JPH08338731A - 検出回路及びこれを用いた振動角速度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動子からの２つの入力信号に位相差が発生
しても前記２つの入力信号のレベルの差を正確に測定す
るとともに、電源ノイズ等の同相ノイズが乗っても前記
２つの入力信号のレベルの差を正確に測定し、測定精度
を向上させる。 【構成】 振動子１の電極１４からの信号が、理想ダイ
オード回路３０により正の極性に半波整流される。振動
子１の電極１５からの信号が理想ダイオード回路４０に
より同じ正の極性に半波整流される。理想ダイオード回
路３０，４０の出力が、平滑回路５０，６０によりそれ
ぞれ平滑される。平滑回路５０，６０の出力の差動が、
差動回路７０によりとられる。差動回路７０の出力が、
前記振動子に作用するコリオリ力に相当する信号とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機、船舶、自動車
等のナビゲーションシステムやこれらの姿勢制御等、或
いはスチールカメラ、ビデオカメラの手振れや振動感知
などに使用する振動角速度計及びこれに用いられる検出
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動角速度計において用いられる従来の
振動子の例について、図１２及び図１３を参照して説明
する。

【０００３】図１２は従来の振動子２００を示す図であ
り、図１２（ａ）はその斜視図、図１２（ｂ）は正面図
である。図１３は従来の他の振動子３００を示す図であ
り、図１３（ａ）はその斜視図、図１３（ｂ）は正面図
である。

【０００４】図１２に示す振動子２００は、温度変化に
対して弾性定数の変化が小さいエリンバー合金からなる
正４角柱状の振動基体２１０を備えている。その振動基
体２１０の一方の対向側面に、両面に電極（図示せず）
を形成した駆動用圧電素子２２０，２４０が貼り付けら
れ、他方の対向側面には同様に、両面に電極（図示せ
ず）を形成した検出用圧電素子２３０，２５０が貼り付
けられている。

【０００５】図１３に示す振動子３００は、前記振動基
体２１０と同じ材料からなる正三角柱の金属柱振動基体
３１０の各側面に、両面に電極（図示せず）を形成した
振動用圧電素子３４０、及び、同様に両面に電極（図示
せず）を形成した検出用圧電素子３２０，３３０を貼り
付け設置してある。

【０００６】振動子２００を用いた従来の振動角速度計
の概略構成を図１４に示し、振動子３００を用いた従来
の振動角速度計の概略構成を図１５に示す。

【０００７】これらの振動角速度計は、振動子２００，
３００の長さ方向に平行な軸の周りの回転角速度を測定
できるものである。それらの測定原理を図１４及び図１
５を参照して説明する。

【０００８】図１２に示す振動子２００の場合、圧電素
子２２０，２４０には図１４に示すように発振回路２６
０にて交流電圧が印加され、振動基体２１０が圧電素子
２２０，２４０の貼り付け面に垂直な方向（図１２
（ｂ）中の上下方向）に凹凸が発生するように振動す
る。振動基体２１０が振動しているときに振動子２００
の長さ方向に平行な軸の周りに角速度を持って回転した
とすると、その回転角速度、振動数及び振動子の質量に
比例する大きさのコリオリ力が、振動子２００の長さ方
向と振動の凹凸方向（図１２（ｂ）中の上下方向）の両
方に垂直な方向（つまり、検出用圧電素子２３０，２５
０の貼り付け面に垂直な方向（図１２（ｂ）中の左右方
向））に発生し、該コリオリ力によって振動基体２１０
が該コリオリ力の方向に凹凸を発生するように振動す
る。この振動により圧電素子２３０，２５０には正圧電
効果により電圧が発生し、両電圧の差動を差動回路２７
０によりとると、差動回路２７０の出力がコリオリ力に
相当する検出信号となり、角速度を計測することができ
る。

【０００９】図１３に示す振動子３００の場合には、駆
動用圧電素子３４０に図１５に示すように発振回路３６
０からの出力が印加され振動子３００が振動している際
に、振動子３００の長さ方向に平行な軸の周りに角速度
を持って回転したとすると、コリオリ力による振動が前
述と同様に発生し、圧電素子３２０と圧電素子３３０か
らの出力の差動を差動回路３７０によりとると、差動回
路３７０の出力がコリオリ力に相当する検出信号とな
り、角速度を計測することができる。この例では、発振
回路３６０は、圧電素子３２０と圧電素子３３０の出力
の和信号を得てこの和信号に基づいて自励振のための発
振動作を行う。検出用圧電素子３２０，３３０はコリオ
リ力の方向に対し垂直に配置されず、所定の方向をなし
ているため、該コリオリ力の方向余弦分が検出用圧電素
子３２０，３３０により感知される。

【００１０】なお、差動回路２７０，３７０は、振動子
２００，３００からの２つの入力信号に基づいて振動子
２００，３００に作用するコリオリ力に相当する検出信
号を得る検出回路となっている。

【００１１】そして、振動子２００，３００からの２つ
の入力信号の差動をとる従来の差動回路２７０，３７０
として、具体的には、特開平３−１５０９１４号公報に
記載されているように、単に、オペアンプを有する反転
増幅回路が使用されていた。

【００１２】しかし、反転増幅回路からなる差動回路の
場合、振動子からの２つの出力間に位相差が生じた場
合、原理的にその出力差を正確に検出することはでき
ず、角速度を精度良く測定することができない。

【００１３】そこで、特開平２−２２３８１９号公報に
開示された差動回路（検出回路）が提案されている。

【００１４】この差動回路は、２つの入力端及び１つの
出力端を有する差動回路であって、その入力側が前記入
力端の一方に接続される理想ダイオード回路と、その入
力側が前記入力端の他方に接続され、前記理想ダイオー
ド回路とは極性の異なる別の理想ダイオード回路と、そ
れらの入力側が前記理想ダイオード回路及び前記別の理
想ダイオード回路の出力側にそれぞれ接続される２つの
平滑回路と、該２つの平滑回路の出力を合成するための
合成手段と、を含むものである。

