JP2001050752A

JP2001050752A - 振動子の駆動装置

Info

Publication number: JP2001050752A
Application number: JP11316667A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hasegawa; 和男長谷川; Daisuke Takai; 大輔高井; Eiji Shinohara; 英司篠原
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】従来は２つの電流出力の振幅に高低差がある
と位相差の中点がずれてしまうため、圧電振動子の駆動
系を高い精度で制御することができなかった。【解決手段】２つの電流出力Ｉ１，Ｉ２をＩ／Ｖ変換
手段４１，４２で電圧出力Ｖ１，Ｖ２に変換し、さらに
二値化手段４３，４４でディジタル出力Ｄ１，Ｄ２にそ
れぞれ変換する。出力Ｄ１とＤ２は、移相手段３１の加
算器３１Ａで加算され、積分器３１Ｂにより三角波状出
力Ｋ０に変換される。三角波状出力Ｋ０は、二値化手段
３１ＣにおいてＶ_CC／２を基準にコンパレートされるた
め、２つの信号の位相差の中点から高い精度で位相を９
０degだけシフトさせることができる。これにより、安
定した駆動信号Ｓを生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロスコープ
などに使用される振動子の駆動装置に係わり、特に圧電
振動子および静電容量振動子を安定して駆動できるよう
にした振動子の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２３は、従来のジャイロスコープ用の
圧電振動子のドライブ手段および検出手段を示す回路構
成図、図２４はジャイロスコープに使用される三脚音叉
型の圧電振動子を示す斜視図、図２５は圧電振動子の端
面の一構成例を示し、図２４の矢印２５方向から見た正
面図、図２６は圧電振動子の端面の他の構成例を示す正
面図である。また図２７は、従来の２つの電圧出力の位
相差の中点を求める方法を示し、Ａは振幅の高低差が零
の場合、Ｂは振幅に高低差を有する場合をそれぞれ示し
ている。

【０００３】図２３に示すように、従来のジャイロスコ
ープは、圧電振動子１と、圧電振動子１に駆動信号を供
給するドライブ手段（交流駆動信号源）１０および圧電
振動子１からの出力信号を検出する検出手段２０から構
成されている。

【０００４】先ず、圧電振動子１について説明する。図
２４に示すように圧電振動子１は、例えばエリンバなど
の恒弾性材料の平板の表裏両面に圧電材料が貼付された
もの、またはＰＺＴや水晶など全体が圧電材料の板材に
より形成されている。圧電振動子１の先端には、分岐形
成された３つの振動脚１ｕ、１ｖおよび１ｗを有してい
る。図２４、図２５および図２６に示すように、各振動
脚１ｕ、１ｖおよび１ｗの表面には、先端部から基端部
まで平行に延びた一対の駆動電極１ａ，１ｂ，ａ，ｂ，
２ａ，２ｂが形成されている。同様に各振動脚１ｕ、１
ｖおよび１ｗの裏面には、一対の出力電極（検出電極）
１ｃ，１ｄ，ｃ，ｄ，２ｃ，２ｄがそれぞれ形成されて
いる。また中央の振動脚１ｖの裏面の前記出力電極ｃと
ｄとの真中には、先端部から基端部まで延びるアース電
極Ｇが形成されている。

【０００５】圧電振動子１の３つの振動脚１ｕ、１ｖお
よび１ｗでの圧電材料の誘電分極方向は、図２５におい
て矢印で示す通りであり、左右両側の圧電振動子１ｕと
１ｗとで誘電分極方向が同じであり、中央の振動子１ｖ
では、左右の振動子１ｕおよび１ｗに対し、誘電分極方
向が左右および上下に対称な向きである（差分極型）。

【０００６】図２５に示す差分極型の圧電振動子１で
は、上記ドライブ手段（交流駆動信号源）１０から同一
の駆動信号Ｓが各駆動電極１ａ，１ｂ，ａ，ｂ，２ａお
よび２ｂに供給されると、各振動脚１ｕ、１ｖおよび１
ｗは、圧電効果により各振動脚の並び方向となるＸ方向
へ振動駆動させられる。

【０００７】各振動脚１ｕ、１ｖおよび１ｗは、Ｘ方向
へ一次又は数次のモードによる曲げ変形振動を生じる。
また、両側の振動脚１ｕと１ｗとが同じ位相で駆動さ
れ、中央の振動脚１ｖは、両側の振動脚１ｕ，１ｗと、
位相がπ（１８０deg（度））相違するように駆動され
る。すなわち、両側の振動脚１ｕと１ｗのある時点での
振幅の方向が＋Ｘ方向のとき、中央の振動脚１ｖの振幅
方向は−Ｘ方向である。

【０００８】上記のように振動駆動された状態でＺ軸回
りの回転系に置かれると、各振動脚に対し振動駆動方向
（Ｘ方向）と直交する方向へのコリオリ力が作用し、各
振動脚はＹ方向へ振動する。このコリオリ力による振動
成分も、両側の振動脚１ｕ，１ｗと、中央の振動脚１ｖ
とで逆の位相となる。ある時点で両側の振動脚１ｕと１
ｗがコリオリ力により＋Ｙ方向への振幅成分を持つと
き、中央の振動脚１ｖは−Ｙ方向への振幅成分を持つ。

【０００９】また、図２６に示されるように、各振動脚
１ｕ，１ｖおよび１ｗの誘電分極方向をすべて同じ方向
に形成した圧電振動子（同一分極型）１Ｂの場合には、
１つの振動脚上の隣り合う駆動電極間には、位相が１８
０deg異なる駆動信号Ｓ１およびＳ２がそれぞれ供給さ
れる。すなわち、両側の振動脚１ｕおよび１ｗでは、＋
Ｘ方向の駆動電極１ｂおよび２ｂに駆動信号Ｓ１が供給
され、−Ｘ方向の駆動電極１ａおよび２ａに駆動信号Ｓ
２が供給される。一方、振動脚１ｖでは＋Ｘ方向の駆動
電極ｂに駆動信号Ｓ２が供給され、−Ｘ方向の駆動電極
ａに駆動信号Ｓ１が供給される。このように、各振動子
１ｕ，１ｖおよび１ｗの各駆動電極に駆動信号Ｓ１およ
びＳ２をそれぞれ供給することにより、上記圧電振動子
１と同じように振動駆動させることができる。

