JPH06123630A - 振動ジャイロ装置および角速度検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ある時刻ｔ１から時間Ｔの間、圧電素子４１を
励振させ、圧電素子４２，４３からの出力の差分が求め
られ、それが一時的に保持される。また、時間Ｔ経過
後、すなわち時刻ｔ２から時間Ｔの間、圧電素子４２が
励振させられ、圧電素子４１，４３からの出力の差分が
求められ、それが一時的に保持される。さらに、時間Ｔ
経過後、すなわち時刻ｔ３から時間Ｔの間、圧電素子４
３が励振させられ、圧電素子４２，４３からの出力の差
分が求められ、それが一時的に保持される。そして、保
持されている出力の差分が足し合わされる。 【効果】保持されている出力の差分中に含まれているオ
フセット成分は、相反性により互いに打ち消し合うの
で、足し合わされた後はオフセット成分は含まれず、角
速度Ωに比例した項のみが残る。このため、角速度Ωを
正確に検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば車載用のナビ
ゲーション・システム等に利用される振動ジャイロ装置
および振動ジャイロの軸線まわりの角速度の検出方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ビデオカメラの手ぶれ検出や
車載用ナビゲーション・システムの方位検知等に用いら
れる振動ジャイロ装置が知られている（特開平２−８２
１６４，特開平２−２２３８１８，特開平２−２２３８
１７号公報等）。このような振動ジャイロ装置の構成例
は、図３に示されている。

【０００３】この振動ジャイロ装置では、正三角柱状の
振動体６０の各側面に圧電素子６１ａ，６１ｂ，６１ｃ
が設けられている。これら圧電素子６１ａ，６１ｂ，６
１ｃは、たとえば圧電素子６１ａが振動体６０を振動さ
せるために用いられ、圧電素子６１ｂ，６１ｃが振動体
６０をその軸線６２を中心に回転させたときに、振動方
向と直交する方向に発生するコリオリ力の検出に用いら
れる。このとき、圧電素子６１ａには図外の発振回路か
ら駆動信号が与えられる。これにより、振動体６０は、
その軸線６２および面６３に直交する方向ＲＢに振動す
る。

【０００４】軸線６２まわりに回転が加わっていないと
きには、振動体６０の振動に伴って圧電素子６１ｂ，６
１ｃは等しく屈曲する。このため、圧電素子６１ｂ，６
１ｃの各出力の差分は零となる。一方、軸線６２まわり
に角速度Ωの回転が加えられると、振動体６０にはその
振動方向ＲＢに直交する方向にコリオリ力Ｆｃが働く。
このため、圧電素子６１ｂ，６１ｃの各屈曲状態に差異
が生じ、この一対の圧電素子６１ｂ，６１ｃの出力の差
分はコリオリ力Ｆｃに対応する零以外の値をとる。コリ
オリ力Ｆｃは、軸線６２まわりの角速度Ωに比例するか
ら、結局、圧電素子６１ｂ，６１ｃの出力の差分を検出
することにより、角速度Ωを検出することができる。

【０００５】ところが、上記のような振動ジャイロ装置
では、振動体６０の材料の不均一、圧電素子の貼付位置
のずれ、圧電素子６１ｂ，６１ｃが形成される各側面を
厳密に均等に形成することの困難性、または圧電素子自
体の特性のばらつき等によって、角速度Ωが零のときで
も、圧電素子６１ｂ，６１ｃの出力の差分は零以外の値
をとる。これをオフセットという。したがって、正確な
角速度を検出するためには、予めオフセット値を求めて
おき、振動ジャイロ装置の出力からオフセット値を差し
引かなければならない。

【０００６】なお、このオフセットは、図４(b) のよう
に、振動方向ＲＢに対して角度θのずれがあった場合に
顕著に現れる。すなわち、図４(a) に示すように、振動
体６０が正四角柱状でしかも振動方向ＲＢと検出方向Ｒ
Ｃとが理想的に直交していればオフセットは常に零であ
って角速度Ωの検出には何ら問題はないが、図４(b)の
ように、たとえば振動体６０が正三角柱状であって振動
方向ＲＢに対して検出方向ＲＣが角度θだけずれていれ
ば、角度ずれθに対して sinθに比例する大きさの振動
が発生するからである。

