(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの検出用端子を有する圧電振動子に対して振動を励起，検出すると共に、該２つの検出用端子からの出力を相対的に調整設定するための出力調整部を含む圧電振動ジャイロ用駆動検出回路において、前記２つの検出用端子のうちの一方及び基準電位の間に直列に介在接続された第１の抵抗器及び第２の抵抗器と、前記２つの検出用端子のうちの他方及び基準電位の間に直列に介在接続された第３の抵抗器及び第４の抵抗器と、前記第３の抵抗器に対して並列接続された直列な第５の抵抗器及び可変抵抗器とを含み、更に、前記出力調整部は、前記第３の抵抗器，前記第４の抵抗器，前記第５の抵抗器，及び前記可変抵抗器から成ると共に、該可変抵抗器の抵抗値を可変することで前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の中点からの固定出力に対して該第５の抵抗器及び該可変抵抗器の中点からの出力を合致させるものであることを特徴とする圧電振動ジャイロ用駆動検出回路。
【請求項２】
請求項１記載の圧電振動ジャイロ用駆動検出回路において、前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の中点からの固定出力は第１の増幅器に入力され、前記第５の抵抗器及び前記可変抵抗器の中点からの出力は第２の増幅器に入力されることを特徴とする圧電振動ジャイロ用駆動検出回路。
【請求項３】
請求項１又は２記載の圧電振動ジャイロ用駆動検出回路において、前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器に関する抵抗値の総和は、前記出力調整部における前記第３の抵抗器，前記第４の抵抗器，前記第５の抵抗器，及び前記可変抵抗器に関する抵抗値の総和と等しく設定され、更に、前記第５の抵抗器と前記可変抵抗器との抵抗値は、前記第３の抵抗器の抵抗値よりも５倍以上であることを特徴とする圧電振動ジャイロ用駆動検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶や自動車等の移動体自体やこれに搭載される機器に搭載され、姿勢制御やナビゲーションシステム（自動車）等に用いられる圧電振動ジャイロに関し、詳しくは超音波振動により圧電振動子を駆動，検出するための圧電振動ジャイロ用駆動検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧電振動ジャイロは、振動している物体に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象を利用したジャイロスコープに属される。このジャイロスコープでは、互いに直交する二つの方向の励振とその検出とが可能であるように構成した振動系において、一方の振動を励振した状態で、振動子自身を二つの振動面が交わる線をと平行な軸を中心軸として回転させると、上述したコリオリ力の作用により、この振動と直角な方向に力が働き、他方の振動が励振される。この振動の大きさは入力側の振動の大きさ及び回転角速度に比例するため、入力電圧を一定にした条件下では、この振動の大きさに比例した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】
図２は、従来の圧電振動ジャイロの一例に用いられる圧電振動子の概略構造を斜視図により示したものである。この圧電振動子は、エリンバー等の恒弾性金属で構成される４角柱状振動子１の長手方向に存在する互いに対向する側面のうちの一方側の対向方向を示すＸ方向の一面には圧電素子２ａが設けられ、この圧電素子２ａが設けられた面と隣接する他方側の対向方向を示すＹ方向の一面に圧電素子２ｂが設けられている。この圧電振動子では、Ｘ方向面に設けられている圧電素子２ａに電圧を印加し、Ｘ方向における振動を励振した状態で４角柱状振動子１の長手方向に一致するＺ方向の回りに回転角速度ωが加わると、コリオリ力によってＹ方向の振動が励振され、このＹ方向の振動をＹ方向面に設けられた圧電素子２ｂによって検出するようになっている。