【００１０】前記圧電振動子（差分極型）１又は１Ｂ
（同一分極型）がある回転系に置かれると、前記アース
電極Ｇと出力電極ｃとの間、およびアース電極Ｇと出力
電極ｄとの間に互いに位相のずれた正弦波状の電流出力
Ｉ１およびＩ２がそれぞれ出力される。上記圧電振動子
では、電流出力Ｉ１とＩ２の位相差の中点と、前記駆動
信号Ｓの立ち上りのタイミングとが同期するように駆動
される。正しくは、駆動信号Ｓが、電流出力Ｉ１とＩ２
の位相差の中点に同期するように、上記ドライブ手段１
０がフィードバック制御されている。

【００１１】次に、ドライブ手段１０および検出手段２
０の動作について説明する。なお、以下の説明では電流
出力Ｉ１と電流出力Ｉ２の位相差をλとしたときに、位
相差λの中点であるλ／２を位相の基準点（０deg）と
する。

【００１２】図２３に示すように、ドライブ手段１０
は、Ｉ／Ｖ（電流／電圧）変換手段（変換手段）１１、
加算手段１２、第１の移相手段１３、カップリングコン
デンサＣ１、二値化手段１４、第２の移相手段１５、ゲ
イン可変手段１６およびバッファ手段１７から構成され
ている。一方検出手段２０は、二値化手段２１および位
相差検出手段２２から構成されている。

【００１３】上記圧電振動子１のうち、中央の振動脚１
ｖの出力電極ｃ,ｄが、ドライブ手段１０の初段に設け
られたＩ／Ｖ変換手段１１に接続されている。Ｉ／Ｖ
（電流／電圧）変換手段１１は、オペアンプなどの演算
増幅器を主体とし、その周囲に抵抗やコンデンサなどが
外付けされた２つのＩ／Ｖ変換回路１１Ａ，１１Ｂから
構成されている。前記圧電振動子１の出力電極ｃは、Ｉ
／Ｖ変換回路１１Ａの入力端子１１ａ１に接続され、出
力電極ｄはＩ／Ｖ変換回路１１Ｂの入力端子１１ｂ１に
それぞれ接続されている。またアース電極Ｇは、基準電
位（例えば０ボルト）に接続されている。

【００１４】前記出力電極ｃおよびｄから出力される正
弦波状の電流出力Ｉ１およびＩ２は、Ｉ／Ｖ変換回路１
１Ａ，１１Ｂにおいて電圧出力Ｖ１およびＶ２に変換さ
れる。なお、この電流／電圧変換により、電圧出力Ｖ
１，Ｖ２は、前記電流出力I１，Ｉ２から−１８０degだ
け位相が遅れる。

【００１５】図２３に示すように、Ｉ／Ｖ変換回路１１
Ａ，１１Ｂの出力端子１１ａ２および１１ｂ２は加算手
段１２に接続されている。加算手段１２は、例えばＩ／
Ｖ変換回路１１Ａ，１１Ｂの出力を分割する抵抗と、高
入力インピーダンスからなるバッファ回路から構成され
（図示せず）、各電圧出力Ｖ１およびＶ２は、加算手段
１２によりアナログ的に加算された加算電圧Ｖ０とされ
る。なお、ここでは位相のシフトは行われない。

【００１６】加算手段１２の後段（第３段）には、第１
の移相手段（アナログ移相シフター）１３が設けられて
おり、前記加算電圧Ｖ０が入力される。第１の移相手段
１３は、前記加算手段１２の加算電圧Ｖ０のピーク値を
前記電圧出力Ｖ１とＶ２の位相差の中点と擬制し、この
ピーク値から前記加算信号を＋９０degだけシフトした
参照信号（アナログ値）refを生成する。したがって、
前記位相の基準点に対しては−１８０+（＋９０）＝−
９０degだけシフトされたことになる。なお、この参照
信号refは、後述する二値化回路２１ｃに供給されてい
る。

【００１７】第１の移相手段１３の後段（第４段）に
は、カップリングコンデンサＣ１が設けられ、参照信号
refの直流成分がカットされている。このカップリング
コンデンサＣ１の後段（第５段）には、第１の二値化手
段１４が設けられている。この第１の二値化手段１４で
は、前記参照信号refを「Ｈ」レベルの信号および
「Ｌ」レベルの信号からなる二値化信号（ディジタル
値）に変換する。すなわち、あるスレッショルドレベル
（電圧）を基準とし、参照信号Ｖ０′が前記スレッショ
ルドレベル以上であれば「Ｌ」レベルの信号に変換し、
以下であれば「Ｈ」レベルの信号に変換する。よって、
この第１の二値化手段１４では、位相が−１８０degだ
け遅れ、これは前記位相の基準点から見ると、−９０＋
（−１８０）＝−２７０degだけ遅れることになる。

【００１８】第６段目には、第２の移相手段（ディジタ
ル移相シフター）１５が設けられている。この第２の移
相手段１５では、前記第１の二値化手段１４の位相を−
９０degだけシフトさせるように機能する。よって、第
２の移相手段１５の出力は、−２７０＋（−９０）＝−
３６０＝０deg、すなわち位相の基準点にシフトされた
ことになる。第２の移相手段１５の出力は、その後段
（第７段）に設けられたゲイン可変手段（ドライブ回
路）１６により所定の振幅に増幅されるとともに、再び
正弦波状の駆動信号Ｓ（駆動電力）に変換される。この
駆動信号Ｓは、前記位相の基準点に対して位相差が０の
信号であり、上記圧電振動子１の各駆動電極１ａ，１
ｂ，ａ，ｂ，２ａおよび２ｂにバッファ手段１７を介し
て供給されている。