【０００７】また、振動体４０が正四角柱状である場合
であっても、現実には理想的に直交するように圧電素子
を形成するのは困難なため、正四角形状の振動体を有す
るものでも、オフセットは零以外の値を得る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、振動ジャイ
ロ装置では、温度や駆動電圧等の動作条件の変化に伴っ
てオフセットがドリフトするという問題がある。すなわ
ち、図３において、たとえば圧電素子６１ａに駆動信号
を与えると、圧電素子６１ｂ，６１ｃから得られる出力
は、振動体６０が静止しているときの出力であるオフセ
ットＶ１１，Ｖ１２と、角速度Ωに比例するａΩ，−ｂ
Ωとの和であり、角速度Ωを検出するための最終的な出
力Ｖ０は、それぞれの和の差分をとって下記(1) 式のよ
うになる。

【０００９】

【数１】 Ｖ０＝（Ｖ１１−Ｖ１２）＋（ａ＋ｂ）Ω ‥‥ (1) ところが、オフセット項（Ｖ１１−Ｖ１２）が温度や駆
動電圧等の動作条件の変化によってドリフトすると、出
力Ｖ０に影響し誤った角速度Ωを検出することになる。

【００１０】そこで、従来からドリフトをなくすような
技術が提案されている。たとえば、左右の圧電素子各１
つで駆動／検出を兼用する構成のものがある（中村
武；「正三角柱振動子を使う圧電振動ジャイロ装置，小
型，低価格で身近な応用ねらう」；日経エレクトロニク
ス ｐｐ１８３−１９１ １９９０．１１．２６、特開
平３−１７２７１４号公報）。これによると、駆動信号
とコリオリ出力とに位相差を持たせ、検出信号が温度や
経時変化による駆動信号の漏れか、角速度によるコリオ
リ出力かの見分けが可能になる。

【００１１】ところが、上記のような構成でもドリフト
の低減は不十分であり、より低ドリフトの振動ジャイロ
装置が要望されていた。そこで、本発明の主たる目的
は、上述の技術的課題を解決し、オフセットドリフトを
大幅に低減することができ、したがって角速度を正確に
検出することができる振動ジャイロ装置および角速度検
出方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１記載の振動ジャイロ装置は、駆動信号を与
えると一方向に振動する振動体を有し、この振動体の中
心軸まわりに回転が加わったときに発生するコリオリ力
を検出することで上記回転の角速度を検出する振動ジャ
イロ装置であって、上記振動体を振動させる駆動信号を
印加するための励振手段と、上記励振手段からの駆動信
号が印加される駆動用端子と、上記コリオリ力に基づく
角速度信号を検出する検出用端子と、上記駆動用端子と
検出用端子とを所定の時間間隔毎に順次切り換えるため
の切換制御手段と、上記切換制御手段で切り換えられる
度に出力される出力信号に基づいて、回転の角速度を検
出する演算手段とを含むことを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項２記載の角速度検出方法は、
駆動信号を駆動用端子に与えて振動体を一方向に振動さ
せるとともに、この振動体の中心軸まわりに回転が加わ
ったときに発生するコリオリ力を検出用端子で検出する
ことで、上記回転の角速度を検出する角速度検出方法で
あって、所定の時間間隔毎に上記駆動用端子と検出用端
子とを順次切り換え、上記所定の時間間隔毎に上記検出
用端子から出力された出力信号に基づいて回転の角速度
を検出することを特徴とするものである。

