(57)【要約】【課題】外部からの振動が加わった場合に発生する、不要な信号を低減することができる音叉型振動ジャイロを提供する。【解決手段】２つのアーム２，３及びベース４を有する音叉型振動子１と、ベース４を支持する支持基板６と、回転角速度が加わった場合に生じる検出側振動を検出する検出回路とを備え、駆動側振動としての音叉型振動子１の面内振動と、検出側振動としての音叉型振動子１及び支持基板６が一体となった捩じり振動とを行う音叉型振動ジャイロにおいて、駆動側振動の共振周波数と検出側振動の共振周波数との差の絶対値が要求周波数特性の上限値の３倍を越えており、検出回路は要求周波数特性の上限値より大きく、かつ駆動側振動の共振周波数と前記検出側振動の共振周波数との差の絶対値より小さいカットオフ周波数を有するローパスフィルタを有する。【選択図】図１
2006208398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのアーム及びベースを有する音叉型振動子と、前記ベースを支持する支持基板と、回転角速度が加わった場合に生じる検出側振動を検出する検出回路とを備え、駆動側振動としての前記音叉型振動子の面内振動と、前記検出側振動としての前記音叉型振動子及び支持基板が一体となった捩じり振動とを行う音叉型振動ジャイロにおいて、前記駆動側振動の共振周波数と前記検出側振動の共振周波数との差の絶対値が要求周波数特性の上限値の３倍を越えており、前記検出回路は前記要求周波数特性の上限値より大きく、かつ前記駆動側振動の共振周波数と前記検出側振動の共振周波数との差の絶対値より小さいカットオフ周波数を有するローパスフィルタを有することを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項２】
前記駆動側振動を励振する回路と、前記検出回路の検出信号をデジタル変換して信号処理する信号処理回路とを備え、該信号処理回路におけるサンプリング周波数が信号処理時の積分時間の逆数の２倍より大きく、前記駆動側振動の共振周波数と前記検出側振動の共振周波数との差の絶対値が前記積分時間の逆数より大きいことを特徴とする請求項１記載の音叉型振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角速度検出に使用されるジャイロに関し、特に、一体的に形成された２つのアーム及びベースを有する音叉型振動ジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロスコープは、航空機，大型船舶，宇宙衛星等の移動体の位置を確認する手段として使用されており、最近では民生用の分野でカーナビゲーションシステム，ビデオカメラ等の手振れ検出装置等にも利用されている。このようなジャイロスコープの中で、２つのアームと両アームを支えるベースとを圧電単結晶で一体的に形成した構成を有する音叉型圧電振動ジャイロの研究開発が進められている。
【０００３】
図１６は、例えば特開平９−２６９２２８号公報に示された音叉型振動ジャイロの構成図である。図において、１は音叉型振動子であり、音叉型振動子１は、２つのアーム２，３及びこれらを支持するベース４を有する。アーム２，３及びベース４は、ＬｉＴａＯ3 ，ＬｉＮｂＯ3 等の圧電単結晶を一体加工したものである。この音叉型振動子１のベース４を、ステム５に設けられた支持基板６に結合することによって、音叉型振動子１を支持している。
【０００４】
また、断面が略Ｕ字状をなす支持アーム７の水平部は、支持基板６の回転運動中心を含むように形成された支持基板６のスリット内に挿入され、ゴム状弾性体からなる接着層８を介して支持基板６にフレキシブルに取り付けられている。支持アーム７の両端部には突起が設けられ、それらの突起がステム５に形成されたホール内に挿入されている。
【０００５】
また、これらの部材を覆って保護するためにキャップ９が設けられている。このキャップ９とステム５とにてケース１０が構成される。なお、後述する駆動振動を励振させる駆動回路及び検出信号を処理する検出回路を含む回路基板１１（図２０参照）を、ステム５及び／またはキャップ９に設けて、この回路基板１１をケース１０内に収納するような構成も可能である。
【０００６】
