(57)【要約】 【課題】  安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズの圧電振動ジャイロを提供する。【解決手段】  電流検出回路８の出力を第一の注入信号とし、該第一の注入信号を第一の振幅調整回路を通して加減算増幅回路２、３の反転端子または非反転端子に接続し、また、前記電流検出回路８の出力を９０度移相回路１３を通した第二の注入信号を第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路２、３の非反転端子または反転端子に接続することにより前記加減算増幅回路２、３の出力振幅を縮小調整するよう構成する。【選択図】  図１
2010071909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振周波数で振動させるための少なくとも２つの駆動電極と角速度が加わるに伴い発生する信号を検出する少なくとも２つ以上の検出電極をもつ圧電振動子と、前記圧電振動子の前記検出電極により検出される角速度に比例した微小信号出力を増幅し、直流電圧として出力する入力アンプ部、加減算増幅回路、同期検波回路、ローパスフィルタ回路からなる検出回路と、前記圧電振動子を共振周波数で自励発振させるための信号を前記駆動電極に与えるための電流検出回路、位相調整回路、自動利得制御回路からなる駆動回路から構成される圧電振動ジャイロであって、
前記電流検出回路の出力を第一の注入信号とし、該第一の注入信号を第一の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子に接続し、また、前記電流検出回路の出力を９０度移相回路を通した第二の注入信号を第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の非反転端子または反転端子に接続することにより前記加減算増幅回路の出力振幅を縮小調整することを特徴とする圧電振動ジャイロ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の振幅調整回路は可変抵抗で構成され、前記可変抵抗の抵抗値を変えることにより、前記加減算増幅回路に入力する信号振幅を調整することを特徴とする圧電振動ジャイロ。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の振幅調整回路はアンプゲインを可変することができる演算増幅回路とその次段に接続される固定抵抗で構成され、前記演算増幅回路のアンプゲインを変えることにより、前記加減算増幅回路に入力する信号振幅を調整することを特徴とする圧電振動ジャイロ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電振動ジャイロにおいて、前記第一および第二の注入信号を入力する前記加減算増幅回路の入力端子を、前記第一および第二の振幅調整回路の次段に設けた切替スイッチにより反転端子か非反転端子かを切り替えられる構造であることを特徴とした圧電振動ジャイロ。
【請求項５】
共振周波数で振動させるための少なくとも２つの駆動電極と角速度が加わるに伴い発生する信号を検出する少なくとも２つ以上の検出電極をもつ圧電振動子と、前記圧電振動子の前記検出電極により検出される角速度に比例した微小信号出力を増幅し、直流電圧として出力する入力アンプ部、加減算増幅回路、同期検波回路、ローパスフィルタ回路からなる検出回路と、前記圧電振動子を共振周波数で自励発振させるための信号を前記駆動電極に与えるための電流検出回路、位相調整回路、自動利得制御回路からなる駆動回路から構成される圧電振動ジャイロであって、
前記電流検出回路の出力を、一方はそのまま次段に設けた切替スイッチの一方に接続し、他方は前記電流検出回路の出力を、反転増幅回路を介して該切替スイッチの他方に接続し、該切替スイッチにより極性を切り替えて、後段の前記第一の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子のどちらか一方に接続し、且つ前記電流検出回路の出力を90度移相回路を通した出力を、一方はそのまま次段に設けた切替スイッチの一方に接続し、他方は前記電流検出回路の出力を、反転増幅回路を介して該切替スイッチの他方に接続し、該切替スイッチにより極性を切り替えて、後段の前記第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子のどちらか一方に接続することを特徴とした圧電振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサとして使用される振動ジャイロに関し、特に自動車のナビゲーションシステムや姿勢制御装置、カメラ一体型ＶＴＲ、デジタルカメラの手ぶれ防止装置等に用いられるジャイロスコープに好適な振動ジャイロに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動ジャイロとは、速度を持つ物体に回転角速度が与えられると、その物体自身に速度方向と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た角速度センサである。振動ジャイロは、電気的な信号を印加することで機械的な振動（以下、「駆動モード」と呼ぶ。）を励起することができ、且つ、駆動振動と直交する方向の機械的な振動（以下、「検出モード」と呼ぶ。）の大きさを電気的に検出可能とした系を有し、予め、駆動モードを励振した状態で、駆動モードの振動面と検出モードの振動面との交線と平行な軸を中心とした回転角速度を与えると、前述のコリオリ力の作用により、検出モードが発生し、出力電圧として検出できる。この検出された出力電圧は駆動モードの大きさおよび回転角速度に比例するので、駆動モードの大きさを一定にした状態では、出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。
