の実施の形態１における振動ジャイロの振動子の模
式図及び駆動検出回路の概略構成図である。図１（Ａ）
において、２は断面が略正方形の２つの圧電体１ａ、１
ｂを分極軸が対向するようにして振動体２及び支持体９
から構成される片持ち梁型の振動子である。３は、振動
体２の一方の主面上に形成され、圧電振動子の励振と発
生電荷の検出機能を共用する駆動検出電極である。４は
振動体の他方の主面上に形成された共通電極である。図
１（Ｂ）において、５は、駆動回路であり、負荷抵抗６
を介して、駆動検出電極３と共通電極４に接続される。
７は検出回路であり、駆動検出電極３からの出力信号を
増幅して出力を得る。
発明の実施の形態１における振動ジャイロの振動子の模
式図及び駆動検出回路の概略構成図である。図１（Ａ）
において、２は断面が略正方形の２つの圧電体１ａ、１
ｂを分極軸が対向するようにして振動体２及び支持体９
から構成される片持ち梁型の振動子である。３は、振動
体２の一方の主面上に形成され、圧電振動子の励振と発
生電荷の検出機能を共用する駆動検出電極である。４は
振動体の他方の主面上に形成された共通電極である。図
１（Ｂ）において、５は、駆動回路であり、負荷抵抗６
を介して、駆動検出電極３と共通電極４に接続される。
７は検出回路であり、駆動検出電極３からの出力信号を
増幅して出力を得る。
【００１８】動作について説明する。振動体２に駆動信
号を与え、ｙ軸方向の屈曲振動を励振させると、振動体
２の電極が形成された部分においては、ｚ方向の振動に
対応した信号のみが発生するので、駆動信号が負荷抵抗
６を介して振動体２に印加される電圧信号（以下、印加
電圧）のみが駆動検出電極３から出力される。回転角速
度が加わると、振動の状態が変わり、各駆動検出電極３
からはその振動に対応した信号が出力される。検出回路
７によって、振動状態の変化に応じた出力信号が得られ
る。この時においても、出力信号には印加電圧成分が含
まれる。
号を与え、ｙ軸方向の屈曲振動を励振させると、振動体
２の電極が形成された部分においては、ｚ方向の振動に
対応した信号のみが発生するので、駆動信号が負荷抵抗
６を介して振動体２に印加される電圧信号（以下、印加
電圧）のみが駆動検出電極３から出力される。回転角速
度が加わると、振動の状態が変わり、各駆動検出電極３
からはその振動に対応した信号が出力される。検出回路
７によって、振動状態の変化に応じた出力信号が得られ
る。この時においても、出力信号には印加電圧成分が含
まれる。
【００１９】ここで、駆動電圧を一定下で圧電駆動した
場合、印加電圧の位相の周波数特性について考慮する。
図２は、圧電振動子の等価回路を図１に導入した駆動検
出回路の等価回路図である。圧電振動子の等価回路にお
いて、振動子の等価回路において、等価直列抵抗Ｒｍ、
等価直列インダクタンスＬｍ及び等価直列容量Ｃｍから
構成されるＲＬＣの直列共振回路により、振動子の機械
的特性を表し、Ｃｄは、駆動検出電極３と共通電極４と
の間の静電容量であり、電気特性を表す。Ｌｍ、Ｃｍに
よって共振周波数が決定される。ここで、駆動回路から
の出力電圧（以下、駆動電圧）をＶ１、振動子に印加さ
れる印加電圧をＶＬとすると、その比は、 ＶＬ=Ｚf/(Ｚf+ＲL)×Ｖ１ と表され、印加電圧の位相はインピーダンスにより決定
される。
場合、印加電圧の位相の周波数特性について考慮する。
図２は、圧電振動子の等価回路を図１に導入した駆動検
出回路の等価回路図である。圧電振動子の等価回路にお
いて、振動子の等価回路において、等価直列抵抗Ｒｍ、
等価直列インダクタンスＬｍ及び等価直列容量Ｃｍから
構成されるＲＬＣの直列共振回路により、振動子の機械
的特性を表し、Ｃｄは、駆動検出電極３と共通電極４と
の間の静電容量であり、電気特性を表す。Ｌｍ、Ｃｍに
よって共振周波数が決定される。ここで、駆動回路から
の出力電圧（以下、駆動電圧）をＶ１、振動子に印加さ
れる印加電圧をＶＬとすると、その比は、 ＶＬ=Ｚf/(Ｚf+ＲL)×Ｖ１ と表され、印加電圧の位相はインピーダンスにより決定
される。
【００２０】例えば、振動子のＱ＝３０００とした場合
について、計算を行った結果を図３に示す。ｆ0は、共
振周波数であり、それぞれ位相と位相の傾き（単位周波