【０００４】
図３は、従来の圧電振動ジャイロの他例に用いられる圧電振動子の概略構造を斜視図により示したもので、図４はその局部構成を端面に平行する方向の側面断面図により示したものである。この圧電振動子は、ＰＺＴ等の円柱状圧電セラミック（圧電振動子）３の外周面上の円周を６等分する位置にその長さ方向と平行に６本の交差指電極４ａ〜４ｆが設けられており、各交差指電極４ａ〜４ｆ間は図４中の破線矢印で示す方向に分極処理が施されている。
【０００５】
ここで交差指電極４ｂ，４ｄ，４ｆは振動子上でコモン（共通）端子として基準電位に接続され、電極４ａ，４ｃ，４ｅとこれらのそれぞれの両側の各コモン端子（交差指電極４ｂ，４ｄ，４ｆ）との圧電効果により、円柱状圧電セラミック３の屈曲振動を励振又は検出することができるようになっている。
【０００６】
即ち、ここで交差指電極４ａは駆動用端子，交差指電極４ｃ，４ｅは検出用端子，交差指電極４ｂ，４ｄ，４ｆはアース用端子であり、交差指電極４ａ及び基準電位間に交流電圧を加えて一方向（Ｘ方向）の屈曲振動を励振する。この状態で回転角速度ωが加わると、上述した圧電振動ジャイロの原理により交差指電極（検出用端子）４ｃ，４ｅから回転角速度ωに比例した検出電圧を得ることができる。
【０００７】
図５は、この圧電振動ジャイロ（図３及び図４で説明したもの）用駆動検出回路の回路ブロック図を示したものである。
【０００８】
この駆動検出回路では、円柱状圧電セラミック３の外周面上における交差指電極（アース用端子端子）４ｂ，４ｄ，４ｆが基準電位に接続され、一方の交差指電極（検出用端子）４ｅが抵抗器Ｒ１及び増幅器７に接続され、他方の交差指電極（検出用端子）４ｃが可変抵抗器Ｒ２及び増幅器８に接続されている。又、増幅器７及び増幅器８は発振回路１２に接続され、それらの出力を入力する発振回路１２は交差指電極（駆動用端子）４ａに接続されて自励発振ループを構成しており、円柱状圧電セラミック３の共振周波数に追従した周波数の交流電圧が交差指電極（駆動用端子）４ａに印加され、Ｘ方向の屈曲振動が励起される。
【０００９】
更に、増幅器７及び増幅器８は、それらの出力を入力する差動増幅器９にも接続されている。交差指電極（検出用端子）４ｃ，４ｅはＸ方向の屈曲振動に対して対称であるので、差動増幅器９でＸ方向成分の出力はキャンセルされる。コリオリ力によって励起される屈曲振動に対しては交差指電極（検出用端子）４ｃ，４ｅからの出力は逆相となるため、差動増幅器９からはＹ方向成分の出力，即ち、回転角速度ωに比例した交流電圧のみが出力される。この差動増幅器９からの出力は同期整流器１０で同期検波された後、ローパスフィルタ１１で整流され、最終的にローパスフィルタ１１から回転角速度ωに比例した直流電圧が出力端子１９に出力される。
【００１０】
ここで、回転角速度ωが生じていない状態の出力端子１９の出力電圧（静止時出力）に関して、理想的には交差指電極（検出用端子）４ｅ，４ｃの検出電圧が同じであれば出力端子１９の出力は零となるが、実際には円柱状圧電セラミック３の加工精度の相違等により、交差指電極（検出用端子）４ｅ，４ｃには出力差が生じて零とならない場合がある。こうした場合、抵抗器Ｒ１に対して可変抵抗器Ｒ２の抵抗値を調整することによって出力端子１９の出力を零となるように調整設定している。即ち、ここでの可変抵抗器Ｒ２は、２つの交差指電極（検出用端子）４ｃ，４ｅからの出力を相対的に調整設定するための出力調整部となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した圧電振動ジャイロ用駆動検出回路の場合、静止時出力時に関して各交差指電極（検出用端子）の出力に差があるときにその一つに接続された出力調整部としての可変抵抗器の抵抗値を可変させて出力端子からの出力を調整設定するようになっているが、このような調整手段によれば各交差指電極（検出用端子）に接続された抵抗全体における抵抗値のバランスが崩れ易くなる。