このような音叉型振動子１には、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、ｆｘモード振動（面内振動）とｆｙモード振動（面垂直振動）とがある。そして、駆動振動（面内振動）を励振させると、回転角速度が加わった場合には検出振動（面垂直振動）が起こるので、この振動の大きさに比例した出力信号を検出して、角速度を求める。
【０００７】
ところで、駆動振動（面内振動）方向をＸ方向、検出振動（面垂直振動）方向をＹ方向、両方向に垂直な回転軸方向をＺ方向とすると、特に、外部からの振動または衝撃がＸ方向，Ｙ方向に加えられた場合、音叉型振動子１は支持基板６と一体的に、図１８（ａ），（ｂ）に示すような揺動運動を起こす。
【０００８】
この場合、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、音叉型振動子１（アーム２，３）の先端が最初に、ケース１０の内壁、つまりステム５またはキャップ９に衝突することになる。また、ケース１０の内壁に回路基板１１が設けられている場合には、図２０（ａ），（ｂ）に示すように、その回路基板１１に最初に音叉型振動子１（アーム２，３）の先端が衝突する。ここで、外部からの振動または衝撃が大きい場合、音叉型振動子１はこの衝突によってアーム２，３の付け根部で折れて破壊されてしまい、センサの機能を果たせなくなるという問題がある。
【０００９】
外部からの振動または衝撃から音叉型振動子を保護するために種々の工夫が提案されている（例えば、特許文献１（従来例１），特許文献２（従来例２）参照）。
【特許文献１】特開平５−１８７５５号公報
【特許文献２】特開平７−２４３８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来例１では、クッション材及び保護部材が示されている。このクッション材は、音叉型振動子が支持される支持部材が固定されるカバーと、その周りのケースとの間に設置されており、外部からの振動を吸収する機能を有する。また、音叉型振動子の支持部材の両端の外側近傍に設けた保護部材は、音叉型振動子が必要以上に変位すること、即ち、支持部材が大きく塑性変形することを防止する機能を有する。
【００１１】
しかしながら、この従来例１では、加速度が非常に大きい振動が加えられた場合、クッション材でこの振動を吸収できず、支持部材が塑性変形をおこして、音叉型振動子の中心軸が初期設定位置からずれてしまい、ジャイロ特性を大きく損なってしまう。また、衝撃等によって更に支持部材の塑性変形が大きくなって、音叉型振動子が周囲の部材に接触したままになってしまう場合がある。このような場合には、駆動振動が停止してしまうので、ジャイロセンサの機能を全く果たせないことになる。
【００１２】
一方、従来例２は、従来例１での問題点を解決して、外部からの衝撃に対して有効な構造を開示している。音叉型振動子を支持する支持部材の取り付け板とワークプレートとの間、ワークプレートが取り付けられた回路基板及びワークプレートに取り付けられているワークカバーとケースとの間に、外部からの衝撃を吸収するためのクッション材を設けている。この従来例２の構造は、最も外側のケースと、その内部に収納される回路基板，回路基板のシールドカバー，ワークカバー，ワークプレート，音叉型振動子の間に、夫々クッション材を設け、外部からの衝撃を夫々のクッション材で順次吸収していく。
【００１３】
しかしながら、この従来例２では、多量のクッション材を設けるので、全体構成を小型化できないという問題がある。また、音叉型振動子が周囲の部材に接触したままになってしまった場合には、従来例１と同様に、ジャイロセンサの機能を全く果たせない。
【００１４】
ところで、図１６に示すような基本的構造の音叉型振動ジャイロにおいて、音叉型振動子１の回転中心軸と支持アーム７との支持軸とが完全に一致している場合は、外部から例えばＹ方向の振動が加わっても、支持軸線を境界とした上下でのモーメントが等しいので、図２１に示すように、音叉型振動子１は、並進振動しか起こさない。しかし、これらの双方の軸を一致させることは困難であり、双方の軸が一致しない場合に外部からＹ方向の振動が加わると、支持軸線を境界とした上下でのモーメントがアンバランスとなり、図２２に示すように、回転運動が生じる。よって、回転運動が音叉型振動子１に加えられなくても、不要な回転運動の信号を検出してしまうという問題がある。
