JPH09210691A - 圧電振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電振動ジャイロにおいてジャイロ特性を良
好にするとともに量産化可能とすること。 【解決手段】 二つの圧電振動子が互いに直交して配置
されており、発振回路４１ａはこれら圧電振動子のうち
一つの出力を受けて自励発振し駆動信号を出力する。こ
の駆動信号は二つの圧電振動子に与えられ、圧電振動子
が駆動される。そして、圧電振動子の出力に応じて２軸
における角速度を検出する。このように、一つの駆動信
号で二つの圧電振動子を駆動するようにしたから、圧電
振動子の共振周波数差に起因する干渉ノイズを防止で
き、製造過程における種々の要因による圧電振動子の共
振周波数のずれを気にすることなく圧電振動子を製造す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動ジャイロに
関し、特に、所謂棒状屈曲振動子を用いる圧電振動ジャ
イロに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カメラ一体型ＶＴＲにおける手
振れ防止機構及び自動車用ナビゲーションシステム等で
は、ジャイロスコープが用いられており、このジャイロ
スコープのうちには圧電振動子を用いた圧電振動ジャイ
ロがある。圧電振動ジャイロでは、振動物体（振動して
いる物体）に角速度が与えられるとその振動方向に直角
な方向にコリオリ力が発生するという力学現象を利用し
ている。

【０００３】ここで、振動系において、互いに直交する
２方向における振動が可能でさらにこの振動の検出が可
能である振動系を考えると、一方向における振動を励振
した状態で、２方向の振動面が交わる線と平行な軸を中
心軸として振動子自体を回転させると、上述のコリオリ
力によって振動（一方向における振動）と直角な方向に
力が作用することになる。この結果、他方向の振動が励
振されることになる。この他方向の振動の大きさは、一
方向の振動（入力側の振動）の大きさ及び上述の回転
（つまり、角速度）に比例する。この結果、圧電振動子
を用いた場合には、入力電圧が一定であれば、出力電圧
の大きさから角速度の大きさを知ることができる。

【０００４】ここで、図４を参照して、圧電振動ジャイ
ロ用圧電振動子について説明する。

【０００５】図示の圧電振動子は円柱状の圧電セラミッ
ク体１を備えており、圧電セラミック体１の側面には駆
動用電極２が配設されるとともに検出用電極３及び４と
アース用電極５とが配設されている。これら駆動用電極
２と検出用電極３及び４とは互いに接続されており、こ
れら駆動用電極２と検出用電極３及び４とはアース用電
極５との間で分極処理されている。

【０００６】圧電セラミック体１はゴム状軟磁性体１１
ａ及び１１ｂで支持されており、ゴム状軟磁性体１１ａ
及び１１ｂは絶縁性ホルダー１２に固定されている。具
体的には、ホルダー１２には所定の間隔をおいて一対の
保持部１２ａ及び１２ｂが形成されており、ゴム状軟磁
性体１１ａ及び１１ｂはそれぞれ保持部１２ａ及び１２
ｂに固定されている。

【０００７】ホルダー１２には合計４個の端子７乃至１
０が埋め込まれている。具体的には、保持部１２ａの両
側端にはそれぞれコ字状の端子７及び１０が埋め込ま
れ、その一部が保持部１２ａの上面及び下面に露出して
いる。同様に、保持部１２ｂの両側端にはそれぞれコ字
状の端子８及び９が埋め込まれ、その一部が保持部１２
ｂの上面及び下面に露出している。そして、上述の電極
２乃至５はそれぞれリード線６を介して端子７乃至１０
の一端面（上端面）に接続され、図示されていないが端
子７乃至１０の他端面（下端面）は測定用回路に接続さ
れる。

【０００８】ここで、図５を参照して、カメラ一体型Ｖ
ＴＲを例にあげて、手振れの大きさを検出して画面の揺
れを補正する際に用いられる圧電振動ジャイロについて
説明する。

【０００９】図示の圧電振動ジャイロは図４に示す圧電
振動ジャイロ用圧電振動子（以下単に圧電振動子と呼
ぶ）を２個備えている。図５においては、これら圧電振
動子を参照番号２１及び２２で示し、圧電振動子２２に
おいては、図４に示す端子７乃至１０をそれぞれ参照番
号７´乃至１０´で示すこととする。

【００１０】圧電振動子２１及び２２は互いに直交して
配置され、これによって、例えば、ヨー方向及びピッチ
方向の２軸における角速度を検出する。図４で説明した
ように、端子７及び７´は駆動用電極に接続され、端子
８、９、８´、及び９´は検出用電極に接続され、端子
１０及び１０´はアース用電極に接続されている。

