JP3453722B2 - 振動子駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動子駆動回路に関し、
例えば角速度検出装置に利用しうる。

【０００２】

【従来の技術】例えば、振動子を用いて回転角速度を検
出する装置に関する技術が、特開平５−２４０６４９号
公報，特開平５−２８８５５５号公報，および英国特許
出願公報ＧＢ２２６６１４９Ａに開示されている。

【０００３】上記のような回転角速度を検出する装置に
おいては、圧電素子などの振動子をそれの固有振動数と
一致する周波数で振動するように共振点で駆動し、振動
子の駆動用端子の信号と検出用端子の信号との位相差を
測定して角速度を検出するようになっている。

【０００４】ところで、振動子の固有振動数は、周囲温
度などの影響によって変動する。従って、温度変化の生
じる環境において一定の周波数で振動子を駆動する場合
には、振動子の振動状態を共振点に維持できない。振動
子の振動状態が共振点からずれると、振動の振幅が変動
したり、位相差と角速度との関係に誤差が生じる。

【０００５】そこで例えば英国特許出願公報ＧＢ２２６
６１４９Ａにおいては、ＰＬＬ（位相同期ル−プ）回路
を用いて、振動子の振動状態を共振点に維持するように
制御している。即ち、振動子の駆動電圧印加端子の信号
と、振動子の帰環電圧取出端子の信号との位相差が９０
度になるように、ＶＣＯ（電圧制御発振器）の発振周波
数を自動的に調整している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＰＬＬ回路を用いて振
動子の駆動電圧印加端子の信号と、振動子の帰環電圧取
出端子の信号との位相差が９０度になるように制御する
ためには、１つの信号の位相を９０度ずらして、ＰＬＬ
回路の位相比較器に印加される２つの信号の位相差を定
常状態で０にする必要がある。

【０００７】信号の位相をずらす移相回路は、例えばコ
ンデンサ，抵抗器などで構成される時定数回路によって
構成することができる。しかし、この種の移相回路の位
相シフト量は、周波数に応じて変化する。従って、周囲
温度変化に伴って振動子の駆動周波数が大幅に変動する
と、ＰＬＬ回路が正しく機能しなくなり、駆動周波数が
振動子の共振周波数から大きくずれることになる。

【０００８】また、ＰＬＬ回路に用いられるＶＣＯは、
一般に様々な高調波を含む三角波などの信号を出力する
ので、ＶＣＯの出力信号をそのまま振動子に印加する
と、振動子が角速度の測定に利用するモ−ド以外の様々
な振動モ−ドでも振動するため、検出される信号に含ま
れるノイズが多くなり、測定誤差が増大する。そこで一
般的には、ＶＣＯの出力にロ−パスフィルタを接続し、
正弦波に近い波形の信号によって振動子を駆動する。し
かし、ロ−パスフィルタは時定数回路であるため、それ
を通過する信号の位相変化量は、信号の周波数に応じて
変化する。つまり、周囲温度変化に伴って振動子の駆動
周波数が変動すると、ロ−パスフィルタでの位相変化に
よって、ＰＬＬ回路が正しく機能しなくなり、駆動周波
数が振動子の共振周波数からずれることになる。

【０００９】従って本発明は、周囲温度の変動などによ
って振動子の固有振動周波数が変動する場合であって
も、振動子の振動状態が共振状態からずれるのを防止す
るとともに、振動子から検出される信号に含まれるノイ
ズの増大を防止することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の振動子駆動回路は、振動体（２），該振動
体を振動駆動するための振動する駆動信号が供給される
第１の端子（５Ａ，５Ｂ）、 および 、 該振動体が該振動信
号によって固有振動数で振動する共振状態において、前
記第１の端子に供給される駆動信号に対してほぼ９０度
位相がずれたフィードバック信号が現われる第２の端子
（４Ａ，４Ｂ）、 を含む振動子の 、 該第１の端子に印加さ
れる信号に基づいてその周波数を４倍に逓倍した信号を
生成する逓倍手段（４１，４２，４３，４４）； 該逓倍手段が出力する信号に基づいて、前記振動子の第
１の端子に印加される信号と周波数が同一で、位相が実
質上９０度ずれた信号を生成する移相手段（４５，４
６）； 該移相手段が出力する信号と、前記振動子の第２の端子
に現われる信号との位相差に応じた信号を出力する、位
相比較手段（２１）； 入力電圧に応じた周波数の信号を生成し、該信号を前記
振動子の第１の端子に印加する電圧制御発振手段（２
３）；及び前記 位相比較手段が出力する信号に応じた電圧を該電圧
制御発振手段の入力に印加する、ル−プフィルタ手段
（２２）；を備える。