【００１５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、外部からの振動が加わった場合に発生する、不要な信号を低減することができる音叉型振動ジャイロを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に係る音叉型振動ジャイロは、２つのアーム及びベースを有する音叉型振動子と、前記ベースを支持する支持基板と、回転角速度が加わった場合に生じる検出側振動を検出する検出回路とを備え、駆動側振動としての前記音叉型振動子の面内振動と、前記検出側振動としての前記音叉型振動子及び支持基板が一体となった捩じり振動とを行う音叉型振動ジャイロにおいて、前記駆動側振動の共振周波数と前記検出側振動の共振周波数との差の絶対値が要求周波数特性の上限値の３倍を越えており、前記検出回路は前記要求周波数特性の上限値より大きく、かつ前記駆動側振動の共振周波数と前記検出側振動の共振周波数との差の絶対値より小さいカットオフ周波数を有するローパスフィルタを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１の音叉型振動ジャイロでは、駆動側振動の共振周波数と検出側振動の共振周波数との差の絶対値を要求周波数特性の上限値の３倍を越えるようにしており、外部からの振動による不要な信号を低減する。
【００１８】
請求項２に係る音叉型振動ジャイロは、請求項１において、前記駆動側振動を励振する回路と、前記検出回路の検出信号をデジタル変換して信号処理する信号処理回路とを備え、該信号処理回路におけるサンプリング周波数が信号処理時の積分時間の逆数の２倍より大きく、前記駆動側振動の共振周波数と前記検出側振動の共振周波数との差の絶対値が前記積分時間の逆数より大きいことを特徴とする。
【００１９】
請求項２の音叉型振動ジャイロでは、検出系のデジタル信号処理回路におけるサンプリング周波数を信号処理時の積分時間の逆数の２倍より大きくすると共に、駆動側振動の共振周波数と検出側振動の共振周波数との差の絶対値をその積分時間の逆数より大きくするようにしており、外部からの振動による不要な信号を低減する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の音叉型振動ジャイロでは、駆動側振動の共振周波数と検出側振動の共振周波数との差の絶対値を、要求周波数特性の上限値の３倍を越えるか、または、積分時間の逆数より大きくするので、外部からの振動による不要信号を大幅に低減でき、耐振動特性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の音叉型振動ジャイロの一例の構成図である。図において、１は音叉型振動子であり、音叉型振動子１は、２つのアーム２，３及びこれらを支えるベース４を有する。アーム２，３及びベース４は、ＬｉＴａＯ3 ，ＬｉＮｂＯ3 等の圧電単結晶を一体加工したものである。この音叉型振動子１のベース４を、ステム５に設けられた支持基板６に結合することによって、音叉型振動子１を支持している。
【００２２】
また、断面が略Ｕ字状をなす支持アーム７の水平部は、支持基板６の回転運動中心を含むように形成された支持基板６のスリット内に挿入され、ゴム状弾性体からなる接着層８を介して支持基板６にフレキシブルに取り付けられている。支持アーム７の両端部には突起が設けられ、それらの突起がステム５に形成されたホール内に挿入されている。また、これらの部材を覆って保護するためにキャップ９が設けられている。このキャップ９とステム５とにてケース１０が構成される。
【００２３】
また、ベース４を囲む態様で、環状（中空直方体状）の揺動制限部材２１が、その一面をステム５に固定して設けられている。なお、この揺動制限部材２１は、面内振動がほとんど起こらない位置、つまりアーム２，３の付け根部（アーム２，３とベース４との境界部、図１に破線Ａで示す）からベース４寄りに設けておけば良いので、ベース４の任意の位置に揺動制限部材２１を設けることができる。
【００２４】
このような音叉型振動ジャイロでは、従来例と同様に、駆動振動（面内振動）を励振させ、回転角速度が加わった場合に検出振動（面垂直振動）が起こり、この振動の大きさに比例した出力信号を検出することで角速度を求める。
【００２５】