【００１１】ここで、図６も参照して、同一構成の駆動
検出回路３１及び３２を二つ用いて圧電振動子２１及び
２２はそれぞれ独立的に駆動検出される。

【００１２】図示のように、検出駆動回路３１は、発振
回路３１ａ、差動回路３１ｂ、同期検波回路３１ｃ、及
び整流回路３１ｄを備えており、同様にして、検出駆動
回路３２は、発振回路３２ａ、差動回路３２ｂ、同期検
波回路３２ｃ、及び整流回路３２ｄを備えている。

【００１３】駆動検出回路３１に注目して、発振回路３
１ａは端子８及び９、つまり、検出用電極に接続される
とともに端子７（つまり、駆動用電極）及び同期検波回
路３１ｃに接続されており、発振回路３１ａは自励発振
回路を構成している。

【００１４】発振回路３１ａからの発振信号は駆動信号
として端子７に与えられるとともに同期検波用信号とし
て同期検波回路３１ｃに与えられる。端子８及び９から
の検出信号は差動回路３１ｂに与えられ、差動回路３１
ｂは、例えば、これら検出信号を差動増幅して差動増幅
信号として出力する。

【００１５】同期検波回路３１ｃでは同期検波用信号に
同期して差動増幅信号を検波して検波信号として出力す
る。この検波信号は整流回路３１ｄで整流され検出電圧
信号（第１の検出電圧信号）として出力端子３１ｅから
出力される。同様にして、駆動検出回路３２からは出力
端子３２ｅを介して第２の検出電圧信号が出力される。
そして、これら第１及び第２の検出電圧信号に応じて、
例えば、ヨー方向及びピッチ方向の２軸における角速度
を検出する。

【００１６】ところで、圧電振動子を製造する際、同一
の圧電振動子を製造しようとしても、製造過程における
種々の要因によって圧電振動子の共振周波数は僅かにず
れ、各圧電振動子の共振周波数が異なってしまう。この
ため、圧電振動子を駆動する際には、上述のように、各
圧電振動子毎に発振回路を配置し、この発振回路を自励
発振回路とする必要がある。つまり、上記の発振回路３
１ａ及び３２ａは、互いに異なる周波数の発振信号を送
出する。

【００１７】このような圧電振動ジャイロにおいて、２
個の圧電振動子を互いに接近して配置した場合、一方の
圧電振動子の励振振動が空気中又は共通の基板等を介し
て他方の圧電振動子に伝達される結果、相互に干渉が発
生する。そして、このような干渉がノイズとなってジャ
イロ特性が劣化する恐れがある。

【００１８】例えば、圧電振動ジャイロに角速度が加え
られていない状態でその出力を測定すると、図７に示す
ように、２個の圧電振動子において共振周波数の差は約
１０Ｈｚあり、ジャイロ出力に１０Ｈｚの干渉ノイズが
生じていることがわかる（なお、この測定に当たって
は、圧電セラミック体としてφ２．０×１６ｍｍの形状
のものを用いた）。

【００１９】このような不具合を防止するためには、一
般に、２個の圧電振動子を離して配置したり（第１の手
法）、又は、ダンパー材を用いた支持ベース等によって
互いに励振振動が伝達されにくい構造が採用される（第
２の手法）。

【００２０】さらに、２個の圧電振動子の形状を互いに
異なる形状としてそれぞれの共振周波数の差を大きく
（通常２００Ｈｚ以上）して、圧電振動ジャイロ出力の
うち手振れによる周波数帯域（０．１Ｈｚ〜５０Ｈｚ）
よりも干渉ノイズの周波数が高くなるようにする（２０
０Ｈｚ以上）。そして、干渉ノイズをローパスフィルタ
でカットして干渉ノイズレベルを低減させる手法も採ら
れている（第３の手法）。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述の第１の手法にお
いて、２個の圧電振動子を離して配置する結果、ジャイ
ロ自体が大型化するばかりでなく、圧電振動子を離して
配置しても干渉ノイズを程度よく低減させることが難し
いという問題点がある。

【００２２】また、第２の手法においても、励振振動の
相互伝達を防止することは難しく、いずれにしても、第
１及び第２の手法ともに干渉ノイズを効果的に低減させ
ることが困難である。