【００１２】
このように駆動検出回路における抵抗値のバランスが崩れると、圧電振動ジャイロの検出感度が変化したり、或いは静止時出力の温度変化に対する安定性が悪化する等，特性劣化を来してしまう。従って、従来の圧電振動ジャイロ用駆動検出回路における出力調整部の構成（ここでは検出用端子の一つに接続された可変抵抗器を示す）では、高精度な振動ジャイロを得るためには不都合なものとなっている。
【００１３】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、簡素な構成で回路抵抗全体における抵抗値のバランスを崩すこと無く出力端子からの出力調整設定を適確に行い得る圧電振動ジャイロ用駆動検出回路を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくとも２つの検出用端子を有する圧電振動子に対して振動を励起，検出すると共に、該２つの検出用端子からの出力を相対的に調整設定するための出力調整部を含む圧電振動ジャイロ用駆動検出回路において、２つの検出用端子のうちの一方及び基準電位の間に直列に介在接続された第１の抵抗器及び第２の抵抗器と、２つの検出用端子のうちの他方及び基準電位の間に直列に介在接続された第３の抵抗器及び第４の抵抗器と、第３の抵抗器に対して並列接続された直列な第５の抵抗器及び可変抵抗器とを含み、更に、出力調整部は、第３の抵抗器，第４の抵抗器，第５の抵抗器，及び可変抵抗器から成ると共に、該可変抵抗器の抵抗値を可変することで第１の抵抗器及び第２の抵抗器の中点からの固定出力に対して該第５の抵抗器及び該可変抵抗器の中点からの出力を合致させる圧電振動ジャイロ用駆動検出回路が得られる。
【００１５】
又、本発明によれば、上記圧電振動ジャイロ用駆動検出回路において、第１の抵抗器及び第２の抵抗器の中点からの固定出力は第１の増幅器に入力され、第５の抵抗器及び可変抵抗器の中点からの出力は第２の増幅器に入力される圧電振動ジャイロ用駆動検出回路が得られる。
【００１６】
更に、本発明によれば、上記何れかの圧電振動ジャイロ用駆動検出回路において、第１の抵抗器及び第２の抵抗器に関する抵抗値の総和は、出力調整部に関する抵抗値の総和と等しく設定され、更に、第５の抵抗器と可変抵抗器との抵抗値は、第３の抵抗器の抵抗値よりも５倍以上である圧電振動ジャイロ用駆動検出回路が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げ、本発明の圧電振動ジャイロ用駆動検出回路について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例に係る圧電振動ジャイロ用駆動検出回路の基本構成を回路ブロック図により示したものである。
【００１９】
この圧電振動ジャイロ用駆動検出回路も、図５に示した従来の回路と基本的な部分は同じであるので、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略し、相違する部分について説明する。
【００２０】
この圧電振動ジャイロ用駆動検出回路において、２つの交差指電極（検出用端子）４ｃ，４ｅのうちの一方である交差指電極（検出用端子）４ｅ及び基準電位の間には直列に第１の抵抗器Ｒ３及び第２の抵抗器Ｒ４が介在接続され、他方の交差指電極（検出用端子）４ｃ及び基準電位の間には直列に第３の抵抗器Ｒ５及び第４の抵抗器Ｒ６が介在接続され、更に、第３の抵抗器Ｒ５に対しては直列な第５の抵抗器Ｒ７及び可変抵抗器Ｒ８が並列接続されている。
【００２１】
ここで、第１の抵抗器Ｒ３及び第２の抵抗器Ｒ４は、その中点からの固定出力が第１の増幅器７に入力される。又、第３の抵抗器Ｒ５，第４の抵抗器Ｒ６，第５の抵抗器Ｒ７，及び可変抵抗器Ｒ８は、合わせて出力調整部を成す。ここでの出力調整部は、可変抵抗器Ｒ８の抵抗値を可変することで第１の抵抗器Ｒ３及び第２の抵抗器Ｒ４の中点からの固定出力に対して第５の抵抗器Ｒ７及び可変抵抗器Ｒ８の中点からの出力を合致させる。このため、第５の抵抗器Ｒ７及び可変抵抗器Ｒ８の中点からの出力は第２の増幅器８に入力されるようになっている。