【０００３】
近年、その他の電子部品と同様に振動ジャイロにおいても、小型化、低価格化が急速に進められている。例えば、手ぶれ防止装置等では、一般に２軸の回転角速度の検出が必要であるため、従来は１軸の回転角速度を検出できる製品を２つ使用している場合がほとんどであった。しかし最近、２軸の回転角速度の検出を１つの製品で可能とした振動ジャイロが製品化されてきている。１軸の製品を別々に生産するのに比べ、ＩＣ等の回路部やパッケージなど、共通部分を共有することが可能となり、小型、低価格化が図られる。
【０００４】
図６は、圧電振動ジャイロ用振動子を示す上面図である。図６の圧電振動ジャイロ用振動子は、２軸の回転角速度を検出できる圧電振動ジャイロ用振動子を示している。付加質量部１０４ａ〜１０４ｄをビーム１０３ａ〜１０３ｈによって枠体１０２に接続し、振動子１０１を形成している。付加質量部１０４ａ〜１０４ｄにはそれぞれビーム１０３ａ〜１０３ｄが接続されている。また、ビーム１０３ａの表面には検出電極１０６ａ、基準電圧電極１０７ｃ、１０７ｄを、ビーム１０３ｂの表面には検出電極１０６ｂ、基準電圧電極１０７ｆ、１０７ｇを、ビーム１０３ｃの表面には検出電極１０６ｃ、基準電圧電極１０７ｆ、１０７ｈを、ビーム１０３ｄの表面には検出電極１０６ｄ、基準電圧電極１０７ｃ、１０７ｅを、ビーム１０３ｅの表面には駆動電極１０５ａ、基準電圧電極１０７ａを、ビーム１０３ｆの表面には駆動電極１０５ｂ、基準電圧電極１０７ｂを形成している。
【０００５】
図７は、図６の圧電振動ジャイロ用振動子の振動モードを示す上面図である。図７（ａ）はＸモード、図７（ｂ）はＹモード、図７（ｃ）はＺモードを示す。図７（ａ）に示すＸモードは、図６を同時に参照し、２つの同位相の付加質量部１０４ａおよび１０４ｃと、２つの同位相の付加質量部１０４ｂおよび１０４ｄとが互いに逆位相で、且つ付加質量部をＸ軸方向に振動する。Ｘモードを励振した状態でＹ軸と平行な軸回りの角速度を印加すると、付加質量部にコリオリ力が働き、付加質量部１０４ａおよび１０４ｃと、付加質量部１０４ｂおよび１０４ｄとが互いに逆位相で、Ｚ軸方向に振動する。
【０００６】
すなわちＸモードを励振することで、付加質量部１０４ａおよび１０４ｃが＋Ｘ方向の速度を持ち、付加質量部１０４ｂおよび１０４ｄが−Ｘ方向の速度を持った状態において、Ｙ軸と平行な軸回りの角速度を印加し、コリオリ力が発生すると付加質量部１０４ａおよび１０４ｃは−Ｚ方向に力を受け、付加質量部１０４ｂおよび１０４ｄは＋Ｚ方向に力を受ける。この振動の検出にはＺモードが利用できる。
【０００７】
同様に、Ｚ軸と平行な軸回りの角速度を印加すると、付加質量部にコリオリ力が働き、付加質量部１０４ａおよび１０４ｃと、付加質量部１０４ｂおよび１０４ｄとが互いに逆位相でＹ軸方向に力を受ける。しかし付加質量部１０４ａ〜１０４ｄにはそれぞれビーム１０３ａ〜１０３ｄが接続され、Ｙ軸方向の変位が制限されている。したがってそれぞれの付加質量部は回転し、Ｚ軸方向に振動することになる。
【０００８】
すなわちＸモードを励振することで、付加質量部１０４ａおよび１０４ｃが＋Ｘ方向の速度を持ち、付加質量部１０４ｂおよび１０４ｄが−Ｘ方向の速度を持った状態において、Ｚ軸と平行な軸回りの角速度を印加し、コリオリ力が発生すると付加質量部１０４ａおよび１０４ｃは＋Ｙ方向に力を受け、付加質量部１０４ｂおよび１０４ｄは−Ｙ方向に力を受ける。しかし、ビーム１０３ａ〜１０３ｄの存在により、Ｙ軸方向の変位を制限するため、それぞれの付加質量部は、ビームとの接続部を中心に回転しようとする。その結果、付加質量部１０４ａおよび１０４ｄは＋Ｚ方向に変位し、付加質量部１０４ｂおよび１０４ｃは、−Ｚ方向に変位する。したがって、付加質量部１０４ａおよび１０４ｄと、付加質量部１０４ｂおよび１０４ｃとが互いに逆位相で、Ｚ軸方向に振動する。この振動の検出にはＹモードが利用できる。
【０００９】
そして振動子１０１のビーム１０３ｅ、１０３ｆに形成した駆動電極１０５ａ，１０５ｂにＸモードの共振周波数の電気信号を入力することでＸモードを励振し、ビーム１０３ａ〜１０３ｄに形成した検出電極１０６ａ〜１０６ｄに生じる電荷を検出することで、ＹモードおよびＺモードの振動を検出することができ、Ｚ軸およびＹ軸と平行な軸回りの角速度を検出できる。
【００１０】
図８は、従来の圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図である。図９は、従来の圧電振動ジャイロの入力アンプ部の回路構成の一例を示す図である。図９（ａ）は電流検出回路であり、図９（ｂ）はチャージアンプ回路である。図６の振動子１０１を共振周波数で自励発振させる駆動手段として、電流検出回路８、位相調整回路９、自動利得制御回路（以下ＡＧＣ回路）１０を有する駆動回路、検出手段として入力アンプ１ａ〜１ｄ、加減算増幅回路２，３、位相調整回路１１、同期検波回路４，５、ローパスフィルタ回路６，７とを有する検出回路、また各回路の動作基準電圧を作る基準電圧回路１２を有する。入力アンプ１ａ〜１ｄには図９（ａ）に示すような、演算増幅器１ｅの反転端子と出力端子間に固定抵抗１ｆを接続し、非反転端子を基準電圧に接地した電流検出回路や、図９（ｂ）に示すような演算増幅器１ｅの反転端子と出力端子間に固定抵抗１ｇとコンデンサ１ｈを接続し、非反転端子を基準電圧に接地したチャージアンプ回路などが用いられる。
【００１１】
Ｘモードの周波数で駆動電極１０５ａおよび１０５ｂを駆動するには駆動状態を一定に保つためのＡＧＣ回路１０の出力を駆動電極１０５ａおよび１０５ｂに接続し、電流検出回路８の入力を基準電圧電極１０７ａおよび１０７ｂに接続する。電流検出回路の仮想接地の効果により、基準電圧電極１０７ａ、１０７ｂの電位は、基準電圧に固定され、駆動電極１０５ａおよび１０５ｂと基準電圧電極１０７ａおよび１０７ｂの間に駆動電圧を印加することができる。
【００１２】