【００１９】一方、検出手段２０には、前記Ｉ／Ｖ変換
手段１１の電圧出力Ｖ１およびＶ２を二値化する第２の
二値化手段２１が設けられている。第２の二値化手段２
１は、３つの二値化回路２１ａ，２１ｂおよび２１ｃか
ら構成され、このうち二値化回路２１ａに前記Ｉ／Ｖ変
換回路１１Ａの電圧出力Ｖ１が入力され、二値化回路２
１ｂにＩ／Ｖ変換回路１１Ｂの電圧出力Ｖ２が入力され
ている。この二値化回路２１ａおよび２１ｂでは、前記
Ｉ／Ｖ変換手段１１の電圧出力Ｖ１およびＶ２を、所定
のスレッショルドレベルで「Ｈ」信号および「Ｌ」信号
からなるディジタル出力Ｄ１およびＤ２にそれぞれ変換
される。なお、この二値化回路２１ａおよび２１ｂで
は、電圧出力Ｖ１およびＶ２が−１８０degだけシフト
される。したがって、前記位相の基準点から見ると、−
１８０＋（−１８０）＝−３６０＝０degである。

【００２０】また、前記ドライブ手段１０の第３段目の
第１の移相手段１３で位相シフトされた参照信号ref
は、第２の二値化手段２１のうち、残りの二値化回路２
１ｃに入力され、所定のスレッショルドレベル（電圧）
で「Ｈ」レベルの信号および「Ｌ」レベルの信号からな
るディジタル参照信号Ｄ_refに変換される。このとき、
ディジタル参照信号Ｄ_refの位相は、前記位相の基準点
に対し−９０＋（−１８０）＝−２７０deg（＝＋９０d
eg）となっている。すなわち、前記ディジタル出力Ｄ１
およびＤ２とディジタル参照信号Ｄ_refとの間には、９
０degの位相差が生じるように設定されている。

【００２１】位相差検出手段２２は、１組のExorゲート
２３，２４、ローパスフィルタ２５，２６および差動増
幅手段２７から構成されている。第１のExorゲート２３
では、前記ディジタル出力Ｄ１とディジタル参照信号Ｄ
_refとの排他的論理和が求められ、第２のExorゲート２
４で前記ディジタル出力Ｄ２とディジタル参照信号Ｄ
_refとの排他的論理和が求められる。そして、これらの
各出力は、ローパスフィルタ２５，２６で積分平滑さ
れ、直流電圧値にそれぞれ変換され、さらに差動増幅手
段２７によりコリオリ力に比例した角速度出力Ｖoutが
検出される。

【００２２】このようにして検出された角速度出力Ｖou
tは、さらに図示しない積分手段により数値積分され角
度が求められ、ジャイロスコープの内部信号として利用
される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の圧
電振動子のドライブ手段およびその検出手段では、以下
に示すような問題がある。

【００２４】図２７Ａに示すように、上記ドライブ手段
１０の第１の移相手段１３では、Ｉ／Ｖ変換後の電圧出
力Ｖ１と電圧出力Ｖ２とをアナログ的に加算した加算信
号Ｖ０のピーク値Ｖ_P0の位置Ｐ₀を、電圧出力Ｖ１と電
圧出力Ｖ２との位相差λの中点λ／２とし、この位置Ｐ
₀を基準に加算信号Ｖ０が９０degだけシフトされる。こ
の方法によれば、電圧出力Ｖ１と電圧出力Ｖ２との振幅
差が０の場合には、電圧出力Ｖ１と電圧出力Ｖ２の位相
差λの中点λ／２と加算信号Ｖ０のピーク値Ｖ _P0の位置
Ｐ₀とが一致する。

【００２５】しかし、図２７Ｂに示すように、電圧出力
Ｖ１と電圧出力Ｖ２と振幅のピークが一致しないと、す
なわち電圧出力Ｖ１と電圧出力Ｖ２との間に振幅の高低
差が生じると、加算信号Ｖ０のピーク値Ｖ_P0の位置Ｐ₀
が電圧出力Ｖ１と電圧出力Ｖ２の位相差の中点λ／２の
位置ではなく、電圧出力Ｖ１と電圧出力Ｖ２とのいずれ
か振幅の大きい方（図２７ＢではＶ１）に引きずられて
偏ってしまう。よって、ピーク値Ｖ_P0の位置Ｐ₀と実際
の位相の中点λ／２との間に位相ずれλ₀が生じるた
め、このピーク値Ｖ_P0の位置Ｐ₀を基準に加算信号Ｖ０
を９０degだけシフトした参照信refにばらつきが生じ
る。そして、このようなばらつきが生じると、第１の移
相手段１３の後段以降に設けられた各種の手段（第１の
二値化手段１４等）でも位相がずれた状態となるため、
結局電流出力Ｉ１およびＩ２に同期した駆動信号Ｓを圧
電振動子１の各駆動電極１ａ，１ｂ，ａ，ｂ，２ａおよ
び２ｂに供給できなくなるという問題が生じる。

【００２６】また、二値化回路２１ｃで生成されるディ
ジタル参照信号Ｄ_refの位相にもずれが生じるため、デ
ィジタル参照信号Ｄ_refとディジタル出力Ｄ１との間、
およびディジタル参照信号Ｄ_refとディジタル出力Ｄ２
との間の位相差をそれぞれ正確に９０degに設定できな
くなる。よって、位相差検出手段２２から検出される角
速度出力Ｖout、さらにはこの角速度出力Ｖoutを数値積
分して求められる角度出力に誤差が生じるという問題が
ある。

【００２７】また従来は、その他圧電振動子１に供給さ
れる駆動信号Ｓを検出し、この駆動信号Ｓと電流出力Ｉ
１とＩ２の中点との位相差を検出し、この位相差が零に
なるように制御するものも在する（図示せず）。しか
し、この構成では、圧電振動子１に駆動信号Ｓを検出す
るための電極を設ける必要が生じ、圧電振動子１の構造
やその配線処理が複雑になるという問題がある。

【００２８】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、振動子の各電流出力をI／Ｖ変換した電圧
出力間の位相差の中点から正確に所定の移相量だけ参照
信号をシフトされるようにして、圧電振動子のフィード
バック制御系の安定性を高めた振動子の駆動装置を提供
することを目的としている。