【００１１】また請求項２の発明では、前記電圧制御発
振手段（２３）の出力と前記振動子の第１の端子との
間，前記振動子の第１の端子と前記逓倍手段（４１，４
２，４３，４４）の入力との間，及び前記振動子の第２
の端子と前記位相比較手段（２１）の入力との間に、そ
れぞれロ−パスフィルタ手段（１４，１３，１２）が設
置される。

【００１２】なお上記括弧内に示した記号は、後述する
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。

【００１３】

【作用】本発明においては、位相比較手段（２１），ル
−プフィルタ手段（２２）及び電圧制御発振手段（２
３）によって構成されるＰＬＬ回路が、位相比較手段の
２つの入力端子に印加される信号の位相が一致するよう
に、振動子（１０）の第１の端子（５ａ，５ｂ）に印加
する信号の周波数を自動的に制御する。また振動子の第
２の端子（４ａ，４ｂ）には、共振状態において、前記
第１の端子の信号に対し約９０度位相がずれた信号が現
われる。移相手段（４５，４６）は、振動子の第１の端
子に印加される信号と周波数が同一で、位相が実質上９
０度ずれた信号を生成する。位相比較手段の２つの入力
には、移相手段の出力信号と、振動子の第２の端子の信
号とが印加される。従って前記ＰＬＬ回路は、振動子を
共振状態で振動させるような周波数の駆動信号を生成す
る。尚、不要モ−ドの振動成分を最小にするために、振
動子は完全な共振状態で振動させるのが望ましいが、完
全な共振状態から少しずれた周波数で振動させても、ノ
イズである不要モ−ド振動の発生は比較的少なく、実用
上は問題はない。

【００１４】本発明では、振動子の第１の端子に印加さ
れる信号に基づいてその周波数を４倍に逓倍した信号を
生成する逓倍手段（４１，４２，４３，４４）が設けて
あり、移相手段はこの逓倍手段が出力する信号に基づい
て、振動子の第１の端子に印加される信号に対し位相が
実質上９０度ずれた信号を生成する。即ち、周波数を４
倍に逓倍した信号の１周期は、元の信号の１／４周期に
なるので、逓倍後の信号の１周期分だけ、例えばシフト
レジスタを用いて逓倍前の信号をシフトすることによ
り、理論的に位相を９０度ずらした信号が得られる。使
用する回路素子の遅延などによって、移相量が９０度か
ら少しずれる可能性はあるが、そのずれは僅かである。
例えば温度変化に伴なって振動子の駆動信号の周波数は
変動するが、本発明では、振動子の駆動信号の４倍の周
波数の信号に基づいて移相手段が位相をずらすので、移
相手段の位相シフト量は、周波数とは無関係に常に９０
度（理論値）になる。また、逓倍手段は振動子の第１の
端子に印加される信号に基づいてその周波数を４倍に逓
倍した信号を生成するので、前記ＰＬＬ回路の出力にロ
−パスフィルタが接続された場合でも、このロ−パスフ
ィルタによって生じる位相ずれの影響を受けることな
く、振動子の第１の端子に印加される信号と第２の端子
に現われる信号との位相差を略９０度に固定し、共振状
態を維持することができる。