【００１４】さらに、請求項３記載の振動ジャイロ装置
は、請求項１記載の振動ジャイロ装置のより具体的な形
態に関するもので、柱状振動体の側面の少なくとも３ヶ
所に圧電素子を設け、１つの圧電素子で振動体を励振さ
せるとともに、振動方向に対して対称に配置された一対
の圧電素子の出力間の差分を差分検出手段で検出するこ
とにより、上記振動体の軸線まわりの角速度を検出する
振動ジャイロ装置であって、或る所定の時間間隔で駆動
信号を印加する圧電素子を順次切り換える切換え手段
と、それぞれの時間間隔内に上記差分検出手段で求めら
れた各一対の圧電素子の出力間の差分を一時的に保持す
る保持手段と、上記振動体に設けられている全ての圧電
素子が一通り駆動信号を印加された時点で保持している
差分を全て足し合わせる加算手段と、上記加算手段の加
算結果に基づいて角速度を算出する算出手段とを含むこ
とを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】上記請求項１および２記載の振動ジャイロ装置
および角速度検出方法によれば、励振手段から駆動信号
が駆動用端子に印加されると、振動体は一方向に振動す
る。この状態で振動体の軸線まわりに回転を加えると、
振動方向に直交する方向にコリオリ力が発生し、このコ
リオリ力が検出用端子で検出される。これら端子の駆動
用および検出用の役割は所定の時間間隔毎に切換制御手
段によって順次切り換えられる。そして、この切り換え
られる度に出力する出力信号が演算手段によって演算さ
れる。

【００１６】それぞれの検出用端子からの出力には、オ
フセット成分が含まれている。ところが、それぞれの出
力を演算することによりこれらのオフセット成分は打ち
消され合う。すなわち、演算手段からの出力は、角速度
に比例する項のみを含んだものである。したがって、こ
の出力を検出すれば振動体の軸線まわりの角速度が正確
に検出できる。

【００１７】また、請求項３記載の振動ジャイロ装置に
よれば、たとえば３つの側面を有する振動ジャイロ装置
において、当初或る１つの圧電素子に駆動信号が印加さ
れ他の２つの圧電素子から振動に対応した電圧が出力さ
れているとすれば、或る所定時間後に他の２つの圧電素
子のうちどちらか一方の圧電素子に駆動信号が印加され
るようになり、当初駆動信号が印加されていた圧電素子
は振動に対応した電圧が出力される圧電素子となる。そ
して、次の所定時間後には他の２つの圧電素子のうち最
後に残った圧電素子に駆動信号が印加されるようにな
る。

【００１８】そして、それぞれの時間間隔内で出力され
た電圧の差が求められ、その結果がそれぞれ保持され
る。上記のように、３つの側面を持つ振動体では、駆動
信号が印加される圧電素子が１つで振動に対応した電圧
を出力する圧電素子が２つである。このため、２回の切
換えで保持されている電圧差は３つであり、これら３つ
の電圧差が全て足し合わされる。

【００１９】保持されている電圧差は、それぞれ相反性
によって互いに打ち消され合うので、足し合わされた後
に出力されるのは、角速度に比例した項のみを含むもの
である。また、足し合わせた後に適当な変形を施せば、
最終の出力は角速度そのものになる。したがって、仮に
オフセットがドリフトしても角速度の検出には全く影響
はなく、正確に角速度の検出が行える。

【００２０】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例の振
動ジャイロ装置を示すブロック図であり、図２は上記振
動ジャイロ装置に用いられる切換器のタイミングを表す
タイミングチャートである。振動ジャイロ装置３０は、
正三角柱状の振動体４０を備えている。この振動体４０
の各側面には、圧電素子４１，４２，４３がそれぞれ設
けられており、それぞれの圧電素子４１，４２，４３に
は、他の機器と接続するための端子４１ａ，４２ｂ，４
３ｃが接続されている。なお、本実施例では、振動体４
０を振動させるために圧電体である圧電素子４１，４
２，４３を設けているが、振動体自体が圧電体として機
能するような構成にしてもよい。

