JPH11142158A - 振動ジャイロ用回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動ジャイロや検出回路における位相遅れを
調整して、所望の応答性を得ることができる振動ジャイ
ロを得る。 【解決手段】 振動ジャイロ用回路１０は、たとえば正
３角柱状の振動体５２の側面に圧電素子５４ａ〜５４ｃ
を形成した振動ジャイロ５０を用いるための回路であ
る。検出用の圧電素子５４ａ，５４ｂを発振回路１２に
接続し、得られた駆動信号を圧電素子５４ｃに与える。
振動ジャイロ５０の圧電素子５４ａ，５４ｂの出力信号
を、検出回路の差動回路１４に入力する。差動回路１４
の出力信号を同期検波回路１６で検波し、移相回路１８
で位相を調整する。移相回路１８の出力信号を直流増幅
回路２０で増幅する。移相回路１８としては、積分回路
や微分回路などが用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振動ジャイロ用回
路に関し、特にたとえば、車両の姿勢制御，カメラの手
振れ補正などを行うために回転角速度を検出するための
振動ジャイロのための振動ジャイロ用回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の振動ジャイロ用回路の
一例を示すブロック図である。ここで用いられる振動ジ
ャイロ１は、正３角柱状の振動体２を含む。振動体２の
３つの側面には、それぞれ圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃが
形成される。圧電素子３ａ，３ｂは、増幅回路や位相回
路を含む発振回路４に接続され、発振回路４でレベルお
よび位相が調整される。このようにして得られた駆動信
号が、圧電素子３ｃに与えられる。

【０００３】圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃは、検出回路を
構成する差動回路５に接続される。差動回路５の出力信
号は、同期検波回路６において、発振回路４の信号に同
期して検波される。さらに、同期検波回路６の出力信号
は、直流増幅回路７で増幅される。

【０００４】この振動ジャイロ用回路では、圧電素子３
ａ，３ｂの出力信号が発振回路４に入力され、レベル調
整および位相調整されて、駆動信号が形成される。この
駆動信号を圧電素子３ｃに与えることにより、振動体２
は、圧電素子３ｃ形成面に直交する向きに屈曲振動す
る。無回転時においては、圧電素子３ａ，３ｂの屈曲状
態は同じであり、出力信号も同じとなる。そのため、差
動回路５からは信号が出力されず、回転角速度が加わっ
ていないことがわかる。

【０００５】振動体２の軸を中心として回転すると、コ
リオリ力によって、振動体２の振動方向が変わる。それ
により、圧電素子３ａ，３ｂの屈曲状態が変わり、これ
らの圧電素子３ａ，３ｂの出力信号に差が生じる。その
ため、差動回路５から信号が出力され、その出力信号が
同期検波回路６で検波される。さらに、同期検波回路６
の出力信号を直流増幅増回路７で増幅することにより、
回転角速度に対応した直流信号を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな振動ジャイロを用いる場合、信号の位相遅れが発生
する。つまり、回転角速度が加わってから、それに対応
する信号が出力されるまでに時間がかかる。このような
位相遅れを調整するためには、振動ジャイロ自身の材質
を変えたり、発振周波数の高周波化など、振動ジャイロ
自身について、膨大な変更をしなければならない。さら
に、検出回路においても検出信号の位相遅れが発生し、
振動ジャイロ自身の位相遅れと検出回路における位相遅
れとが合成されて、最終的な位相遅れとなる。このよう
な位相遅れが大きくなると、回転角速度の検出の応答性
が悪くなる。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、振
動ジャイロや検出回路における位相遅れを調整して、所
望の応答性を得ることができる振動ジャイロ用回路を提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、振動ジャイ
ロから出力される信号によって回転角速度を検出するた
めの検出回路を有する振動ジャイロ用回路であって、検
出回路中に信号の位相を調整するための移相回路が組み
込まれた、振動ジャイロ用回路である。この振動ジャイ
ロにおいて、移相回路は積分回路で構成することができ
る。また、移相回路は微分回路で構成してもよい。