【００１５】また請求項２の発明では、前記電圧制御発
振手段（２３）の出力と前記振動子の第１の端子との
間，前記振動子の第１の端子と前記逓倍手段（４１，４
２，４３，４４）の入力との間，及び前記振動子の第２
の端子と前記位相比較手段（２１）の入力との間に、そ
れぞれロ−パスフィルタ手段（１４，１３，１２）が設
置されるので、各部の信号に含まれる高調波を低減し、
ノイズの影響を抑制することができる。振動子の第１の
端子と逓倍手段（４１，４２，４３，４４）の入力との
間，及び振動子の第２の端子と位相比較手段（２１）の
入力との間に、それぞれロ−パスフィルタ手段（１３，
１２）を設けることによって、両者の位相ずれによって
生じる悪影響を相殺することができる。

【００１６】

【実施例】一実施例の回転角速度検出装置の構成を図１
に示し、図１の一部のブロックの詳細な構成を図２に示
し、図１に示すセンサ素子１０の外観を図３に示す。図
１ではセンサ素子１０は、図３の１Ａ−１Ａ線断面を示
している。センサ素子１０の円筒状圧電体２はその下端
で、上端が円板でその下面に丸棒状の脚が連続した素子
台１に、固着されている。円筒状圧電体２の外周面の略
上半分は機器ア−スに接続される基準電位電極３で覆わ
れているが、外周面の下半分領域には、４５度ピッチ
で、８個の同一形状の電極セグメントが接合されてい
る。図１に示す電気回路接続において、８個の電極セグ
メントの内、第１直径方向Ｄ１で相対向する１対の電極
セグメント４ａおよび４ｂがフィ−ドバック電極、第２
直径方向Ｄ２で相対向する１対の電極セグメント５ａお
よび５ｂは励振電極、第３直径方向Ｄ３で相対向する１
対の電極セグメント６ａおよび６ｂは検出電極である。
この例では、第４直径方向Ｄ４で相対向する１対の電極
セグメント７ａおよび７ｂは使用していない。

【００１７】発振回路によって生成される交流電圧が、
センサ素子１０の励振電極５ａ，５ｂに印加され、それ
によって円筒状圧電体２が変形し振動する。また円筒状
圧電体２の振動によってフィ−ドバック電極４ａ，４ｂ
に現われる信号が、発振回路にフィ−ドバックされる。
フィ−ドバックされる信号を利用して、発振回路は円筒
状圧電体２がそれの共振周波数ｆｍと一致する周波数で
振動するように、出力信号の周波数を自動的に調整す
る。

【００１８】発振回路に電源が投入されると、ある電圧
が、励振電極５ａ，５ｂと基準電位電極３の間に加わ
り、これにより円筒状圧電体２が第２直径方向Ｄ２で広
がる。又は縮小する。この変形によりフィ−ドバック電
極４ａ，４ｂと基準電位電極３の間に、ある電圧が発生
する。円筒状圧電体２が共振周波数ｆｍで、第２直径方
向Ｄ２に、拡大／縮小振動する時の振動の縮小ピ−クで
の円筒状圧電体２を、図４に誇張して点線２Ｂで示し、
拡大ピ−クでの円筒状圧電体２を、図４に誇張して二点
鎖線２Ａで示す。図４から分かるように、第２直径方向
Ｄ２の拡大／縮小は第１直径方向Ｄ１の縮小／拡大であ
り、Ｄ２方向の縮小ピ−クにＤ１方向の拡大ピ−クが対
応する。したがってこの例では、円筒状圧電体２は、十
字方向（Ｄ１＆Ｄ２）に振動する。

【００１９】上述のように円筒状圧電体２が十字方向
（Ｄ１＆Ｄ２）に振動しているとき（図４の２点鎖線２
Ａ＆点線２Ｂ）、検出電極６ａ，６ｂは、振動の節に位
置するので、それらと基準電位電極３との間に現われる
電圧は低い。理想状態では電圧は現われないが、円筒状
圧電体２の形状が完全円筒ではないのである程度の電圧
は発生する。