【００２１】圧電素子４１，４２，４３のうち、ある１
つ、たとえば圧電素子４１を振動体４０を振動させるた
めの駆動用に用いると、他の２つの圧電素子４２，４３
は軸線４４まわりの角速度Ωを検出するために用いられ
る。すなわち、端子４１ａが駆動用に、端子４２ｂ，４
３ｃが検出用に用いられる。そして、後述するように、
駆動用に用いられる圧電素子は所定の時間間隔で切り換
えられる。すなわち、すべての圧電素子および端子は駆
動用と検出用とを兼用する。

【００２２】各圧電素子４１，４２，４３は、各端子４
１ａ，４２ｂ，４３ｃを介してそれぞれ切換器５１，５
２，５３の共通端子５１ｄ，５２ｄ，５３ｄに接続され
ている。各切換器５１，５２，５３は、個別端子５１
ａ，５１ｂ，５１ｃ；５２ａ，５２ｂ，５２ｃ；５３
ａ，５３ｂ，５３ｃを有している。個別端子５１ａ，５
２ａ，５３ａは発振回路４５に接続されている。また、
個別端子５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ；５１ｃ，５２ｂ，５
３ｃは、それぞれ差動増幅回路４６に接続されている。

【００２３】差動増幅回路４６では、各圧電素子４１，
４２，４３から入力された信号の差分が求められ、出力
側から出力される。差動増幅回路４６の出力側は、同期
検波回路６０に接続されている。この出力が同期検波回
路６０に入力されると、入力した信号が半波整流されて
同期検波回路６０の出力側から出力される。同期検波回
路６０の出力側は切換器４７の共通端子４７ｂに接続さ
れている。切換器４７は、個別端子４７ａ，４７ｂ，４
７ｃを有しており、個別端子４７ａ，４７ｂ，４７ｃ
は、それぞれサンプルホールド回路４８ａ，４８ｂ，４
８ｃに接続されている。サンプルホールド回路４８ａ，
４８ｂ，４８ｃは、加算回路４９に共通に接続される。
加算回路４９は、算出回路に接続される。なお、アナロ
グ／ディジタルコンバータ（以下、「Ａ／Ｄコンバー
タ」という。）を用いて同期検波回路６０の出力をディ
ジタル処理してもよい。この場合、その後の処理は、デ
ィジタルメモリ等を使用してＡ／Ｄコンバータの出力信
号を保持し、その出力信号を加算回路４９に入力するよ
うにすればよい。

【００２４】切換器５１，５２，５３および切換器４７
は、切換制御部５４により制御されて切り換えられる。
すなわち、この切換制御部５４および切換器５１，５
２，５３などにより、切換制御手段が構成されている。
このような構成において、たとえば図２における時刻ｔ
１に切換器５１の共通端子５１ｄと個別端子５１ｂとが
接続され、切換器５２の共通端子５２ｄと個別端子５２
ａとが接続され、切換器５３の共通端子５３ｄと個別端
子５３ｃとが接続されると、発振回路４５からの駆動信
号により圧電素子４１が振動体４０を、時間Ｔ（たとえ
ば１０^-3〜１０^-2秒）の間振動させる。この時間Ｔは後
の検出処理によって変化する。すなわち、たとえば差動
増幅回路４６の出力側にＡ／Ｄコンバータを接続した場
合は、時間Ｔは数秒〜数百秒程度である。

【００２５】駆動信号が振動体４１に与えられた結果、
振動体４０には方向ＲＢ１に沿って振動が生じる。この
ような状態で、軸線４４まわりに角速度Ωの回転を与え
ると、振動体４０には振動方向ＲＢ１に垂直な方向にコ
リオリ力Ｆｃが働く。このコリオリ力Ｆｃのために、圧
電素子４２，４３の出力Ｖ₂₁，Ｖ₃₁には変動が生じるこ
とになる。すなわち、この出力Ｖ₂₁，Ｖ₃₁は下記(2) ，
(3) 式のように表される。

【００２６】

【数２】 Ｖ₂₁＝Ｖ₂₁₀ ＋ａΩ ‥‥ (2) Ｖ₃₁＝Ｖ₃₁₀ −ｂΩ ‥‥ (3) ここで、Ｖ₂₁₀ ，Ｖ₃₁₀ は、それぞれ振動体４０の静止
時の圧電素子４２，４３からの出力電圧、いわゆるオフ
セットである。