前述したように、図１６に示すような従来の音叉型振動ジャイロに外部から振動または衝撃が加わった場合、その振動または衝撃に応じて音叉型振動子１が揺動して、音叉型振動子１が周囲の部材に衝突することがあった。これに対して、図１に示すような本発明の音叉型振動ジャイロでは、ベース４の周囲に揺動制限部材２１を設けており、外部から振動または衝撃が加わって音叉型振動子１が揺動した場合でも、この揺動制限部材２１の存在によって音叉型振動子１の揺動幅が制限されるので、音叉型振動子１がステム５，キャップ９等の周囲の部材に衝突することを防止できる。この結果、ジャイロ特性を損なうことはなく、また、駆動振動が停止してジャイロ機能を失うこともない。
【００２６】
なお、図１に示す例では、ベース４（音叉型振動子１）の周囲に、揺動制限部材２１を設けているが、支持基板６または接着層８の周囲にこのような揺動制限部材２１を設けるようにしても良い。
【００２７】
図２（ａ），（ｂ）は、本発明の音叉型振動ジャイロの他の例の特徴部分の構成図である。図２（ａ），（ｂ）に示す例は、何れもベース４に直接に揺動制限部材２１を形成したものであり、図２（ａ）の例では、Ｘ，Ｙの各両方向に延設した揺動制限部材２１をベース４に形成し、図２（ｂ）の例では、環状の揺動制限部材２１をベース４に直接形成している。
【００２８】
このような構成では、外部から振動または衝撃によって音叉型振動子１が大きく揺動した場合でも、この揺動制限部材２１が音叉型振動子１に先んじてステム５，キャップ９等の周囲の部材に接触するので、音叉型振動子１が周囲の部材に衝突することを防止できる。
【００２９】
なお、図示省略するが、図２（ａ），（ｂ）と同形状の揺動制限部材２１を支持基板６に形成するようにしても良い。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の音叉型振動ジャイロの更に他の例の特徴部分の構成図である。この例では、支持基板６と支持アーム７とを接着する接着層８に一体的に揺動制限部材２１を形成している。この例でも、音叉型振動子１が大きく揺動した場合に、揺動制限部材２１が先に周囲の部材に接触して、音叉型振動子１の周囲の部材への衝突を防止する。
【００３１】
なお、図３（ａ）〜（ｃ）に示す例では、揺動制限部材２１の全てが支持基板６に設けられているが、上下部分の揺動制限部材２１はベース４に設けるようにしても良い。また、この揺動制限部材２１の形状を環状としても良い。
【００３２】
図４は、本発明の音叉型振動ジャイロの更に他の例の構成図である。図４において、図１と同一部分には同一番号を付して説明を省略する。この例では、駆動振動を励振させる駆動回路及び検出信号を処理する検出回路を含む回路基板１１が、ステム５及びキャップ９で構成されるケース１０内に収納されている。ステム５と音叉型振動子１との間に回路基板１１が存在し、回路基板１１には、外部回路との電気的導通を図るための端子ピン１２が、ステム５を貫通して設けられている。そして、図１と同様に、ベース４の周囲に揺動制限部材２１が設けられている。この揺動制限部材２１の下面は、回路基板１１に固定されている。
【００３３】
このような構成では、音叉型振動子１の振れ幅が揺動制限部材２１にて制限され、大きく揺動しても、音叉型振動子１が、回路基板１１，キャップ９等の周囲の部材に衝突することを防止できる。
【００３４】
図５は、本発明の音叉型振動ジャイロの更に他の例の構成図である。図５において、図１と同一部分には同一番号を付して説明を省略する。この例は、複数個の揺動制限部材２１を設けたものである。図５に示す例では、音叉型振動子１の下方でステム５（または回路基板１１）に固定された１個の揺動制限部材２１と、キャップ９の内壁面に固定された２個の揺動制限部材２１とを設けている。
【００３５】
このように、音叉型振動子１とケース１０との間、及び／または、音叉型振動子１と回路基板１１との間に揺動制限部材２１を設ける場合には、周囲の部材に最も早く接触する部分（アーム２，３の先端部分）が周囲の部材（ケース１０，回路基板１１）に接触しないように、つまり、アーム２，３，ケース１０間のクリアランス、及び／または、アーム２，３，回路基板１１間のクリアランスが所定の値以上になるように、揺動制限部材２１の位置及び形状を設計することが必要である。
【００３６】