【００２０】円筒状圧電体２が回転すると、例えば図４
に示すように時計方向に回転すると、この回転と円筒状
圧電体２の振動によりコリオリ力Ｆ１〜Ｆ４が発生し、
これにより円筒状圧電体２の振動方向（Ｄ２）が、例え
ば図４に実線２Ｃで示すように、第３直径方向Ｄ３（又
は第４直径方向Ｄ４）にねじれて（回転して）、検出電
極６ａ，６ｂに現われる電圧が大きくなると共に、該電
圧（交流）の位相がシフトする。この位相シフト量が、
円筒状圧電体２に加わっている回転角速度に対応する。
従って図１に示す装置には、検出電極６ａ，６ｂに現わ
れる信号の位相シフト量を測定する回路が備わってい
る。

【００２１】図１を参照して、円筒状圧電体２を励振す
る発振回路について説明する。ＰＬＬ（位相同期ル−
プ）回路２０の２つの入力端子には、それぞれ信号ＳＥ
及びＳＦが印加される。ＰＬＬ回路２０から出力される
信号（三角波）は、分周器１８及びロ−パスフィルタ１
４を通り、駆動信号ＳＡとして励振電極５ａ，５ｂに印
加される。また駆動信号ＳＡは、ロ−パスフィルタ１３
を介してシュミットトリガ付のインバ−タ１７に入力さ
れる。インバ−タ１７の出力に得られる二値信号ＳＤ
は、９０度移相回路４０を通って信号ＳＥに変換され
る。信号ＳＥは、信号ＳＤに対して位相が９０度遅れた
信号である。フィ−ドバック電極４ａ，４ｂに現われる
信号は、ロ−パスフィルタ１２を通り、シュミットトリ
ガ付のインバ−タ１６に入力される。インバ−タ１６の
出力に得られる二値信号ＳＦが、ＰＬＬ回路２０の一方
の入力端子に印加される。

【００２２】ロ−パスフィルタ１２及び１４は、入力信
号に含まれる高調波成分を除去し、基本波（円筒状圧電
体２の共振周波数と一致する周波数の正弦波）成分のみ
を抽出するものである。ロ−パスフィルタ１３は、ロ−
パスフィルタ１２により生じる位相ずれの影響を打ち消
すために設けてある。ロ−パスフィルタ１２，１３及び
１４は、円筒状圧電体２の共振周波数よりも少し高い遮
断周波数を有している。円筒状圧電体２の共振周波数
は、温度の変動などに伴なって多少は変化するが、大き
な変化は生じないので、ロ−パスフィルタ１２，１３及
び１４の遮断周波数は固定されている。

【００２３】ＰＬＬ回路２０は、図２に示すように、位
相比較器２１，ル−プフィルタ２２及びＶＣＯ（電圧制
御発振器）２３で構成されている。位相比較器２１は、
それの２つの入力端子に入力されるパルス信号間の位相
差に応じたパルス幅のパルス信号を出力する。ル−プフ
ィルタ２２は、位相比較器２１が出力する信号のパルス
幅に応じたアナログ電圧の信号を出力する。この信号が
ＶＣＯ２３に入力される。ＶＣＯ２３は、入力電圧に応
じた周波数の三角波信号を出力する。従って、ＰＬＬ回
路２０は、その２つの入力端子に入力されるパルス信号
間の位相差が零になるように、ＰＬＬ回路２０から出力
される三角波信号の周波数を自動的に調節する。

【００２４】９０度移相回路４０は、図２に示すよう
に、位相比較器４１，ル−プフィルタ４２，ＶＣＯ４
３，分周器４４，フリップフロップ４５及び４６で構成
されている。この中で、位相比較器４１，ル−プフィル
タ４２，ＶＣＯ４３及び分周器４４は、逓倍回路を構成
している。ＰＬＬ回路２０の場合と同様に、位相比較器
４１は、それの２つの入力端子に入力されるパルス信号
間の位相差に応じたパルス幅のパルス信号を出力する。
ル−プフィルタ４２は、位相比較器４１が出力する信号
のパルス幅に応じたアナログ電圧の信号を出力する。こ
の信号がＶＣＯ４３に入力される。ＶＣＯ４３は、入力
電圧に応じた周波数の三角波信号を出力する。ＶＣＯ４
３の出力信号は、分周器４４によって周波数が１／４に
分周されて位相比較器４１の一方の入力端子にフィ−ド
バックされる。従って、この逓倍回路では、９０度移相
回路４０に入力される信号の周波数ｆに対して４倍の周
波数の信号をＶＣＯ４３が出力する時に、位相比較器４
１の２つの入力端子に入力されるパルス信号間の位相差
が零になり、ロックされる。即ち、ＶＣＯ４３の出力信
号の周波数は４・ｆになる。