【００２７】この出力Ｖ₂₁，Ｖ₃₁は差動増幅回路４６に
入力される。そして、それらの差分が求められ、出力さ
れる。出力される出力信号Ｖ１は下記(4) 式のように表
される。

【００２８】

【数３】 Ｖ１＝（Ｖ₂₁₀ −Ｖ₃₁₀ ）＋（ａ＋ｂ）Ω ‥‥ (4) 切換器４７では、上記の切換器５１，５２，５３が動作
したのと同時に、切換制御部５４によって切換器４７の
共通端子４７ｄと個別端子４７ａとが接続される。差動
増幅回路４６からの出力信号Ｖ１は、この切換器４７を
介してサンプルホールド回路４８ａに入力される。サン
プルホールド回路４８ａでは、入力された出力信号Ｖ１
が一時的に保持される。

【００２９】サンプルホールド回路４８ａで出力信号Ｖ
１が一時的に保持された後、図２における時刻ｔ２に切
換制御部５４によって切換器５１，５２，５３，および
４７が切り換えられる。すなわち、切換器５１の共通端
子５１ｄと個別端子５１ｂとが接続され、切換器５２の
共通端子５２ｄと個別端子５２ｃとが接続され、切換器
５３の共通端子５３ｄと個別端子５３ａとが接続され
る。また、切換器４７の共通端子４７ｄと個別端子４７
ｂとが接続される。

【００３０】そして、時間Ｔの間、発振回路４５からの
駆動信号により圧電素子４２が振動体４０を振動させる
ことによって、方向ＲＢ２に沿って振動が生じ、軸線４
４まわりの角速度Ωの回転によって、振動方向ＲＢ２に
垂直な方向にコリオリ力Ｆｃが働く。このため、圧電素
子４１，４３の出力Ｖ₁₂，Ｖ₃₂は下記(5) ，(6) のよう
に表される。

【００３１】

【数４】 Ｖ₃₂＝Ｖ₃₂₀ ＋ｃΩ ‥‥ (5) Ｖ₁₂＝Ｖ₁₂₀ −ａΩ ‥‥ (6) ここで、Ｖ₃₂₀ ，Ｖ₁₂₀ は、それぞれ振動体４０の静止
時の圧電素子４１，４３からのオフセットである。

【００３２】この出力Ｖ₃₂，Ｖ₁₂は差動増幅回路４６に
入力され、その出力信号Ｖ２は下記(7) 式のように表さ
れる。

【００３３】

【数５】 Ｖ２＝（Ｖ₃₂₀ −Ｖ₁₂₀ ）＋（ｃ＋ａ）Ω ‥‥ (7) 差動増幅回路４６からの出力信号Ｖ２は、切換器４７を
介してサンプルホールド回路４８ｂに入力される。サン
プルホールド回路４８ｂでは、入力された出力信号Ｖ２
が一時的に保持される。

【００３４】サンプルホールド回路４８ｂで出力信号Ｖ
２が一時的に保持された後、図２におけるｔ３に切換器
５１，５２，５３，および４７が切り換えられる。すな
わち、切換器５１の共通端子５１ｄと個別端子５１ａと
が接続され、切換器５２の共通端子５２ｄと個別端子５
２ｂとが接続され、切換器５３の共通端子５３ｄと個別
端子５３ｃとが接続される。また、切換器４７の共通端
子４７ｄと個別端子４７ｃとが接続される。

【００３５】そして、時間Ｔの間、圧電素子４３が振動
体４０を振動させることによって方向ＲＢ３に沿って振
動が生じ、軸線４４まわりの角速度Ωの回転によって、
振動方向ＲＢ３に垂直な方向にコリオリ力が働く。この
ため、圧電素子４１，４２の出力Ｖ₁₃，Ｖ₂₃は下記(8)
，(9) のように表される。

