JP5088540B2 - 検出装置、検出方法及び電子機器 - Google Patents
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Description
図2は振動型ジャイロ1の一例を示す斜視図である。
図2に示すように、この振動型ジャイロ1は、ベース体2と、このベース体2から延びるように設けられた振動アーム3とを備える。図3はその振動アーム3の長軸(Z軸)に垂直な面の断面図である。
図4に示すように、振動型ジャイロ1の共通電極6dは、直流電源12に接続される。駆動電極6cと共通電極6dの間には、交流電源13が接続される。検出電極6a及び検出電極6bと共通電極6dの間には、抵抗11a及び抵抗11bが接続される。また、検出電極6a及び検出電極6bは、差動増幅回路31に接続される。
Fc=2×m×v×ωo …(1)
このコリオリ力Fcは、差動増幅回路31で得られる差分信号Voと比例関係にあり、比例定数をk1とすると、式(2)で表すことができる。
Vo=k1×2×m×v×ωo …(2)
ここで、図1に戻り、このジャイロ検出装置100全体について説明する。
振動型ジャイロ1の共通電極6dは、直流電源12に接続される。検出電極6a及び検出電極6bと共通電極6dの間には、抵抗11a及び抵抗11bが接続される。検出電極6aの出力はボルテージ・ホロワァ21aに入力され、検出電極6bの出力はボルテージ・ホロワァ21bに入力される。ボルテージ・ホロワァ21aの出力及びボルテージ・ホロワァ21bの出力は、加算回路22に入力されると共に差動増幅回路31に入力される。
既に説明したとおり、GCA24の出力である駆動信号は、直流電圧値Vrefでバイアスされた交流の電圧信号であり、振動型ジャイロ1の駆動電極6cに入力される。また、共通電極6dは直流電源12により電圧値Vrefにバイアスされる。したがって、圧電膜5の第1の側と対向する第2の側の間の直流電圧の差は0となる。この駆動信号は圧電膜5で機械変換され、振動アーム3がY軸方向に屈曲運動する。
振動型ジャイロ1の入力である駆動信号vdの電圧振幅Adを1.1Vp−pに固定し、検出電極6aの出力Vaあるいは検出電極6bの出力Vbを測定した。横軸は駆動信号vdの発振周波数fで、縦軸は出力Vaあるいは出力Vbの電圧振幅A、及び出力Vaあるいは出力Vbでの位相θを表している。振動型ジャイロ1は、入出力効率が一番良い電圧振幅が最大のAoとなる周波数foで使用している。この周波数foで電圧振幅は約0.75Vp−pとなり、且つ位相が約90°となっている。
すなわち、図8に示すように、実際の振動型ジャイロ1の入出力特性上では、入出力効率が一番良い電圧振幅が最大のAoとなる周波数foでこの振動型ジャイロ1を使用すると仮定する。そうすると、この周波数foで電圧振幅は約0.75Vp−pとなり、且つ位相は約75°となっている。
図9は振動型ジャイロ1の入出力特性を説明するための回路図である。
振動型ジャイロ1の共通電極6dは、接地される。駆動電極6cと共通電極6dの間には、交流電源13が接続される。検出電極6aと検出電極6bは、入出力特性を観測するだけなので電気的に短絡される。また、検出電極6a及び検出電極6bと共通電極6dの間には、抵抗11a及び抵抗11bが接続される。
電圧振幅は、図8に示した振動型ジャイロ1の入出力特性を模式的に表した図であり、図9に示した振動型ジャイロ1の入力である駆動信号vdの電圧振幅Adを一定に固定し、検出電極6a及び検出電極6bの出力Vgを測定したものである。横軸は駆動信号vdの発振周波数fで、縦軸は出力Vgの電圧振幅A、及び出力Vgでの電圧位相θを表している。
各周波数領域(i),(ii),(iii),(iv),(v)での出力Vgvと出力Vglをベクトル表示し、合算した者が入出力特性となる。ベクトルは電圧振幅と電圧位相で表わす。
(1)周波数(i)の領域では、振幅がVgv<Vglで、位相がVgv=180°近辺である。合算した出力Vgは、振幅が小さく、位相は0°近辺となる。
(2)周波数(ii)の領域では、振幅がVgv≦Vglで、位相がVgv=180°近辺である。合算した出力Vgは、振幅が最小で、位相は75°近辺となる。
(3)周波数(iii)の領域では、振幅がVgv>Vglで、位相がVgv=90〜180°出アル。合算した出力Vgは、振幅が中間で、位相は約90〜180°となる。
(4)周波数(iv)の領域では、振幅がVgv>Vglで、位相がVgv=90°である。合算した出力Vgは、振幅が最大で、位相は75°近辺となる。
(5)周波数(v)の領域では、振幅がVgv<Vglで、位相がVgv=0°近辺である。合算した出力Vgは、振幅が中間で、位相は0°近辺となる。