【００１５】この差動回路によれば、例えば前記２つの
入力端を前記振動子３００の検出用圧電素子３２０，３
３０にそれぞれ接続すれば、理想ダイオード回路によっ
て、一方の圧電素子の出力（振動子からの一方の入力信
号）が一方向に半波整流され、別の理想ダイオード回路
によって、他方の圧電素子の出力（振動子からの他方の
入力信号）が逆方向に半波整流される。そして、それら
の整流された出力は、２つの平滑回路によって、それぞ
れ平滑される。そして、それらの平滑された出力は合成
手段によって、合成される（すなわち、加算される）。
このように、振動子の２つの検出用圧電素子３２０，３
３０の出力が互いに逆方向に半波整流され平滑されてか
ら合成されるので、それらの間に位相差が生じても、そ
れらの出力差を正確に検出することができ、したがっ
て、振動子の角速度を精度良く測定することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−２２３８１９号公報に開示された検出回路では、２
つの理想ダイオード回路で振動子からの２つの入力信号
を互いに逆方向に半波整流し平滑してから合成（加算）
するので、電源ノイズやその他の外部からの電磁波等に
よるノイズなどの同相ノイズが２つの入力信号自体やそ
れらの個々の信号処理系に乗った場合には、そのノイズ
の影響が前記合成手段の出力（すなわち、検出信号）に
現れ、同相ノイズにより測定精度が低下してしまう。な
お、２つの入力信号は、互いに逆方向に半波整流される
ので、半波整流された時点で１８０度位相がずれること
になる。

【００１７】そして、振動子からの２つの入力信号の位
相差による測定精度低下の方が前記同相ノイズによる測
定精度低下より大きいので、従来、位相差による測定精
度低下を防止すべく特開平２−２２３８１９号公報に開
示されたような検出回路を採用することが好ましいと考
えられ、その場合には、同相ノイズの影響を受けてもや
むを得ないものであると考えられてきた。すなわち、従
来は、位相差による測定精度低下の防止と同相ノイズに
よる測定精度低下の防止とは、トレードオフの関係にあ
るものとして考えられてきた。

【００１８】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、振動子からの２つの入力信号に位相差が発生しても
前記２つの入力信号のレベルの差を正確に測定すること
ができ、しかも、電源ノイズ等の同相ノイズが乗っても
前記２つの入力信号のレベルの差を正確に測定すること
ができ、測定精度を一層向上させることができる検出回
路及びこれを用いた振動角速度計を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による検出回路は、振動子から
の２つの入力信号に基づいて前記振動子に作用するコリ
オリ力に相当する検出信号を得る検出回路であって、前
記２つの入力信号のうちの一方を所定の極性に半波整流
する第１の半波整流手段と、前記２つの入力信号のうち
の他方を前記所定の極性と同一の極性に半波整流する第
２の半波整流手段と、前記第１及び第２の半波整流手段
の出力をそれぞれ平滑する第１及び第２の平滑回路と、
前記第１の及び第２の平滑回路の出力の差動をとる差動
回路と、を備えたものである。

【００２０】本発明の第２の態様による検出回路は、前
記第１の態様による検出回路において、前記第１及び第
２の半波整流手段がそれぞれ理想ダイオード回路である
ものである。

【００２１】本発明の第３の態様による振動角速度計
は、振動子と、該振動子を自励振駆動する自励振回路
と、前記振動子からの２つの入力信号に基づいて前記振
動子に作用するコリオリ力に相当する検出信号を得る検
出回路と、を備えた振動角速度計において、前記検出回
路を前記第１又は第２の態様による検出回路としたもの
である。

【００２２】本発明の第４の態様による振動角速度計
は、前記第３の態様による振動角速度計において、前記
振動子が、直方体形状の圧電材料からなる第１及び第２
の部材と、前記第１の部材の第１の側面と前記第２の部
材の第１の側面との間に挟んで形成された第１の電極
と、前記第１の部材の前記第１の側面に相対する前記第
１の部材の第２の側面における両側位置にそれぞれ形成
されるか、あるいは、前記第１の部材の前記第１の側面
と隣合う前記第１の部材の第３及び第４の側面にそれぞ
れ形成された第２及び第３の電極と、前記第２の部材の
前記第１の側面に相対する前記第２の部材の第２の側面
に形成された第４の電極と、を備え、前記第２及び第３
の電極から得られる信号をそれぞれ前記２つの入力信号
とするものである。

【００２３】本発明の第５の態様による振動角速度計
は、前記第４の態様による振動角速度計において、前記
振動子が、前記第１の部材の前記第２の側面の略中央の
位置に形成された第５の電極を更に備えたものである。

【００２４】本発明の第６の態様による振動角速度計
は、前記第３の態様による振動角速度計において、前記
振動子が、直方体形状の圧電材料からなる第１の部材
と、直方体形状の第２の部材と、前記第１の部材の第１
の側面と前記第２の部材の第１の側面との間に挟んで形
成された第１の電極と、前記第１の部材の前記第１の側
面に相対する前記第１の部材の第２の側面における両側
位置にそれぞれ形成されるか、あるいは、前記第１の部
材の前記第１の側面と隣合う前記第１の部材の第３及び
第４の側面にそれぞれ形成された第２及び第３の電極
と、前記第１の部材の前記第２の側面の略中央の位置に
形成された第４の電極と、を備え、前記第２及び第３の
電極から得られる信号をそれぞれ前記２つの入力信号と
するものである。

【００２５】

【作用】本発明によれば、振動子からの２つの入力信号
のうちの一方が、第１の半波整流手段により所定の極性
（所定の方向）に半波整流される。前記２つの入力信号
のうちの他方が、第２の半波整流手段により前記所定の
極性と同一の極性に半波整流される。第１及び第２の半
波整流手段の出力が、第１及び第２の平滑回路によりそ
れぞれ平滑される。第１及び第２の平滑回路の出力の差
動が、差動回路によりとられる。差動回路の出力が、前
記振動子に作用するコリオリ力に相当する信号となる。