駆動電極１０５ａおよび１０５ｂに流れる駆動電流は、電流検出回路８の電流検出用抵抗８ａを流れ、電圧に変換されて検出され、位相調整回路９で自励発振の位相調整を行い、ＡＧＣ回路１０で振幅調整され、駆動電極１０５ａ、１０５ｂに再び印加される。この閉ループによりＸモードの共振周波数で自励発振させることができる。同時に電流検出回路８の出力は位相調整回路１１を通り、同期検波回路４および５に参照信号として入力される。
【００１３】
前述の通り、Ｘモードを自励発振させた状態で、Ｚ軸回りに角速度を印加するとＹモードの振動により検出電極１０６ａおよび１０６ｄと検出電極１０６ｂおよび１０６ｃには、互いに逆位相の電荷が発生する。検出電極１０６ａ〜１０６ｄには入力アンプ１ａ〜１ｄがそれぞれ接続され、発生する電荷が電圧に変換される。加減算増幅回路２の反転端子側には入力アンプ１ａと１ｄが固定抵抗２ａと２ｄを介して接続され、非反転端子側には入力アンプ１ｂと１ｃが固定抵抗２ｂと２ｃを介して接続され、同相成分同士の信号を加算し、且つ逆相成分同士の信号を減算することにより、Ｚ軸回りの角速度に比例した信号が増幅され、同期検波回路４、ローパスフィルタ回路６によって直流信号として取り出すことができる。加減算増幅回路２に用いる抵抗として、固定抵抗２ｅ、２ｆが用いられる。
【００１４】
同様にＹ軸回りに角速度を印加するとＺモードの振動により検出電極１０６ａおよび１０６ｃと検出電極１０６ｂおよび１０６ｄには、互いに逆位相の電荷が発生する。加減算増幅回路３の反転端子側には入力アンプ１ａと１ｃが固定抵抗３ａと３ｃを介して接続され、非反転端子側には入力アンプ１ｂと１ｄが固定抵抗３ｂと３ｄを介して接続され、同相成分同士の信号を加算し、且つ逆相成分同士の信号を減算することにより、Ｙ軸回りの角速度に比例した信号が増幅され、同期検波回路５、ローパスフィルタ回路７によって直流信号として取り出すことができる。加減算増幅回路３に用いる抵抗として、固定抵抗３ｅ、３ｆが用いられる。
【００１５】
また、Ｙモードによる発生電荷は加減算増幅回路３によって相殺され、Ｚモードによる発生電荷は加減算増幅回路２によって相殺される。したがってローパスフィルタ回路６の出力はＺ軸回りのみの角速度に比例した出力が、ローパスフィルタ回路７の出力はＹ軸回りのみの角速度に比例した出力がそれぞれ得られる。このような振動ジャイロは特許文献１に開示されている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−１４５３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す振動子１０１のＸモードとＹモードおよびＺモードは独立しているため振動子１０１がＸモードで自励発振している状態でＺ軸周りおよびＹ軸周りに角速度が印加されない場合、つまりコリオリ力によりＹモードおよびＺモードが励振されない状態では、理想的には入力アンプ１ａ〜１ｄの出力端子に信号は検出されない。
【００１８】
しかしながら、実際には振動子の加工寸法精度のばらつき、振動子表面に形成されている電極寸法のばらつき等により振動子のＸモードの振動方向がＸ軸に平行ではなく、斜め振動になったり、振動方向が直線ではなく楕円振動になってしまうことがあり、その場合、角速度が印加されなくとも検出電極に不要な電荷が発生してしまうことになる。また、振動子表面に形成されている各電極間には浮遊容量が少なからず存在し、その容量のカップリングによる誤差が入力アンプ１ａ〜１ｄで増幅され、出力端子には不要な誤差信号として出力されてしまうことになる。
【００１９】
以下に、入力アンプ１ａ〜１ｄが図９（ａ）の電流検出回路の場合で説明する。なお、入力アンプが図９（ｂ）のチャージアンプを使用する場合は、チャージアンプの入力信号と出力信号とは位相が９０度ずれるため、以下の説明におけるそれぞれの波形の位相関係もそれぞれ９０度ずれることになる。
【００２０】
図１０は、従来の圧電振動ジャイロの駆動検出回路における誤差信号の波形の模式図である。図１０（ａ）は駆動回路の電流検出回路出力波形を示し、図１０（ｂ）は入力アンプ１ａから出力される誤差信号波形を示し、図１０（ｃ）は４つの入力アンプ１ａ〜１ｄから出力される誤差信号波形を示し、図１０（ｄ）は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形を示す。図１０の波形の模式図を用いて動作の一例を説明する。前記誤差信号のうち、斜め振動などにより発生する第一の誤差信号は、振動子の自励発振により検出される駆動電流と同位相（または逆位相）の信号となる。つまりは電流検出回路８の出力と同位相（または逆位相）となる。
【００２１】
一方、楕円振動や浮遊容量成分による第二の誤差信号は、前記駆動電流の位相と９０度ずれた信号成分となる。つまりは電流検出回路８の出力と９０度ずれた信号となる。したがって、結果的に発生する誤差信号は、駆動電流と同位相（または逆位相）の第一の誤差信号と駆動電流と９０度位相がずれた第二の誤差信号の合成した信号となる。
【００２２】
つまり、図１０（ａ）に示す出力波形５１が電流検出回路８の出力波形とすれば、図１０（ｂ）に示す誤差信号波形５４は、角速度が印加されていない状態での検出電極１０６ａに接続された、入力アンプ１ａの出力波形である。前記入力アンプ１ａから出力される誤差信号波形５４は、図１０（ａ）に示す電流検出回路８の出力波形５１と同位相の入力アンプ１ａから出力される誤差信号の第一の誤差信号成分５２と９０度位相がずれた入力アンプ１ａから出力される誤差信号の第二の誤差信号成分５３とが合成されたものである。
【００２３】