【００２５】ＶＣＯ４３の出力信号は、フリップフロッ
プ４５及び４６にクロックパルスとして印加される。そ
してフリップフロップ４６の出力端子（Ｑ）には、ＶＣ
Ｏ４３の出力信号Ｓ４３に対してそれの１周期分位相が
遅れ、周期が信号Ｓ４３の４倍の信号Ｓ４２が得られ
る。即ち、９０度移相回路４０の出力信号Ｓ４２は、入
力信号Ｓ４１と周波数が同一で、位相が９０度遅れたも
のになる。９０度移相回路４０における移相量は、入力
信号Ｓ４１の４倍の周波数の１周期分であるため、入力
信号Ｓ４１の周波数が変動する場合であっても、移相量
は常時９０度に維持される。

【００２６】再び図１を参照して説明を続ける。円筒状
圧電体２がそれの共振周波数で振動している時には、フ
ィ−ドバック電極４ａ，４ｂに現われる信号は、励振電
極５ａ，５ｂに印加する信号に対して９０度の位相差を
有しているが、信号の周波数が共振周波数からずれる
と、位相差が変化する。ＰＬＬ回路２０の一方の入力端
子には励振電極５ａ，５ｂに印加する信号を９０度移相
回路４０で９０度遅らせた信号ＳＥが印加され、ＰＬＬ
回路２０の他方の入力端子には、フィ−ドバック電極４
ａ，４ｂに現われる信号から生成した信号ＳＦが印加さ
れるので、円筒状圧電体２がそれの共振周波数で振動し
ている時には、ＰＬＬ回路２０がロック状態になり、振
動周波数は一定であるが、例えば温度変化によって共振
周波数が振動周波数からずれると、ＰＬＬ回路２０の２
つの入力信号の位相がずれるので、そのずれがなくなる
ように、ＰＬＬ回路２０が振動周波数を調節する。従っ
て、円筒状圧電体２は常時それの共振周波数で振動する
ように駆動される。

【００２７】ところで、ロ−パスフィルタ１２，１３及
び１４は各々時定数回路であり、入力と出力との間に位
相差が生じる。またこの位相差は、信号の周波数に応じ
て変化する。しかし、ロ−パスフィルタ１４によって生
じる位相ずれは、信号ＳＥとＳＦに共通に影響を及ぼ
す。また、ロ−パスフィルタ１２によって生じる位相ず
れの信号ＳＦに対する影響と、ロ−パスフィルタ１３に
よって生じる位相ずれの信号ＳＥに対する影響とが略同
一であるため、両者の影響はＰＬＬ回路２０に対しては
互いに相殺される。即ち、ロ−パスフィルタ１２，１３
及び１４によって生じる位相ずれは、ＰＬＬ回路２０に
実質的に影響を及ぼさないため、振動周波数が変動して
も、円筒状圧電体２は常時共振状態に維持される。

