JPH04297874A - 角速度センサ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック圧電素子を音
叉構造に接合した、振動型の角速度センサ駆動装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年角速度が検出できる角速度センサの
実用化が進んでおり、たとえばビデオカメラに角速度セ
ンサを取りつけ、手ぶれによる撮影画面の揺れを、角速
度センサの出力によりレンズ位置を変えて補正する方式
など実用化されている。とくに圧電素子を音叉構造に接
合した振動型角速度センサはその応答速度や感度の面で
優れており、今後の幅広い活用が期待されている。

【０００３】従来の振動型角速度センサの駆動装置につ
いて図面に基づいて説明する。図６は従来の振動型角速
度センサ駆動装置の構成を示す回路ブロック図であり、
第１の増幅器１と、整流器２と、平滑回路３と、第２の
増幅器４で構成される駆動部分と、第３の増幅器５と、
同期検波器６と、ローパスフィルタ７とで構成される検
知部分とからなり、音叉構造振動型角速度センサ９に接
続されている。つぎに構成要素の互いの関連動作を説明
する。

【０００４】音叉構造振動型角速度センサ９は、第１の
増幅器１と、第１の増幅器１の出力電荷を整流する整流
器２と、この整流器２の出力電圧を平滑する平滑回路３
と、平滑回路３の出力電圧値によって第１の増幅器１か
らの出力電圧を増幅する増幅度が変化する第２の増幅器
４とによって一定振幅に制御されて音叉振動している。 音叉構造振動型角速度センサ９に角速度が加わると角速
度信号は第３の増幅器５で増幅および位相シフトされ、
同期検波器６で検波され、さらにローパスフィルタ７に
て平滑，増幅されて出力される。

【０００５】上記構成の本発明の角速度センサ駆動装置
は、まず角速度センサを駆動すると第１，第２の検知用
圧電素子は音叉振動するモニター用圧電素子もしくは駆
動用圧電素子とは直交しているため、原理的には角速度
信号が加わらなければ表面電極には電荷は生じない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動型角速度センサ駆動装置ではセンサの構造上のバラ
ツキによりセンサを音叉振動させるための駆動信号が検
知用圧電素子の表面電極に生ずる電荷に混入する。この
ため、音叉構造の振動周波数に合わせた同期検波によっ
てこのもれ信号を除外して角速度信号のみ出力すること
が一般に行なわれる。しかし、上記のもれ信号は本来の
角速度信号の百倍以上にもなることがある。また出力電
圧が温度変化により変動したり、増幅器の出力電圧が飽
和してしまい、増幅度を充分得られない問題があった。

【０００７】本発明は上記課題に鑑み、増幅器の入力信
号に混入する駆動信号成分を打ち消す機能を有する角速
度センサ駆動装置を促進しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、駆動用圧電素子，検知用圧電素子、前記
駆動用圧電素子と前記検知用圧電素子とを振動方向が直
交するように積み上げ接合する第１の接合部材および前
記接合された素子の一対を音叉構造に接合する第２の接
合部材とを具備した角速度センサと、前記一方の駆動用
圧電素子からの信号が入力されるとともに出力信号を他
方の駆動用圧電素子に出力するように接続され、かつ駆
動電圧の位相を１８０°反転させる位相反転増幅器と、
前記検知用圧電素子の表面電極に発生する電荷を入力信
号とし、かつその出力信号を取り出すことで角速度信号
を得る増幅器と、前記位相反転増幅器の入力端子と出力
端子との間に接続されるとともに摺動子が前記増幅器の
入力端子に接続された可変抵抗器とを有するものである
。

【０００９】

【作用】本発明によれば、可変抵抗器を介して駆動信号
もしくは駆動信号と１８０°位相の反転した信号を出力
信号に混入することができ、もれ信号を打ち消し減少さ
せることができる。