【００２６】このように、振動子からの２つの入力信号
が互いに同一極性（同一方向）に半波整流され平滑され
てから差動がとられるので、前記２つの入力信号の間に
位相差が生じても、それらのレベルの差を正確に検出す
ることができ、したがって、振動子の角速度を精度良く
測定することができる。

【００２７】そして、本発明では、振動子からの２つの
入力信号が互いに同一極性（同一方向）に半波整流され
平滑されてから差動がとられるので、差動がとられる直
前まで、２つの入力信号及びその処理過程における２つ
の信号は同相状態を保つことになる。したがって、前記
２つの入力信号自体及びそれらの種々の信号処理過程で
乗った電源ノイズ等の同相ノイズは第１の平滑回路の出
力及び第２の平滑回路の出力に同相状態のまま乗ること
になり、この第１の平滑回路の出力及び第２の平滑回路
の出力に同相状態のまま乗った同相ノイズが、差動回路
で差動をとることによりキャンセルされることになる。
その結果、電源ノイズ等の同相ノイズが乗っても前記２
つの入力信号のレベルの差を正確に測定することがで
き、振動子の角速度を一層精度良く測定することができ
る。

【００２８】なお、振動子として、前記第４乃至第６の
態様の構造の振動子を採用すれば、両面に電極パターン
が形成された圧電板２枚を接合して切断するなどするこ
とによって、一度に大量の振動子を製造することができ
るとともに、反応性エッチング等による電極パターン形
成、精密切断機等による接合板の切断を行うことによっ
て、小型の振動子を再現性良く製造することができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明による検出回路及びこれを用い
た振動角速度計について、図面を参照して説明する。

【００３０】まず、本発明の一実施例による振動角速度
計について、図１乃至図４を参照して説明する。

【００３１】図１は、本実施例による振動角速度計を示
す構成図である。

【００３２】本実施例による振動角速度計は、図１に示
すように、振動子１と、該振動子１を自励振駆動する自
励振回路２と、振動子１からの入力信号に基づいて振動
子１に作用するコリオリ力に相当する検出信号を得る検
出回路３と、を備えている。

【００３３】まず、振動子１について、図２を参照して
説明する。図２は、振動子１を示す図であり、図２
（ａ）はその斜視図、図２（ｂ）はその正面図である。

【００３４】図２に示すように、振動子１は、直方体形
状（厳密に直方体でなくてもよい）の圧電材料からなる
第１及び第２の部材１１，１２と、第１の部材１１の第
１の側面（図１では下面）と第２の部材１２の第１の側
面（図１では上面）との間に挟んで形成された電極１３
と、第１の部材１１の前記第１の側面に相対する第１の
部材１１の第２の側面（図１では上面）における両側位
置にそれぞれ形成された電極１４，１５と、第１の部材
１１の前記第２の側面の略中央の位置に形成された電極
１６と、第２の部材１２の前記第１の側面に相対する第
２の部材１２の第２の側面（図１では下面）に形成され
た電極１７と、を備えている。

【００３５】本実施例では、第１及び第２の部材１１，
１２は、圧電セラミック（例えば、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ））からなり、それらの厚みは０.５ｍｍ、
幅は１.０ｍｍ、長さは９.０ｍｍとされている。もっと
も、本発明では、このような寸法に限定されるものでは
ない。第１の部材１１の分極方向は図２中の上方向、第
２の部材１２の分極方向は図２中の下方向である。電極
１４，１５は、第１の部材４２の上面の両側位置に、第
１の部材１１の長さ方向に銀ペーストで形成され、それ
ぞれの幅が０.２５ｍｍとされている。電極１６は、第
１の部材１１の上面の幅方向の中央に、第１の部材１１
の長さ方向に銀ペーストで形成され、その幅が０．２５
ｍｍとされている。電極１７は、第２の部材１２の下面
の全面に銀ペーストで形成されている。電極１３は、第
１の部材１１の下面の全面に予め形成された銀ペースト
と第２の部材１２の上面の全面に予め形成された銀ペー
ストとを、エポキシ性接着剤等の接着剤（図示せず）に
より接合した構造とされている。前記接着剤による振動
子の振動への影響を極力なくすために、前記接着剤とし
て粘度の低いものを用いることが好ましい。なお、前記
接着剤自体が導電性を有していなくても、接着の際に適
当に圧力を加えることにより、第１の部材１１の下面に
形成された銀ペーストと第２の部材１２の上面に形成さ
れた銀ペーストとの間には接着剤が介在せずに直接接触
する多くの微小領域が存在し、両者は電気的に接続され
ることになる。もっとも、前記接着剤として導電性接着
剤を用いてもよい。

【００３６】振動子１は、このような構造を有している
ので、一度に大量に製造することができる。すなわち、
電極１４，１５，１６の電極パターン及び電極１３の一
部を構成する電極パターンを予め多数の振動子１の分形
成した圧電板と、電極１７の電極パターン及び電極１３
の他の一部を構成する電極パターンを予め多数の振動子
１の分形成した圧電板とを前記接着剤にて接合し、この
接合板を個々の振動子１に切断することによって、一度
に大量の振動子１を製造することができる。また、反応
性エッチング等による電極パターン形成、精密切断機等
による接合板の切断を行うことによって、小型の振動子
１を再現性良く製造することができる。

【００３７】なお、振動子１の製造に際しては、例え
ば、第１及び第２の部材１１，１２（具体的には、これ
らに相当する前記圧電板）は、前もって厚み方向に分極
処理が施される。そのため、第１部材１１に相当する前
記圧電板には電極１４，１５，１６を形成する面にも予
め銀ペーストにより全面に電極（全面電極）を形成して
おく。そして、当該圧電板の分極処理後、前記全面電極
部分を、ダイシングソーで削り取るか、あるいは、マス
キングを施しジェットアブレーダーで除去し、残った電
極部分を互いに平行な幅０．２５ｍｍの帯状の電極１
４，１５，１６とする。