数当りの位相の変化量）を表している。共振点で位相差
は零となり、共振点を基準とする点対称な特性となる。
印加電圧ＶＬの位相の極値は、傾きが零となる点であ
り、共振点よりも低周波側、高周波側にそれぞれ１つ存
在する。位相の変化量の許容値が決まると、変化量のし
きい値が決定される。閾値における周波数は２つあり、
低周波数側の極値と共振周波数の間のものを第１周波数
ｆ1、他のものを第２周波数ｆ2とする。駆動周波数範囲
として、第１周波数ｆ1よりも高く、第２周波数ｆ2より
も低い範囲を除く範囲に選択すると、位相の変化量を許
容値以下に抑えることができる。
について、計算を行った結果を図３に示す。ｆ0は、共
振周波数であり、それぞれ位相と位相の傾き（単位周波
数当りの位相の変化量）を表している。共振点で位相差
は零となり、共振点を基準とする点対称な特性となる。
印加電圧ＶＬの位相の極値は、傾きが零となる点であ
り、共振点よりも低周波側、高周波側にそれぞれ１つ存
在する。位相の変化量の許容値が決まると、変化量のし
きい値が決定される。閾値における周波数は２つあり、
低周波数側の極値と共振周波数の間のものを第１周波数
ｆ1、他のものを第２周波数ｆ2とする。駆動周波数範囲
として、第１周波数ｆ1よりも高く、第２周波数ｆ2より
も低い範囲を除く範囲に選択すると、位相の変化量を許
容値以下に抑えることができる。
【００２１】さらに、駆動周波数を極値（＝ｆ1又は＝
ｆ2）に設定して、駆動する場合、位相の傾きは零であ
るので、共振周波数の変化に対する位相の変化はほとん
どなく、安定する。
ｆ2）に設定して、駆動する場合、位相の傾きは零であ
るので、共振周波数の変化に対する位相の変化はほとん
どなく、安定する。
【００２２】また、反共共振の影響により、共振点より
も高周波数側の振動子のインピーダンスＺｆの方が、低
周波数側のインピーダンスよりも高くなる。駆動範囲と
して、第１周波数以下を選択することにより、高周波数
側（第２周波数以上の範囲）での駆動に比べ、印加電圧
ＶＬを小さくすることができる。よって、検出回路７の
出力信号中の印加電圧成分を抑制することができる。
も高周波数側の振動子のインピーダンスＺｆの方が、低
周波数側のインピーダンスよりも高くなる。駆動範囲と
して、第１周波数以下を選択することにより、高周波数
側（第２周波数以上の範囲）での駆動に比べ、印加電圧
ＶＬを小さくすることができる。よって、検出回路７の
出力信号中の印加電圧成分を抑制することができる。
【００２３】次に、検出モードと駆動モードの共振周波
数の周波数差について考慮する。一般に、各モードの共
振周波数差は小さいほど感度を高めることができるが、
モード結合のために共振周波数の限界値が存在する。図
４に、共振点からずらし、低周波数側に駆動点を設定し
た場合の変位の周波数特性を示す。検出モードの共振周
波数ｆsが駆動モードの共振周波数ｆdよりも高い場合に
比べると、検出モードの変位を大きくとれ、検出感度を
高くできる。このため、共振点からずらして駆動する効
果に加え、振動ジャイロの感度を高めることができる。
数の周波数差について考慮する。一般に、各モードの共
振周波数差は小さいほど感度を高めることができるが、
モード結合のために共振周波数の限界値が存在する。図
４に、共振点からずらし、低周波数側に駆動点を設定し
た場合の変位の周波数特性を示す。検出モードの共振周
波数ｆsが駆動モードの共振周波数ｆdよりも高い場合に
比べると、検出モードの変位を大きくとれ、検出感度を
高くできる。このため、共振点からずらして駆動する効
果に加え、振動ジャイロの感度を高めることができる。
【００２４】また図５に、駆動点を高域側の極値に設定
した場合の各モードの変位の周波数特性を示す。図４の
場合と逆の関係となり、検出モードの共振周波数ｆsを
低周波数側に設定する場合よりも、振動ジャイロの感度
を高めることができる。
した場合の各モードの変位の周波数特性を示す。図４の
場合と逆の関係となり、検出モードの共振周波数ｆsを
低周波数側に設定する場合よりも、振動ジャイロの感度
を高めることができる。
【００２５】よって、駆動モードの共振周波数と検出モ
ードの共振周波数との間に駆動周波数が位置するよう
に、各モードの共振周波数を設定する。これによって、
