KR100263246B1 - 진동자이로의검출회로및이를이용한진동자이로장치 - Google Patents

Abstract

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Description

진동자이로의 검출회로 및 이를 이용한 진동자이로장치

본 발명은 회전 각속도를 검출하는 자이로에 관한 것이며, 보다 상세히는 압전체를 사용한 음차형의 음차형압전 진동자이로와 그 출력신호를 처리하는 검출회로(센서회로)를 갖는 진동자이로장치에 관한 것이다.

근년에 와서 차량적재 내비게이션이나 카메라의 손 흔들림 방지등에 사용되는 자이로는 고정밀화나 고감도화가 요구되고 있다. 이 때문에 압전진동자이로에 관한 기술이 활발이 개발되고 있다.

압전진동자이로는 소정의 진동이 진행되고 있는 동안에 회전 각속도가 가해지면, 그 진동과 직각의 방향으로 코리오리 힘(coriolis' force)이 생기는 것을 이용하고 있다. 이와 같은 압전진동자이로로는 여러가지 타입의 것이 제안되고 있다. 이 중에서 음차형 압전진동은 비용대 성능비(cost performance)가 비교적 높으므로 주목되고 있다. 특히 최근에는 압전단결정을 이용한 음차형 압전진동자이로의 연구 개발이 활발해지고 있다.

이와 같은 압전단결정을 이용한 음차형 압전진동자이로는, 예를 들어 미국 특허 제5,329,816호나 미국 특허 5,251,483호에 개시되어 있다. 미국 특허 제5,329,816호에 개시된 음차형 압전진동자이로(또는 자이로소자라고도 한다)는 2개의 암과 이것들을 지지하는 베이스를 가지며, 이것들은 압전단결정으로 일체적으로 형성되어 있다. 또 한쪽 암에 음차진동을 구동하는 구동전극을 설치하고, 다른 쪽 암에 회전각속도를 검출하는 검출전극을 설치하고 있다.

이와 같은 전극구성을 갖는 진동자이로를 도 23에 나타낸다. 도 23(a)에 나타낸 바와 같이 진동자이로(10)는 LiTaO₃나 LiNbO₃등의 압전단결정으로 된 음차를 가지며,2개의 암(11, 12)과 이것들을 접속하는 베이스(13)을 갖는다. 도 23(b)에 나타낸 바와 같이 암(11)에 구동전극(14∼17)을 취부하고, 암(12)에 검출전극(18, 19)을 취부한다. 전극(14∼17)에는 구형파(矩形波)를 출력하는 구동원(20)이 도시한 바와 같이 접속되어 있다. 각속도에 따른 검출신호(전압)는 검출전극(18)과 검출전극(19) 사이로부터 출력된다.

미국 특허 5,251,483호에는 상기 전극구성과는 다른 전극구성의 음차형 압전진동자이로가 도시되어 있다. 구체적으로는 2개의 암의 각각에 검출전극을 설치한 것이다. 일반적으로 이와 같은 전극구성을 차동형 구조라 한다. 상기 미국 특허 5,251,483호에 도시된 검출전극은 각 암의 4면 또는 3면에 설치한 구성이다.

이와 같은 전극구성을 갖는 진동자이로를 도 24에 나타낸다. 암(11)에는 전극(14∼17, 25)이 설치되고, 암(12)에는 전극(21∼24, 26)이 설치되어 있다. 전극(15, 17, 21, 23)은 구동전극으로서 작용하고, 전극(14, 16, 22, 24, 25, 26)은 검출전극으로서 작용한다. 도시한 바와 같이 2개의 검출신호 1과 2가 얻어지고, 그 차분(差分)이 각속도에 대응한다.

도 25에 상기 도 23 및 도 24에 나타낸 진동자이로의 동작을 나타낸다. 구동전극에 구동원으로부터의 구동신호(전압)을 인가하여, 2개의 암(11, 12)은 X방향으로 진동하기 시작한다. 그리고 Z축을 중심으로 하여 진동자이로를 회전하면, X방향과 직교하는 Y방향으로 코리오리 힘에 비례한 크기의 진동을 시작한다. 코리오리 힘은 각속도에 비례함으로, Y방향의 진동 크기에 비례한 신호(검출신호)를 검출함으로써, 각속도를 검출할 수 있다.

일반적으로 도 23에 나타낸 바와 같이 음차의 한쪽 암(11)으로 구동하고, 다른쪽 암(12)으로 검출신호를 얻는 타입에서는 도 26에 나타낸 검출회로(27)가 사용된다. 진동자이로로부터의 검출신호를 위상조정회로(도시 생략)를 통해서 동기검파회로(31)에 부여한다. 동기검파회로(31)는 구동원을 포함한 구동회로(30)가 출력하는 구동신호를 기준신호로서 동기검파를 행하고, 평활화회로(도시 생략)를 통해서 차동증폭회(32)에 부여한다. 차동증폭회로(32)는 전원전압(28)을 받는 오프셋조정회로(29)가 출력하는 오프셋전압과 검파출력을 차동증폭하고 출력 1과 2를 출력한다. 출력 1과 2의 전위차의 값으로 각속도를, 출력 1과 2의 정부(正負)로 회전방향을 알 수 있다.

도 27은 도 24에 나타낸 구성의 진동자이로의 검출회로를 나타낸 도면이다. 2개의 검출신호 1과 2는 검출회로(33)의 차동증폭회로(32)에 주어져서 차동증폭된다. 차동증폭회로(34)의 출력신호는 도 26에 나타낸 차동증폭회로(32)로 오프셋전압과 비교하여 출력 1과 2가 얻어진다.