【０００９】検出回路中の移相回路により、検出回路中
の信号の位相が調整される。このとき、移相回路として
積分回路を用いれば、信号の位相を遅らせることがで
き、微分回路を用いれば、信号の位相を進めることがで
きる。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の振動ジャイロ用
回路の一例を示すブロック図である。この振動ジャイロ
用回路１０を用いるための振動ジャイロ５０は、図２お
よび図３に示すように、たとえば正３角柱状の振動体５
２を含む。振動体５２は、たとえばエリンバ，鉄−ニッ
ケル合金，石英，ガラス，水晶，セラミックなど、一般
的に機械的な振動を生じる材料で形成される。

【００１２】振動体５２の３つの側面の中央部には、そ
れぞれ圧電素子５４ａ，５４ｂ，５４ｃが形成される。
圧電素子５４ａは、圧電セラミックなどで形成される圧
電層５６ａを含む。圧電層５６ａの両面には、電極５８
ａ，６０ａが形成される。そして、一方の電極６０ａ
が、振動体５２の側面に接着される。同様に、圧電素子
５４ｂ，５４ｃは圧電層５６ｂ，５６ｃを含み、その両
面には電極５８ｂ，６０ｂおよび電極５８ｃ，６０ｃが
形成される。そして、これらの圧電素子５４ｂ，５４ｃ
の一方の電極６０ｂ，６０ｃが、振動体５２の側面に接
着される。

【００１３】圧電素子５４ａ，５４ｂは、発振回路１２
に接続される。発振回路１２は、増幅回路や位相回路な
どを含む。圧電素子５４ａ，５４ｂの出力信号は、発振
回路１２で合成され、増幅回路および位相回路で信号の
レベルおよび位相が調整される。このようにして得られ
た駆動信号は、圧電素子５４ｃに与えられる。

【００１４】また、圧電素子５４ａ，５４ｂは、検出回
路を構成する差動回路１４に接続される。差動回路１４
の出力信号は、同期検波回路１６において、発振回路１
２の信号に同期して検波される。同期検波回路１６の出
力信号は、移相回路１８に入力される。ここでは、移相
回路１８として、図４に示すように、直列に接続される
抵抗Ｒと並列に接続されるコンデンサＣとで、積分回路
が形成されている。移相回路１８の出力端は、直流増幅
回路２０に接続される。なお、同期検波回路１６を直流
増幅回路２０に接続し、そのあとに移相回路１８を接続
してもよい。

【００１５】この振動ジャイロ用回路１０では、振動ジ
ャイロ５０の圧電素子５４ａ，５４ｂの出力信号が、発
振回路１２で合成されるとともに、信号のレベルおよび
位相が調整され、駆動信号が形成される。得られた駆動
信号は、圧電素子５４ｃに入力される。この駆動信号に
よって、圧電素子５４ｃは伸縮し、それによって振動体
５２は、圧電素子５４ｃ形成面に直交する向きに屈曲振
動する。

【００１６】無回転時においては、振動体５２は圧電素
子５４ｃ形成面に直交する向きに屈曲振動するため、圧
電素子５４ａ，５４ｂの屈曲状態は同じになる。そのた
め、圧電素子５４ａ，５４ｂの出力信号は同じとなり、
差動回路１４からは信号が出力されない。そのため、直
流増幅回路２０の出力も０となり、回転角速度が加わっ
ていないことがわかる。