非共振点駆動による効果に加え、振動ジャイロの感度を
高め、安定した高ＳＮ比を実現できる。
ードの共振周波数との間に駆動周波数が位置するよう
に、各モードの共振周波数を設定する。これによって、
非共振点駆動による効果に加え、振動ジャイロの感度を
高め、安定した高ＳＮ比を実現できる。
【００２６】なお、本実施の形態では、圧電振動子とし
てバイモルフ型振動子を用いて説明したが、負荷抵抗を
介して駆動信号が印加されるものであれば、形状が円柱
音片や音叉形状であっても実施できる。
てバイモルフ型振動子を用いて説明したが、負荷抵抗を
介して駆動信号が印加されるものであれば、形状が円柱
音片や音叉形状であっても実施できる。
【００２７】（実施の形態２）図６は、本発明の実施の
形態２による振動ジャイロの振動子及びその駆動検出回
路の概略構成図である。図６（Ａ）において、２は断面
が略正方形の２つの圧電体１ａ、１ｂを分極軸が対向す
るようにして振動体２を構成している。３ａ、３ｂは、
振動体２の一方の主面上に幅方向に分割形成されて、圧
電振動子の励振と発生電荷の検出機能を共用する駆動検
出電極である。４は振動体２の他方の主面上に形成され
た共通電極である。図６（Ｂ）において、５は駆動回路
であり、負荷抵抗６ａ、６ｂを介して、駆動検出電極３
ａ、３ｂと共通電極４との間に駆動信号が与えられ、積
層方向の屈曲振動を励振する。検出回路７は、差動増幅
回路８を含み、駆動検出電極３ａ、３ｂの出力信号の差
に対応した信号が出力される。
形態２による振動ジャイロの振動子及びその駆動検出回
路の概略構成図である。図６（Ａ）において、２は断面
が略正方形の２つの圧電体１ａ、１ｂを分極軸が対向す
るようにして振動体２を構成している。３ａ、３ｂは、
振動体２の一方の主面上に幅方向に分割形成されて、圧
電振動子の励振と発生電荷の検出機能を共用する駆動検
出電極である。４は振動体２の他方の主面上に形成され
た共通電極である。図６（Ｂ）において、５は駆動回路
であり、負荷抵抗６ａ、６ｂを介して、駆動検出電極３
ａ、３ｂと共通電極４との間に駆動信号が与えられ、積
層方向の屈曲振動を励振する。検出回路７は、差動増幅
回路８を含み、駆動検出電極３ａ、３ｂの出力信号の差
に対応した信号が出力される。
【００２８】振動体の形状の非対称性や２つの駆動検出
電極の面積の不一致などにより、駆動による変位の低下
や出力ノイズの増大を招き、振動ジャイロの特性を劣化
させる。そこで、駆動検出電極に接続される負荷抵抗を
調整し、振動ジャイロの特性を調整する方法について以
下に説明する。
電極の面積の不一致などにより、駆動による変位の低下
や出力ノイズの増大を招き、振動ジャイロの特性を劣化
させる。そこで、駆動検出電極に接続される負荷抵抗を
調整し、振動ジャイロの特性を調整する方法について以
下に説明する。
【００２９】図７（Ａ）、（Ｂ）に負荷抵抗６ａのみを
変えた時の各印加電圧の位相の周波数特性を示す。負荷
抵抗６ａを大きくしていくと、印加電圧ＶＬの位相θＬ
での極値の各周波数は低下する。印加電圧ＶＲの位相θ
Ｒの極値の周波数は、負荷抵抗６ａの増加に伴い、高く
なる。従って、負荷抵抗を変えることで、各印加電圧の
位相を変化させ、位相差を零にすることができる。
変えた時の各印加電圧の位相の周波数特性を示す。負荷
抵抗６ａを大きくしていくと、印加電圧ＶＬの位相θＬ
での極値の各周波数は低下する。印加電圧ＶＲの位相θ
Ｒの極値の周波数は、負荷抵抗６ａの増加に伴い、高く
なる。従って、負荷抵抗を変えることで、各印加電圧の
位相を変化させ、位相差を零にすることができる。
【００３０】駆動点での位相差を零とすることで、検出
回路において各印加電圧の振幅値のみを等しくさせるよ
うに調整すれば良く、検出回路での駆動成分の相殺を容
易にすることができる。
回路において各印加電圧の振幅値のみを等しくさせるよ
うに調整すれば良く、検出回路での駆動成分の相殺を容
易にすることができる。
【００３１】ここで、位相差がほぼ零とみなせる範囲に
ついての一具体例を示す。位相差が大きくなると、印加
電圧による漏れ出力の大きさは位相差に比例し、ＳＮ比
は小さくなる。一般に差動増幅回路での同相除去比は−
６０ｄＢ程度である。また、極値近傍に駆動点を設定す