도 27에 나타낸 구성에서는 검출신호 1과 2를 차동증폭하고 있으므로, 검출신호 1과 2에 포함된 누설전압인 여분의 신호를 캔슬할 수가 있다. 또한 진동자이로가 회전하지 않고 정지하고 있으면 출력은 얻을 수 없을 것이나, 실제로는 정지하고 있어도 약간의 검출출력이 발생한다. 이 검출출력을 누설전압이라 한다.

도 28에 누설전압이 생기는 원인을 나타낸다. 누설전압이 생기는 원인은 크게 3가지로 대별할 수가 있다. 제1은 전기기계 결합누설이라 불리며, 전극 불균형(전극의 크기나 위치의 오차)에 의해 생기는 힘계수의 잉여성분에 의한 것이다. 전기기계 결합누설에는 구동측의 전기기계 누설과 검출측의 전기기계 누설이 있다. 제2는 정전 누설이라 불리며, 입출력간(구동측 전극과 검출측 전극 사이)의 정전결합용량에 의한다. 제3은 기계 누설이라 불리며, 구동측 진동과 검출측 진동의 기계적인 결합에 의한다.

일반적으로 이들 누설을 저감하기 위해서 하기와 같은 번거로운 공정이 필요해진다. 예를 들어 전극 위치를 정밀도가 좋게 형성한다거나, 위치가 어굿난 경우에는 전극을 깎는다거나 하는 등의 조정을 한다. 또 도 29(a)에 나타낸 바와 같이 암의 코너부분(35)을 깎아서 모멘트를 변화시키므로써 불필요한 방향의 진동을 억제하도록 조정을 한다.

그러나 현실적으로는 누설을 한없이 0에 가깝게 하는 일은 대단히 번거러우며 어렵다. 도 23에 나타낸 타입의 경우 도 30에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 구동파형이 방형파(方形波)의 연속일 경우 검출전극으로 얻는 누설전압은 위상이 구동파형과 90°어긋난 sin파에 단차(段差)가 생긴 파형이 된다. 파형의 단차부분은 정전 누설에 상당하고, sin파부분은 전기기계 누설에 상당한다.

또 도 24에 나타낸 타입의 경우 도 31에 나타낸 바와 같이, 검출출력 1과 검출출력 2는 각각 상이한 크기의 정전 누설 및 sin 누설을 포함한다. 따라서 검출신호 1과 2의 차동증폭에서는, 예를 들어 정전 누설 성분을 제거하려고 하면 도 31에 나타낸 바와 같이 sin성분이 잔류하고 만다. 또 sin성분을 제거하려고 해도 정전 누설 성분이 잔류하고 만다. 이와 같이 단순한 차동증폭으로는 누설 성분을 제거할 수 없는 문제점이 있다.

이상 설명한 누설전극에 의해 회전하고 있지 않아도 출력이 있기 때문에 분해능이 열화하는, 환언하면 회전하고 있지 않은 경우의 검출신호가 얻어지지 않는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하고, 전극의 위치 정밀도가 좋게 형성하거나 전극의 삭제등의 번거러운 공정을 행하지 않고, 검출회로를 고안함으로써 전기기계 누설 및 정전 누설의 저감을 가능하게 하여, 번잡한 제조공정을 필요로 하지 않고 누설을 저감하여 진동자이로의 분해능을 향상시키는 것을 과제로 한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예의 구성을 나타낸 블록도.

제2도는 본 발명의 제2실시예의 구성을 나타낸 블록도.

제3도는 본 발명의 제3실시예의 구성을 나타낸 블록도.

제4도는 본 발명의 제4실시예의 구성을 나타낸 블록도.

제5도는 본 발명의 제1실시예의 동작을 나타낸 파형도.

제6도는 본 발명의 제2실시예의 동작을 나타낸 파형도.

제7도는 본 발명의 제3실시예의 동작을 나타낸 파형도.

제8도는 본 발명의 제4실시예의 동작을 나타낸 파형도.

제9도는 본 발명의 제5실시예의 구성을 나타낸 블록도.

제10도는 본 발명의 제6실시예의 구성을 나타낸 블록도.

제11도는 본 발명의 제7실시예의 구성을 나타낸 블록도.

제12도는 본 발명의 제8실시예의 구성을 나타낸 블록도.

제13도는 본 발명의 제5실시예의 동작을 나타낸 파형도.

제14도는 본 발명의 제6실시예의 동작을 나타낸 파형도.

제15도는 본 발명의 제7실시예의 동작을 나타낸 파형도.

제16도는 본 발명의 제8실시예의 동작을 나타낸 파형도.

제17도는 실시예 중에서 사용 가능한 위상조정회로의 1구성례를 나타낸 도면.

제18도는 제1도~제4도 및 제9도~제12도에 나타낸 실시예 중 후단회로의 1구성례를 나타낸 블록도.

제19도는 제4도에 나타낸 본 발명의 제4실시예에 상당하는 구성의 회로도.

제20도는 제4도에 나타낸 본 발명의 제4실시예를 연산증폭기를 이용하여 실현한 구성의 회로도.

제21도는 제12도에 나타낸 본 발명의 제8실시예에 상당하는 구성의 회로도.

제22도는 제12도에 나타낸 본 발명의 제8실시예를 연산증폭기를 이용하여 실현한 구성의 회로도.

제23도는 진동자이로의 1구성례(단일의 검출신호를 출력하는 타입)를 나타낸 도면.