【００１７】振動体５２の軸を中心として回転すると、
コリオリ力によって振動体５２の振動方向が変わる。そ
のため、圧電素子５４ａ，５４ｂの屈曲状態に差が生
じ、差動回路１４から圧電素子５４ａ，５４ｂの出力信
号の差に対応した信号が出力される。差動回路１４の出
力信号は、同期検波回路１６において、発振回路１２の
信号に同期して検波される。それにより、同期検波回路
１６からは、差動回路１４の出力信号の正部分のみまた
は負部分のみ、あるいは正負いずれかを反転した信号が
出力される。そして、同期検波回路１６の出力信号が、
移相回路１８で位相補正されたのち、直流増幅回路２０
で増幅される。それによって、振動ジャイロ５０に加わ
ったコリオリ力に対応するレベルの直流信号が得られ
る。コリオリ力は、振動ジャイロ５０に加わった回転角
速度に対応しているため、直流増幅回路２０の出力信号
を測定することにより、回転角速度を検出することがで
きる。

【００１８】振動ジャイロ５０に加わる回転角速度の方
向が変わると、振動体５２の振動方向の変化は逆とな
り、圧電素子５４ａ，５４ｂの出力信号の変化も逆とな
る。そのため、差動回路１４から出力される信号の極性
も逆となり、同期検波回路１６で検波される信号も逆極
性になる。それにより、直流増幅回路２０の出力信号の
極性も逆になる。したがって、直流増幅回路２０の出力
信号の極性から、振動シャイロ５０に加わった回転角速
度の向きを知ることができる。

【００１９】この振動ジャイロ用回路１０では、移相回
路１８として積分回路が用いられているため、同期検波
回路１６の出力信号の位相を遅らせることができる。こ
の振動ジャイロ用回路１０において、積分回路の抵抗値
および容量値を変えて、移相量を変化させた。そして、
そのときの応答性を測定し、その結果を図５に示した。
ここでは、手振れなどによる回転角速度を検出する場合
を想定して、振動周波数１０〜５０Ｈｚにおいて、位相
遅れがどのようになるかを示した。図５から、移相回路
１８の移相量が大きいほど位相遅れ量が大きくなり、移
相回路１８の移相量が小さいほど位相遅れ量が小さくな
ることがわかる。

【００２０】なお、移相回路１８は検出回路における信
号の位相調整を行うものであり、移相回路１８の移相量
を０にしても、振動ジャイロ５０自身の位相遅れを調整
することはできないため、振動ジャイロ５０自身の応答
性以上の結果を得ることはできない。しかしながら、積
分回路の抵抗値や容量値を調整することにより、印加さ
れた角速度周波数に対し、出力の位相を任意に遅らせる
ことができる。また、たとえば、５０Ｈｚ以上の寄生振
動（手振れ以外の振動）による出力への影響も軽減する
ことができる。

【００２１】また、移相回路１８としては、図６に示す
ように、直列に接続されるコンデンサＣと、並列に接続
される抵抗Ｒとからなる微分回路を用いてもよい。この
場合、検出回路における信号の位相を進めることができ
る。この振動ジャイロ用回路１０についても、微分回路
の抵抗値および容量値を変えて、応答性を測定し、その
結果を図７に示した。図７から、移相回路１８の移相量
が大きいほど、位相遅れ量が小さくなり、移相回路１８
の移相量が小さいほど位相遅れ量が大きくなることがわ
かる。

【００２２】なお、図７において、位相遅れ量がプラス
になっている部分があるが、この部分は、検出回路部分
に入力された信号の位相より進んで、振動ジャイロ５０
自身の位相遅れも補正している部分である。したがっ
て、移相回路１８として微分回路を用いた場合、積分回
路を用いた場合と異なり、振動ジャイロ５０自身の位相
遅れ分についても、応答性を補正することができる。も
ちろん、位相遅れ量がプラスになっていても、回転角速
度が加わる前に信号が出力されることはない。また、手
振れなどの振動を抑制する場合、たとえば２０Ｈｚの周
波数帯の応答性が特に重要であるときなど、微分回路を
用いることにより、ポイント的に位相遅れを０にするこ
とができる。

【００２３】さらに、移相回路１８として微分回路を用
いた検出回路と、移相回路のない検出回路について、回
転角速度を加えたときの出力信号を測定し、図８および
図９に示した。なお、図８は移相量の大きい微分回路を
用いた例であり、図９は移相量の小さい微分回路を用い
た例である。これらの図から、移相量の大きい微分回路
を用いたほうが、移相量の小さい微分回路を用いた場合
に比べて、微分回路のない検出回路の出力に対する位相
の進み量が大きいことがわかる。