同様に検出電極１０６ｂ〜１０６ｄに接続された入力アンプ１ｂ〜１ｄから出力される誤差信号波形５６〜５８は、例えば図１０（ｃ）のようになり、それぞれ振幅と位相が異なる信号波形となる。そして各々の信号が加算、減算されて、次段の加減算増幅回路２の出力は図１０（ｄ）の加減算増幅回路から出力される誤差信号波形６１のようになる。図１０（ｄ）の加減算増幅回路から出力される誤差信号波形６１も当然のことながら、電流検出回路８の出力波形５１と同位相の加減算増幅回路から出力される誤差信号の第一の誤差信号成分５９と９０度位相がずれた加減算増幅回路から出力される誤差信号の第二の誤差信号成分６０とが合成された波形ということになる。ただし、誤差信号は前述のとおり、加工精度、電極精度、浮遊容量などにより発生するものであるため、入力アンプ１ａ〜１ｄから出力される誤差信号は、各々同一波形とはならない。
【００２４】
一般的にこれらの不要な誤差信号は、振動子自体の任意の部分を研削したり、振動子表面に形成された電極自体を除去することにより低減させることができる。これらの振動子調整にはレーザートリミングやサンドブラスト加工などが用いられている。
【００２５】
しかし、これらの振動子調整は圧電振動ジャイロの組立工程の途中で行われるため、調整後の組立工程で、例えば加熱などの熱ストレスやケーシングなどによる外的な機械的ストレスにより振動子の特性が変化してしまうことがある。そのため振動子の調整具合がずれてしまい、結果的に駆動検出回路と組み合わせた場合、入力アンプ１ａ〜１ｄに誤差信号が出力されてしまうことになる。
【００２６】
したがって本発明の課題は、前記加減算増幅回路から出力される誤差信号が駆動電流と同位相（または逆位相）成分と９０度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小することにより、安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズの圧電振動ジャイロを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、誤差信号が駆動電流と同位相（または逆位相）成分と９０度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小するように構成した圧電振動ジャイロである。
【００２８】
本発明によれば、共振周波数で振動させるための少なくとも２つの駆動電極と角速度が加わるに伴い発生する信号を検出する少なくとも２つ以上の検出電極をもつ圧電振動子と、前記圧電振動子の前記検出電極により検出される角速度に比例した微小信号出力を増幅し、直流電圧として出力する入力アンプ部、加減算増幅回路、同期検波回路、ローパスフィルタ回路からなる検出回路と、前記圧電振動子を共振周波数で自励発振させるための信号を前記駆動電極に与えるための電流検出回路、位相調整回路、自動利得制御回路からなる駆動回路から構成される圧電振動ジャイロであって、前記電流検出回路の出力を第一の注入信号とし、該第一の注入信号を第一の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子に接続し、また、前記電流検出回路の出力を９０度移相回路を通した第二の注入信号を第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の非反転端子または反転端子に接続することにより前記加減算増幅回路の出力振幅を縮小調整することを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。
【００２９】
本発明によれば、圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の振幅調整回路は可変抵抗で構成され、前記可変抵抗の抵抗値を変えることにより、前記加減算増幅回路に入力する信号振幅を調整することを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。
【００３０】
本発明によれば、圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の振幅調整回路はアンプゲインを可変することができる演算増幅回路とその次段に接続される固定抵抗で構成され、前記演算増幅回路のアンプゲインを変えることにより、前記加減算増幅回路に入力する信号振幅を調整することを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。
【００３１】
本発明によれば、圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の注入信号を入力する前記加減算増幅回路の入力端子を、前記第一および第二の振幅調整回路の次段に設けた切替スイッチにより反転端子か非反転端子かを切り替えられる構造であることを特徴とした圧電振動ジャイロが得られる。
【００３２】
本発明によれば、共振周波数で振動させるための少なくとも２つの駆動電極と角速度が加わるに伴い発生する信号を検出する少なくとも２つ以上の検出電極をもつ圧電振動子と、前記圧電振動子の前記検出電極により検出される角速度に比例した微小信号出力を増幅し、直流電圧として出力する入力アンプ部、加減算増幅回路、同期検波回路、ローパスフィルタ回路からなる検出回路と、前記圧電振動子を共振周波数で自励発振させるための信号を前記駆動電極に与えるための電流検出回路、位相調整回路、自動利得制御回路からなる駆動回路から構成される圧電振動ジャイロであって、前記電流検出回路の出力を、一方はそのまま次段に設けた切替スイッチの一方に接続し、他方は前記電流検出回路の出力を、反転増幅回路を介して該切替スイッチの他方に接続し、該切替スイッチにより極性を切り替えて、後段の前記第一の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子のどちらか一方に接続し、且つ前記電流検出回路の出力を90度移相回路を通した出力を、一方はそのまま次段に設けた切替スイッチの一方に接続し、他方は前記電流検出回路の出力を、反転増幅回路を介して該切替スイッチの他方に接続し、該切替スイッチにより極性を切り替えて、後段の前記第