JPH10185580A - ジャイロセンサ - Google Patents

ジャイロセンサ

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JPH10185580A
JPH10185580A JP8350177A JP35017796A JPH10185580A JP H10185580 A JPH10185580 A JP H10185580A JP 8350177 A JP8350177 A JP 8350177A JP 35017796 A JP35017796 A JP 35017796A JP H10185580 A JPH10185580 A JP H10185580A
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JP
Japan
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gyro sensor
plane
sensor according
weight
electrode
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Withdrawn
Application number
JP8350177A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Yamamoto
博 山本
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、安価なジャイロセンサを提供する。 【解決手段】 重り部と、前記重り部を平面内で円軌道
を描くように移動させる駆動手段と、前記重り部が前記
平面外に移動した場合の該平面外への移動状態を検出す
る検出手段とを有するジャイロセンサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車のナビゲーシ
ョンシステムや姿勢制御、画像撮影装置の手振れ補正等
に使われるジャイロセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ジャイロセンサは、カーナビゲー
ションや撮像装置の振れ振動防止装置に応用されるよう
になってきた。これらには低価格ながら高精度な角速度
が得られる振動ジャイロがよく知られている。
【0003】具体的には特開平3−54414号公報、
特開平3−172713号公報、又は特開平7−092
175号公報に記載されているように振動体を加振し、
その時に角速度が加わるとコリオリ力が発生することを
利用し、その振動状態が変化することを検出することに
より、どちらの方向にどれだけの角速度が加わったかを
検知するジャイロ装置である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
記載されているジャイロ装置では、検出出力の能力を上
げようとすると振動の振巾や質量を大きくしたり、振動
の周波数を上げたりする必要がある。さらに、出力のバ
ランスを正確に取るために精密な機械加工が必要であっ
たり、また組立後の微妙な調整をしなければならなかっ
たりしていた。
【0005】このため、ジャイロセンサとして小型なも
のを作ろうとすると大きさに限界がでてきたり、また、
低価格のものを作ろうとするときに制限がでたりして、
なかなか超小型で安価なものが出来ていないのが実情で
あった。
【0006】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
で、小型で、安価なジャイロセンサを提供しようとする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、重り部と、前記重り部を平面内で円軌道を
描くように移動させる駆動手段と、前記重り部が前記平
面外に移動した場合の該平面外への移動状態を検出する
検出手段とを有するジャイロセンサとするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0009】図10は本発明の実施の形態に係るジャイ
ロセンサの原理を説明する図である。
【0010】図1に於いてx−y軸なる平面内をmなる
重なりがz軸を中心に速度vで時計回りに回転している
時y軸を中心に重りmに回転角速度ω1 を与えると重な
りはy軸と直角な場所にFなる力が発生する。これがコ
リオリの力である(このときF=kmvω1 なる関係が
ある。ただし、kは定数)。以下に説明する本発明の実
施の形態は、このコリオリの力を利用した回転ジャイロ
センサに関するものである。
【0011】以下、詳細に説明する。
【0012】
【実施例】
(第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に係るジャイロセンサの平面図、図2は図1のX−X
断面図である。
【0013】図1、図2に於いて1は本体部でブリッジ
部1a、1b、1c、1d及び重り部11部を有してお
り、これらは一体の導電部で構成されている。ブリッジ
部1a、1b、1c、1dには上下に電気を通電するこ
とにより機械的に伸び縮みを可能とする電歪、圧電、熱
膨張、電磁などの変換素子2a、2b、2c、2d、2
a′、2b′、2c′、2d′を張り付けておく。一方
重り部11下面に電極部12、13、14、15を形成
しておく。4は本体部下面に形成された電極基板4であ
る。基板4と本体部1とは、間に絶縁材3を介して固着
されている。図3は、図1の重り部11の下面に形成さ
れた電極部の構成を示す平面図で、図3に於いて基板4
上には、電極部51、52、53、54なるパターンが
形成され各々51a、52a、53a、54aなる電極