제24도는 진동자이로의 다른 구성례(2개의 검출신호를 출력하는 타입)를 나타낸 도면.

제25도는 진동자이로의 동작을 설명한 도면.

제26도는 제23도에 나타낸 진동자이로의 검출회로의 종래구성을 나타낸 블록도.

제27도는 제24도에 나타낸 진동자이로의 검출회로의 종래구성을 나타낸 블록도.

제28도는 누설전압이 생기는 원인을 나타낸 도면.

제29도는 누설전압을 저감시키는 종래의 방법을 나타낸 도면.

제30도는 누설에 의해 검출신호가 받는 영향을 나타낸 파형도.

제31도는 제27도에 나타낸 검출회로의 동작을 나타낸 파형도.

청구항 1 기재의 발명은 진동자이로로부터 출력된 검출신호를 처리하여 각속도에 따른 출력신호를 출력하는 검출회로에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 구동축의 잉여성분에 의한 전기기계적 누설에 의한 불필요한 전압을 저감하는 회로를 설치한 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로이다. 상기 누설에 의한 불필요한 전압을 저감할 수 있으므로, 진동자이로가 각속도를 검지하고 있지 않은 상태에서 검출출력이 발생함을 회피할 수가 있다. 종래에는 이와 같은 상기 누설을 저감하기 위해서 진동자이로를 극히 좋은 정밀도로 제조할 필요가 있었으나, 본 발명에서는 검출신호의 신호처리로 저감할 수 있으므로, 번잡한 제조공정을 필요로 하지 않고 상기 누설을 저감하여, 진동자이로의 분해능 향상을 도모할 수 있다.

청구항 2 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 구동축의 잉여성분에 의한 전기기계적 누설에 의한 불필요한 전압을 저감하는 회로는 정전적 누설을 저감하는 회로를 포함한 것을 특징으로 한다. 종래 이와 같은 누설을 저감하는 데는 진동자이로를 극히 좋은 정밀도로 제조할 필요가 있었으나, 본 발명에서는 검출신호의 신호처리로 이러한 누설을 저감할 수 있다.

청구항 3 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 구동신호가 인가되는 하나의 구동전극과 쌍을 이루는 다른 쪽 구동전극의 신호와 상기 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 포함하고, 상기 검출신호에 포함된 전기기계 누설을 저감하는 것을 특징으로 한다. 구동신호가 연속 방형파의 경우 상기 다른 쪽 구동전극의 신호는 sin파이다. 한편 검출신호는 sin파이다. 따라서 이들 sin과를 차동증폭함으로써 sin파 성분을 제거할 수 있으므로, 상기 전기기계 누설을 저감할 수가 있다.

청구항 4 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 진동자이로에 인가된 구동신호와 상기 검출신호를 가산하는 가산회로를 포함하며, 상기 검출신호에 포함된 정전 누설을 저감하는 것을 특징으로 한다. 구동신호가 연속 방형파의 경우 검출신호는 sin파이다. 이 sin파에는 정전 누설에 의한 단차부분을 포함하나, 상기 구동신호와 가산함으로써 단차부분을 제거할 수 있으므로, 가산결과는 거의 sin파 성분이 된다.

청구항 5 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호는 제1 및 제2 검출신호로 되며, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 제1 및 제 2 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 검출신호에 포함된 전기기계 누설을 저감하는 것을 특징으로 한다. 2개의 검출신호가 출력되는 타입의 진동자이로에 관한 것으로서, 차동증폭회로는 상기 청구항 3 기재와 같이 작용한다.

청구항 6 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호는 제1 및 제2 검출신호로 되며, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 진동자이로에 인가된 구동신호와 상기 제1 및 제2 검출신호를 가산하는 가산회로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 검출신호에 포함된 정전 누설을 저감하는 것을 특징으로 한다. 2개의 검출신호가 출력되는 타입의 진동자이로에 관한 것으로서, 가산회로는 상기 청구항 4 기재와 같이 작용한다.

청구항 7 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 진동자이로에 인가된 구동신호와 상기 검출신호를 가산하는 가산회로와, 이 가산회로의 출력신호와 구동신호가 인가되는 하나의 구동전극과 쌍을 이루는 다른 쪽 구동전극의 신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 갖는 것을 특징으로 한다. 가산회로로 정전 누설이 저감되고, 차동증폭회로로 전기기계 누설이 저감된다.

청구항 8 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 구동신호가 인가되는 하나의 구동전극과 쌍을 이루는 다른 쪽 구동전극의 신호와 상기 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭회로와, 이 차동증폭회로의 출력신호와 상기 진동자이로에 인가된 구동신호를 가산하는 가산회로를 갖는 것을 특징으로 한다. 차동증폭회로로 전기기계 누설이 저감되고, 가산회로로 정전누설이 저감된다.

청구항 9 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호는 제1 및 제2 검출신호로 되며, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 진동자이로에 인가된 구동신호와 상기 제1 및 제2 검출신호를 각각 가산하는 가산회로와, 이 가산회로로부터 출력된 2개의 신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 갖는 것을 특징으로 한다. 가산회로로 정전 누설이 저감되고, 차동증폭회로로 전기기계 누설이 저감된다.

청구항 10 기재의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 검출신호는 제1 및 제2 검출신호로 되며, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 제1 및 제2 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭회로와, 이 차동증폭회로의 출력신호와 상기 진동자이로에 인가된 구동신호를 가산하는 가산회로를 갖는 것을 특징으로 한다. 차동증폭회로로 전기기계 누설이 저감되고, 가산회로로 정전 누설이 저감된다.