【００３８】この振動子１では、例えば、電極１３が基
準電極（アース電極）、電極１４，１５がコリオリ力検
出用電極、電極１７が振動子励振用電極（駆動電極）と
して、用いられる。また、電極１６が、自励振回路の入
力信号を取り出すために用いられる。そして、電極１７
を基準電極として、自励振回路により電極１７に正弦波
の励振用電圧（駆動電圧）を印加すると、第２の部材１
２が電極１３，１７の面と垂直な方向（図２中の上下方
向）に屈曲振動し、したがって、振動子１の全体がこの
方向に屈曲振動する。振動子１がその長さ方向に平行な
任意の軸の周りに回転したとすると、部材１１，１２の
幅方向にコリオリ力が発生し、このコリオリ力により振
動子１がこの方向に屈折振動が発生する。この屈折振動
により、コリオリ力に相当する信号が逆位相でそれぞれ
電極１４，１５に発生する。電極１４，１５に発生する
信号には、この信号のみならず、電極１３，１７の面と
垂直な方向の振動子１の屈曲振動（励振）による信号も
含まれるが、電極１４の信号と電極１５の信号との差動
をとって励振による成分をキャンセルすることにより、
コリオリ力に相当する信号のみを得ることができ、した
がって、振動子１の回転速度（角速度）を測定すること
ができる。また、電極１６は、第１の部材１１の上面の
中央に形成されているので、コリオリ力による部材１
１，１２の幅方向の屈曲振動によっては電圧変動がな
い。すなわち、電極１６は振動子１の幅方向の略中央部
に、長さ方向に検出電極１５、１６と平行に配置されて
いるため、コリオリ力が発生し幅方向に凹凸が発生する
ように振動子１が振動しても、電極１６からの出力波形
は、振幅が変化しない安定な振動波形であり、電極１
３，１７に垂直な方向への振動子１の屈曲振動による正
圧電効果による信号である。また、電極１６は電極１
４，１５と独立しているので、検出回路と自励振回路と
を電気的に分離でき、両者の相互干渉を防止することが
できる。

【００３９】なお、部材１１，１２の材料としては、駆
動電圧印加により効果的に振動子１が振動するためと、
振動子１の振動による発生電圧が大きく取れるように、
それぞれＱの大きい圧電材料が選択される。また、振動
子１の厚み方向の共振周波数と幅方向の共振周波数をほ
ぼ一致させることが好ましい。両者を一致させると、振
動子１の断面は、略正方形になる。この周波数合わせ
は、例えば、振動子１１を振動させながら側面をレーザ
ー等で削ることにより共振周波数を調整することによっ
て、行われる。

【００４０】次に、再び図１を参照して、自励振回路２
について説明する。

【００４１】自励振回路２の入力端は振動子１の電極１
６に接続され、自励振回路２の出力端は振動子１の電極
１７に接続されている。自励振回路２は、オペアンプ２
１及び抵抗器２２，２３からなる反転増幅器２４と、抵
抗器２５，２６及びコンデンサ２７，２８からなる２段
のＲＣフィルタにより構成されたローパスフィルタ２９
と、から構成されている。もっとも、自励振回路２の構
成は、このような構成に限定されるものではない。電極
１６からの出力電圧が反転増幅器２４により反転増幅さ
れ、その増幅された電圧がローパスフィルタ２９により
位相調整され、その位相調整された電圧が駆動電圧とし
て電極１７に供給される。これにより、ループゲインが
１以上となるように正帰還がかけられ、振動子１が自励
振駆動される。この自励振回路２により振動子１の電極
１３，１７の面に対して垂直な方向の凹凸の屈曲を持つ
振動子１の単振動が達成できる。

【００４２】検出回路３は、図１に示すように、振動子
１の電極１４の出力（電極１４からの入力信号）を正の
極性に半波整流する半波整流手段としての理想ダイオー
ド回路３０と、振動子１の電極１５の出力（電極１５か
らの入力信号）を理想ダイオード回路３０の場合と同じ
極性である正の極性に半波整流する半波整流手段として
の理想ダイオード回路４０と、理想ダイオード回路３
０，４０の出力をそれぞれ平滑する平滑回路５０，６０
と、平滑回路５０，６０の差動をとる差動回路７０と、
を備えている。

【００４３】理想ダイオード回路３０，４０の入力端が
検出回路３の２つの入力端となっており、これらの入力
端がそれぞれ振動子１の電極１４，１５に接続されてい
る。また、差動回路７０の出力端が検出回路３の出力端
となっている。

【００４４】理想ダイオード回路３０は、オペアンプ３
１、順方向に接続されたダイオード３２，３３及び抵抗
器３４で構成されている。同様に、理想ダイオード回路
４０は、オペアンプ４１、順方向に接続されたダイオー
ド４２，４３及び抵抗器４４で構成されている。なお、
本実施例では、理想ダイオード回路３０，４０は半波整
流機能のみならず増幅機能も有している。平滑回路５０
は抵抗器５１及びコンデンサ５２からなるＲＣフィルタ
で構成され、同様に、平滑回路６０は抵抗器６１及びコ
ンデンサ６２からなるＲＣフィルタで構成されている。
差動回路７０は、オペアンプ７１及び抵抗器７２〜７５
で構成されている。

【００４５】なお、理想ダイオード回路３０，４０、平
滑回路５０，６０及び差動回路の構成は、前述した構成
に限定されるものではない。また、本実施例では、前記
半波整流手段として理想ダイオード回路３０，４０が採
用されているが、代わりに通常の半波整流器を採用して
もよい。また、理想ダイオード回路３０，４０の回路構
成自体も前述した構成に限定されるものではない。例え
ば、理想ダイオード回路３０，４０として、抵抗とオペ
アンプの増幅回路の後段にダイオードを配置するダイオ
ード回路を採用することもできる。

【００４６】この検出回路３の動作について、自励振回
路２により自励振駆動され単振動している振動子１にコ
リオリ力が働いていない場合と働いている場合とに分け
て、図３及び図４を参照して説明する。図３はコリオリ
力が働いていない場合の図１中のａ〜ｇ点の波形を示す
波形図であり、図４はコリオリ力が働いている場合の図
１中のａ〜ｇ点の波形を示す波形図である。なお、これ
らの波形図の横軸は時間軸を示す。