部51、52、53、54の引出し部が設けられてい
る。図3に二点鎖線で示された四角枠は重り部11の下
面に形成された電極部12、13、14、15の平面的
な位置関係である。
【0014】図4は、図1のジャイロセンサの回路図で
ある。図4に於いて、21は発振回路で特定の周波数を
作り出し、駆動回路22を作動させる。駆動回路22に
は各変換素子2a、2b、2c、2dへ順次通電を行な
う回路が構成されている。以下変換素子として圧電素子
を使った場合を例に説明する。駆動回路22は各変換素
子2a、2b、2c、2dへ正弦波通電を行うようにな
っており、図5にそのタイミングを示している。
【0015】図5から明らかのように変換素子2aと2
c、2bと2dとはそれぞれ位相が180°ずれ、また
変換素子2aと2b、2bと2c、2cと2d、2dと
2aとは各々位相が90°ずれた通電が行われる。この
時共通の電極Gは各々変換素子の一方の面に接着されて
いるので、もう一方の面にプラス又はマイナスの電圧を
図5にあるタイミングで印加する。
【0016】図6は重り部11を平面回転させる状態を
(a)〜(h)まで順を追って示している。図6の左図
は図1に対応する平面図、右図は図1のx−x断面図に
対応する断面図であり(a)〜(h)は、図5の通電タ
イミングの(a)〜(h)に対応している。例えば
(a)の状態は変換素子2a、2a′にマイナスの印加
を行なったため変換素子は縮み、同時に2cの変換素子
にプラスの印加を行なったため伸びている。その時上面
の変換素子2a、2cと下面の変換素子2a′、2c′
は共通電極Gを中心に上下にはられ同時に通電されるた
め変換素子2a、2a′と2c、2c′はそれぞれ同一
方向に伸び縮みを行なう。その際ブリッジ部1aと上下
面にはられた変換素子2a、2a′との合わせた共振周
波数を与える。以下同様に図5にある正弦波の通電を与
えると順次図6の(a)〜(h)の様に重り部11が平
面内を回転する(円軌道を描くように移動する)ことに
なる。
【0017】尚、この時駆動用として変換素子2a、2
b、2c、2dのみを使い反対方向の変換素子2a′、
2b′、2c′、2d′を歪−電気変換素子としてセン
サの役目をさせてもよい。
【0018】ここで、図1の平面図でななめ方向の軸に
ω1 なる角速度を加えると図10で説明した様にコリオ
リの力が重り部11に作用し、図6で平面内を回転して
いた重り部1に上下方向の力が加わる。この状態を図
7、図8に示す。
【0019】図7は重り部11が右上りになり、図8は
重り部11が左下りになるような軌跡を描きながら且つ
図6の(a)〜(h)なる平面回転をつづけようとす
る。その際電極12は基板電極51を、同様に13は5
2を、14は53を、15は54の電極範囲を超えない
ような位置関係に設定しておく。電極間の間隔でみると
重り部11の電極12と基板電極51の間隔は増加l1
となり又反対に重り部11の電極14と基板電極53と
の間隔は減少l2 になる。図4の回路図にあるように、
電極間の間隔はコンデンサの役目をしており、この間隔
が変化l1 又はl2 になることで静電容量が変化する。
この電極間にはBなる電圧が加わっているためγ1 、γ
2 、γ3 、γ4 なる抵抗に流れる電流が変化する。この
時の抵抗γ1 、γ2 、γ3 、γ4 の両端の電圧V1 、V
2 、V3 、V4 を測定すれば重り部11がどの方向にど
の程度動いたかが検出できることになる。すなわち電圧
1、V2 、V3 、V4 を測定すればこの平面内を回転
する重り部11にどの方向のどの程度角速度が加わった
か検出できることになる。その際V1 −V3 又はV2
4 なる回路構成にしておけば出力が倍加され、図1に
あるω1 、ω2 又はω3 、ω4 なる角速度をより高出力
で検出できることになる。
【0020】さらにV1 −V3 とV2 −V4 のそれぞれ
の結果の差も合わせて検出すれば平面回転している重り
に垂直に加速度が加わった状態を合せて知ることができ
る。以上述べた如く重り11にω1 、ω2 又はω3 、ω
4 なる2軸の角速度を同時に検出が可能となる。
【0021】以上の説明では重り部の回転駆動源として
圧電素子を使った例を示したが前述したように磁否、電
熱膨張素子等を使ってもよい。さらにセンサ部には静電
容量原理を利用したがブリッジ部1a、1b、1c、1
dに各々に歪検出素子を貼ったり、光学センサ等を用い
てもよい。
【0022】また、以上の実施の形態ではブリッジ部1
a、1b、1c、1dを4本で構成しているが、これは
3本以上であれば同様に駆動できる。またセンサを構成
する電極部を重り部11の電極12、13、14、15
と基板電極51、52、53、54とからなる4組の電
極から構成しているがこれも3組以上であれば同様に検
出は可能である。
【0023】さらに製造方法としては半導体プロセスを
利用し、微小な構成にすることも可能である。その際に
は本実施の形態のジャイロセンサを複数個ならべそれぞ
れのセンサ出力を並列にすればバラツキの少ない平均化
された出力を得ることができる。
【0024】(第2の実施の形態)図9は本発明の第2
の実施の形態に係るジャイロセンサの平面図である。図
1に於いて、本体61に内接されたブリッジ部61a、
61b、61c、61dに保持された重り部62に永久
磁石63、64、65、66が固着され、本体61の永
久磁石63、64、65、66に対向した位置に電磁石
67、68、69、70が固着される。
【0025】駆動方法は第1の実施の形態の圧電素子と
同様であり、順次電磁石67、68、69、70に通電
することにより重り部62を平面内に回転させることが
できる。そして重り部62の変化検出に関しても第1の
実施の形態と同様であるので省略する。
【0026】(発明と実施の形態との対応)以上の実施