청구항 11 기재의 발명은 진동자이로 및 이 진동자이로로부터 출력된 검출신호를 처리하여 각속도에 따른 출력신호를 출력하는 검출회로를 갖는 진동자이로장치에 있어서, 상기 검출회로는 청구항 1∼10의 어느 한 항에 기재된 검출회로인 것을 특징으로 하는 진동자이로장치이다. 번잡한 제조공정을 필요로 하지 않고 누설을 저감하여 높은 분해능의 진동자이로장치를 제공할 수 있다.

[실시예]

본 발명의 주된 특징은 도 23 또는 도 24의 구성에시 구동측의 힘계수의 잉여성분에 의한 전기기계 누설을 저감하기 위한 차동증폭회로를 설치한 것과 도 23 또는 도 24의 구성에서 정전 누설을 저감하기 위한 가산회로를 설치한 것에 있다. 본 발명에 의하면 상기 차동증폭회로 또는 상기 가산회로의 어느 한쪽만을 설치하여도 좋으며, 또는 양쪽 모두를 설치하여도 좋다.

도 1∼도 4는 각각 도 23에 나타낸 진동자이로를 사용한 진동자이로장치의 구성을 나타낸 도면이다. 이하 차례로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 진동자이로장치의 요부의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 나타낸 구성은 구동측의 힘계수의 잉여성분에 의한 전기기계 누설을 저감하기 위한 차동증폭회로를 설치한 것을 특징으로 한다. 도 1에서 전극(36)은 도 23에 나타낸 전극(14, 17)에 상당하고, 전극(37)은 도 1에 나타낸 전극(15, 16)에 상당한다. 구동회로(38)는 도 23에 나타낸 구동원(20)을 포함한다. 전극(37)은 증폭회로(39)를 거쳐서 차동증폭회로(40)의 한쪽 입력에 접속되어 있다. 전극(37)에서 얻어진 신호는 증폭회로(39)로 증폭되어 차동증폭회로(40)에 주어진다. 전극(37)에서 얻어진 신호는 구동파형(연속 방형파라 한다)과 같은 위상의 sin파이다. 이 sin파 신호는 적당한 배율(후술한다)을 가진 증폭회로(39)로 증폭된다. 이 검출신호는 차동증폭회로(40)의 다른 쪽 입력에 주어진다. 이 검출신호는 sin파 신호이다. 검출신호와 전극(37)에서 얻어진 신호는 위상이 90°다르기 때문에 적어도 한쪽의 신호를 위상조정회로로 위상이 일치하도록 조정한다. 또한 이 위상조정회로는 도 1에는 도시하고 있지 않으나 후술하는 도면에서 상세히 설명한다. 차동증폭회로(40)는 검출신호와 증폭회로(39)의 출력신호를 차동증폭하고, 그 출력신호를 후단회로(41)에 출력한다. 후술하는 바와 같이 후단회로(41)는 도 26에 나타낸 오프셋 조정회로(29), 동기검파회로(31) 및 차동증폭회로(32)를 포함한 것이며, 2개의 출력 1, 2를 출력한다.

도 5는 도 1에 나타낸 진동자이로장치의 동작을 나타낸 파형도이다. 또한 상기 위상조정은 이미 이루어진 상태의 파형이다. 도 1에 나타낸 구동회로(38)는 연속 방형파의 구동신호를 전극(36)에 부여한다. 이에 따라 전극(37)에서 얻어진 sin파를 증폭회로(39)로 증폭한다. 이 때의 증폭회로(39)의 증폭률은 도 5에 나타낸 검출신호의 sin파 성분을 제거할 수 있도록 한다. 이와 같이 증폭률을 설정함으로써 도 5에 나타낸 바와 같이, 차동증폭회로(40)의 출력신호는 sin파 성분을 포함하지 않고, 정전 누설만이 남은 방형파, 즉 구동측의 전기기계 누설을 저감한 출력을 얻을 수 있다. 또한 차동증폭회로(40)의 출력에 약간 남아있는 sin파 성분은 대부분이 기계 누설 성분이며, 도 29에 나타낸 바와 같은 방법으로 저감할 수가 있다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 진동자이로장치의 요부의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2에 나타낸 구성은 정전 누설을 저감하기 위한 가산회로를 설치한 것을 특징으로 한다. 구동회로(38)가 출력하는 구동신호(연속 방형파)는 적당한 증폭률을 갖는 증폭회로(42)로 증폭되어 가산회로(43)에 출력된다. 가산회로(43)는 도 23에 나타낸 진동자이로로부터 검출신호를 받아서 증폭회로(42)의 출력과 가산한다. 가산처리를 할 때는 정전 누설 성분을 제거하기 위해 증폭회로(42)의 출력신호 또는 검출신호의 어느하나를 반전시킬 필요가 있다. 그리고 증폭회로(42)의 증폭률을 적당히 설정함으로써, 도 6에 나타낸 바와 같이 검출신호에 포함된 정전 누설에 상당한 단차부를 제거하고 sin파 성분만의 파형을 얻을 수 있다. 가산회로의 출력은 후단회로(41)로 처리된다. 또한 가산회로(43)의 출력에 포함된 기계 누설 성분은 도 29에 나타낸 바와 같은 같은 방법으로 저감할 수가 있다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 진동자이로장치의 요부의 구성을 나타낸 블록도이다. 또 도 7은 도 3에 나타낸 진동자이로장치의 동작을 나타낸 파형도이다. 도 3에 나타낸 구성은 도 1과 도 2에 각각 나타낸 구성을 조합한 것이다. 가산회로(43)의 출력을 차동증폭회로(40)에 부여한다. 상술한 바와 같이 가산회로(43)의 출력신호는 sin파이다. 또 상술한 바와 같이 증폭회로(39)의 출력신호는 sin파이다. 이들 sin파의 적어도 어느 한쪽의 위상을 조정한 후에 차동증폭회로(40)로 차동증폭한다. 이에 따라 차동증폭회로(40)의 출력에서 정전 누설과 구동측의 전기기계누설 성분의 저감이 가능해진다. 또한 차동증폭회로(40)의 출력에 약간 남아있는 sin파 성분은 그 대부분이 기계 누설 성분이며, 도 29에 나타낸 바와 같은 방법으로 저감할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 진동자이로장치의 요부의 구성을 나타낸 블록도이다. 또 도 8은 도 4에 나타낸 진동자이로장치의 동작을 나타낸 파형도이다. 도 4에 나타낸 구성은 도 3의 구성과 다른 방법으로서, 도 1과 도 2에 각각 나타낸 구성을 조합한 것이다. 가산 회로(43)는 차동증폭회로(40)의 출력과 증폭 회로(42)의 출력을 가산한다. 상술한 바와 같이 차동증폭회로(40)의 출력 신호는 sin파이다. 또 상술한 바와 같이 증폭회로(42)의 출력신호는 sin파이다. 이들 sin파의 적어도 어느 한 쪽의 위상을 조정한 후에 가산회로(43)로 가산한다. 이에 따라 가산회로(43)의 출력에서 정전 누설과 구동측의 전기기계 누설 성분의 저감이 가능해진다. 또한 가산회로(43)의 출력에 약간 남아있는 sin파 성분은 그 대부분이 기계누설 성분이며, 도 29에 나타낸 바와 같은 방법으로 저감할 수가 있다.