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子のどちらか一方に接続することを特徴とした圧電振動ジャイロが得られる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明により、誤差信号が駆動電流と同位相（または逆位相）成分と９０度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小することにより、安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズの圧電振動ジャイロの提供が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の圧電振動ジャイロは、誤差信号が駆動電流と同位相（または逆位相）成分と９０度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小している。
【００３５】
以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図である。図８に示す従来例と同じように、電流検出回路８、位相調整回路９、ＡＧＣ回路１０を有する駆動回路、検出手段として入力アンプ部１ａ〜１ｄ、加減算増幅回路２，３、位相調整回路１１、同期検波回路４，５、ローパスフィルタ回路６，７とを有する検出回路、また各回路の動作基準電圧を作る基準電圧回路１２を有する。振動子１０１と駆動検出回路の接続も図８と同様であるので、ここでは説明は省略し、従来例と異なる部分を以下に説明する。
【００３７】
電流検出回路８の出力（第一の注入信号）を加減算増幅回路２の反転端子に可変抵抗１４ａ、切替スイッチ１６ａを介して、非反転端子に可変抵抗１４ｂ、切替スイッチ１６ｂを介してそれぞれ接続する。また、電流検出回路８の出力を９０度移相回路１３を通した出力（第二の注入信号）を、加減算増幅回路２の反転端子に可変抵抗１５ａ、切替スイッチ１７ａを介して、非反転端子に可変抵抗１５ｂ、切替スイッチ１７ｂを介してそれぞれ接続する。
【００３８】
同様に電流検出回路８の出力（第一の注入信号）を加減算増幅回路３の反転端子に可変抵抗１４ｃ、切替スイッチ１６ｃを介して、非反転端子に可変抵抗１４ｄ、切替スイッチ１６ｄを介してそれぞれ接続する。また、電流検出回路８の出力を９０度移相回路１３を通した出力（第二の注入信号）を、加減算増幅回路３の反転端子に可変抵抗１５ｃ、切替スイッチ１７ｃを介して、非反転端子に可変抵抗１５ｄ、切替スイッチ１７ｄを介してそれぞれ接続する。
【００３９】
第一の注入信号は、それぞれ可変抵抗１４ａまたは１４ｂの抵抗値を調整することにより任意の振幅に調整し、切替スイッチ１６ａまたは１６ｂどちらか一方のスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路２の反転端子か非反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。
【００４０】
同様に第一の注入信号は可変抵抗１４ｃまたは１４ｄの抵抗値を調整することにより任意の振幅に調整し、切替スイッチ１６ｃまたは１６ｄどちらか一方のスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路３の反転端子か非反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。
【００４１】
また第二の注入信号は、それぞれ可変抵抗１５ａまたは１５ｂの抵抗値を調整することにより任意の振幅に調整し、切替スイッチ１７ａまたは１７ｂどちらか一方のスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路２の非反転端子か反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。同様に第二の注入信号は可変抵抗１５ｃまたは１５ｄの抵抗値を調整することにより任意の振幅に調整し、切替スイッチ１７ｃまたは１７ｄどちらか一方のスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路３の非反転端子か反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。
【００４２】
図２は、本発明の実施の形態１での圧電振動ジャイロの駆動検出回路における誤差信号の縮小動作例を説明する波形の模式図である。図２（ａ）は駆動回路の電流検出回路出力波形（駆動電流の電圧変換した波形）を示し、図２（ｂ）は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形を示し、図２（ｃ）は加減算増幅回路に加える第一および第二の注入信号波形を示し、図２（ｄ）は第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力波形を示す。
【００４３】
図２の波形の模式図を用いて動作の一例を説明する。図２（ａ）は、駆動回路に構成されている電流検出回路８の出力波形３１であり、振動子１０１の自励発振により駆動電極１０５ａおよび１０５ｂに流れる駆動電流に相当する。図２（ｂ）は角速度が印加されていない状態で、加減算増幅回路に出力される誤差信号波形３４で、これは図１０（ｄ）と同じものである。加減算増幅回路に出力される誤差信号波形３４は電流検出回路８の出力波形３１と同位相成分の加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分３２と９０度位相がずれた成分の加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分３３とが合成された波形である。図２（ｃ）は加減算増幅回路に出力され誤差信号波形３４をキャンセルするために加減算増幅回路２に注入すべき信号波形であり、電流検出回路８の出力波形３１と同位相成分の加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形３５と９０度位相がずれた成分の加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形３６である。ただし、ここで示した２つの波形は、加減算増幅回路２の出力としてみた場合の波形である。