【００２９】また本発明は、静電容量型の振動子を安定
して駆動できるようにした振動子の駆動装置を提供する
ことを目的としている。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明は、駆動方向と直
交する方向に変位する振動脚と、前記振動脚に駆動信号
を供給する駆動電極と、前記振動脚の面上又は振動脚と
対向する位置に設けられ、前記振動脚の物理的な変位量
を電気信号として取り出す一対の検出電極とを備えた振
動子と、前記一対の検出電極から取り出された電気信号
を所定のスレッショルドレベルで第１及び第２の二値化
信号に変換する二値化手段と、前記第１および第２の二
値化信号から参照信号を生成する参照信号生成手段と、
前記参照信号を基準に前記振動脚を駆動するための駆動
信号を生成する駆動手段と、が設けられており、前記参
照信号生成手段では、前記参照信号が前記第１および第
２の二値化信号の位相差の中心を基準に生成されている
ことを特徴とするものである。

【００３１】上記振動子の駆動装置としては、振動脚の
一面に一対の駆動電極および他面に一対の検出電極を備
えた振動子と、前記一対の駆動電極から検出された第１
および第２の電流出力をそれぞれ第１および第２の電圧
出力に変換する第１および第２の変換手段と、前記各電
圧出力を所定のスレッショルドレベルを基準に第１およ
び第２の二値化信号にそれぞれ変換する第１および第２
の二値化手段と、前記第１および第２の二値化信号から
参照信号を生成する参照信号生成手段と、前記参照信号
から圧電振動子を駆動するための駆動信号を生成する駆
動手段とからなり、前記駆動信号が、前記第１および第
２の電流出力の位相差の中点を基準として生成されるも
のが好ましい。

【００３２】本発明では、第１および第２の出力信号
が、最終的にそのパルス幅に比例した第１および第２の
二値化信号に変換され、これら第１および第２の二値化
信号の位相差の中点を基準に駆動信号を生成して振動子
の各駆動電極に供給する。よって、従来のように第１お
よび第２の出力信号の加算信号の振幅のピーク値を位相
差の中点とするものではないため、第１および第２の出
力信号の間に振幅差が生じている場合であっても正確な
駆動信号を生成することができる。よって、駆動装置の
フィードバック系を安定化させることができる。

【００３３】また実際に振動子に供給されている駆動信
号を検出し、この駆動信号と出力信号との位相差を検出
し、この位相差が零になるように制御する構成ではない
ため、振動子に駆動信号を検出するための電極を設ける
必要がない。

【００３４】上記において、前記参照信号生成手段が、
第１及び第２の二値化手段の出力を加算する加算器、前
記加算器の出力を積分する積分器と、前記積分器の出力
を二値化信号に変換する第３の二値化手段とから成るも
のが好ましい。

【００３５】上記構成では、例えば第１および第２の二
値化信号（ディジタル出力）を加算後に積分して二値化
してもよく、あるいは第１および第２の二値化信号（デ
ィジタル出力）をそれぞれ積分し、その積分後の信号を
加算して二値化してもよい。

【００３６】また、前記参照信号生成手段が、加算器、
差動増幅器、ローパスフィルタ、ＶＣＯおよび分周器お
よび位相差検出手段の一部を構成する位相比較器とから
成るものが好ましい。

【００３７】上記構成では、位相差検出手段の一部から
抜き出した信号をＰＬＬとして使用することができ、位
相比較器を位相差検出手段およびＰＬＬに兼用すること
が可能となるため、ジャイロスコープの構成を簡素化す
ることができる。

【００３８】また上記構成では、前記参照信号が、第１
および第２の二値化信号の位相差の中点から一定量だけ
位相がずれるものである。

【００３９】例えば、前記参照信号が、第１および第２
の二値化信号の位相差の中点から位相が９０degだけず
れるものである。

【００４０】またその他の振動子の駆動装置としては、
駆動方向と直交する方向に変位する振動脚を備えた振動
子と、前記振動子と対向配置された基材と、前記振動脚
に設けられ、前記振動脚の駆動方向に対して直交する方
向の変位量を検出する検出用可動電極と、前記検出用可
動電極に対向する基材側に前記振動脚の変位方向に位置
をずらして設けられ、且つ前記検出用可動電極との間で
第１および第２の容量を形成する一対の検出用固定電極
と、前記第１及び第２の容量をそれぞれ電気信号に変換
する第１及び第２の変換手段と、前記第１及び第２の変
換手段の各出力信号を、所定のスレッショルドレベルを
基準に第１及び第２の二値化信号にそれぞれ変換する第
１及び第２の二値化手段と、前記第１及び第２の二値化
信号から参照信号を生成する参照信号生成手段と、前記
参照信号に基づき前記振動脚を駆動するための駆動信号
を生成する駆動手段とからなり、前記参照信号生成手段
が、前記参照信号を前記第１及び第２の二値化信号の位
相差の中点を基準として生成するものである。

【００４１】あるいは、駆動方向と直交する方向に変位
する振動脚を備えた振動子と、前記振動子と対向配置さ
れた基材と、前記基材側に設けられ、前記振動脚の駆動
方向に対して直交する方向の変位量を検出する検出用固
定電極と、前記基材と対向する振動脚の一面に前記振動
脚の変位方向に位置をずらして設けられ、且つ前記検出
用固定電極との間で第１および第２の容量を形成する一
対の検出用可動電極と、前記第１及び第２の容量をそれ
ぞれ電気信号に変換する第１及び第２の変換手段と、前
記第１及び第２の変換手段の各出力信号を、所定のスレ
ッショルドレベルを基準に第１及び第２の二値化信号に
それぞれ変換する第１及び第２の二値化手段と、前記第
１及び第２の二値化信号から参照信号を生成する参照信
号生成手段と、前記参照信号に基づき前記振動脚を駆動
するための駆動信号を生成する駆動手段とからなり、前
記参照信号生成手段が、前記参照信号を前記第１及び第
２の二値化信号の位相差の中点を基準として生成するも
のである。

【００４２】これら場合にも、前記参照信号生成手段
が、第１及び第２の二値化手段の出力を加算する加算
器、前記加算器の出力を積分する積分器と、前記積分器
の出力を二値化信号に変換する第３の二値化手段とから
成るものである。