【００４７】振動子１にコリオリ力が働いていない場合
（図３）には、振動子１の電極１４の出力波形（図３
（ａ））及び電極１５の出力波形（図３（ｂ））は、理
想的には互いに同位相で同振幅の単振動正弦波波形とな
り、これらが理想ダイオード回路３０，４０の入力端に
それぞれ入力される。前記同振幅は、電極１４，１５の
面積を同じにすることにより担保される。電極１４，１
５からの正弦波出力は、理想ダイオード回路３０，４０
によりそれぞれ同じ正の極性に半波整流される。理想ダ
イオード回路３０，４０の出力波形を、図３（ｃ）及び
図３（ｄ）にそれぞれ示す。振動子１は、自励振回路２
による単振動の振動数により振動しており、コリオリ力
を受けていないため、理想ダイオード回路３０の出力波
形（図３（ｃ））及び理想ダイオード回路４０の出力波
形（図３（ｄ））は、同振幅の半波整流波形となる。両
者の位相は理想的には同一であるが、同一になるとは限
らない。理想ダイオード回路３０，４０の出力は、それ
ぞれ平滑回路５０，６０により平滑される。平滑回路５
０，６０の出力波形を、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示
す。これらの波形は、同じ振幅をもつ直流電圧である。
この両直流電圧出力は差動回路８０に入力される。平滑
回路５０，６０の出力が同じ振幅の直流電圧のため、差
動回路８０の出力はゼロとなる（図３（ｇ））。電極１
４，１５の出力波形（図３（ａ），図３（ｂ））の位相
がずれている場合であっても、すなわち、理想ダイオー
ド回路３０，４０の出力波形（図３（ｃ），図３
（ｄ））の位相がずれている場合であっても、一度平滑
回路５０，６０にて直流成分に変換されるため、前記位
相のずれが差動回路７０の出力波形（差動波形）（図３
（ｇ））に反映されることはない。

【００４８】次に、振動子１が自励振回路２により自励
振駆動されて単振動しているときに、振動子１にコリオ
リ力が働いている場合について説明する。既に説明した
ように、コリオリ力は振動子１の幅方向に働くため、振
動子１は該コリオリ力によって幅方向に凹凸が発生する
ように屈曲運動をする。その結果、振動子１の電極１４
の出力波形（図４（ａ））及び電極１５の出力波形（図
４（ｂ））は、コリオリ力により互いに逆位相の振幅変
調を受けた波形になる。両波形で振幅が同じ箇所ではコ
リオリ力が一時的に働いていないことを示しており、そ
の前と後ではコリオリ力の方向が逆方向になっているこ
とを示す。電極１４，１５からの互いに逆位相の振幅変
調を受けた出力は、理想ダイオード回路３０，４０によ
りそれぞれ同じ正の極性に半波整流される。理想ダイオ
ード回路３０，４０の出力波形を、図４（ｃ）及び図４
（ｄ）にそれぞれ示す。理想ダイオード回路３０，４０
の出力は、平滑されて、それぞれ平滑回路５０，６０に
より理想ダイオード回路３０，４０の出力波形（図４
（ｃ），図４（ｄ））の包絡線に比例した形状の正の電
圧波形（図４（ｅ），図４（ｆ））に変換される。平滑
回路５０，６０の波形出力（図４（ｅ），図４（ｆ））
は差動回路７０により差動増幅され、その差動増幅され
た信号（図４（ｇ））が、振動子１に作用しているコリ
オリ力に比例した検出信号として差動回路７０から出力
される。なお、差動回路７０で反転増幅させた場合に
は、差動回路７０の出力は、図４（ｇ）に示す波形と正
負が逆転した波形になる。差動回路７０の出力信号のプ
ラスとマイナスとでは、振動子１に作用するコリオリ力
の方向が逆になっていることを示し、すなわち各速度の
方向が逆になっていることを示す。また、差動回路７０
の出力の振幅は、振動子１に作用するコリオリ力の大き
さに比例した値となる。電極１４，１５の出力波形（図
４（ａ），図４（ｂ））の位相がずれている場合であっ
ても、すなわち、理想ダイオード回路３０，４０の出力
波形（図４（ｃ），図４（ｄ））の位相がずれている場
合であっても、一度平滑回路５０，６０にて平滑される
ため、前記位相のずれが差動回路７０の出力波形（差動
波形）（図４（ｇ））に影響を与えることはない。

【００４９】以上説明したように、前記検出回路３によ
れば、振動子１の電極１４，１５からの２つの入力信号
が互いに同じ正の極性に半波整流され平滑されてから差
動がとられるので、前記２つの入力信号の間に位相差が
生じても、それらのレベルの差を正確に検出することが
でき、したがって、振動子１の角速度を精度良く測定す
ることができる。

【００５０】そして、前記検出回路３によれば、振動子
１の電極１４，１５からの２つの入力信号が互いに同じ
正の極性に半波整流され平滑されてから差動がとられる
ので、差動がとられる直前まで、各点ａ〜ｆの信号は同
相状態を保つことになる。したがって、各点ａ〜ｆの信
号に乗った電源ノイズ等の同相ノイズは平滑回路５０，
６０の出力に同相状態のまま乗ることになり、平滑回路
５０，６０の出力に同相状態のまま乗った同相ノイズ
が、差動回路７０で差動をとることによりキャンセルさ
れることになる。その結果、電源ノイズ等の同相ノイズ
が乗っても前記２つの入力信号のレベルの差を正確に測
定することができ、振動子１の角速度を一層精度良く測
定することができる。

【００５１】図１に示す振動角速度計では、自励振回路
２の出力端が振動子１の電極１７に接続されるとともに
自励振回路２の入力端が電極１６に接続されているが、
逆に、自励振回路２の入力端を振動子１の電極１７に接
続するとともに自励振回路２の出力端を電極１６に接続
してもよい。

【００５２】また、図１に示す振動角速度計において、
図２に示す振動子１の代わりに、図５に示す振動子１０
０を用いてもよい。

【００５３】図５は振動子１００を示し、図５（ａ）は
その斜視図、図５（ｂ）はその正面図である。図５にお
いて、図２中の構成要素と同一又は対応する構成要素に
は同一符号を付し、その説明は省略する。