【００４４】
先ず、加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分３２と加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形３５が同位相であることから、加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形３５を加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分３２と同一振幅になるように可変抵抗１４ａで振幅調整し、加減算増幅回路２の反転端子に接続されている切替スイッチ１６ａをオン（切替スイッチ１６ｂはオフ）に切り替えて２つの波形を減算することで、加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分３２はキャンセルされる。
【００４５】
また、加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分３３と加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形３６が逆位相であることから、加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形３６を加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分３３と同一振幅になるように、可変抵抗１５ｂで振幅調整し、加減算増幅回路２の非反転端子に接続されている切替スイッチ１７ｂをオン（切替スイッチ１７ａはオフ）に切り替えて２つの波形を加算することで、加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分３３はキャンセルされる。したがって、加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形３５と加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形３６を注入することにより、加減算増幅回路２に出力されていた加減算増幅回路に出力され誤差信号波形３４は、第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力信号波形３７のようになり、不要な誤差信号をなくすことができる。加減算増幅回路３側についても同様の動作となる。
【００４６】
図３は、本発明の実施の形態１での圧電振動ジャイロの駆動検出回路における自励発振変調時の誤差信号の縮小動作例を説明する波形の模式図である。図３（ａ）は駆動回路の電流検出回路出力波形（駆動電流の電圧変換した波形）を示し、図３（ｂ）は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形を示し、図３（ｃ）は加減算増幅回路に加える第一および第二の注入信号波形を示し、図３（ｄ）は第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力波形を示す。
【００４７】
次に、本発明による出力ノイズの低減について説明する。振動子の自励発振が何らかの原因で、不安定な状態になることがある。このような状態になると、図３（ａ）に示すように電流検出回路８の出力波形(変調時)３８が変調しているのが観測される。自励発振が不安定になると、当然のことながら振動子の検出波形も同様に不安定になってしまう。つまり、各入力アンプ１ａ〜１ｄの出力も変調し、結果として図３（ｂ）に示すように加減算増幅回路に出力される誤差信号波形(変調時)３９も変調してしまうことになる。この加減算増幅回路に出力される誤差信号波形(変調時)３９が変調していると、それ以降の同期検波回路４およびローパスフィルタ回路６を通して出力された直流信号にも変調成分が重畳し、これが出力信号のノイズとなってしまうことになる。
【００４８】
ここで、電流検出回路８の出力波形３８が変調していると、図３（ｃ）に示すように加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形(変調時)４０および加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形(変調時)４１も同様に変調するため、本発明の加減算増幅回路の出力振幅調整を行った後では、加減算増幅回路に出力される誤差信号波形(変調時)３９の変調成分が相殺されて、加減算増幅回路２の出力が図３（ｄ）の第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力信号波形(変調時)４２のように不要な誤差信号とともに変調成分もキャンセルすることができる。したがって本発明により、出力信号に発生するノイズの原因のうち自励発振の変調に起因するノイズ成分を低減することができる。加減算増幅回路３側についても同様の動作となる。
【００４９】
(実施の形態２)
図４は、本発明の実施の形態２での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図である。本発明の別の実施の形態である。電流検出回路８の出力（第一の注入信号）を加減算増幅回路２の反転端子に振幅調整アンプ１８ａ、固定抵抗２０ａ、切替スイッチ１６ａを介して、非反転端子に振幅調整アンプ１８ａ、固定抵抗２０ｂ、切替スイッチ１６ｂを介してそれぞれ接続する。また、電流検出回路８の出力（第一の注入信号）を加減算増幅回路３の反転端子に振幅調整アンプ１８ｂ、固定抵抗２０ｃ、切替スイッチ１６ｃを介して、非反転端子に振幅調整アンプ１８ｂ、固定抵抗２０ｄ、切替スイッチ１６ｄを介してそれぞれ接続する。