【００２３】一方、第３の手法では、圧電振動ジャイロ
を製造する際、互いに形状の異なる２個の圧電振動子を
作成し、これら圧電振動子に電極を形成する必要があ
る。つまり、同一の製造条件下で、２種類の圧電振動子
を製造することが必要となり、量産性が著しく低下して
しまうという問題点がある。このような、問題点は、３
個の圧電振動子を用いた３軸圧電振動ジャイロでより顕
著となる。

【００２４】本発明の目的はジャイロ特性が良好で量産
化できる圧電振動ジャイロを提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
圧電振動子を互いに直交する状態に配置して、前記直交
する座標軸における角速度を検出するようにした圧電振
動ジャイロにおいて、前記圧電振動子の各々を同一の周
波数を有する駆動信号で駆動する駆動手段を有すること
を特徴とする圧電振動ジャイロが得られ、前記駆動手段
は、例えば、前記複数の圧電振動子のうち一つの出力を
受け前記駆動信号を生成する自励発振回路である。

【００２６】このように、同一周波数の駆動信号で各圧
電振動子を駆動することによって、各圧電振動子の共振
周波数差に起因する干渉ノイズを相殺でき、この結果、
ジャイロ特性を良好にできるばかりでなく、製造過程に
おける種々の要因による圧電振動子の共振周波数のずれ
を気にすることなく圧電振動子を量産化できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下本発明について図面を参照し
て説明する。

【００２８】図１を参照して、図示の圧電振動ジャイロ
は駆動検出回路４１及び検出回路４２を備えており、こ
れら駆動検出回路４１及び検出回路４２は、後述するよ
うに圧電振動子に接続される。

【００２９】駆動検出回路４１及び検出回路４２に接続
される圧電振動子は、図５に示す状態に配置される。な
お、以下の説明では、便宜上、圧電振動子は図５におけ
る参照符号と同一の参照番号を用いて説明する。

【００３０】駆動検出回路４１は、発振回路４１ａ、差
動回路４１ｂ、同期検波回路４１ｃ、及び整流回路４１
ｄを備えており、検出回路４２は、差動回路４２ａ、同
期検波回路４２ｂ、及び整流回路４２ｃを備えている。

【００３１】図５も参照して、駆動検出回路４１におい
て、発振回路４１ａは、圧電振動子２１の端子８及び
９、つまり、検出用電極に接続されるとともに端子７
（つまり、駆動用電極）及び同期検波回路４１ｃに接続
されており、発振回路４１ａは自励発振回路を構成して
いる。さらに、発振回路４１ａは圧電振動子２２の端子
７´（つまり、駆動電極）に接続されるとともに同期検
波回路４２ｂに接続されている。この結果、発振回路３
１ａからの発振信号が駆動信号として端子７及び端子７
´に与えられ、圧電振動子２１及び２２が駆動される。

【００３２】圧電振動子２１からの検出信号は端子８及
び９を介して差動回路３１ｂに与えられ、差動回路３１
ｂでは、例えば、これら検出信号を差動増幅して差動増
幅信号として出力する。

【００３３】同期検波回路４１ｃには発振回路４１ａか
らの発振信号が同期検波用信号として与えられ、同期検
波回路４１ｃでは同期検波用信号に同期して差動増幅信
号を検波して検波信号として出力する。この検波信号は
整流回路４１ｄで整流され検出電圧信号（第１の検出電
圧信号）として出力端子４１ｅから出力される。

【００３４】同様にして、圧電振動子２２からの検出信
号は端子８´及び９´を介して差動回路４２ａに与えら
れる。同期検波回路４２ｂでは同期検波用信号に同期し
て差動回路４２ａの出力（差動増幅信号）を検波して検
波信号として出力する。この検波信号は整流回路４２ｃ
で整流され検出電圧信号（第２の検出電圧信号）として
出力端子４２ｄから出力される。そして、これら第１及
び第２の検出電圧信号に応じて、例えば、ヨー方向及び
ピッチ方向の２軸における角速度が検出される。

【００３５】上記の圧電振動ジャイロに角速度が加えら
れていない状態で、その出力を測定すると、図２に示す
ように、２個の圧電振動子において共振周波数の差が存
在しても、ジャイロ出力には、干渉ノイズがまったく生
じていないことがわかる（なお、この測定に当たって
は、圧電セラミック体としてφ２．０×１６ｍｍの形状
のものを用いた）。

【００３６】このように、一方の圧電振動子（圧電振動
子２１）の検出出力のみを用いて自励発振回路を構成
し、この自励発振回路の出力（発振信号）を他方の圧電
振動子（圧電振動子２２）の駆動電極にも加えることに
よって、共振周波数の差に起因する干渉ノイズを相殺で
きる。