【００２８】次に、回転角速度を測定する回路について
説明する。円筒状圧電体２の検出電極６ａ，６ｂに現わ
れる信号は、ロ−パスフィルタ１１を通り、シュミット
トリガ付のインバ−タ１５に印加され、二値信号ＳＧに
変換される。この信号ＳＧがイクスクル−シブオアゲ−
ト５１の一方の入力端子に印加される。またイクスクル
−シブオアゲ−ト５１の他方の入力端子には、フィ−ド
バック電極４ａ，４ｂに現われる信号から生成した信号
ＳＦが印加される。イクスクル−シブオアゲ−ト５１の
出力信号ＳＨは、ナンドゲ−ト５２の一方の入力端子に
印加される。ナンドゲ−ト５２の他方の入力端子には、
逓倍回路３０の出力信号ＳＩが印加される。逓倍回路３
０の入力には、分周器５６の出力信号が印加される。分
周器５６の入力端子には、前記ＰＬＬ回路２０の出力信
号ＳＮが印加される。またこの信号ＳＮは、カウンタ５
５にクロックパルスとして印加される。カウンタ５５が
出力するキャリ−信号ＳＪは、カウンタ５３のクリア端
子及びラッチ５４のクロック端子に印加される。ナンド
ゲ−ト５２の出力信号ＳＫは、カウンタ５３にクロック
パルス（計数信号）として印加される。カウンタ５３の
計数値ＳＬは、ラッチ５４の入力端子に印加される。

【００２９】この実施例では、分周器１８は入力信号に
対して周期が３２倍の信号を出力する。また分周器５６
は、入力信号に対して周期が３１倍の信号を出力する。
また逓倍回路３０は、入力信号に対して周波数が１０２
４倍の信号を出力する。カウンタ５５は、９９２進カウ
ンタである。従って、信号ＳＡの周期及び周波数をそれ
ぞれＴ及びｆとすれば、各信号の周期及び周波数は次の
通りである。

【００３０】 ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ： Ｔ， ｆ ＳＮ： Ｔ／３２， ３２ｆ ＳＪ： ３１Ｔ， ｆ／３１ ＳＩ： 31Ｔ／(32×1024)， (32×1024)ｆ／31 信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦ，ＳＧ及びＳ
Ｈのタイミングの例を図５に示す。信号ＳＡとＳＢとの
位相差は、ＰＬＬ回路２０の制御によって常時９０度に
維持される。信号ＳＢ（ＳＦ）と信号ＳＣ（ＳＧ）との
位相差は、円筒状圧電体２に加わる回転角速度に比例し
て変化する。イクスクル−シブオアゲ−ト５１が出力す
る信号ＳＨのパルス幅をΔＴとすれば、ΔＴ／Ｔが、信
号ＳＦと信号ＳＧとの位相差、即ち角速度に比例して変
化する。従って、ΔＴ／Ｔを測定すれば、角速度を示す
情報が得られる。

【００３１】逓倍回路３０は、図２に示すように、位相
比較器３１，ル−プフィルタ３２，ＶＣＯ３３及び分周
器３４で構成されている。逓倍回路３０における分周器
３４の分周比は１０２４になっている。従って、逓倍回
路３０の出力には、入力信号の１０２４倍の周波数の信
号が得られる。

【００３２】図６に示すように、信号ＳＨは周期Ｔ毎に
ΔＴだけ高レベルＨになる。そして信号ＳＨが高レベル
の期間に、信号ＳＩのパルスが信号ＳＫに現われる。こ
の信号ＳＫのパルス数、即ち角速度に対応するΔＴ相当
の時間が、カウンタ５３によって計数される。カウンタ
５３をクリアする信号ＳＪの周期が３１Ｔであるため、
カウンタ５３は、３１Ｔの間に、ΔＴ×３１の時間積算
値を計算し、その積算値がラッチ５４に保持され信号Ｓ
Ｍとして出力される。

【００３３】ところで、図１に示す回路において、分周
器１８の分周比と分周器５６の分周比とを異なる値に定
めているのには特別な理由がある。即ち、カウンタ５３
の計数パルスになる信号ＳＩの周波数を、円筒状圧電体
２の振動周期数（１／Ｔ）の整数倍からずらすことによ
って、信号ＳＩの周波数をあまり高くすることなく、測
定精度を高めることができる。

【００３４】図１に示す回路において、仮に、分周器５
６の分周比を１／３２に変更すると、信号ＳＩの周波数
が１０２４ｆになるので、位相差（ΔＴ／Ｔ）を測定す
る場合の分解能が１／１０２４になり、微妙な角速度の
変化を測定することができない。分解能を高めるため
に、信号ＳＩの周波数を上げると、カウンタ５３等の測
定回路を高速で動作する特殊な回路で構成しなければな
らず、非常に高価になってしまう。