【００５０】
一方、電流検出回路８の出力を９０度移相回路１３を通した出力（第二の注入信号）を、加減算増幅回路２の反転端子に振幅調整アンプ１９ａ、固定抵抗２１ａ、切替スイッチ１７ａを介して、非反転端子に振幅調整アンプ１９ａ、固定抵抗２１ｂ、切替スイッチ１７ｂを介してそれぞれ接続する。また、電流検出回路８の出力を９０度移相回路１３を通した出力（第二の注入信号）を、加減算増幅回路３の反転端子に振幅調整アンプ１９ｂ、固定抵抗２１ｃ、切替スイッチ１７ｃを介して、非反転端子に振幅調整アンプ１９ｂ、固定抵抗２１ｄ、切替スイッチ１７ｄを介してそれぞれ接続する。
【００５１】
図１に示す実施の形態１では、注入信号の振幅を可変抵抗１４ａ〜１４ｄおよび１５ａ〜１５ｄの抵抗値を変えることにより調整していたが、図４に示す実施例では振幅調整アンプ１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂのゲインを変えることにより調整している。なお、図１の場合と同様に、第一の注入信号の極性は切替スイッチ１６ａか１６ｂおよび１６ｃか１６ｄ、第二の注入信号の極性は切替スイッチ１７ａか１７ｂおよび１７ｃか１７ｄのどちらかのスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路２および３の反転端子か非反転端子を切り替えて注入する。
【００５２】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図である。本発明の更に別の実施の形態である。電流検出回路８の出力（第一の注入信号）を一方は切替スイッチ２４の切替スイッチ端子２４ａに接続し、もう一方はゲイン１倍の反転増幅回路２２を介して切替スイッチ２４の切替スイッチ端子２４ｂに接続する。切替スイッチ２４の切替スイッチ端子２４ｃは可変抵抗２６ａおよび可変抵抗２６ｂを介して、加減算増幅回路２および加減算増幅回路３の反転端子あるいは非反転端子のどちらか一方に接続する。図５では反転端子に接続した例である。
【００５３】
同様に電流検出回路８の出力を９０度移相回路１３を通した出力（第二の注入信号）を一方は切替スイッチ２５の切替スイッチ端子２５ａに接続し、もう一方はゲイン１倍の反転増幅回路２３を介して切替スイッチ２５の切替スイッチ端子２５ｂに接続する。切替スイッチ２５の切替スイッチ端子２５ｃは可変抵抗２７ａおよび可変抵抗２７ｂを介して、加減算増幅回路２および加減算増幅回路３の反転端子あるいは非反転端子のどちらか一方に接続する。図５では反転端子に接続した例である。
【００５４】
図１に示す実施の形態１では、第一の注入信号は切替スイッチ１６ａまたは１６ｂどちらかのスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路２の反転端子か非反転端子を選択し、切替スイッチ１６ｃまたは１６ｄどちらかのスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路３の反転端子か非反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。また、第二の注入信号は、それぞれ切替スイッチ１７ａまたは１７ｂどちらかのスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路２の反転端子か非反転端子を選択し、切替スイッチ１７ｃまたは１７ｄどちらかのスイッチをＯＮにすることで加減算増幅回路３の反転端子か非反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。
【００５５】
しかし、図５の実施の形態３では、切替スイッチ端子２４ａと切替スイッチ端子２４ｂおよび切替スイッチ端子２５ａと切替スイッチ端子２５ｂは、それぞれ逆位相の信号のため、第一の注入信号の極性は切替スイッチ端子２４ａと切替スイッチ端子２４ｂの切り替えで、また第二の注入信号の極性は端子２５ａと端子２５ｂの切り替えで選択することができる。このため、図１の実施例と比較し、切替スイッチの数が８個から２個に、可変抵抗の数が８個から４個に削減できるという利点がある。
【００５６】
なお、本発明では加減算増幅回路に出力される誤差信号を相殺するように第一、第二の注入信号を加えているが、同様の方法で元々の入力アンプ１ａ〜１ｄに出力される誤差信号を相殺するように、第一および第二の注入信号を加えて、結果的に加減算増幅回路の出力を縮小となるように調整してもよい。
【００５７】
以上に記した実施の形態のごとく、本発明によれば誤差信号が駆動電流と同位相（または逆位相）成分と９０度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小することにより、安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズの圧電振動ジャイロを提供することができる。
【００５８】
以上、実施の形態を用いて、この発明を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更であっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然成しえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の圧電振動ジャイロを用いることにより、ジャイロスコープに代表される、多様な角速度センサにおいて、安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズのシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図。