【００２２】
更に、出力調整部に関し、その抵抗値の総和（即ち、第３の抵抗器Ｒ５，第４の抵抗器Ｒ６，第５の抵抗器Ｒ７，及び可変抵抗器Ｒ８に関する抵抗値の総和）は、第１の抵抗器Ｒ３及び第２の抵抗器Ｒ４に関する抵抗値の総和と等しく設定されており、第５の抵抗器Ｒ７と可変抵抗器Ｒ８との抵抗値は、第３の抵抗器Ｒ５の抵抗値よりも５倍以上となっている。
【００２３】
即ち、このような振動ジャイロ用駆動検出回路の場合、可変抵抗器Ｒ８の抵抗値を増減させることによって、出力調整部における抵抗網の合成抵抗値の変化を少なくしたまま（第１の抵抗器Ｒ３及び第２の抵抗器Ｒ４から成る抵抗網の合成抵抗値とほぼ同じまま）第１の増幅器７及び第２の増幅器８の出力の比を可変できるため、回路抵抗全体における抵抗値のバランスを崩すこと無く出力端子１９からの出力調整設定を適確に行い得る。
【００２４】
この振動ジャイロ用駆動検出回路における各部の機能や動作も図５で説明した従来の回路の場合と同様であるが、回転角速度ωが生じていない状態の出力端子１９の出力電圧（静止時出力）に関して、交差指電極（検出用端子）４ｅ，４ｃに出力差が生じて出力端子１９からの出力が零とならない場合には、第１の抵抗器Ｒ３及び第２の抵抗器Ｒ４に対して出力調整部における可変抵抗器Ｒ８の抵抗値を調整することによって出力端子１９からの出力を零となるように調整設定すれば良い。このとき、出力調整部では上述したように、その抵抗網の合成抵抗値を第１の抵抗器Ｒ３及び第２の抵抗器Ｒ４から成る抵抗網の合成抵抗値とほぼ同じまま変化させることができるので、回路抵抗全体における抵抗値のバランスが崩れることが無く、出力調整設定を適確且つ高精度に行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の圧電振動ジャイロ用駆動検出回路によれば、出力端子からの静止時出力時に出力が零とならない場合に、圧電振動子の２つの検出用端子に関する他方のもの及び基準電位の間に接続介在させた出力調整部における可変抵抗器の抵抗値を可変させてその抵抗網の合成抵抗値を検出用端子に関する一方のもの及び基準電位の間に接続介在させた抵抗網の合成抵抗値とほぼ同じまま変化させるようにしているので、回路抵抗全体における抵抗値のバランスが崩れることが無く、出力調整設定を適確且つ高精度に行うことができるようになる。この結果、小型で簡素な構成で従来よりも高精度で出力調整設定を適確に行い得る振動ジャイロが具現されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る圧電振動ジャイロ用駆動検出回路の基本構成を示した回路ブロック図である。
【図２】従来の圧電振動ジャイロの一例に用いられる圧電振動子の概略構造を斜視図により示したものである。
【図３】従来の圧電振動ジャイロの他例に用いられる圧電振動子の概略構造を斜視図により示したものである。
【図４】図３に示す圧電振動子の局部構成を端面に平行する方向の側面断面図により示したものである。
【図５】図３及び図４で説明した圧電振動ジャイロ用駆動検出回路の基本構成を示した回路ブロック図である。
【符号の説明】
１  ４角柱状振動子
２ａ，２ｂ  圧電素子
３  円柱状セラミック（圧電振動子）
４ａ〜４ｆ  交差指電極
７，８  増幅器
９  差動増幅器
１０  同期整流器
１１  ローパスフィルタ
１２  発振回路
１９  出力端子
Ｒ１，Ｒ３〜Ｒ７  抵抗器
Ｒ２，Ｒ８  可変抵抗器
【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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