【００５４】この振動子１００が図２に示す前記振動子
１と異なる所は、電極１４，１５が、第１の部材１１の
上面（第２の側面）にではなく、第１の部材１１の第１
の側面（下面）と隣合う第１の部材１１の第３及び第４
の側面にそれぞれ形成されている点のみである。しかし
ながら、振動子１００が振動子１と実質的に等価である
ことは、明白である。

【００５５】次に、本発明の他の実施例による振動角速
度計について、図６乃至８を参照して説明する。

【００５６】図６は、本実施例による振動角速度計を示
す構成図である。

【００５７】本実施例による振動角速度計は、図６に示
すように、振動子１０１と、該振動子１０１を自励振駆
動する自励振回路１０２と、振動子１からの入力信号に
基づいて振動子１に作用するコリオリ力に相当する検出
信号を得る検出回路１０３と、を備えている。

【００５８】まず、振動子１０１について、図７を参照
して説明する。図７は、振動子１０１を示す図であり、
図７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）はその正面図であ
る。図７において、図２に示す構成要素と同一又は対応
する構成要素には同一符号を付し、その説明は省略す
る。

【００５９】この振動子１０１が、前記図２に示す振動
子１と異なる所は、振動子１において第１の部材１１の
上面の略中央の位置に形成されていた電極１６が削除さ
れている点と、電極１４，１５の幅が０．２５ｍｍでは
なく０．３５ｍｍに変更されている点のみである。しか
しながら、振動子１０１が振動子１と実質的に等価であ
ることは、明白である。

【００６０】この振動子１０１では、振動子１の場合と
同様に、電極１３が基準電極（アース電極）、電極１
４，１５がコリオリ力検出用電極、電極１７が振動子励
振用電極（駆動電極）として、用いられるが、電極１６
が削除されていることに伴い、振動子１の場合と異な
り、電極１４，１５が自励振回路の入力信号を取り出す
ためにも用いられる。

【００６１】再び図６を参照して、自励振回路１０２に
ついて説明する。自励振回路１０２の構成要素のうち、
図１中の自励振回路２と同一構成要素には、同一符号を
付し、その説明は省略する。

【００６２】自励振回路１０２が自励振回路２と異なる
所は、振動子１０１の電極１４からの信号と電極１５か
らの信号の和信号を得るための抵抗器１５１，１５２か
らなる加算器が追加され、この加算器の出力（和信号）
が反転増幅器２４へ入力されている点のみである。

【００６３】振動子１０１が電極１３、１７の面と垂直
な方向に単振動しているときにコリオリ力が働いていな
い場合と働いている場合とにおける、自励振回路１０２
の前記加算器の出力信号（反転増幅器２４への入力信
号）について説明する。コリオリ力が振動子１０１に働
いていない場合には、電極１４，１５からの出力波形は
図３（ａ）及び図３（ｂ）と同じである。つまり、電極
１４，１５からの出力波形は同位相、同振幅の正弦波の
振動波形であり、前記加算器により両波形の和を取るこ
とより、一定振幅の正弦波波形が自励振回路１０２の反
転増幅器２４に入力する。コリオリ力が振動子１０１に
働いた場合には、電極１４，１５からの信号波形は、そ
れぞれ後述する図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すよう
に、コリオリ力により互いに逆位相の振幅変調を受けた
波形になる。したがって、電極１４，１５からの信号の
和をとると振幅の増加分と減少分が相殺され、その和信
号は一定振幅の正弦波となり、その振幅はコリオリ力が
働いていない場合と同じとなる。結局、前記加算器から
コリオリ力の存在の有無に関係なく一定振幅の正弦波信
号出力され、これが自励振回路１０２の反転増幅器２４
に入力されることになる。なお、以上のことは、電極１
４，１５の面積が同じで部材１１の上面の両側位置に形
成されることにより担保される。

【００６４】したがって、自励振回路１０２は、図１中
の自励振回路２と同様にして振動子１０１を自励振駆動
する。この自励振回路１０２により振動子１０１の電極
１３，１７の面に対して垂直な方向の凹凸の屈曲を持つ
振動子１０１の単振動が達成できる。

【００６５】なお、図６に示す振動角速度計では、ロー
パスフィルタ２９の出力端が振動子１０１の電極１７に
接続されるとともに反転増幅器２４の入力端が電極１６
に接続されているが、逆に、反転増幅器２４の入力端を
振動子１０１の電極１７に接続するとともに反転増幅器
２４の入力端を電極１６に接続してもよい。

【００６６】次に、図６中の検出回路１０３について説
明する。

【００６７】この検出回路１０３は、振動子１０１の電
極１４の出力（電極１４からの入力信号）を負の極性に
半波整流する半波整流手段としての理想ダイオード回路
１３０と、振動子１０１の電極１５の出力（電極１５か
らの入力信号）を理想ダイオード回路１３０の場合と同
じ極性である負の極性に半波整流する半波整流手段とし
ての理想ダイオード回路１４０と、理想ダイオード回路
１３０，１４０の出力をそれぞれ平滑する平滑回路１５
０，１６０と、平滑回路１５０，１６０の差動をとる差
動回路１７０と、を備えている。

【００６８】理想ダイオード回路１３０，１４０、平滑
回路１５０，１６０及び差動回路１７０の各構成要素の
うち、図１と同一構成要素には、同一符号を付し、その
説明は省略する。

【００６９】理想ダイオード回路１３０は、図１中の理
想ダイオード回路３０と異なり、振動子１０１からの電
極１４の信号を負極性に半波整流するように、ダイオー
ド３２，３３が逆方向に接続されている。また、理想ダ
イオード回路１４０は、図１中の理想ダイオード回路４
０と異なり、振動子１０１からの電極１５の信号を負極
性に半波整流するように、ダイオード４２，４３が逆方
向に接続されている。なお、理想ダイオード回路１３
０，１４０の入力端は、それぞれ抵抗１８１，１８２を
介して振動子１０１の電極１４，１５に接続されてい
る。また、本実施例における検出回路１０３では、図１
中の検出回路３とは逆に、平滑回路１５０の出力側が差
動回路１７０の抵抗７３に接続され、平滑回路１６０の
出力側が差動回路１７０の抵抗７２に接続されている。