【図２】本発明の実施の形態１での圧電振動ジャイロの駆動検出回路における誤差信号の縮小動作例を説明する波形の模式図。図２（ａ）は駆動回路の電流検出回路出力波形（駆動電流の電圧変換した波形）。図２（ｂ）は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形。図２（ｃ）は加減算増幅回路に加える第一および第二の注入信号波形。図２（ｄ）は第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力波形。
【図３】本発明の実施の形態１での圧電振動ジャイロの駆動検出回路における自励発振変調時の誤差信号の縮小動作例を説明する波形の模式図。図３（ａ）は駆動回路の電流検出回路出力波形（駆動電流の電圧変換した波形）。図３（ｂ）は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形。図３（ｃ）は加減算増幅回路に加える第一および第二の注入信号波形。図３（ｄ）は第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力波形。
【図４】本発明の実施の形態２での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図。
【図５】本発明の実施の形態３での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図。
【図６】圧電振動ジャイロ用振動子を示す上面図。
【図７】図６の圧電振動ジャイロ用振動子の振動モードを示す上面図。図７（ａ）はＸモードを示す図、図７（ｂ）はＹモードを示す図、図７（ｃ）はＺモードを示す図。
【図８】従来の圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図。
【図９】従来の圧電振動ジャイロの入力アンプ部の回路構成の一例を示す図。図９（ａ）は電流検出回路。図９（ｂ）はチャージアンプ回路。
【図１０】従来の圧電振動ジャイロの駆動検出回路における誤差信号の波形の模式図。図１０（ａ）は駆動回路の電流検出回路出力波形。図１０（ｂ）は入力アンプから出力される誤差信号波形。図１０（ｃ）は４つの入力アンプから出力される誤差信号波形。図１０（ｄ）は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ〜１ｄ    入力アンプ
１ｈ    コンデンサ
１ｅ    演算増幅器
１ｆ、１ｇ、２ａ〜２ｆ、３ａ〜３ｆ、２０ａ〜２０ｄ、２１ａ〜２１ｄ    固定抵抗
２、３    加減算増幅回路
４、５    同期検波回路
６、７    ローパスフィルタ回路
８    電流検出回路
８ａ    電流検出用抵抗
９、１１    位相調整回路
１０    自動利得制御回路（ＡＧＣ回路）
１２    基準電圧回路
１３    ９０度移相回路
１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｄ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ    可変抵抗
１６ａ〜１６ｄ、１７ａ〜１７ｄ    切替スイッチ
１８ａ，１８ｂ、１９ａ，１９ｂ    振幅調整アンプ
２２、２３    ゲイン１倍の反転増幅回路
２４，２５    切替スイッチ
２４ａ〜２４ｃ、２５ａ〜２５ｃ    切替スイッチ端子
３１    電流検出回路の出力波形
３２    加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分
３３    加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分
３４    加減算増幅回路に出力される誤差信号波形
３５    加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形
３６    加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形
３７    第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力信号波形
３８    電流検出回路の出力波形（変調時）
３９    加減算増幅回路に出力される誤差信号波形（変調時）
４０    加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形（変調時）
４１    加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形（変調時）
４２    第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力信号波形（変調時）
５１    電流検出回路の出力波形
５２    入力アンプから出力される誤差信号の第一の誤差信号成分
５３    入力アンプから出力される誤差信号の第二の誤差信号成分
５４    入力アンプから出力される誤差信号波形
５６、５７、５８    入力アンプから出力される誤差信号波形
５９    加減算増幅回路から出力される誤差信号の第一の誤差信号成分
６０    加減算増幅回路から出力される誤差信号の第二の誤差信号成分
６１    加減算増幅回路から出力される誤差信号波形
１０１    振動子
１０２    枠体
１０３ａ〜１０３ｈ    ビーム
１０４ａ〜１０４ｄ    付加質量部
１０５ａ、１０５ｂ    駆動電極
１０６ａ〜１０６ｄ    検出電極
１０７ａ〜１０７ｈ    基準電圧電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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