【００３７】上述の例では、２軸圧電振動ジャイロにつ
いて説明したが、３軸圧電振動ジャイロについても、図
１と同様に構成することができる。図３を参照して、３
軸圧電振動ジャイロについて説明する。なお、図示の例
において、図１に示す例と同一の構成要素について同一
の参照番号を付す。

【００３８】３軸圧電振動ジャイロでは３個の圧電振動
子が用いられ、これら圧電振動子は互いに直交して配置
される。つまり、図５に示す状態において、圧電振動子
２１及び及び２２に直交して別の圧電振動子（以下付加
圧電振動子と呼ぶ、図示せず）が配置される。この付加
圧電振動は圧電振動子２１及び及び２２と同様に構成さ
れ、以下の説明では、付加圧電振動子の駆動電極に接続
される端子に符号７ａを、検出電極に接続される端子に
符号８ａ及び９ａを、アース電極に接続される端子に符
号１０ａを付す。

【００３９】図示の圧電振動ジャイロは、駆動検出回路
４１及び検出回路４２の他に検出回路４３を備えてい
る。そして、検出回路４３は、差動回路４３ａ、同期検
波回路４３ｂ、及び整流回路４３ｃを備えている。

【００４０】駆動検出回路４１の発振回路からは端子７
ａに発振信号が駆動信号として与えられ、さらに、この
発振信号は同期検波用信号として同期検波回路４３ｂに
も与えられる。そして、差動回路４３ａには端子８ａ及
び９ａを介して付加圧電振動子の検出信号が与えられ
る。

【００４１】従って、検出回路４３からは、付加圧電振
動子に加わる加速度に応じた検出電圧信号（第３の検出
電圧信号）が出力端子４３ｄを介して出力されることに
なる。

【００４２】このように、一つの自励発振回路を用いて
３軸方向の加速度を検出することができ、このような３
軸圧電振動ジャイロにおいても、共振周波数差に起因す
る干渉ノイズが互いに相殺され、各出力（つまり、第１
乃至第３の検出電圧信号）における干渉ノイズをなくす
ことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、各圧
電振動子の共振周波数差に起因する干渉ノイズを防止す
ることができ、この結果、製造過程における種々の要因
による圧電振動子の共振周波数のずれを気にすることな
く圧電振動子を製造することができる。つまり、圧電振
動子の量産化が可能となる。さらに、各圧電振動子の共
振周波数差に起因する干渉ノイズを防止することができ
から、ジャイロ特性を良好にできるという効果がある。

【００４４】さらに、本発明では、発振回路を一つ備え
るだけで済み、しかもローパスフィルタ等のフィルタ回
路が不要であるから、小型できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による圧電振動ジャイロに用いられる駆
動検出部の一例を示すブロック図である。

【図２】図１に示す圧電振動ジャイロにおける干渉ノイ
ズの状態を説明するための図である。

【図３】本発明による圧電振動ジャイロに用いられる駆
動検出部の他の例を示すブロック図である。

【図４】圧電振動ジャイロ用圧電振動子を示す斜視図で
ある。

【図５】２軸圧電振動ジャイロにおける圧電振動子の配
置関係を示す図である。

【図６】従来の圧電振動ジャイロに用いられる駆動検出
部を示すブロック図である。

【図７】図６に示す圧電振動ジャイロにおける干渉ノイ
ズの状態を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 圧電セラミック体 ２ 駆動用電極 ３，４ 検出用電極 ５ アース用電極 ７〜１０，７´〜１０´，７ａ〜１０ａ 端子 ３１，３２，４１ 駆動検出回路 ４２，４３ 検出回路 ３１ａ，３２ａ，４１ａ 発振回路 ３１ｂ，３２ｂ，４１ｂ，４２ａ，４３ａ 差動回路 ３１ｃ，３２ｃ，４１ｃ，４２ｂ，４３ｂ 同期検波回
路 ３１ｄ，３２ｄ，４１ｄ，４２ｃ，４３ｃ 整流回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧電振動子を互いに直交する状態
   に配置して、前記直交する座標軸における角速度を検出
   するようにした圧電振動ジャイロにおいて、前記圧電振
   動子の各々を同一の周波数を有する駆動信号で駆動する
   駆動手段を有することを特徴とする圧電振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された圧電振動ジャイロ
   において、前記駆動手段は、前記複数の圧電振動子のう
   ち一つの出力を受け前記駆動信号を生成する自励発振回
   路であることを特徴とする圧電振動ジャイロ。