【００２４】なお、微分回路はハイパスフィルタとして
も働くため、低い周波数の振動に対しては感度が悪くな
り、高い周波数の振動に対しては感度が良好となる。そ
のため、低周波領域においてはゲインが小さく、高周波
領域においてはゲインが大きくなる。

【００２５】このように、検出回路中に移相回路を組み
込むことにより、位相遅れ量を調整することができる。
しかも、移相回路として微分回路や積分回路を用いるこ
とにより、所望の位相遅れ量を得ることができる。この
振動ジャイロ用回路を用いれば、振動ジャイロ自体の設
計を変更することなく、簡単に位相遅れ量を調整するこ
とができる。

【００２６】以上に示した実施の形態において、移相回
路１８は直流増幅回路２０の前段に接続されているが、
特にこれに限定されるものではなく、移相回路１８を直
流増幅回路２０の後段に接続してもよい。

【００２７】なお、振動ジャイロ５０の振動体５２とし
ては、３角柱状に限らず、４角柱状やその他の角柱状に
してもよい。たとえば、４角柱状の振動体を用いた場
合、振動体の隣接する２つの側面に形成された圧電素子
が検出用として用いられ、他の隣接する２つの側面に形
成された圧電素子に駆動信号が入力される。それによっ
て、振動体は、対向する稜線を結ぶ向きに屈曲振動す
る。

【００２８】また、振動体５２として、圧電体材料で形
成された円柱状の振動体を用いることもできる。この場
合、円柱状の振動体の周囲に等間隔で３つの電極が形成
される。このような振動ジャイロ５０においても、２つ
の電極を検出用とし、別の１つの電極を駆動用として用
いることにより、振動体を屈曲振動させることができ
る。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、振動ジャイロ自体の
設計を変更することなく、振動ジャイロに回転角速度が
加わることによって出力される信号の位相遅れ量を簡単
に調整することができる。しかも、移相回路として微分
回路や積分回路を用いることにより、所望の位相遅れ量
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の振動ジャイロ用回路の一例を示すブ
ロック図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロ用回路に用いられる振
動ジャイロの一例を示す斜視図である。

【図３】図２に示す振動ジャイロの断面図である。

【図４】移相回路として用いられる積分回路の一例を示
す回路図である。

【図５】移相回路として積分回路を用いた場合の振動周
波数と位相遅れ量との関係を示すグラフである。

【図６】移相回路として用いられる微分回路の一例を示
す回路図である。

【図７】移相回路として微分回路を用いた場合の振動周
波数と位相遅れ量との関係を示すグラフである。

【図８】移相量の大きい微分回路を用いた振動ジャイロ
用回路と微分回路のない振動ジャイロ用回路について、
振動が加わったのちの出力信号を示すグラフである。

【図９】移相量の小さい微分回路を用いた振動ジャイロ
用回路と微分回路のない振動ジャイロ用回路について、
振動が加わったのちの出力信号を示すグラフである。

【図１０】従来の振動ジャイロ用回路の一例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ用回路 １２ 発振回路 １４ 差動回路 １６ 同期検波回路 １８ 移相回路 ２０ 直流増幅回路 ５０ 振動ジャイロ ５２ 振動体 ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 圧電素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動ジャイロから出力される信号によっ
   て回転角速度を検出するための検出回路を有する振動ジ
   ャイロ用回路であって、 前記検出回路中に信号の位相を調整するための移相回路
   が組み込まれた、振動ジャイロ用回路。
2. 【請求項２】 前記移相回路は積分回路である、請求項
   １に記載の振動ジャイロ用回路。
3. 【請求項３】 前記移相回路は微分回路である、請求項
   １に記載の振動ジャイロ用回路。