ると想定した場合には、素子への印加電圧は、駆動電圧
のおよそ３０〜６０％となる。差動増幅回路の一般的な
同相除去能力と、印加電圧の位相の極値での大きさか
ら、位相差の限界値は０．０８〜０．１９°となり、そ
の限界値以下とするのが望ましい。
ついての一具体例を示す。位相差が大きくなると、印加
電圧による漏れ出力の大きさは位相差に比例し、ＳＮ比
は小さくなる。一般に差動増幅回路での同相除去比は−
６０ｄＢ程度である。また、極値近傍に駆動点を設定す
ると想定した場合には、素子への印加電圧は、駆動電圧
のおよそ３０〜６０％となる。差動増幅回路の一般的な
同相除去能力と、印加電圧の位相の極値での大きさか
ら、位相差の限界値は０．０８〜０．１９°となり、そ
の限界値以下とするのが望ましい。
【００３２】なお、負荷抵抗の調整方法において、各印
加電圧の位相差を一致させるように負荷抵抗を調整した
が、各電気共振の共振周波数を一致させる、或いは各電
気共振のＱ値を一致させるように調整を行い、位相差を
ほぼ零となる範囲において駆動点を設定することで、同
様に実施可能である。
加電圧の位相差を一致させるように負荷抵抗を調整した
が、各電気共振の共振周波数を一致させる、或いは各電
気共振のＱ値を一致させるように調整を行い、位相差を
ほぼ零となる範囲において駆動点を設定することで、同
様に実施可能である。
【００３３】また、本実施の形態では、圧電振動子とし
てバイモルフ型振動子を用いて説明したが、駆動用と検
出用の負荷抵抗を用いて駆動と検出とを共用する分割電
極を有するものであれば、形状が円柱音片や音叉形状で
あっても実施できる。
てバイモルフ型振動子を用いて説明したが、駆動用と検
出用の負荷抵抗を用いて駆動と検出とを共用する分割電
極を有するものであれば、形状が円柱音片や音叉形状で
あっても実施できる。
【００３４】（実施の形態３）本発明の実施の形態２に
よる振動ジャイロの振動子及びその駆動検出回路の概略
構成図は、実施の形態２における図６と同様である。実
施の形態２との差異は、調整手段にある。振動子の形状
加工によって、実施の形態２で述べた負荷抵抗の調整と
同様に、位相差を調整できることが分かった。
よる振動ジャイロの振動子及びその駆動検出回路の概略
構成図は、実施の形態２における図６と同様である。実
施の形態２との差異は、調整手段にある。振動子の形状
加工によって、実施の形態２で述べた負荷抵抗の調整と
同様に、位相差を調整できることが分かった。
【００３５】各駆動検出電極と共通電極間の静電容量を
変えることで、各印加電圧の位相を変化させ、各印加電
圧の位相差を調整することができる。そこで、各電極間
の静電容量を調整するために、駆動検出電極に一部を削
除する。この方法としては、例えば、エッチング、レー
ザ、研削などによる加工方法を用いる。エッチングによ
る電極部分の加工方法としては、図８に示すように、長
手方向の一端部が削除される。また、レーザによるトリ
ミング方法では、図９に示すように、例えば、点状に削
除される。さらに、研削による電極部分の削除では、図
１０に示すように、長手方向の端部が削除される。
変えることで、各印加電圧の位相を変化させ、各印加電
圧の位相差を調整することができる。そこで、各電極間
の静電容量を調整するために、駆動検出電極に一部を削
除する。この方法としては、例えば、エッチング、レー
ザ、研削などによる加工方法を用いる。エッチングによ
る電極部分の加工方法としては、図８に示すように、長
手方向の一端部が削除される。また、レーザによるトリ
ミング方法では、図９に示すように、例えば、点状に削
除される。さらに、研削による電極部分の削除では、図
１０に示すように、長手方向の端部が削除される。
【００３６】また、振動体の側部を加工することで、各
印加電圧の電気共振特性を変化させ、位相差を調整する
ことができることも分かった。
印加電圧の電気共振特性を変化させ、位相差を調整する
ことができることも分かった。
【００３７】この調整のための加工方法としては、側部
を切削する加工や振動体の側部に付加物を形成する方法
が用いられる。切削する加工としては、図１１に示すよ
うに、削除部が振動体の積層方向中央部に形成される。
削除部の代わりに、図１２に示すように、シリコンなど