【００１０】

【実施例】以下本発明による角速度センサ駆動装置の一
実施例を図面に基づいて説明する。

【００１１】まず音叉構造振動型角速度センサについて
図３〜図５を用いて説明する。角速度センサは図３に示
すような構造であり、主に４つの圧電バイモルフからな
る駆動素子，モニター素子，第１および第２の検知素子
で構成され、駆動素子１０１と第１の検知素子１０３を
第１の接合部材である接合部１０５で直交接合した第１
の振動ユニット１０９と、モニター素子１０２と第２の
検知素子１０４を接合部１０６で直交接合した第２の振
動ユニット１１０とを第２の接合部材である連結板１０
７で連結し、この連結板１０７を支持棒１０８で一点支
持した音叉構造となっている。

【００１２】駆動素子１０１に正弦波電圧信号を与える
と、逆圧電効果により第１の振動ユニット１０９が振動
を始め、音叉振動により第２の振動ユニット１１０も振
動を開始する。したがってモニター素子１０２の圧電効
果によって素子表面に発生する電荷は駆動素子１０１へ
印加している正弦波電圧信号に比例する。このモニター
素子１０２に発生する電荷を検出し、これが一定振幅に
なるように駆動素子１０１へ印加する正弦波電圧信号を
コントロールすることにより安定した音叉振動を得るこ
とができる。なお、モニター素子１０２は、一定振幅制
御が不要な場合は、第２の駆動素子として振動される。 このセンサが角速度に比例した出力を発生させるメカニ
ズムを図４および図５を用いて説明する。

【００１３】図４は図３に示した角速度センサを上から
みたもので、速度ｖで振動している検知素子１０３に角
速度ωの回転が加わると、検知素子１０３には『コリオ
リの力』が生じる。この『コリオリの力』は速度ｖに垂
直で大きさは２ｍｖωである（ｍは検知素子１０３の先
端の等価質量である）。検知素子１０３は音叉振動をし
ているので、ある時点で検知素子１０３が速度ｖで振動
しているとすれば、検知素子１０４は速度ｖで振動して
おり『コリオリの力』は−２ｍｖωである。よって検知
素子１０３，１０４は図５のように互いに『コリオリの
力』が働く方向に変形し、素子表面には圧電効果によっ
て電荷が生じる。ここでｖは音叉振動によって生じる運
動であり、音叉振動が であるとすれば、『コリオリの力』は Ｆｃ＝ａ・ω・ｓｉｎω０ｔ となり、角速度ωおよび音叉振動ａに比例しており、検
知素子１０３，１０４を面方向に変形させる力となる。 したがって検知素子１０３，１０４の表面電荷量ＱはＱ
∝ａ＝ａ・ω・ｓｉｎω０ｔ となり音叉振幅ａが一定にコントロールされているとす
れば、 Ｑ∝ω・ｓｉｎω０ｔ となり検知素子１０３，１０４に発生する表面電荷量Ｑ
は角速度ωに比例した出力として得られ、この信号をω
０ｔで同期検波すれば角速度ωに比例した直流信号が得
られる。なお、このセンサに角速度以外の並進運動を与
えても検知素子１０３と検知素子１０４の２つの素子表
面には同極性の電荷が生ずるため、直流信号に変換時、
互いに打ち消しあって出力は出ないようになっている以
上、圧電バイモルフ素子で説明したが、一般の圧電素子
でも同様の機能を有することは言うまでもない。

【００１４】図１は本発明の一実施例であり、従来例と
同一機能を有するものには同一符号を付し説明を省略す
る。

【００１５】１０は位相反転増幅器であり、第１の増幅
器１の出力側につながっている。この位相反転増幅器１
０を介すると、音叉構造振動型角速度センサ９を音叉振
動させる駆動信号と１８０°位相が反転した信号を得る
ことができる。１１は可変抵抗器であり、位相反転増幅
器１０の入力側と出力側の間に接続されており、この可
変抵抗器１１の摺動子は第３の増幅器５の入力側へ抵抗
器１２を介して接続されている。この構成により、位相
反転増幅器１０の入力信号もしくは出力信号を適当な値
だけ第３の増幅器５の入力側へ混入することができる。