【００３５】図１に示す実際の回路においては、信号Ｓ
Ｉの周波数が(32×1024)ｆ／31であるため、例えば時間
Ｔの間のＳＩのパルス数は３２×１０２４／３１個にな
る。デジタル回路においては通常、パルス数の小数点以
下は切り捨て又は切り上げられるため、それが誤差にな
る。しかし図１の回路では、分周器１８と分周器５６の
分周比がずれているため、時間Ｔの中でＳＩのパルスが
現われる位相は、時間とともに少しずつずれることにな
り、ある周期においては時間Ｔの中で計数されるＳＩの
パルス数の小数点以下が切り捨てられるが、別のある周
期においては時間Ｔの中で計数されるＳＩのパルス数の
小数点以下が切り上げられる。従って、複数周期の中で
計数したパルス数を平均化すれば、誤差が低減される。

【００３６】実際には、カウンタ５３の計数周期を定め
る信号ＳＪの周期が３１Ｔであるため、ΔＴに対する時
間の測定が３１回繰り返され、３１Ｔの期間のΔＴの積
算値、即ち切り捨てと切り上げの誤差を平滑化した値
が、カウンタ５３で計数され、それがラッチ５４に保持
される。即ち、３１Ｔの期間のＳＩのパルス数が３２×
１０２４であるため、位相差（ΔＴ／Ｔ）の測定分解能
は、１／(３２×１０２４)になる。従って、分周器１８
と分周器５６の分周比を同一にする場合と比べて、分解
能が３２倍になる。これにより、信号ＳＪの周波数が低
い場合でも、角速度を高精度で測定しうる。

【００３７】例えば、円筒状圧電体２の振動周波数が８
ＫＨｚの場合に、０.０２度の分解能で位相差を検出す
るためには、一般的な回路では１４４ＭＨｚのクロック
パルスを計数しなければならず、回路の構成が極めて難
しいが、この実施例の場合、クロックパルス（ＳＩ）の
周波数を約４.８ＭＨｚに下げることができるため、回
路構成が非常に簡単になる。

【００３８】尚、上記実施例においては、円筒状圧電体
２を常時共振状態で振動させるために、励振電極５ａ，
５ｂの信号とフィ−ドバック電極４ａ，４ｂの信号との
位相差が９０度になるようにＰＬＬ回路２０で制御して
いる。しかし実際には、回路定数や振動子の特性のばら
つき等によって、振動子は理論値である９０度から多少
ずれた位相差がある時に最大の共振状態になる場合が考
えられる。従って実際には８０度〜１００度程度の範囲
内で位相差を制御する可能性もある。維持すべき位相差
が９０度と異なる場合には、９０度移相回路４０に、更
に補助的な移相回路を付加することによって対応しう
る。その場合でも、補助的な移相回路の移相量は９０度
に比べて充分に小さいので、周波数が変動しても、大き
な位相ずれは生じない。また、振動子の振動周波数は、
それの共振周波数と完全に一致させなくてもよい。振動
周波数を共振周波数と一致させるのが最も好ましいが、
振動周波数が共振周波数の付近にあれば、ある程度ノイ
ズの発生を防ぐことができ、実用上は問題が生じない。

【００３９】

【発明の効果】例えば温度変化に伴なって振動子の駆動
信号（ＳＡ）の周波数は変動するが、本発明では、振動
子の駆動信号の４倍の周波数の信号（Ｓ４３）に基づい
て移相手段が位相をずらすので、移相手段の位相シフト
量は、周波数とは無関係に常に実質上９０度になる。ま
た、逓倍手段は振動子の第１の端子に印加される信号に
基づいてその周波数を４倍に逓倍した信号を生成するの
で、ＰＬＬ回路（２０）の出力にロ−パスフィルタ（１
４）が接続された場合でも、このロ−パスフィルタによ
って生じる位相ずれの影響を受けることなく、振動子の
第１の端子に印加される信号と第２の端子に現われる信
号との位相差を例えば９０度に固定し、共振状態を維持
することができる。