の固形物を塗布しても良い。
を切削する加工や振動体の側部に付加物を形成する方法
が用いられる。切削する加工としては、図１１に示すよ
うに、削除部が振動体の積層方向中央部に形成される。
削除部の代わりに、図１２に示すように、シリコンなど
の固形物を塗布しても良い。
【００３８】また、振動体のエッジを研削して、電極と
圧電体を加工しても調整が可能である。この加工方法に
おいては、図１３に示すように、先端のエッジが研削さ
れる。
圧電体を加工しても調整が可能である。この加工方法に
おいては、図１３に示すように、先端のエッジが研削さ
れる。
【００３９】以上により、振動ジャイロの振動子の特性
ばらつきがあっても、振動子の形状加工により調整する
ことができるので、不良品を少なくさせ、振動ジャイロ
の歩留まりを向上させることができる。
ばらつきがあっても、振動子の形状加工により調整する
ことができるので、不良品を少なくさせ、振動ジャイロ
の歩留まりを向上させることができる。
【００４０】なお、本実施の形態では、圧電振動子とし
てバイモルフ型振動子を用いて説明したが、駆動用と検
出用の負荷抵抗を用いて駆動と検出とを共用する分割電
極を有するものであれば、形状が円柱音片や音叉形状で
あっても実施できる。
てバイモルフ型振動子を用いて説明したが、駆動用と検
出用の負荷抵抗を用いて駆動と検出とを共用する分割電
極を有するものであれば、形状が円柱音片や音叉形状で
あっても実施できる。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、本発明の振動ジャイロの
駆動方法によれば、振動子への印加電圧の位相の周波数
特性において、変化の大きい範囲を除く範囲で駆動点を
設定して駆動するので、温度変化及び経時変化に伴う共
振周波数の変化に対して、印加電圧の位相の変化を小さ
くでき、位相を安定させて駆動することができる。ま
た、負荷抵抗の調整により位相差を零に調整するため、
検出回路での出力ノイズの抑制が容易にでき、安定して
高ＳＮ比を実現する。
駆動方法によれば、振動子への印加電圧の位相の周波数
特性において、変化の大きい範囲を除く範囲で駆動点を
設定して駆動するので、温度変化及び経時変化に伴う共
振周波数の変化に対して、印加電圧の位相の変化を小さ
くでき、位相を安定させて駆動することができる。ま
た、負荷抵抗の調整により位相差を零に調整するため、
検出回路での出力ノイズの抑制が容易にでき、安定して
高ＳＮ比を実現する。
【図１】本発明の実施の形態１における振動ジャイロの
振動子の模式図及び駆動検出回路の概略構成図
振動子の模式図及び駆動検出回路の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における駆動検出回路の
等価回路図
等価回路図
【図３】本発明の実施の形態１において印加電圧の振幅
比及び位相の周波数特性を表す図
比及び位相の周波数特性を表す図
【図４】本発明の実施の形態１における変位の周波数特
性表す図
性表す図
【図５】本発明の実施の形態１における変位の周波数特
性表す図
性表す図
【図６】本発明の実施の形態２における振動ジャイロの
振動子及びその駆動検出回路の概略構成図
振動子及びその駆動検出回路の概略構成図
【図７】本発明の実施の形態２における印加電圧の位相
の周波数特性を表す図
の周波数特性を表す図
【図８】本発明の実施の形態３における電極のエッチン
グ加工方法が実施された振動体の模式図
グ加工方法が実施された振動体の模式図
【図９】本発明の実施の形態３における電極のレーザト
リミングが実施された振動体の模式図
リミングが実施された振動体の模式図
【図１０】本発明の実施の形態３における電極の研削加
工方法が実施された振動体の模式図
工方法が実施された振動体の模式図
【図１１】本発明の実施の形態３における側部が切削さ
れた振動体の模式図
れた振動体の模式図
【図１２】本発明の実施の形態３における側部に付加物
が塗布された振動体の模式図
が塗布された振動体の模式図
【図１３】本発明の実施の形態３におけるエッジが研削
された振動体の模式図
された振動体の模式図
【図１４】従来の振動ジャイロの駆動検出回路の概略構
成図
成図
１ａ，１ｂ 圧電体