【００４３】また前記駆動手段が、前記第３の二値化手
段の出力を正弦波に生成する手段からなるものである。

【００４４】なお、正弦波を生成する手段としては、例
えばローパスフィルタやその他の公知の手段を使用する
ことができる。

【００４５】さらに、前記駆動手段が、前記振動脚に配
置された駆動用可動電極と、前記駆動用可動電極との間
で容量を形成するよう前記基材に対向配置された駆動用
固定電極との間に前記駆動信号を与えるものである。

【００４６】そして、上記振動子としては、例えば前記
振動子が、圧電素子からなるものを使用することも可能
である。

【００４７】上記においても、前記参照信号が、第１お
よび第２の二値化信号の位相差の中点から一定量だけ位
相がずれているものである。

【００４８】この場合においても、前記参照信号が、第
１および第２の二値化信号の位相差の中点から位相が９
０degだけずれるものとすることができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。

【００５０】図１は本発明におけるジャイロスコープ用
の振動子の駆動装置の実施の形態として、同一分極型の
圧電振動子の場合のブロック構成図、図２は図１のブロ
ック構成図の詳細を示す回路構成図、図３は位相差検出
手段の詳細を示す回路構成図である。

【００５１】図１に示すブロック構成図では、符号３０
で囲まれる範囲が駆動系、符号４０で囲まれる範囲が検
出系、符号５０で囲まれる部分が位相差検出手段を示し
ている。なお、振動子は上記従来の圧電振動子１Ｂと同
様の同一分極型である。すなわち、各振動脚の誘電分極
方向はすべて同一方向に形成されており、各振動脚１
ｕ，１ｖおよび１ｗの一方の面には駆動電極１ａ，１
ｂ，ａ，ｂ，２ａおよび２ｂが形成され、他方の面には
出力電極１ｃ，１ｄ，ｃ，ｄ，２ｃおよび２ｄがそれぞ
れ形成されている（図２４および図２６参照）。ただ
し、従来中央の振動脚１ｖの検出側の中央に形成されて
いたアース電極Ｇは削除されている。なお、図２には、
前記圧電振動子１Ｂの３つの振動脚１ｕ，１ｖおよび１
ｗのうち、中央の振動脚１ｖのみが示されている。

【００５２】図１に示すように、駆動系３０は、移相手
段（参照信号生成手段）３１、振幅制御手段３４、ロー
パスフィルタ３５、ドライブ手段（駆動手段）３６およ
び反転ドライブ手段（駆動手段）３７より構成されてい
る。一方、検出系（検出手段）４０は、変換手段（Ｉ／
Ｖ変換手段）４１，４２および二値化手段４３，４４か
ら構成されている。さらに位相差検出手段５０は、位相
比較手段５１，５２、ローパスフィルタ５３，５４およ
び差動増幅手段５７から構成されている。

【００５３】上記圧電振動子１の３つの振動脚１ｕ，１
ｖおよび１ｗの各駆動電極１ａ，ｂおよび２ａは、前記
ドライブ手段３６に接続され、残りの各駆動電極１ｂ，
ａおよび２ｂは反転ドライブ手段３７に接続されてい
る。一方、両側の振動脚１ｕ，１ｗの出力電極１ｃ，１
ｄ，２ｃおよび２ｄは、基準電位（例えば、Ｖ_CC／２：
Ｖ_CCは電源電圧）に接続されている（図示せず）。そし
て、図２に示すように、中央の出力電極ｃおよびｄは、
Ｉ／Ｖ変換手段４１および４２にそれぞれ接続されてい
る。

【００５４】次に、検出系４０について説明する。図２
に示すように、検出系４０の初段となるＩ／Ｖ変換手段
４１および４２は、主にオペアンプなどの演算増幅器か
ら構成されており、中央の振動脚１ｖの出力電極ｃおよ
びｄから流出した正弦波状の出力信号、すなわち第１の
電流出力（第１の出力信号））Ｉ１および第２の電流出
力（第２の出力信号））Ｉ２が、正弦波状の第１および
第２の電圧出力Ｖ１およびＶ２にそれぞれ変換される。
また二値化手段４３および４４は、オペアンプなどの演
算増幅器を用いたコンパレータから構成され、図２には
いわゆるレベル検出器型のコンパレータＸ３，Ｘ２０が
示されている。なお、二値化手段４３および４４を構成
するコンパレータＸ３，Ｘ２０の出力部は、オープンコ
レクタ型であるため、出力端子は抵抗Ｒ１５，Ｒ２０を
介して電源電圧Ｖ_CCに接続されている。

【００５５】前記二値化手段４３，４４では、正弦波状
の電圧出力Ｖ１およびＶ２を、そのパルス幅に比例した
パルス幅からなる矩形波状（ディジタル波形）のディジ
タル出力（二値化信号）Ｄ１およびＤ２に変換する。前
記二値化手段４３は、電圧出力Ｖ１がスレッショルドレ
ベル（Ｖ_CC／２）を負から正の方向にクロスすると
「Ｈ」レベルの信号を、正から負方向にクロスすると
「Ｌ」レベルの信号をそれぞれ出力するように動作する
正転型のコンパレータからなる。また二値化手段４４
は、電圧出力Ｖ２がスレッショルドレベル（Ｖ_CC／２）
を負から正の方向にクロスすると「Ｌ」レベルの信号
を、負から正方向にクロスすると「Ｈ」レベルの信号を
それぞれ出力するように動作する反転型のコンパレータ
からなる。すなわち、二値化手段４４と二値化手段４３
とは、逆極性の動作を行うものとなっている。

【００５６】次に駆動系３０について説明する。図２に
示すように、移相手段（参照信号生成手段）３１は、加
算器３１Ａ，積分器３１Ｂおよび二値化回路（第３の二
値化手段）３１Ｃから構成されている。