【００３６】

【数６】 Ｖ₁₃＝Ｖ₁₃₀ ＋ｂΩ ‥‥ (8) Ｖ₂₃＝Ｖ₂₃₀ −ｃΩ ‥‥ (9) ここで、Ｖ₁₃₀ ，Ｖ₂₃₀ は、それぞれ振動体４０の静止
時の圧電素子４２，４３からのオフセットである。

【００３７】この出力Ｖ₁₃，Ｖ₂₃は差動増幅回路４６に
入力され、その出力信号Ｖ３は下記(10)式のように表さ
れる。

【００３８】

【数７】 Ｖ３＝（Ｖ₁₃₀ −Ｖ₂₃₀ ）＋（ｂ＋ｃ）Ω ‥‥ (10) 差動増幅回路４６からの出力信号Ｖ３は、切換器４７を
介してサンプルホールド回路４８ｃに入力される。サン
プルホールド回路４８ｃでは、入力された出力信号Ｖ３
が一時的に保持される。

【００３９】サンプルホールド回路４８ａ，４８ｂ，４
８ｃで一時的に保持された出力信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は
加算回路４９に入力される。加算回路４９では、出力信
号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が足し合わされる。すなわち、下記
(11)式のような計算が行われる。

【００４０】

【数８】 Ｖ₀ ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３ ＝（Ｖ₂₁₀ −Ｖ₃₁₀ ）＋（ａ＋ｂ）Ω＋（Ｖ₃₂₀ −Ｖ₁₂₀ ） ＋（ｃ＋ａ）Ω＋（Ｖ₁₃₀ −Ｖ₂₃₀ ）＋（ｂ＋ｃ）Ω ‥‥ (11) これを変形すると、下記(12)式のようになる。

【００４１】

【数９】 Ｖ₀ ＝（Ｖ₂₁₀ −Ｖ₁₂₀ ）＋（Ｖ₁₃₀ −Ｖ₃₁₀ ）＋（Ｖ₃₂₀ −Ｖ₂₃₀ ） ＋２（ａ＋ｂ＋ｃ）Ω ‥‥ (12) ここで、たとえばＶ₂₁₀ は圧電素子４１を振動させたと
きの圧電素子４２からの出力で、Ｖ₁₂₀ は圧電素子４２
を振動させたときの圧電素子４１からの出力である。す
なわち、これら出力Ｖ₂₁₀ ，Ｖ₁₂₀ の差は相反性により
同等である。したがって、（Ｖ₂₁₀ −Ｖ₁₂₀ ）は零であ
る。また、その他の項（Ｖ₁₃₀ −Ｖ₃₁₀），（Ｖ₃₂₀ −
Ｖ₂₃₀ ）も相反性により零であるので、(12)式は下記(1
3)式のように表される。

【００４２】

【数１０】 Ｖ₀ ＝２（ａ＋ｂ＋ｃ）Ω ‥‥ (13) したがって、角速度Ωに比例した項のみが残ることにな
り、この出力Ｖ₀ が加算回路４９から出力されて、算出
手段である算出回路５０に入力される。算出回路５０で
は、出力Ｖ₀ から角速度Ωのみが取り出される。すなわ
ち、たとえば出力Ｖ₀ に２（ａ＋ｂ＋ｃ）の逆数を掛け
て角速度Ωのみが求められ、出力される。

【００４３】以上のように、本実施例の振動ジャイロ装
置においては、所定の時間Ｔ毎に切換器５１，５２，５
３が切り換えられる。そして、切り換えられる度に出力
される出力信号の差分が求められ、それぞれの差分が加
算回路４９で足し合わされる。加算回路４９の出力は、
オフセット項を含まない角速度Ωに比例した項のみであ
り、この出力が算出回路５０に入力される。