２ 振動体
３ａ，３ｂ 駆動検出電極
４ 共通電極
５ 駆動回路
６ａ，６ｂ 負荷抵抗
７ 検出回路
８ 差動増幅回路
３ 駆動検出電極
６ 負荷抵抗
９ 支持体
Ｃｄ 静電容量
ＲＬ 負荷抵抗
ｆ1 第１周波数
ｆ2 第２周波数
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山下 光洋
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 2F105 AA08 BB04 BB09 CC06 CD02
CD06 CD11 CD13
Claims (7)
- 【請求項１】負荷抵抗と振動体の主面上に形成される電
極とが電気的に接続され、前記負荷抵抗を介して前記振
動体に駆動信号が与えられる振動ジャイロにおいて、 前記振動体への印加電圧の位相の周波数特性における変
化量が零となる２つの点を極値とし、位相の変化量の許
容値によって決定される閾値の時の周波数のうち、低周
波数側の極値と共振周波数との間の前記閾値の周波数を
第１周波数、他方の極値と共振周波数との間のものを第
２周波数とし、前記第１周波数以下、及び前記第２周波
数以上を駆動周波数の範囲とすることを特徴とする振動
ジャイロの駆動方法。 - 【請求項２】駆動周波数範囲を前記第１周波数以下とす
ることを特徴とする請求項１記載の振動ジャイロの駆動
方法。 - 【請求項３】駆動周波数を前記第１周波数とほぼ等しく
することを特徴とする請求項２記載の振動ジャイロの駆
動方法。 - 【請求項４】駆動モードと検出モードとの共振周波数の
差が同じで、各モードの共振周波数の大小関係が異なる
２種の設定のうち、駆動周波数との差が小さい設定を選
択するように、各モードの共振周波数を調整することを
特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の振
動ジャイロの駆動方法。 - 【請求項５】振動体の主面に分割して形成される２つの
駆動検出電極と、前記駆動検出電極それぞれに接続され
る２つの負荷抵抗と、前記駆動検出電極からの信号を差
動増幅する検出手段とを備え、前記負荷抵抗を介して前
記振動体に駆動信号を与える振動ジャイロにおいて、 前記負荷抵抗のインピーダンスを変えて、前記駆動検出
電極からの出力信号の位相差がほぼ零となるように調整
することを特徴とする振動ジャイロの調整方法。 - 【請求項６】振動体の主面に分割して形成される２つの
駆動検出電極と、前記駆動検出電極それぞれに接続され
る２つの負荷抵抗と、前記駆動検出電極からの信号を差
動増幅する検出手段とを備え、前記負荷抵抗を介して前
記振動体に駆動信号を与える振動ジャイロにおいて、 前記振動体の形状を加工して、各分割電極からの出力信
号の位相がほぼ零となるように調整することを特徴とす
る振動ジャイロの調整方法。 - 【請求項７】振動体の形状加工として、前記振動体のエ
ッジを研削または研磨する加工、前記駆動検出電極をレ
ーザトリミング、エッチング、又は研削する電極の加
工、或いは、前記振動体の側部を切削して加工、又は付
加物を形成する加工であることを特徴とする請求項６記
載の振動ジャイロの調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001321648A JP2003121156A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 振動ジャイロの駆動方法及びその調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001321648A JP2003121156A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 振動ジャイロの駆動方法及びその調整方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003121156A true JP2003121156A (ja) | 2003-04-23 |
Family