【００４０】また請求項２の発明では、電圧制御発振手
段（２３）の出力と振動子の第１の端子との間，振動子
の第１の端子と逓倍手段（４１，４２，４３，４４）の
入力との間，及び振動子の第２の端子と位相比較手段
（２１）の入力との間に、それぞれロ−パスフィルタ手
段（１４，１３，１２）が設置されるので、各部の信号
に含まれる高調波を低減し、ノイズの影響を抑制するこ
とができる。振動子の第１の端子と逓倍手段（４１，４
２，４３，４４）の入力との間，及び振動子の第２の端
子と位相比較手段（２１）の入力との間に、それぞれロ
−パスフィルタ手段（１３，１２）を設けることによっ
て、両者の位相ずれによって生じる悪影響を相殺するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施例の回転角速度検出装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】 図１に示す装置の一部のブロックの詳細な構
成を示すブロック図である。

【図３】 センサ素子１０の外観と一部の断面を示す正
面図である。

【図４】 円筒状圧電体２の振動状態を示す平面図であ
る。

【図５】 図１の回路各部の信号の例を示すタイムチャ
−トである。

【図６】 図１の回路各部の信号の例を示すタイムチャ
−トである。

【符号の説明】

１：素子台 ２：円筒状圧電体 ３：基準電位電極 ４ａ，４ｂ：フィ−ド
バック電極 ５ａ，５ｂ：励振電極 ６ａ，６ｂ：検出電極 ４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ：電
極セグメント １０：センサ素子 １２，１３，１４：ロ
−パスフィルタ １６，１７：インバ−タ １８，５６：分周器 ２０：ＰＬＬ回路 ３０：逓倍回路 ２１，３１，４１：位相比較器 ２２，３２，４２：ル
−プフィルタ ２３，３３，４３：ＶＣＯ（電圧制御発振器） ３４，４４，５６：分周器 ４０：９０度移相回路 ４５，４６：フリップ
フロップ ５１：イクスクル−シブオアゲ−ト ５２：ナンドゲ−ト ５３，５５：カウンタ ５４：ラッチ ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦ，ＳＧ，ＳＨ，Ｓ
Ｉ，ＳＪ，ＳＫ，ＳＬ，ＳＭ，ＳＮ，Ｓ４１，Ｓ４２，
Ｓ４３：信号 特許出願人 アイシン精機株式会社代理人 弁理士
杉 信 興

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−18545（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281661（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−249665（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動体，該振動体を振動駆動するための振
   動する駆動信号が供給される第１の端子、 および 、 該振動
   体が該振動信号によって固有振動数で振動する共振状態
   において、前記第１の端子に供給される駆動信号に対し
   てほぼ９０度位相がずれたフィードバック信号が現われ
   る第２の端子 、 を含む振動子の 、 該第１の端子に印加され
   る信号に基づいてその周波数を４倍に逓倍した信号を生
   成する逓倍手段； 該逓倍手段が出力する信号に基づいて、前記振動子の第
   １の端子に印加される信号と周波数が同一で、位相が実
   質上９０度ずれた信号を生成する移相手段； 該移相手段が出力する信号と、前記振動子の第２の端子
   に現われる信号との位相差に応じた信号を出力する、位
   相比較手段； 入力電圧に応じた周波数の信号を生成し、該信号を前記
   振動子の第１の端子に印加する電圧制御発振手段；及び前記 位相比較手段が出力する信号に応じた電圧を該電圧
   制御発振手段の入力に印加する、ル−プフィルタ手段；
   を備える振動子駆動回路。
2. 【請求項２】 前記電圧制御発振手段の出力と前記振動
   子の第１の端子との間，前記振動子の第１の端子と前記
   逓倍手段の入力との間，及び前記振動子の第２の端子と
   前記位相比較手段の入力との間に、それぞれロ−パスフ
   ィルタ手段が設置された、前記請求項１記載の振動子駆
   動回路。