【００５７】加算器３１Ａは、抵抗Ｒ２およびＲ４から
構成されている。二値化手段４３の出力端子と抵抗Ｒ４
の間および二値化手段４４の出力端子と抵抗Ｒ２の間に
は、カップリングコンデンサＣ２，Ｃ３がそれぞれ設け
られ直流電圧成分がカットされている。したがって、加
算器３１Ａでは、抵抗Ｒ１およびＲ３を介して新たにバ
イアスされた基準電位Ｖ_CC／２の上にディジタル出力Ｄ
１およびＤ２の交流成分が載った電圧どうしがアナログ
的に加算されている。積分器３１Ｂは、オペアンプなど
の演算増幅器Ｘ５を主体とし、これに前記加算器３１Ａ
を構成する抵抗Ｒ２，Ｒ４およびその他の抵抗Ｒ５，Ｒ
７、コンデンサＣ１等が接続されて構成されている。こ
の積分器３１Ｂの反転端子（−端子）には、ディジタル
出力Ｄ１とＤ２とをアナログ的に加算した矩形波状の信
号が入力され、積分器３１Ｂにおいて三角波状の出力
（三角波出力）Ｋ０に変換される。積分器３１Ｂの後段
には、二値化回路（第３の二値化手段）３１Ｃが設けら
れている。この二値化回路３１Ｃは、前記二値化手段４
３と同様の正転型のコンパレータＸ６から構成されてお
り、積分器３１Ｂから出力される三角波出力Ｋ０をスレ
ッショルドレベルＶ_CC／２を基準として、Ｈレベルおよ
びＬレベルの信号からなる参照信号Ｄ_ref（ディジタル
信号）を生成する。なお、二値化回路３１Ｃを構成する
コンパレータＸ６の出力部はオープンコレクタ型である
ため、その出力端子には抵抗Ｒ４１を介して電源電圧Ｖ
_CCが印加されている。

【００５８】振幅制御手段３４は、反転手段３４Ａおよ
びカップリングコンデンサＣ１０から構成されている。
反転手段３４Ａは、上記反転型の二値化手段４４と同様
の構成であり、その出力端子にはバイアス電圧Ｖ_dが抵
抗Ｒ６を介して印加されている。よって、反転手段３４
Ａにおいて反転させられた参照信号Ｄ_refは接地電位
（０ボルト）をＬレベル、バイアス電圧Ｖ_dをＨレベル
とする反転参照信号Ｄ_refバーとなっている。カップリ
ングコンデンサＣ１０は、反転参照信号Ｄ_refバーから
直流電圧成分のカットを行う。カップリングコンデンサ
Ｃ１０の出力側は、抵抗Ｒ３０を介して基準電位Ｖ_CC／
２に接続されており、反転参照信号Ｄ_refバーは基準電
位Ｖ_CC／２を中心とするディジタル信号出力とされる。

【００５９】ローパスフィルタ３５は、ゲイン１のバタ
ーワース型２次ローパスフィルタである。このローパス
フィルタ３５では、振幅制御手段３４から出力された反
転参照信号Ｄ_refバーの位相を−９０deg遅らせるととも
に、矩形波が正弦波に復元させられる。

【００６０】ドライブ手段３６および反転ドライブ手段
３７は、ともに反転増幅器Ｘ１６およびＸ１９から構成
されている。ローパスフィルタ３５から出力された正弦
波出力は、まずドライブ手段３６に入力され、次にドラ
イブ手段３６の出力が反転ドライブ手段３７に入力され
ている。

【００６１】またドライブ手段３６の出力は、抵抗Ｒ３
５を介して圧電振動子１Ｂの駆動電極ａに接続されてい
る。一方、反転ドライブ手段３７の出力は、抵抗Ｒ３８
を介して中央の振動子１ｖの駆動電極ｂに接続されてい
る。

【００６２】なお、抵抗Ｒ３５およびＲ３８は、圧電振
動子１Ｂの内部インピーダンスの直流抵抗分が温度変化
する場合の補償用の抵抗である。

【００６３】次に、位相差検出手段５０について説明す
る。図３に示されるように、位相差検出手段５０の初段
の位相比較手段５１、５２は、排他的論理和出力からな
るExorゲートＸ７およびＮＯＴ回路Ｘ９、ExorゲートＸ
８およびＮＯＴ回路Ｘ１０からそれぞれ構成されてい
る。各ExorゲートＸ７，Ｘ８の一方の入力端子には、デ
ィジタル出力Ｄ２およびＤ１がそれぞれ入力され、他方
の入力端子には、共に参照信号Ｄ_refが入力されてい
る。ExorゲートＸ７の出力EX２の一部はＮＯＴ回路Ｘ９
に接続されている。そしてＮＯＴ回路Ｘ９の出力EX２バ
ーと他方のExorゲートＸ８の出力EX１とが抵抗Ｒ２５，
Ｒ２４を介して接続されている。同様に、ExorゲートＸ
８の出力EX１の一部はＮＯＴ回路Ｘ１０に接続され、こ
のＮＯＴ回路Ｘ１０の出力EX１バーとExorゲートＸ７の
出力EX２とが抵抗Ｒ２３，Ｒ２２を介して接続されてい
る。

【００６４】またローパスフィルタ５３は、前記抵抗Ｒ
２２，Ｒ２３とコンデンサＣ７からなるパッシブ型のロ
ーパスフィルタ（積分器）と、オペアンプなどの演算増
幅手段Ｘ１２を主体とし、これに抵抗Ｒ１０，Ｒ３９お
よびコンデンサＣ９が接続されたアクティブ型ローパス
フィルタとから構成されている。同様に、ローパスフィ
ルタ５４は、前記抵抗Ｒ２４，Ｒ２５と、コンデンサＣ
８からなるパッシブ型のローパスフィルタと演算増幅手
段Ｘ１１を主体とし、これに抵抗Ｒ９，Ｒ４０およびコ
ンデンサＣ４が接続されたアクティブ型ローパスフィル
タとから構成されている。

【００６５】また差動増幅手段５７は、オペアンプなど
の演算増幅手段Ｘ１３を主体とし、これに抵抗Ｒ２６，
Ｒ２７，Ｒ２８およびＲ２９が接続されて構成されてい
る。

【００６６】上記ジャイロスコープ用の圧電振動子の制
御装置の動作について説明する。圧電振動子１ＢがＸ方
向に振動駆動されると、中央の振動脚１ｖの出力電極ｃ
およびｄより、互いに初期位相差が１８０deg異なる電
流出力Ｉ１およびＩ２が出力される。すなわち、この圧
電振動子１Ｂの振動脚１ｖの内部は、誘電分極方向が同
一方向であるため、電流出力Ｉ１およびＩ２は互いに逆
極性出力となる。