【００７０】この検出回路１０３の動作について、自励
振回路１０２により自励振駆動され単振動している振動
子１０１にコリオリ力が働いている場合についてのみ、
図８を参照して説明する。図８は、コリオリ力が働いて
いる場合の図６中のａ〜ｇ点の波形を示す波形図であ
る。

【００７１】コリオリ力は振動子１０１の幅方向に働く
ため、振動子１０１は該コリオリ力によって幅方向に凹
凸が発生するように屈曲運動をする。その結果、振動子
１０１の電極１４の出力波形（図８（ａ））及び電極１
５の出力波形（図８（ｂ））は、図３（ａ）及び図３
（ｂ）と同じように、コリオリ力により互いに逆位相の
振幅変調を受けた波形になる。両波形で振幅が同じ箇所
ではコリオリ力が一時的に働いていないことを示してお
り、その前と後ではコリオリ力の方向が逆方向になって
いることを示す。電極１４，１５からの互いに逆位相の
振幅変調を受けた出力は、理想ダイオード回路１３０，
１４０によりそれぞれ同じ負の極性に半波整流される。
理想ダイオード回路１３０，１４０の出力波形を、図８
（ｃ）及び図８（ｄ）にそれぞれ示す。理想ダイオード
回路１３０，１４０の出力は、平滑されて、それぞれ平
滑回路１５０，１６０により理想ダイオード回路１３
０，１４０の出力波形（図８（ｃ），図８（ｄ））の包
絡線に比例した形状の負の電圧波形（図８（ｅ），図８
（ｆ））に変換される。平滑回路１５０，１６０の波形
出力（図８（ｅ），図８４（ｆ））は差動回路１７０に
より差動増幅され、その差動増幅された信号（図８
（ｇ））が、振動子１０１に作用しているコリオリ力に
比例した検出信号として差動回路１７０から出力され
る。差動回路１７０の出力信号のプラスとマイナスとで
は、振動子１０１に作用するコリオリ力の方向が逆にな
っていることを示し、すなわち各速度の方向が逆になっ
ていることを示す。また、差動回路１７０の出力の振幅
は、振動子１０１に作用するコリオリ力の大きさに比例
した値となる。電極１４，１５の出力波形（図８
（ａ），図８（ｂ））の位相がずれている場合であって
も、すなわち、理想ダイオード回路１３０，１４０の出
力波形（図８（ｃ），図８（ｄ））の位相がずれている
場合であっても、一度平滑回路１５０，１６０にて平滑
されるため、前記位相のずれが差動回路１７０の出力波
形（差動波形）（図８（ｇ））に影響を与えることはな
い。

【００７２】以上説明したように、前記検出回路１０３
によれば、図１中の検出回路３と同様に、振動子１０１
の電極１４，１５からの２つの入力信号が互いに同じ負
の極性に半波整流され平滑されてから差動がとられるの
で、前記２つの入力信号の間に位相差が生じても、それ
らのレベルの差を正確に検出することができ、したがっ
て、振動子１０１の角速度を精度良く測定することがで
きる。

【００７３】そして、前記検出回路１０３によれば、図
１中の検出回路３と同様に、振動子１０１の電極１４，
１５からの２つの入力信号が互いに同じ負の極性に半波
整流され平滑されてから差動がとられるので、差動がと
られる直前まで、各点ａ〜ｆの信号は同相状態を保つこ
とになる。したがって、各点ａ〜ｆの信号に乗った電源
ノイズ等の同相ノイズは平滑回路１５０，１６０の出力
に同相状態のまま乗ることになり、平滑回路１５０，１
６０の出力に同相状態のまま乗った同相ノイズが、差動
回路１７０で差動をとることによりキャンセルされるこ
とになる。その結果、電源ノイズ等の同相ノイズが乗っ
ても前記２つの入力信号のレベルの差を正確に測定する
ことができ、振動子１０１の角速度を一層精度良く測定
することができる。

【００７４】図６に示す振動角速度計において、図７に
示す振動子１０１の代わりに、図９に示す振動子４００
を用いてもよい。

【００７５】図９は振動子４００を示し、図９（ａ）は
その斜視図、図９（ｂ）はその正面図である。図９にお
いて、図７中の構成要素と同一又は対応する構成要素に
は同一符号を付し、その説明は省略する。

【００７６】この振動子４００が図７に示す前記振動子
１０１と異なる所は、電極１４，１５が、第１の部材１
１の上面（第２の側面）にではなく、第１の部材１１の
第１の側面（下面）と隣合う第１の部材１１の第３及び
第４の側面にそれぞれ形成されている点のみである。し
かしながら、振動子４００が振動子１０１と実質的に等
価であることは、明白である。

【００７７】また、図６に示す圧電振動角速度計におい
て、図７に示す振動子１０１の代わりに、図１０に示す
振動子５００を用いてもよい。

【００７８】図１０は振動子５００を示し、図１０
（ａ）はその斜視図、図１０（ｂ）はその正面図であ
る。図１０において、図７中の構成要素と同一構成要素
には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００７９】この振動子５００が前記振動子１０１と異
なる所は、振動子５００では、振動子１０１で第２の部
材１２の第２の側面（図１０では下面）に形成されてい
た電極１７が削除され、代わりに、電極５０１が追加さ
れている点である。電極５０１は、第１の部材１１の第
２の側面（図１０では上面）の略中央の位置に第１の部
材１１の長さ方向に銀ペーストで形成され、その幅は電
極１４，１５より広くされている。

【００８０】図７に示す振動子１０１では、第２の部材
１２の圧電現象を利用して振動子１０１全体を励振させ
ていたのに対し、図１０に示す振動子５００では、第２
の部材１２の圧電現象は全く利用せずに、第１の部材１
１の圧電現象のみを利用して振動子５００の振動の検出
のみならず振動子５００全体の励振を行う。しかし、振
動子５００も振動子１０１と同様である。