図６は、音叉型振動子１の下方に揺動制限部材２１を設ける場合において、アーム２，３の先端部分が絶対にステム５（または回路基板１１）に接触しないように規定した例を示す模式図である。音叉型振動子１とステム５（または回路基板１１）との間の距離をＨ、音叉型振動子１及び支持基板６の揺動中心とアーム２，３の先端との間の距離をＬ、音叉型振動子１が揺動した場合における音叉型振動子１または支持基板６が揺動制限部材２１に接触する位置とステム５（または回路基板１１）との間の距離をＨ′、音叉型振動子１が揺動した場合における音叉型振動子１または支持基板６が揺動制限部材２１に接触する位置と音叉型振動子１及び支持基板６の揺動中心との距離をＬ′とした場合に、以下の（Ａ），（Ｂ）式を同時に満足するように、揺動制限部材２１の位置及び形状を設計する。
Ｈ＝Ｌ×ｓｉｎθ＞０          …（Ａ）
ｔａｎθ＝（Ｈ−Ｈ′）／Ｌ′  …（Ｂ）
【００３７】
上記（Ａ），（Ｂ）式を満たすように揺動制限部材２１の位置及び形状を設計するようにすれば、アーム２，３の先端部分が、決してステム５（または回路基板１１）に接触しない。従って、アーム２，３の先端部分がステム５（または回路基板１１）に接触しない場合の揺動制限部材２１の高さの最小値を、（Ａ），（Ｂ）式により規定できることになる。よって、最低の高さの揺動制限部材２１を提供できるので、揺動制限部材２１の原材料費及び重量の低減化を図ることができる。
【００３８】
なお、上記例では、音叉型振動子１の下方に揺動制限部材２１を設けた場合における揺動制限部材２１の位置及び形状の設計基準を示したが、ケース１０（キャップ９）の内壁に揺動制限部材２１を設ける場合にも、同様に、揺動制限部材２１の位置及び形状を設計できる。
【００３９】
ここで、揺動制限部材２１に使用する材料及びその硬度について説明する。揺動制限部材２１の材料としては、エポキシ，ウレタン等の樹脂、シリコン，ブチル等のゴムの弾性体、または、それらの発泡材を使用できる。このような材料では、事前に治具を用いて複雑な形状の揺動制限部材２１も容易に大量に作製することができる。従って、揺動制限部材２１を設ける場合にも音叉型振動ジャイロの組み立ては容易であり、工数削減及び低コスト化に寄与できる。
【００４０】
図６に示す構成において、音叉型振動子１が最も揺動しやすいＹ方向について１５００（Ｇ）の一定衝撃を外部から加え、揺動制限部材２１の硬度を変化させて、アーム２，３が折れるか否かを調べる実験を行った。その結果を、図７に示す。揺動制限部材２１を設けない例（比較例）では、アーム２，３が周囲の部材に衝突して折れてしまった。一方、硬さが１０２（JIS Ａ）では、周囲の部材にアーム２，３は衝突はしないが、揺動制限部材２１自体が硬くて弾性が少なくなるので、揺動制限部材２１への接触の衝撃でアーム２，３が折れた。よって、硬度１００（JIS Ａ）以下の弾性体で揺動制限部材２１を形成した場合には、アーム２，３が折れず、音叉型振動子１の破壊防止に有効であることが分かる。なお、硬さが小さい（例えば、０（JIS Ａ))材料を収容した密閉容器を、揺動制限部材２１として使用することも可能である。
【００４１】
このような揺動制限部材２１を設ける構成は、外部からの振動または衝撃に対して必然的に音叉型振動子１が揺動する、音叉型振動子１の支持部が弾性体である音叉型振動ジャイロにおいて特に有効である。本発明の音叉型振動ジャイロは、従来のように外部からの振動または衝撃を緩和，吸収するものではなく、音叉型振動子１の揺動幅を揺動制限部材２１にて制限する構成であり、従来例１，２とは外部からの振動または衝撃への対処が異なる。また、本発明では、従来例１，２に示すようなワークカバー，ワークプレート，シールドカバー，クッション材等が不要であり、大幅な小型化を図ることができる。
【００４２】
以下、外部から振動が加わった場合に生じる不要な信号を低減できるようにした本発明の音叉型振動ジャイロについて説明する。
【００４３】
図８は、音叉型振動ジャイロにおける駆動信号と検出信号との関係を示す図であり、回転運動が加わると、ジャイロの検出信号は、図８に示すように、駆動周波数を有する信号に周期ｔの検出波が乗ったＡＭ変調波となる。
【００４４】