도 1∼도 4의 변형례는 여러가지로 쉽게 생각할 수가 있다. 예를 들어 도 1∼도 4에서 검출신호를 증폭하는 증폭회로를 설치하여도 좋다.

다음에 도 9∼도 12를 참조하여 본 발명의 제5∼제8실시예를 설명한다. 도 9∼도12는 각각 도 24에 나타낸 진동자이로를 사용한 진동자이로장치의 구성을 나타낸 도면이다. 이하, 차례로 설명한다.

도 9는 본 발명의 제5실시예에 의한 진동자이로장치의 요부의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 5에 나타낸 구성은 구동측의 힘계수의 잉여성분에 의한 전기기계 누설을 저감하기 위한 차동증폭회로를 설치한 것을 특징으로 한다. 또 도 13은 도 9에 나타낸 진동자이로장치의 동작을 나타낸 파형도이다. 상술한 바와 같이 도 24에 나타낸 진동자이로는 2개의 검출신호 1과 2를 출력한다. 도 9에 나타낸 바와 같이 한쪽의 검출신호 1을 적당한 증폭률의 증폭회로(45)를 통해서 차동증폭회로(46)에 부여하고, 다른 쪽 검출신호 2를 차동증폭회로(46)에 부여한다. 증폭회로(45)의 증폭률을 검출신호 1과 2에 각각 포함된 sin파 성분을 제거하도록 설정함으로써, 구동측의 전기기계 누설을 저감할 수가 있다. 그 결과, 차동증폭회로(46)의 출력신호에 남아있는 sin파 성분은 대부분이 기계 누설 성분이며, 도 29에 나타낸 바와 같은 방법으로 저감할 수 있다. 차동증폭회로(46)의 출력신호는 후단회로(47)에서 동기검파, 증폭등이 처리된다.

도 10은 본 발명의 제6실시예에 의한 진동자이로장치의 요부의 구성을 나타낸 블록도이다. 또 도 14는 도 10에 나타낸 진동자이로장치의 동작을 나타낸 파형도이다. 도 10에 나타낸 구성은 정전 누설을 저감하기 위한 가산회로를 설치한 것을 특징으로 한다. 증폭회로(49, 50)는 각각 적당한 증폭률로 구동신호(예를 들어 연속 방형파)를 증폭하고, 가산회로(51, 52)에 증폭한 구동신호를 인가한다. 이 경우에 검출신호 1과 2간의 위상이 맞도록 위상을 조정하여, 가산회로(51, 52)에 증폭한 구동신호를 인가한다. 가산회로(51, 52)는 각각 검출신호 1과 2를 증폭회로(49, 50)의 출력신호에 가산한다. 이 가산처리에 의해 도 14에 나타낸 바와 같이 검출신호 1과 2에 포함된 구형파 성분을 저감, 즉 정전 누설 성분을 저감할 수 있다. 그 결과, 가산회로(51, 52)가 출력하는 신호는 거의 sin파 성분, 즉 전기기계 누설성분이 된다. 후단회로(55)는 가산회로(51, 52)의 출력신호를 차동증폭, 동기검파, 증폭등을 한다.