【００８１】なお、振動子５００では、第２の部材１２
の圧電現象を全く利用せず、第２の部材１２は圧電的に
不活性であるので、第２の部材１２の材料としては、圧
電材料のみならず圧電的に本来不活性な材料、例えば、
アルミナやガラス等を用いてもよい。

【００８２】なお、この振動子５００を、図６に示す振
動角速度計において図７に示す振動子１０１の代わりに
用いる場合には、自励振回路１０２の出力端を振動子５
００の電極５０１に接続する。

【００８３】また、図６に示す振動角速度計において、
図７に示す振動子１０１の代わりに、図１１に示す振動
子６００を用いてもよい。

【００８４】図１１は振動子６００を示し、図１１
（ａ）はその斜視図、図１１（ｂ）はその正面図であ
る。図１１において、図１０中の構成要素と同一又は対
応する構成要素には同一符号を付し、その説明は省略す
る。

【００８５】この振動子６００が図１０に示す振動子５
００と異なる所は、電極１４，１５が、第１の部材１１
の上面（第２の側面）にではなく、第１の部材１１の第
１の側面（下面）と隣合う第１の部材１１の第３及び第
４の側面にそれぞれ形成されている点のみである。しか
しながら、振動子６００が振動子５００と実質的に等価
であることは、明白である。

【００８６】以上、本発明の各実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００８７】例えば、本発明による振動角速度計におい
て採用する振動子は、前述した振動子に限定されるもの
ではなく、図１２に示す従来の振動子２００や図１３に
示す従来の振動子３００を用いることもできる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動子からの２つの入力信号に位相差が発生しても前記
２つの入力信号のレベルの差を正確に測定することがで
き、しかも、電源ノイズ等の同相ノイズが乗っても前記
２つの入力信号のレベルの差を正確に測定することがで
き、測定精度を一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による振動角速度計を示す構
成図である。

【図２】振動子の一例を示す図であり、（ａ）はその斜
視図、図（ｂ）はその正面図である。

【図３】振動子にコリオリ力が働いていない場合の図１
中の各部の波形を示す波形図である。

【図４】振動子にコリオリ力が働いている場合の図１中
の各部の波形を示す波形図である。

【図５】振動子の他の一例を示す図であり、（ａ）はそ
の斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図６】本発明の他の実施例による振動角速度計を示す
構成図である。

【図７】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）は
その斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図８】振動子にコリオリ力が働いている場合の図６中
の各部の波形を示す波形図である。

【図９】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）は
その斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１０】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１１】振動子の更に他の例を示す図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１２】従来の振動子の一例を示す図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１３】従来の振動子の他の例を示す図であり、
（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１４】図１２に示す振動子を用いた従来の振動角速
度計の概略構成を示す図である。

【図１５】図１３に示す振動子を用いた従来の振動角速
度計の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１，１００，１０１，４００，５００，６００ 振動子 ２ 自励振回路 ３ 検出回路 ３０，４０，１３０，１４０ 理想ダイオード回路 ５０，６０，１５０，１６０ 平滑回路 ７０，１７０ 差動回路 １１ 第１の部材 １２ 第２の部材 １３，１４，１５，１６，１７，５０１ 電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動子からの２つの入力信号に基づいて
   前記振動子に作用するコリオリ力に相当する検出信号を
   得る検出回路において、 前記２つの入力信号のうちの一方を所定の極性に半波整
   流する第１の半波整流手段と、 前記２つの入力信号のうちの他方を前記所定の極性と同
   一の極性に半波整流する第２の半波整流手段と、 前記第１及び第２の半波整流手段の出力をそれぞれ平滑
   する第１及び第２の平滑回路と、 前記第１の及び第２の平滑回路の出力の差動をとる差動
   回路と、 を備えたことを特徴とする検出回路。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の半波整流手段がそれ
   ぞれ理想ダイオード回路であることを特徴とする請求項
   １記載の検出回路。
3. 【請求項３】 振動子と、該振動子を自励振駆動する自
   励振回路と、前記振動子からの２つの入力信号に基づい
   て前記振動子に作用するコリオリ力に相当する検出信号
   を得る検出回路と、を備えた振動角速度計において、前
   記検出回路が請求項１又は２記載の検出回路であること
   を特徴とする振動角速度計。
4. 【請求項４】 前記振動子が、直方体形状の圧電材料か
   らなる第１及び第２の部材と、前記第１の部材の第１の
   側面と前記第２の部材の第１の側面との間に挟んで形成
   された第１の電極と、前記第１の部材の前記第１の側面
   に相対する前記第１の部材の第２の側面における両側位
   置にそれぞれ形成されるか、あるいは、前記第１の部材
   の前記第１の側面と隣合う前記第１の部材の第３及び第
   ４の側面にそれぞれ形成された第２及び第３の電極と、
   前記第２の部材の前記第１の側面に相対する前記第２の
   部材の第２の側面に形成された第４の電極と、を備え、 前記第２及び第３の電極から得られる信号をそれぞれ前
   記２つの入力信号とすることを特徴とする請求項３記載
   の振動角速度計。
5. 【請求項５】 前記振動子が、前記第１の部材の前記第
   ２の側面の略中央の位置に形成された第５の電極を更に
   備えたことを特徴とする請求項４記載の振動角速度計。
6. 【請求項６】 前記振動子が、直方体形状の圧電材料か
   らなる第１の部材と、直方体形状の第２の部材と、前記
   第１の部材の第１の側面と前記第２の部材の第１の側面
   との間に挟んで形成された第１の電極と、前記第１の部
   材の前記第１の側面に相対する前記第１の部材の第２の
   側面における両側位置にそれぞれ形成されるか、あるい
   は、前記第１の部材の前記第１の側面と隣合う前記第１
   の部材の第３及び第４の側面にそれぞれ形成された第２
   及び第３の電極と、前記第１の部材の前記第２の側面の
   略中央の位置に形成された第４の電極と、を備え、 前記第２及び第３の電極から得られる信号をそれぞれ前
   記２つの入力信号とすることを特徴とする請求項３記載
   の振動角速度計。