また、図９は、音叉型振動ジャイロに加えられる回転周波数と応答出力との関係を示すグラフである。図９のグラフでは、駆動側振動の共振周波数と検出側振動の共振周波数との差Δｆの絶対値が３種の値（４０Ｈｚ，８０Ｈｚ，１２０Ｈｚ）である場合の特性を表している。図９に示すように、｜Δｆ｜で音叉型振動子１自身の周波数特性は決定され、｜Δｆ｜近傍の周波数の回転が加わった場合にその応答出力がピークを呈する。従って、音叉型振動ジャイロの要求周波数特性の上限値Ｆmax より｜Δｆ｜を小さくすると、ピーク部分を含んだ周波数応答特性を持つようになり、外部からの振動も大きな振幅となって検出することになる。よって、本発明では、この｜Δｆ｜を要求周波数特性の上限値Ｆmax 以上とし、また、回路のＬＰＦ（ローパスフィルタ）を併用することにより、Ｆmax 以下でフラットな周波数応答特性を得るようにする。
【００４５】
図１０は、このようなＬＰＦを用いるアナログ検出回路の構成図である。このアナログ検出回路は、アーム２，３に設けられた２系統の検出電極の検出電圧信号を入力してその２つの入力の差に比例した信号を出力する差動増幅器３１と、差動増幅器３１からの出力信号を同期検波する同期検波器３２と、同期信号となる基準クロックを発振して同期検波器３２へ出力する発振器３３と、所定の濾波特性（カットオフ周波数Ｆc ）を有するＬＰＦ３４と、ＬＰＦ３４の出力を増幅する直流増幅器３５とを有する。
【００４６】
図１１は、このようなアナログ検出回路における周波数応答特性の合成を示す図であり、図１１（ａ）は音叉型振動子１の角速度周波数特性、図１１（ｂ）はＬＰＦ３４の周波数特性、図１１（ｃ）は実際の音叉型振動ジャイロにおける周波数応答特性の一例を夫々示している。ここで、Ｆmax に合わせて｜Δｆ｜をＦmax よりわずかに大きく、しかも、ＬＰＦ３４のカットオフ周波数Ｆc をＦmax よりわずかに大きくした場合、音叉型振動ジャイロの実際の周波数応答特性は、音叉型振動子１自身の周波数特性（図１１（ａ））とＬＰＦ３４の周波数特性（図１１（ｂ））とが合成されたもの（図１１（ｃ））となり、Ｆmax 以上の周波数で大きなピークを持つ。そして、外部からの振動もこのピーク部に略等しい周波数で大きな振幅をとることになる。
【００４７】
従って、外部からの振動にて生じるノイズとしての不要信号を低減するためには、｜Δｆ｜をＦmax より十分大きくしておく必要がある。ここで、Ｆc はＦmax に準じると考えられるので、両者は略等しい数値であるとしても良い。よって、｜Δｆ｜をＦc より十分大きくすることにより、上記の不要信号を低減できる。
【００４８】
図１２は、｜Δｆ｜及びＦc を変化させた音叉型振動ジャイロに、実験的に外部から振動を加えた場合の検出信号（電圧換算）を示す図であり、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々、｜Δｆ｜＝１２０ＨｚでＦc ＝６０Ｈｚ，｜Δｆ｜＝２００ＨｚでＦc ＝６０Ｈｚ，｜Δｆ｜＝２００ＨｚでＦc ＝２２Ｈｚである場合の実験結果を表す。｜Δｆ｜＝２×Ｆc の場合（図１２（ａ））に比較して、｜Δｆ｜＞３×Ｆc の場合（図１２（ｂ））には大幅に不要信号が低減されることを確認できた。更に、｜Δｆ｜＞９×Ｆc を満たす場合（図１２（ｃ））では、飛躍的に不要信号が低減されることを確認できた。
【００４９】
次に、アナログの検出信号をデジタル信号に変換して、そのデジタル信号を処理するデジタル信号処理回路を備えた音叉型振動ジャイロについて説明する。
【００５０】
図１３は、このようなデジタル信号処理回路の構成図であり、このデジタル信号処理回路は、入力されるアナログの検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４１と、Ａ／Ｄ変換器４１の出力を所定時間にわたって積分する積分器４２とを有する。
【００５１】
音叉型振動ジャイロのアナログの検出信号は、上述したように（図８参照）、回転運動による周期ｔの検出波が駆動信号に加えられた態様をなす。従って、不要な回転角速度信号を効果的に除去するためには、検出系のデジタル信号処理回路において、少なくとも検出波の周期ｔ以上の積分時間が必要であり、しかも、その積分時間の逆数の２倍（２／ｔ）以上のサンプリング周波数ｆs をとる必要がある。ここで、検出可能角周波数（要求周波数特性）の上限値、いわゆる１／ｔの最大値は、上述したΔｆの絶対値以下である。従って、ｆs ＞２／ｔと｜Δｆ｜＞１／ｔとの条件を同時に満足することにより、不要な信号の除去を効果的に行うことが可能となる。