【００６７】この圧電振動子１ＢがＸ方向に振動駆動さ
せ、且つＺ軸回りの回転系に置かれると、電流出力Ｉ１
とＩ２との間に回転により発生したコリオリ力に比例す
る位相差λが生じる。なお、以下においては、電流出力
Ｉ１とＩ２とを同極性（初期位相差＝０deg）とし、回
転により両者の間に生じた位相差λの中点λ／２を位相
の基準点（０deg）とする。

【００６８】電流出力Ｉ１およびＩ２は、Ｉ／Ｖ変換手
段４１および４２においてそれぞれ電圧出力Ｖ１および
Ｖ２に変換される。Ｉ／Ｖ変換手段４１および４２は電
流出力Ｉ１，Ｉ２の位相をそれぞれ１８０deg反転させ
て出力するものであるため、この時点では、位相の基準
点（０deg）に対し、電圧出力Ｖ１の位相は−１８０deg
だけずれている。一方、電圧出力Ｖ２も−１８０degだ
け位相がずれるため、位相の基準点（０deg）と同位相
の状態となる。

【００６９】Ｉ／Ｖ変換手段４１および４２の電圧出力
Ｖ１およびＶ２は、二値化手段４３および４４におい
て、それぞれディジタル出力Ｄ１およびＤ２に変換され
る。上述したように、この二値化手段４３および４４で
は信号が正弦波のパルス幅に比例したパルス幅からなる
ディジタル出力Ｄ１およびＤ２に変換される。また二値
化手段４３のコンパレータＸ２０は正転型であり、二値
化手段４４のコンパレータＸ３は反転型である。よっ
て、この時点では位相の基準点（０deg）に対し、ディ
ジタル出力Ｄ１は、そのまま（−１８０deg）であり、
またディジタル出力Ｄ１の位相は０＋（−１８０）＝−
１８０degとなり、ディジタル出力Ｄ１とＤ２とは同極
性の状態となる。ただし、ディジタル出力Ｄ１とＤ２と
の間には、回転により生じた位相差λが存在している。

【００７０】図４および図５は、移相手段（参照信号生
成手段）３１の入力信号と出力信号とのタイミングを示
し、図４はディジタル出力Ｄ１とＤ２との間の位相差が
零の場合、図５はディジタル出力Ｄ１とＤ２との間の位
相差を徐々に増した場合を示している。なお、図４およ
び図５のＡはディジタル出力Ｄ１、Ｂはディジタル出力
Ｄ２、Ｃは位相手段の出力Ｋ０をそれぞれ示し、図６は
位相差の中点と参照信号との関係を示す図である。

【００７１】図４Ａ，ＢおよびＣに示すように、ディジ
タル出力Ｄ１とＤ２との間の位相差λが零の場合には、
ディジタル出力Ｄ１とＤ２との加算した電圧が積分され
るため、積分器３１Ｂの出力Ｋ０は基準電位Ｖ_CC／２を
中心に振幅する三角波となる。一方、図５Ａ，Ｂおよび
Ｃに示すように、ディジタル出力Ｄ１とＤ２との間に位
相差λ（＝λ１，λ２，λ３，λ４，…）が生じると、
三角波の頂点が位相差λに相当する時間だけつぶれた台
形波となる。そして、図５Ｃに示すように、ディジタル
出力Ｄ１とＤ２との間の位相差λが大きいほど三角波の
つぶれ具合も大きくなり、その振幅が徐々に小さくなる
ことがわかる。ただし、台形波が基準電位Ｖ_CC／２をク
ロスする時間軸ｔ１，ｔ２，ｔ３…に影響はなく、台形
波の振幅が零になるまで正確な時間軸ｔ１，ｔ２，ｔ３
…を得ることが可能である。

【００７２】二値化回路３１Ｃでは、基準電位Ｖ_CC／２
をスレッショルドレベルとして、積分器３１Ｂの出力Ｋ
０の二値化を行うが、上記のように積分器３１Ｂの出力
Ｋ０は正確な時間軸でスレッショルドレベル（基準電位
Ｖ_CC／２）をクロスするため、図６に示すように積分器
３１Ｂから出力される参照信号Ｄ_refは、電流出力Ｉ１
とＩ２との位相差λの中点λ／２から９０degだけずれ
た信号とすることができる。

【００７３】また、電流出力Ｉ１，Ｉ２や電圧出力Ｖ
１，Ｖ２の振幅が変動しても、ディジタル出力Ｄ１，Ｄ
２のパルス幅に影響は生じず、常に電圧出力Ｖ１，Ｖ２
のパルス幅に比例したパルス幅とすることが可能であ
る。よって、従来のように電圧出力Ｖ１とＶ２の振幅の
間に高低差が生じた場合であっても、位相差λの中点λ
／２から正確に９０degだけ位相がずれた参照信号Ｄ_ref
を生成するこができる。なお、参照信号Ｄ_refは、前記
位相の基準点に対し、−１８０＋（−９０）＝−２７０
deg＝＋９０degだけ位相がずれた状態にある。

【００７４】前記参照信号Ｄ_refは、位相差比較手段５
０および振幅制御手段３４に送出され、振幅制御手段３
４の反転手段３４Ａで反転させられる。よって、反転手
段３４Ａの出力（反転参照信号Ｄ_refバー）の位相は、
前記位相の基準点に対し、−２７０＋（−１８０）＝−
４５０deg＝−９０degだけ位相がずれた状態にある。

【００７５】反転手段３４Ａの出力（反転参照信号Ｄ
_refバー）は、ローパスフィルタ３５において、正弦波
に変換され、さらに位相が−９０deg遅れる。よって、
ローパスフィルタ３５の出力は、位相の中心に対し、−
９０＋（−９０）＝−１８０degだけ遅れた状態とな
る。