도 11은 본 발명의 제7실시예에 의한 진동자이로장치의 요부의 구성을 나타낸 블록도이다. 또 도 15는 도 11에 나타낸 진동자이로장치의 동작을 나타낸 파형도이다. 도 11에 나타낸 구성은 도 9 및 도 10에 각각 나타낸 구성을 조합한 것이다. 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 가산회로(51, 52)의 출력은 각각 sin파 성분이며, 정전 누설 성분은 저감되어 있다. 가산회로(51)의 출력신호를 적당한 증폭률을 갖는 증폭회로(45)로 증폭하고, 그 출력과 가산회로(52)의 출력이 차동증폭회로(46)에 의해 차동증폭된다. 이에 따라 구동측의 전기기계 누설을 저감할 수 있다. 또한 차동증폭회로(46)의 출력신호에 약간 남아있는 sin파 성분은 대부분이 기계주설 성분이며, 도 29에 나타낸 바와 같은 방법으로 저감할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제8실시예에 의한 진동자이로장치의 요부의 구성을 나타낸 블록도이다. 또 도 16은 도 12에 나타낸 진동자이로장치의 동작을 나타낸 파형도이다. 도 12에 나타낸 구성은 도 11의 구성과 다른 방법으로서, 도 9와 도 10에 각각 나타낸 구성을 조합한 것이다. 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 차동증폭회로(46)의 출력파형은 방형파이다. 또 구동회로(38)가 출력하는 구동신호의 파형도 방형파이다. 따라서 2개이 방형파의 위상을 조정하여 적당한 증폭률을 설정하여 가산회로(51)에서 가산하면, 도 16에 나타낸 바와 같이 가산회로(51)의 출력에 포함된 정전 누설과 구동측의 전기기계 누설 성분을 저감할 수 있다. 또한 가산회로(51)의 출력신호에 약간 남아있는 sin파 성분은 대부분이 기계 누설 성분이며, 도 29에 나타낸 바와 같은 방법으로 저감할 수 있다.

도 9∼도 12의 변형례는 여러가지로 쉽게 생각할 수가 있다. 예를 들어 도9, 도11 및 도 12에서 검출신호 2를 증폭하는 증폭회로를 설치하여도 좋다.

도 17은 상기 실시예중에서 설명한 위상조정회로의 일례를 나타낸 도면이다. 구동측 암(1l)의 접지측 전극과 접지간에 설치된 가변캐퍼시터(C1)가 위상조정회로이다. 가변캐퍼시터(C1)의 용량을 가변함으로써, 전극(37)에서 얻어지는 신호와 검출 신호 사이의 위상을 조정할 수 있다.

도 18은 상기 실시예의 후단회로(41, 47, 55)의 1구성례를 나타낸 블록도이다. 후단회로(41, 47, 55)는 이상기(移相器)(57), AC증폭기(58), 동기검파회로(59), 저역통과필터(LPF)(60) 및 DC증폭기(61)를 갖는다. 이상기(57)는 전단회로로부터의 출력신호(예를 들어 도 1에 나타낸 차동증폭회로(40)의 출력신호)의 위상을 변화시킨다. AC증폭기(58)는 이상기(57)로부터 출력된 신호를 AC증폭한다. 동기검파회로(59)는 AC증폭기(58)의 출력신호를 구동회로(38)로부터의 구동신호로 동기검파하는 것으로서, 공지의 동기검파 IC로 구성된다. 동기검파출력에 포함된 오버슈트등의 불필요한 고주파 성분은 LPF(60)로 제거되고, DC증폭기(61)에 주어진다. DC증폭기(61)는 도 26에 나타낸 오프셋 조정회로(29) 및 차동증폭회로(32)에 상당하는 것으로서, LPF(60)로부터의 신호의 레벨에 따른 출력 1, 2를 생성한다. 상술한 바와 같이 출력 1과 2의 전위차의 값으로 각속도를 알 수 있고, 출력 1과 2의 정부로 회전방향을 알 수 있다.

도 10 및 도 11에 나타낸 구성의 후단회로(55)에서는 그 전단으로부터의 2개의 출력신호중 한쪽 신호가 이상기(57)에 주어진다.

도 19는 상술한 도 4에 나타낸 구성에 상당하는 회로도이다. 구동회로(38)는 가변저항(R1)을 포함한 저항, 가변캐퍼시터(C1)를 포함한 캐퍼시터, 트라이스테이트버퍼, 제너 다이오드등을 가지며, 구동측 암(11)을 포함하여 발진회로를 구성한다.

발진주파수나 위상은 가변저항(R1)이나 가변캐퍼시터(C1)를 조정함으로써 조정할 수 있다. 또한 도 17에서는 위상조정회로인 가변캐퍼시터(C1)를 구동회로(38)와는 별도 구성으로 도시하였으나, 도 19에서는 가변캐퍼시터(C1)를 구동회로(38)의 일구성부품으로 하고 있다.

가변캐퍼시터(C1)에 접속되는 증폭회로(39)는 트랜지스터(Q2)를 갖는 에미터 폴로어회로이다. 도 4에서는 사용되고 있지 않으나, 검출신호를 증폭하는 증폭회로(39A)가 도 19에 나타낸 구성에서 사용되고 있다. 증폭회로(39A)는 트랜지스터(Q1)를 갖는 에미터 폴로어회로이다.

증폭회로(39) 및 증폭회로(39A)의 출력신호는 차동증폭회로(40)에 주어진다. 또 구동회로(38)의 구동신호는 가산회로(43)에 주어진다. 도 4에 나타낸 증폭회로(42)는 도 19의 회로구성에서는 사용되지 않는다. 차동증폭회로(40)는 트랜지스터(Q3, Q4, Q5)를 갖는다. 증폭회로(39A)의 출력신호는 결합캐퍼시터를 거쳐서 트랜지스터(Q3)의 베이스에 주어지고, 증폭회로(39)의 출력신호는 결합캐퍼시터를 거쳐서 트랜지스터(Q4)의 베이스에 주어진다. 트랜지스터(Q5)는 정전류원으로서 기능하고, 그 전류량은 가산회로(43)의 출력신호로 제어된다. 가산회로(43)는 가변저항(R2)과 고정저항(R3)을 가지며, 구동전압을 분압한 전압으로 트랜지스터(Q5)의 베이스전압을 공급한다. 이 베이스전압에 의해 차동증폭회로(40)의 증폭률을 변화시킬 수 있다. 또한 도 4에서는 차동증폭회로(40)의 출력신호와 구동신호를 가산회로(43)로 가산하는 구성으로 되어 있으나, 도 19에 나타낸 구성에서는 차등증폭회로(40)의 증폭률을 구동전압에 따라 변화시킴으로써, 실질적으로 도 4에 나타낸 동작을 실현하고 있다.