【００４４】すなわち、算出回路５０から出力されるの
は、角速度Ωそのものである。したがって、温度や駆動
電圧等によって変えられるオフセットを含まないので、
仮にオフセットドリフトが発生しても、角速度Ωの検出
には影響はない。このため、角速度Ωの検出が正確に行
える。本発明の実施例の説明は以上のとおりであるが、
本発明は上述の実施例に限定されるものではない。たと
えば、上述の実施例では、三角柱状の振動体４０の各側
面に圧電素子４１，４２，４３を設けた構成の振動ジャ
イロ装置を例にとって説明したが、図５(a) および図６
(b) のように正四角柱状や図５(b) および図６(b) のよ
うに正六角柱状のように横断面が任意の多角形であるよ
うな柱状振動体を用いてもよい。また、横断面が多角形
ではなく、たとえば図７(a) に示すような円柱状の振動
体９０や図７(b) に示すような円筒状の振動体７０を用
いても本発明は適用できる。

【００４５】一般に、振動体と、これを振動させる駆動
信号が印加される駆動用端子と、コリオリ力に基づく角
速度信号を検出する検出用端子とを備えた振動ジャイロ
装置であれば、どのような種類の振動ジャイロ装置でも
本発明は適用できる。また、２つの圧電素子で駆動およ
び検出の両方を行う構成の振動ジャイロ装置において
も、２つの圧電素子の組み合わせを順次変えていく構成
にすることによって本発明が適用できる。

【００４６】図５(a) のように、正四角柱状の振動体７
０の４つの側面に圧電素子７１，７２，７３，７４を設
ける構成にした場合は、圧電素子７１に振動体７０を振
動させるための駆動信号を印加し、圧電素子７３を振動
振幅のモニタ用に用いて、他の２つの圧電素子７２，７
４を検出用に用いればよい。そして、上述の実施例に用
いた方法と同じように、駆動信号を印加する圧電素子を
圧電素子７１から圧電素子７２，７３，７４と所定の時
間間隔で切り換えていき、それぞれの時間間隔内での一
対の圧電素子からの出力の差分を全て足し合わせると、
軸線７５まわりの角速度Ωの検出が正確に行える。

【００４７】また、図６(a) のように、正四角柱状の振
動体７０の隣合う２つの側面に圧電素子７１，７２を設
ける構成においては、圧電素子７１に振動体７０を振動
させるための駆動信号を印加し、圧電素子７２でコリオ
リ力の検出を行わせるようにする。そして、上述の実施
例と同じように、所定の時間間隔毎に切り換える。な
お、このような構成においては、差動増幅回路やサンプ
ルホールド回路等を設ける必要はない。すなわち、圧電
素子７１と圧電素子７２とで検出された出力中のオフセ
ット成分は互いに相反性により打ち消されるため、差動
増幅回路やサンプルホールド回路等を介さずに直接加算
回路で足し合わせるようにすればよい。

【００４８】加算回路の出力は、オフセット成分が打ち
消されているのでオフセット項を含まない角速度Ωに比
例する項のみである。このため、オフセットがドリフト
しても角速度の検出には影響はないので角速度の検出が
正確に行える。また、図５(b) のように、たとえば正六
角柱状の振動体７０の３つの側面に圧電素子７１，７
２，７３を設ける構成にした場合であっても、上述で説
明した実施例と同じようにすれば、軸線７５まわりの角
速度Ωの検出が正確に行える。

【００４９】さらに、図６(b) のように、正六角柱状の
振動体９０のすべての側面に圧電素子９１，９２，９
３，９４，９５，９６を設けた構成においては、圧電素
子９１に駆動信号を印加して駆動用とし、圧電素子９４
をフィードバック用とする。そして、圧電素子９２およ
び９６の一対でコリオリ力の検出を行い、圧電素子９３
および９５の別の一対でコリオリ力の検出を行う。そし
て、これらの圧電素子の対で検出された出力の平均を求
めて、これを最終の出力としても本発明の目的は達成で
きる。