ID=19138834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001321648A Pending JP2003121156A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 振動ジャイロの駆動方法及びその調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003121156A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7291511B2 (en) | 2004-03-08 | 2007-11-06 | Sony Corporation | Method of manufacturing vibration gyro sensor element, vibration gyro sensor element, and method of adjusting vibration direction |
| WO2010092806A1 (ja) * | 2009-02-13 | 2010-08-19 | パナソニック株式会社 | 慣性力センサとそれに用いる検出素子 |
| JP2013531783A (ja) * | 2010-05-21 | 2013-08-08 | シリコン、センシング、システムズ、リミテッド | 経年劣化特性を改善した角速度センサ |
| JP2018185286A (ja) * | 2017-02-08 | 2018-11-22 | 株式会社村田製作所 | 共振器振幅制御システムおよび共振器振幅制御方法 |
| CN118032015A (zh) * | 2024-04-12 | 2024-05-14 | 四川图林科技有限责任公司 | 一种提升半球谐振陀螺仪品质因数的方法 |
-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001321648A patent/JP2003121156A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7401516B2 (en) | 2004-03-08 | 2008-07-22 | Sony Corporation | Vibration gyro sensor element with cantilever vibrator extending from substrate and positioned within opening in substrate |
| KR101139635B1 (ko) | 2004-03-08 | 2012-05-15 | 소니 주식회사 | 진동형 자이로 센서 소자 제조 방법, 진동형 자이로 센서소자 및 진동 방향 조정 방법 |
| US7291511B2 (en) | 2004-03-08 | 2007-11-06 | Sony Corporation | Method of manufacturing vibration gyro sensor element, vibration gyro sensor element, and method of adjusting vibration direction |
| US8689630B2 (en) | 2009-02-13 | 2014-04-08 | Panasonic Corporation | Inertial force sensor and detecting element used for same |
| WO2010092806A1 (ja) * | 2009-02-13 | 2010-08-19 | パナソニック株式会社 | 慣性力センサとそれに用いる検出素子 |
| CN102292615A (zh) * | 2009-02-13 | 2011-12-21 | 松下电器产业株式会社 | 惯性力传感器及其使用的检测元件 |
| JPWO2010092806A1 (ja) * | 2009-02-13 | 2012-08-16 | パナソニック株式会社 | 慣性力センサとそれに用いる検出素子 |
| JP2013531783A (ja) * | 2010-05-21 | 2013-08-08 | シリコン、センシング、システムズ、リミテッド | 経年劣化特性を改善した角速度センサ |