차동증폭회로(40)의 한쪽 출력신호(트랜지스터(Q3)의 컬렉터전압)만을 꺼내어 후단회로(41)의 이상기(57)에 부여한다. 이상기(57)는 트랜지스터(Q5), 저항 및 캐퍼시터를 가지며, 트랜지스터(Q5)의 베이스에 주어진 신호의 위상을 결정한다. AC증폭기(58)는 트랜지스터(Q6, Q7), 저항 및 캐퍼시터등을 가지며, 이상기(57)의 출력신호를 AC증폭한다. AC증폭기(58)의 출력신호는 동기검파회로(59)에 주어져서, 구동회로(38)로부터의 구동신호로 동기 검파된다.

검파된 신호는 저항과 캐퍼시터를 갖는 LPF(60)를 통과하여 DC증폭기(61)에 주어진다. DC증폭기(61)는 트랜지스터(Q8, Q9), 가변저항(R4)을 포함한 저항, 캐퍼시터 등을 갖는다. LPF(60)로부터의 신호는 트랜지스터(Q9)의 베이스에 주어지고, 저항(R4)으로 설정된 기준전압은 저항을 거쳐서 트랜지스터(Q8)의 베이스에 주어진다. 이 기준전압은 트랜지스터(Q8)와 트랜지스터(Q9)로 된 차동증폭의 오프셋전압 조정전압으로서 작용한다. 트랜지스더(Q8)와 트랜지스터(Q9)의 컬렉터로부터 출력 2와 1이 각각 얻어진다.

또한 도 19에 나타낸 회로는 전원전압 Vcc로 동작한다.

도 4에 대응하는 도 19의 회로도가 있으면 도 1∼도 3의 회로도는 자명하므로, 그 회로도 및 설명은 생략한다.

도 20은 도 4에 나타낸 구성을 연산증폭기(OP amp)를 사용하여 실현하는 경우의 회로도이다. 구동측 암(11)의 접지측 전극(37)에 접속되는 증폭회로(39)는 연산증폭기(OP1), 저항 및 캐퍼시터로 된다. 연산증폭기(OP1)의 입출력간의 캐퍼시터는 오버슈트등의 불필요한 고주파성분을 평활화하는 기능을 갖는다. 구동회로(38)에 접속된 증폭회로(42)는 연산증폭기(OP3), 가변저항(R2)을 포함한 저항 및 캐퍼시터를 갖는다. 전극(37)에서 얻어지는 신호는 여기서 반전되어 후술하는 가산회로(43)에 주어진다. 가변저항(R2)을 가변하여 증폭회로(42)의 증폭률을 조정할 수 있다. 연산증폭기(OP3)의 출입력간의 캐퍼시터는 오버슈트등의 불필요한 고주파성분을 평활화하는 기능을 갖는다.

검출신호는 증폭회로(65)(도 4에서는 사용되지 않는다)를 거쳐서 차동증폭회로(40)에 주어진다. 차동증폭회로(65)는 연산증폭기(0P2), 저항 및 캐퍼시터로 된다. 연산증폭기(0P2)의 출입력간의 캐퍼시터는 오버슈트등의 불필요한 고주파성분을 평활화하는 기능을 갖는다.

차동증폭회로(39)는 연산증폭기(OP4), 가변저항(R3)을 포함한 저항으로 된다. 저항(R3)은 차동증폭회로(39)의 증폭률을 조정하는 기능을 갖는다. 증폭회로(65)의 출력신호는 저항을 거쳐서 연산증폭기(OP4)의 반전 입력단자에 주어지며, 증폭회로(39)의 출력신호는 저항을 거쳐서 비반전 입력단자에 주어진다.

가산회로(43)는 연산증폭기(OP5) 및 저항으로 되며, 차동진폭회로(40) 및 증폭회로(42) 각각의 출력을 저항을 거쳐서 가산하고 연산증폭기(OP5)의 반전 입력단자에 주어진다. 연산증폭기(OP5)의 출력은 후단회로(41)(도 4)에 출력된다.

이와 같이 연산증폭기를 사용하여도 좋다. 또한 도 1∼도 3의 구성을 연산증폭기를 사용하여 실현하는 것은 도 20의 구성으로부터 자명하므로, 그 도시 및 설명은 생략한다.

도 21은 도 12에 나타낸 구성에 상당하는 회로도이다. 그리고 도 21에서 도 19에 나타낸 구성요소와 동일한 것은 동일한 참조번호를 붙이고 있다. 검출신호 1을 증폭하는 증폭회로(51)는 도 19에 나타낸 증폭회로(39A)와 마찬가지 구성이다. 또 검출신호 2를 증폭하는 증폭회로(51A)는 도 19에 나타낸 증폭회로(39)와 마찬가지 구성이다. 차동증폭회로(46)는 도 19에 나타낸 차동증폭회로(40)와 마찬가지 구성이며, 가산회로(51)는 도 19에 나타낸 가산회로(43)와 마찬가지 구성이다.