【００５０】また、上述の実施例では、サンプルホール
ド回路を用いて一時的に出力を保持し、一通り検出が終
了した時点で足し合わせていたが、たとえば一時的に保
持せずに順次足し合わせていってもよい。さらに、上述
の実施例では、一通り圧電素子に駆動信号を印加した時
点でサンプルホールド回路に一時的に保持されている出
力を足し合わせているが、たとえば二通りまたは三通り
駆動信号を印加した時点で出力を足し合わせてもよい。

【００５１】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことが可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明の振動ジャイロ装置
および角速度検出方法においては、所定の時間間隔で駆
動用端子と検出用端子とを順次切り換えることによっ
て、それぞれの時間に出力された出力信号に表れるオフ
セット成分が相反性により互いに打ち消し合う。このた
め、最終的に出力されるのは角速度に比例する項のみで
ある。したがって、これを適当に変形すれば角速度が正
確に検出できる。

【００５３】また、低コストで生産できるにもかかわら
ず本質的にオフセットドリフトが大きい三角柱状の振動
ジャイロ装置に本発明を適用すれば、オフセットドリフ
トが大幅に低減される。このため、振動ジャイロ装置の
さらなる普及が促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の振動ジャイロ装置の電気的
構成を示すブロック図である。

【図２】切換器５１，５２，５３を切り換える時刻を表
すタイミングチャートである。

【図３】振動ジャイロ装置による角速度検出の原理を説
明するための図である。

【図４】振動方向ＲＢに対する検出方向ＲＣの角度ずれ
θによるオフセットの発生の違いを説明するための図で
ある。

【図５】振動体の他の例を示す図である。

【図６】振動体の他の例を示す図である。

【図７】振動体の他の例を示す図である。

【符号の説明】

４０ 振動体 ４１，４２，４２ 圧電素子 ４１ａ，４２ｂ，４３ｃ 端子 ４６ 差動増幅回路 ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ サンプルホールド回路 ４９ 加算回路 ５０ 算出回路 ５１，５２，５３ 切換器 ５４ 切換制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動信号を与えると一方向に振動する振動
   体を有し、この振動体の中心軸まわりに回転が加わった
   ときに発生するコリオリ力を検出することで上記回転の
   角速度を検出する振動ジャイロ装置において、 上記振動体を振動させる駆動信号を印加するための励振
   手段と、 上記励振手段からの駆動信号が印加される駆動用端子
   と、 上記コリオリ力に基づく角速度信号を検出する検出用端
   子と、 上記駆動用端子と検出用端子とを所定の時間間隔毎に順
   次切り換えるための切換制御手段と、 上記切換制御手段で切り換えられる度に出力される出力
   信号に基づいて、回転の角速度を検出する演算手段とを
   含むことを特徴とする振動ジャイロ装置。
2. 【請求項２】駆動信号を駆動用端子に与えて振動体を一
   方向に振動させるとともに、この振動体の中心軸まわり
   に回転が加わったときに発生するコリオリ力を検出用端
   子で検出することで、上記回転の角速度を検出する角速
   度検出方法において、 所定の時間間隔毎に上記駆動用端子と検出用端子とを順
   次切り換え、 上記所定の時間間隔毎に上記検出用端子から出力された
   出力信号に基づいて、回転の角速度を検出することを特
   徴とする角速度検出方法。
3. 【請求項３】柱状振動体の側面の少なくとも３ヶ所に圧
   電素子を設け、１つの圧電素子で振動体を励振させると
   ともに、振動方向に対して対称に配置された一対の圧電
   素子の出力間の差分を差分検出手段で検出することによ
   り、上記振動体の軸線まわりの角速度を検出する振動ジ
   ャイロ装置において、 或る所定の時間間隔で駆動信号を印加する圧電素子を順
   次切り換える切換え手段と、 それぞれの時間間隔内に上記差分検出手段で求められた
   各一対の圧電素子の出力間の差分を一時的に保持する保
   持手段と、 上記振動体に設けられている全ての圧電素子が一通り駆
   動信号を印加された時点で保持している差分を全て足し
   合わせる加算手段と、 上記加算手段の加算結果に基づいて角速度を算出する算
   出手段と、を含むことを特徴とする振動ジャイロ装置。