| US9234907B2 (en) | 2010-05-21 | 2016-01-12 | Silicon Sensing Systems Limited | Angular rate sensor with improved aging properties |
| JP2018185286A (ja) * | 2017-02-08 | 2018-11-22 | 株式会社村田製作所 | 共振器振幅制御システムおよび共振器振幅制御方法 |
| US10418962B2 (en) | 2017-02-08 | 2019-09-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | System and method for resonator amplitude control |
| CN118032015A (zh) * | 2024-04-12 | 2024-05-14 | 四川图林科技有限责任公司 | 一种提升半球谐振陀螺仪品质因数的方法 |
| CN118032015B (zh) * | 2024-04-12 | 2024-06-11 | 四川图林科技有限责任公司 | 一种提升半球谐振陀螺仪品质因数的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4310571B2 (ja) | 静電容量検出型振動ジャイロ、および静電容量変化検出方法 | |
| JPH11316125A (ja) | 角速度センサ及びその製造方法 | |
| US20020100322A1 (en) | Vibrating gyroscope and temperature-drift adjusting method therefor | |
| US6018997A (en) | Tuning fork type oscillator and vibration gyroscope using same | |
| JP2003121156A (ja) | 振動ジャイロの駆動方法及びその調整方法 | |
| US6205857B1 (en) | Angular velocity sensing device | |
| US20070085615A1 (en) | Tuning fork shaped crystal oscillator and method of fabrication thereof | |
| JP2000205861A (ja) | 振動ジャイロ | |
| JP3386320B2 (ja) | 振動ジャイロの温度特性調整方法 | |
| JP5041465B2 (ja) | 振動子駆動回路 | |
| JP2008261844A (ja) | 物理量センサ | |
| EP0658743A1 (en) | Vibrating gyroscope | |
| EP0674152B1 (en) | Angular velocity detection circuit for vibratory gyroscopes | |
| JP2005345404A (ja) | 圧電振動ジャイロ用振動子及びその製造方法 | |
| US7111511B2 (en) | Angular rate sensor | |
| JPH116738A (ja) | 角速度センサ | |
| JP4044519B2 (ja) | 音叉形圧電振動ジャイロ | |
| JP4309814B2 (ja) | 圧電振動ジャイロ用振動子の調整方法 | |
| JPH07270165A (ja) | 振動ジャイロ装置 | |
| JP4044547B2 (ja) | 圧電振動ジャイロ | |
| JPH06265358A (ja) | 圧電振動ジャイロ用駆動検出回路 | |
| JPH09145380A (ja) | 振動ジャイロおよび振動ジャイロの特性の調整方法 | |
| JP2006105886A (ja) | 圧電振動ジャイロ用振動子 | |
| JP2006284437A (ja) | 音叉形圧電振動ジャイロ | |
| JP2006084273A (ja) | 圧電振動ジャイロ用音叉形振動子 |