デジタルカメラ260は、ジャイロ検出装置100を搭載する機器本体261を備えている。機器本体261は、例えば、金属製、樹脂製などのフレームまたは筐体である。ジャイロ検出装置100は、例えば数mm角の大きさでパッケージングされて構成されている。ジャイロ検出装置100により少なくとも2軸の回りの回転角速度を検出するために、少なくとも2つのジャイロ検出装置100が搭載されている。
11a、12b 抵抗
12 直流電源
21a、21b ボルテージ・ホロワァ
22 加算回路
23a、23b 移相回路
24 GCA(Gain Control Amp)
25 検波回路
31 差動増幅回路
32 同期検波回路
100 ジャイロ検出装置
Claims (8)
- 駆動電極と前記駆動電極を挟むように所定の間隔をもって配置された一対の検出電極とを有する第1の側と、前記第1の側に対向するように設けられ共通電極を有する第2の側とを有する圧電素子を有し、前記駆動電極と前記共通電極との間に加えられる駆動信号により振動し、前記一対の検出電極からコリオリ力に応じた一対の検出信号を発生する片持ちタイプの振動型ジャイロと、
前記一対の検出電極にバイアス電圧を印加するバイアス印加手段と、
前記一対の検出信号を加算する加算手段と、
前記加算手段により加算された検出信号の位相を45°よりも大きく90°よりも小さい範囲内の第1の位相量で遅延させる第1の位相遅延手段と、
前記第1の位相遅延手段により遅延された前記検出信号を所定の電圧振幅となるように制御して前記駆動信号として出力する振幅制御手段と
を具備する検出装置。 - 請求項1に記載の検出装置であって、
前記一対の検出信号を差動増幅する差動増幅手段と、
前記加算手段により加算された検出信号の位相を前記第1の位相量とは異なる第2の位相量で遅延させる第2の位相遅延手段と、
前記差動増幅手段により差動増幅された信号を前記第2の位相遅延手段により遅延された検出信号に基づき同期検波する同期検波手段と
を具備する検出装置。 - 請求項1または2に記載の検出装置であって、
前記振動型ジャイロの共振周波数よりも高い周波数で自励発振させる
検出装置。 - 駆動電極と前記駆動電極を挟むように所定の間隔をもって配置された一対の検出電極とを有する第1の側と、前記第1の側に対向するように設けられ共通電極を有する第2の側とを有する圧電素子を有し、前記駆動電極と前記共通電極との間に加えられる駆動信号により振動し、前記一対の検出電極からコリオリ力に応じた一対の検出信号を発生する片持ちタイプの振動型ジャイロを用いた角速度の検出方法であって、
前記一対の検出電極にバイアス電圧を印加し、
前記一対の検出信号を加算し、
前記加算された検出信号の位相を45°よりも大きく90°よりも小さい範囲内の第1の位相量で遅延させ、
前記第1の位相量で遅延された前記検出信号を所定の電圧振幅となるように制御して前記駆動信号として出力する
検出方法。 - 請求項4に記載の検出方法であって、
さらに、
前記一対の検出信号を差動増幅し、
前記加算された検出信号の位相を前記第1の位相量とは異なる第2の位相量で遅延させ、
前記差動増幅された信号を前記第2の位相量だけ遅延された検出信号に基づき同期検波する
検出方法。 - 請求項4または5に記載の検出方法であって、
前記振動型ジャイロの共振周波数よりも高い周波数で自励発振させる
検出方法。 - 駆動電極と前記駆動電極を挟むように所定の間隔をもって配置された一対の検出電極とを有する第1の側と、前記第1の側に対向するように設けられ共通電極を有する第2の側とを有する圧電素子を有し、前記駆動電極と前記共通電極との間に加えられる駆動信号により振動し、前記一対の検出電極からコリオリ力に応じた一対の検出信号を発生する片持ちタイプの振動型ジャイロと、前記一対の検出電極にバイアス電圧を印加するバイアス印加手段と、前記一対の検出信号を加算する加算手段と、前記加算手段により加算された検出信号の位相を45°よりも大きく90°よりも小さい範囲内の第1の位相量で遅延させる第1の位相遅延手段と、前記第1の位相遅延手段により遅延された前記検出信号を所定の電圧振幅となるように制御して前記駆動信号として出力する振幅制御手段と、前記一対の検出信号を差動増幅する差動増幅手段と、前記加算手段により加算された検出信号の位相を前記第1の位相量とは異なる第2の位相量で遅延させる第2の位相遅延手段と、前記差動増幅手段により差動増幅された信号を前記第2の位相遅延手段により遅延された検出信号に基づき同期検波する同期検波手段とを有する検出装置と、
前記同期検波手段の出力に基づき所定の制御を行う制御手段と
を具備する電子機器。 - 請求項7に記載の電子機器であって、
当該電子機器が、手振れ補正機構付きのディジタルカメラであり、
前記制御手段は、前記手振れ補正機構の補正量を制御する
電子機器。
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