【００５２】
図１４，図１５は、上記２条件を満たす本発明例と上記２条件を満たさない比較例との音叉型振動ジャイロに、実験的に外部から振動を加えた場合の検出信号（角速度換算）を示す図であり、図１４，図１５は夫々、本発明例，比較例の実験結果を示す。なお、何れの例も、１４０Ｈｚ，１ＧでＹ方向に振動を印加し、ｆs ＝１ｋＨｚ，ｔ＝１ｓｅｃ．，Δｆ＝１２０Ｈｚとした。本発明例では、比較例と比べて不要信号の振幅が１／５になり、外部から振動が加わった場合に生じる不要信号の低減に本発明の手法が有効であることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の音叉型振動ジャイロの一例の構成図である。
【図２】本発明の音叉型振動ジャイロの他の例の特徴部分の構成図である。
【図３】本発明の音叉型振動ジャイロの更に他の例の特徴部分の構成図である。
【図４】本発明の音叉型振動ジャイロの更に他の例の構成図である。
【図５】本発明の音叉型振動ジャイロの更に他の例の構成図である。
【図６】揺動制限部材の位置及び形状を規定するための説明図である。
【図７】揺動制限部材の硬度に関する実験結果を示す図表である。
【図８】音叉型振動ジャイロにおける駆動信号と検出信号との関係を示す図である。
【図９】音叉型振動ジャイロにおける回転周波数と応答出力との関係を示すグラフである。
【図１０】音叉型振動ジャイロのアナログ検出回路の構成図である。
【図１１】アナログ検出回路における周波数応答特性の合成を示す図である。
【図１２】音叉型振動ジャイロに外部から振動を加えた場合の検出信号（電圧換算）の実験結果を示す図である。
【図１３】音叉型振動ジャイロのデジタル信号処理回路の構成図である。
【図１４】音叉型振動ジャイロ（本発明例）に外部から振動を加えた場合の検出信号（角速度換算）の実験結果を示す図である。
【図１５】音叉型振動ジャイロ（従来例）に外部から振動を加えた場合の検出信号（角速度換算）の実験結果を示す図である。
【図１６】従来の音叉型振動ジャイロの構成図である。
【図１７】音叉型振動子の振動状態を示す図である。
【図１８】外部からの振動または衝撃による音叉型振動子の揺動運動を示す図である。
【図１９】アームの先端がケースに接触する状態を示す図である。
【図２０】アームの先端が回路基板に接触する状態を示す図である。
【図２１】外部からの振動による音叉型振動子の並進運動を示す図である。
【図２２】外部からの振動による音叉型振動子の回転運動を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  音叉型振動子
２，３  アーム
４  ベース
５  ステム
６  支持基板
７  支持アーム
８  接着層
９  キャップ
１０  ケース
１１  回路基板
２１  揺動制限部材
【図１】
2006208398.tif 000003
【図２】
2006208398.tif 000004
【図３】
2006208398.tif 000005
【図４】
2006208398.tif 000006
【図５】
2006208398.tif 000007
【図６】
2006208398.tif 000008
【図７】
2006208398.tif 000009
【図８】
2006208398.tif 000010
【図９】
2006208398.tif 000011
【図１０】
2006208398.tif 000012
【図１１】
2006208398.tif 000013
【図１２】
2006208398.tif 000014
【図１３】
2006208398.tif 000015
【図１４】
2006208398.tif 000016
【図１５】
2006208398.tif 000017
【図１６】
2006208398.tif 000018
【図１７】
2006208398.tif 000019
【図１８】
2006208398.tif 000020
【図１９】
2006208398.tif 000021
【図２０】
2006208398.tif 000022
【図２１】
2006208398.tif 000023
【図２２】
2006208398.tif 000024