도 22는 도 12에 나타낸 구성을 연산증폭기를 사용하여 실현한 구성의 회로도이다. 그리고 도 22에서 도 20에 나타낸 구성요소와 동일한 것은 동일한 참조번호를 붙이고 있다. 검출신호 1을 증폭하는 증폭회로(51)는 도 20에 나타낸 증폭회로(65)와 마찬가지 구성이다. 또 검출신호 2를 증폭하는 증폭회로(51A)는 도 20에 나타낸 증폭회로(39)와 마찬가지 구성이다. 차동증폭회로(46)는 도 20에 나타낸 자동증폭회로(40)와 마찬가지 구성이다. 증폭회로(49)는 도 20에 나타낸 증폭회로(42)와 마찬가지 구성이다. 가산회로(51)는 도 20에 나타낸 가산회로(43)와 마찬가지 구성이다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였다. 본 발명은 상기 실시예의 양태에 한정되지 않고, 임의로 조합하여 그 이외의 다른 양태를 구성할 수 있으며, 이것들도 본

발명의 범위내의 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 하기와 같은 효과가 얻어진다.

청구항 1, 2 기재의 발명에 의하면, 진동자이로로부터 출력되는 검출신호에 포함된 전기기계적 누설전압 또는 정전적 누설전압을 포함한 전기기계적 누설전압을 저감하는 회로를 설치하였으므로, 진동자이로가 각속도를 검지하지 않은 상태에서 검출출력이 발생함을 회피할 수 있다. 종래에는 이와 같은 누설을 저감시키기 위해서 진동자이로를 극히 좋은 정밀도로 제조할 필요가 있었으나, 본 발명에서는 검출신호의 신호처리로 저감할 수 있으므로, 번잡한 제조공정을 필요로 하지 않고 누설을 저감하고, 진동자이로의 분해능의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 3 기재의 발명에 의하면, 전기기계 누설을 저감할 수 있다.

청구항 4 기재의 발명에 의하면, 정전 누설을 저감할 수 있다.

청구항 5 기재의 발명에 의하면, 전기기계 누설을 저감할 수 있다.

청구항 6 기재의 발명에 의하면, 정전 누설을 저감할 수 있다.

청구항 7∼10 기재의 발명에 의하면, 정전 누설과 전기기계 누설의 양자를 저감할 수 있다.

청구항 11 기재의 발명에 의하면, 번잡한 제조공정을 필요로 하지 않고 누설을 저감하고, 높은 분해능의 진동자이로장치를 제공할 수 있다.

Claims (11)

1. 진동자이로로부터 출력된 검출신호를 처리하여 각속도에 따른 출력 신호를 출력하는 검출회로에 있어서,

   상기 검출신호에 포함된 구동측의 잉여성분에 의한 전기기계적 누설에 의한 불필요한 전압을 저감하는 회로를 설치한 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로
2. 제1항에 있어서, 상기 불필요전압저감회로는 정전적 누설을 저감하는 회로를 포함한 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 구동신호가 인가되는 하나의 구동전극과 쌍을 이루는 다른 쪽 구동전극의 신호와 상기 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 포함하고, 상기 검출신호에 포함된 전기기계 누설을 저감하는 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
4. 제1항에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 진동자이로에 인가된 구동신호와 상기 검출신호를 가산하는 가산회로를 포함하고, 상기 검출신호에 포함된 정전 누설을 저감하는 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
5. 제1항에 있어서, 상기 검출신호는 제1 및 제2 검출신호로 되고, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 제1 및 제2 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 검출신호에 포함된 전기기계 누설을 저감하는 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
6. 제1항에 있어서, 상기 검출신호는 제1 및 제2 검출신호로 되고, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 진동자이로에 인가된 구동신호와 상기 제1 및 제2 검출신호를 가산하는 가산회로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 검출신호에 포함된 정전 누설을 저감하는 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
7. 제1항에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 진동자이로에 인가된 구동신호와 상기 검출신호를 가산하는 가산회로와, 이 가산회로의 출력신호와 구동신호가 인가되는 하나의 구동전극과 쌍을 이루는 다른 쪽 구동전극의 신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 갖는 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
8. 제1항에 있어서, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 구동신호가 인가되는 하나의 구동전극과 쌍을 이루는 다른 쪽 구동전극의 신호와 상기 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭회로와, 이 차동증폭회로의 출력신호와 상기 진동자이로에 인가된 구동신호를 가산하는 가산회로를 갖는 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
9. 제1항에 있어서, 상기 검출신호는 제1 및 제2 검출신호로 되고, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 진동자이로에 인가된 구동신호와 상기 제1 및 제2 검출신호를 각각 가산하는 가산회로와, 이 가산회로로부터 출력된 2개의 신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 갖는 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
10. 제1항에 있어서, 상기 검출신호는 제1 및 제2 검출신호로 되고, 상기 검출신호에 포함된 누설전압을 저감하는 회로는 상기 제1 및 제2 검출신호를 차동증폭하는 차동증폭회로와, 이 차동증폭회로의 출력신호와 상기 진동자이로에 인가된 구동신호를 가산하는 가산회로를 갖는 것을 특징으로 하는 진동자이로의 검출회로.
11. 진동자이로 및 이 진동자이로로부터 출력된 검출신호를 처리하여 각속도에 따른 출력신호를 출력하는 검출회로를 갖는 진동자이로장치에 있어서, 상기 검출회로는 제1항 내지 제10항의 어느 한 항에 기재된 검출회로인 것을 특징으로 하는 진동자이로장치.

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