【００１６】図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は本実施例の
動作を説明する波形図である。図２（ａ）の実線は図１
の位相反転増幅器１０の入力信号を示し、破線は同増幅
器の出力信号を示している。これら信号は正弦波であり
、その周波数は前記した通り角速度センサの音叉振動周
波数と同一である。

【００１７】図２（ｂ）は角速度が印加された時に検知
素子１０３及び検知素子１０４に生ずる電荷の理論値で
ある。この波形は図２（ａ）と同一周波数で位相が９０
°だけシフトしており、振幅は前記したコリオリの力の
原理から説明がつくように印加された角速度に比例する
。ところが実際にはセンサを構成する材料のバラツキや
組立て上の誤差が原因して、検知素子１０３もしくは検
知素子１０４に生ずる波形は、図２（ｃ）の実線に示す
様に図２（ｂ）と駆動電圧とを加算した波形になってし
まうが、可変抵抗器１１を適当に摺動して駆動電圧が加
算されるか、駆動電圧と逆位相の電圧が加算されるかす
る。これは、検知素子１０４とモニター素子１０２の直
交精度及び検知素子１０３と駆動素子１０１の直交精度
が、９０°に対しプラス側にズレているか、マイナス側
にズレているかによって決まるものである。可変抵抗１
１を変化させると、図２（ｃ）の波形に対し図２（ａ）
の実線の破形もしくは破線の波形の電圧が適当な量加算
される。これによって図２（ｃ）の波形から駆動信号成
分を取りのぞくことができ、図２（ｂ）に示すような理
想的な波形に近づけることができる。

【００１８】以上の説明より明らかなように本実施例の
角速度センサ駆動装置によればセンサのバラツキによっ
て生じる駆動信号のモレ成分を取りのぞくことができる
。このため同期検波回路の応答スピードによって生じて
いた温度変化による出力電圧の変動が小さくなる。さら
にローパスフィルタが簡略できるという効果もある。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、可変抵抗
器を介して駆動信号もしくは駆動信号と１８０°位相の
反転した信号を出力信号に混入することができ、もれ信
号を打ち消し減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角速度センサ駆動装置の一実施例を示
すブロック図

【図２】同実施例の動作を説明するための波形図

【図３
】音叉構造振動型角速度センサの斜視図

【図４】同セン
サの動作説明図

【図５】同センサの動作説明図

【図６】従来の角速度センサ駆動装置のブロック図

【符号の説明】

１　　第１の増幅器 ２　　整流器 ３　　平滑回路 ４　　第２の増幅器 ５　　第３の増幅器 ６　　同期検波器 ７　　ローパスフィルタ ９　　音叉構造振動型角速度センサ １０　　位相反転増幅器 １１　　可変抵抗器 １２　　抵抗器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動用圧電素子，検知用圧電素子、前記駆
   動用圧電素子と前記検知用圧電素子とを振動方向が直交
   するように積み上げ接合する第１の接合部材、および前
   記接合された素子の一対を音叉構造に接合する第２の接
   合部材を具備した角速度センサと、前記一方の駆動用圧
   電素子からの信号が入力されるとともに出力信号を他方
   の駆動用圧電素子に出力するように接続され、かつ駆動
   電圧の位相を１８０°反転させる位相反転増幅器と、前
   記検知用圧電素子の表面電極に発生する電荷を入力信号
   としかつその出力信号を取り出すことで角速度信号を得
   る増幅器と、前記位相反転増幅器の入力端子と出力端子
   との間に接続されるとともに摺動子が前記増幅器の入力
   端子に接続された可変抵抗器とを有する角速度センサ駆
   動装置。