の形態において、重り部11、62が本発明の重り部
に、変換素子2a〜2d、2a’〜2d’、発振回路2
1、駆動回路22、永久磁石63〜66、電磁石67〜
70が本発明の駆動手段に、重り部電極12〜15、電
極パターン51〜54が本発明の検出手段に、変換素子
2a〜2d、2a’〜2d’が本発明の電気―機械運動
変換素子又は、圧電素子に、永久磁石63〜66、電磁
石67〜70が本発明の電磁駆動手段に、ブリッジ部1
a〜1dが本発明の保持手段に、それぞれ相当する。
【0027】以上が実施の形態の各構成と本発明の各構
成の対応関係でるが、本発明は、これら実施の形態の構
成に限られるものではなく、請求項で示した機能、また
は、実施の形態の構成が持つ機能が達成できる構成であ
ればどのようなものであってもよいことは言うまでもな
い。
【0028】また、本発明は、以上の各実施の形態また
は、それら技術要素を必要に応じて組み合わせるように
してもよい。
【0029】また、本発明は、特許請求の範囲または実
施の形態の構成の全体若しくは一部が、一つの装置を形
成するようなものであっても、他の装置と結合するよう
なものであっても、装置を構成する要素となるようなも
のであってもよい。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、小
型で、安価なジャイロセンサが提供できるものである
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るジャイロセンサの平
面図。
【図2】図1のX−X軸で断面した断面図。
【図3】図1のジャイロセンサの電極基板の平面パター
ン図。
【図4】図1のジャイロセンサの全本構成回路図。
【図5】図1のジャイロセンサの駆動変換素子に通電す
るタイミング図。
【図6】図1のジャイロセンサの重り部が動作する平面
図及び断面図。
【図7】図1のジャイロセンサの平面内回転重りにコリ
オリ力が発生した時の断面図。
【図8】図1のジャイロセンサの平面内回転重りにコリ
オリ力が発生した時の断面図。
【図9】本発明の他の実施の形態に係るジャイロセンサ
の平面図。
【図10】本発明の実施の形態の装置の原理を説明する
図。
【符号の説明】
1 本体 1a、1b、1c、1d ブリッジ 2a、2b、2c、2d、2a′、2b′、2c′、2
d′ 変換素子 3 絶縁材 4 基板 51、52、53、54 電極パターン 11 重り部 12、13、14、15 重り部電極 63、64、65、66 磁石 67、68、69、70 電磁石

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重り部と、前記重り部を平面内で円軌道
    を描くように移動させる駆動手段と、前記重り部が前記
    平面外に移動した場合の該平面外への移動状態を検出す
    る検出手段とを有することを特徴とするジャイロセン
    サ。
  2. 【請求項2】 前記検出手段は、前記ジャイロセンサに
    作用する角速度に応じた信号を出力することを特徴とす
    る請求項1記載のジャイロセンサ。
  3. 【請求項3】 前記駆動手段は、電気―機械運動変換素
    子を有することを特徴とする請求項1、又は2記載のジ
    ャイロセンサ。
  4. 【請求項4】 前記電気―機械運動変換素子は、圧電素
    子であることを特徴とする請求項3記載のジャイロセン
    サ。
  5. 【請求項5】 前記ジャイロセンサは、前記重り部を保
    持する複数の保持部を有し、前記電気―機械運動変換素
    子が前記それぞれの保持部の両側に設けられて前記保持
    部を順次変形させることを特徴とする請求項1〜4のい
    ずれかに記載のジャイロセンサ。
  6. 【請求項6】 前記重り部を保持する複数の保持部を有
    し、前記駆動手段は、前記保持部を順次変形させること
    を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のジャイロ
    センサ。
  7. 【請求項7】 前記駆動手段は、電磁駆動手段であるこ
    とを特徴とする請求項1、2、又は6記載のジャイロセ
    ンサ。
  8. 【請求項8】 前記検出手段は、前記円軌道の中心軸に
    対して垂直な軸の回りに作用する角速度に応じた信号を
    出力することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記
    載のジャイロセンサ。
  9. 【請求項9】 前記検出手段は、前記円軌道の中心軸対
    向して配置される複数の検出部を有することを特徴とす
    る請求項8に記載のジャイロセンサ。
  10. 【請求項10】 前記検出手段は、前記複数の検出部の
    出力合成することを特徴とする請求項9に記載のジャイ
    ロセンサ。
  11. 【請求項11】 前記検出手段は、前記円軌道の中心軸
    に対して垂直な複数の軸の回りにそれぞれ作用する角速
    度に応じた信号を出力することを特徴とする請求項1〜
    10のいずれかに記載のジャイロセンサ。
  12. 【請求項12】 前記検出手段は、前記平面外への移動
    量を検出することを特徴とする請求項1〜11のいずれ
    かに記載のジャイロセンサ。
  13. 【請求項13】 前記検出手段は、前記平面外への移動
    量を静電容量の変化で検出することを特徴とする請求項
    12に記載のジャイロセンサ。
JP8350177A 1996-12-27 1996-12-27 ジャイロセンサ Withdrawn JPH10185580A (ja)

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