【００７６】ローパスフィルタ３５から出力された正弦
波出力は、反転アンプからなるドライブ手段３６で反転
させられ、位相の中心点に対し０deg（同相）に戻され
る。そして、このドライブ手段３６で最終的なゲイン調
整され、所定の正弦波状の駆動信号Ｓが生成される。そ
して、この駆動信号Ｓは、圧電振動子１Ｂの各駆動電極
１ａ，ｂおよび２ａに与えられる。また反転ドライブ手
段では、０degに戻された位相がさらに反転させ、位相
の中心点から−１８０degだけ遅らされた反転駆動信号
Ｓバーを生成する。この反転駆動信号Ｓバーは、圧電振
動子１Ｂの他方の各駆動電極１ｂ，ａおよび２ｂに与え
られる。

【００７７】図３に示す位相差検出手段５０では、Exor
ゲートに入力されるディジタル出力Ｄ１とＤ２の位相差
λの中心λ／２と参照信号Ｄ_refとの間は常に９０degの
位相が維持されているため、ディジタル出力Ｄ１とＤ２
との間の位相差成分のみからなるディジタル信号が生成
され、これがローパスフィルタ５３，５４に入力される
（図示せず）。またローパスフィルタ５３および５４は
積分機能を有するため、前記位相差成分のみからなるデ
ィジタル信号を積分し、それぞれ正方向および負方向の
直流電圧成分に平滑する。そして、これら直流電圧成分
は、差動増幅手段５７において差動増幅され、コリオリ
力に比例した角速度出力Ｖoutが検出される。

【００７８】また上記移相手段（参照信号生成手段）３
１の構成は、下記のように構成することもできる。

【００７９】図７は、移相手段（参照信号生成手段）の
他の構成例（第２の構成例）を示す回路構成図である。

【００８０】図８はディジタル出力Ｄ１とＤ２の間に位
相差が無い場合における各部の出力波形を示し、Ａは一
方の積分器の出力波形、Ｂは他方の積分器の出力波形、
Ｃは加算器と二値化回路の出力波形をそれぞれ示す図、
図９はディジタル出力Ｄ１とＤ２の間に位相差を有する
場合における各部の出力波形を示し、Ａは一方の積分器
の出力波形、Ｂは他方の積分器の出力波形、Ｃは加算器
と二値化回路の出力波形をそれぞれ示す図である。

【００８１】なお、ディジタル出力Ｄ１およびＤ２は、
図２に示す正転型の二値化手段４３および反転型の二値
化手段４４からの出力、または上述したように共に正転
型の二値化手段からの出力であり、両者の間にはコリオ
リ力に比例した位相差のみが存在してる。

【００８２】図７に示すように、この移相手段（参照信
号生成手段）６０は、積分器６１，６２、加算器６３お
よび二値化回路６４から構成されている。積分器６１お
よび６２は、ともに演算増幅器を主体とする同様の構成
である。また加算器６３は、演算増幅器を主体とする一
般的な加算回路であり、二値化回路６４はスレッショル
ドレベルを０ボルトとする正転型のコンパレータから構
成されている。

【００８３】ディジタル出力Ｄ１およびＤ２は、積分器
６１，６２に入力される。図８Ａ，Ｂおよび図９Ａ，Ｂ
に示すように、前記ディジタル出力Ｄ１およびＤ２はそ
れぞれ三角波状の出力Ｋ１，Ｋ２にそれぞれ変換され
る。

【００８４】積分器６１および６２の出力Ｋ１およびＫ
２は、加算器６３においてアナログ的に加算され、図８
Ｃおよび図９Ｃに示すような加算出力（Ｋ１＋Ｋ２）と
なる。

【００８５】すなわち、ディジタル出力Ｄ１とＤ２との
間に位相差がない場合は、図８Ｃに点線で示すような三
角波状の加算出力（Ｋ１＋Ｋ２）となり、ディジタル出
力Ｄ１とＤ２との間に位相差λを有する場合には、図９
Ｃに点線で示すような台形状の加算出力（Ｋ１＋Ｋ２）
となる。

【００８６】これら加算出力（Ｋ１＋Ｋ２）は、二値化
回路６４において矩形波状の参照信号Ｄ_refに変換され
る。図８Ｃおよび図９Ｃに示すように、この二値化回路
６４では、三角波又は台形波状の加算出力（Ｋ１＋Ｋ
２）が、スレッショルドレベル（０ボルト）が、負から
正方向にクロスすると「Ｈ」レベルの信号に変換し、正
から負方向にクロスすると「Ｌ」レベルの信号に変換す
る。このようにして成形された参照信号Ｄ_refは、ディ
ジタル出力Ｄ１とＤ２（三角波又は台形波）の位相差λ
の中心λ／２から９０degだけ位相が遅れた矩形波出力
となる。よって、上記同様に、電流出力Ｉ１とＩ２（ま
たは電圧出力Ｖ１とＶ２）の振幅の間に高低差が生じた
場合であっても、位相差λの中点λ／２から正確に９０
degだけ位相がずれた参照信号Ｄ_refを生成することがで
きる。

【００８７】図１０は本発明におけるジャイロスコープ
用の圧電振動子の駆動装置の他の実施の形態として、差
分極型の圧電振動子におけるブロック構成図、図１１は
図１０のブロック構成図の詳細を示す回路構成図であ
る。なお、図１１では中央の振動子１ｖのみが図示され
ている。

【００８８】上記において、同一分極型の圧電振動子１
Ｂの代りに差分極型の圧電振動子１を使用した場合に
は、図１０および図１１に示すようなブロック構成図お
よび回路構成図となる。図１０および図１１に示される
ものは、反転ドライブ手段３７が不要となる点と、反転
型の二値化手段４４の代りに正転型の二値化手段４３′
とした点が図１のブロック構成図および図２の回路構成
図と異なる。すなわち、図１１に示すように、差分極型
の振動子１ｖの各駆動電極ａ，ｂには、同一の駆動信号
Ｓのみを供給すればよいため、反転ドライブ手段３７は
使用されていない。また中央の振動子１ｖの出力電極
ｃ，ｄの出力電流Ｉ１，Ｉ２は同極性となるため、反転
型の二値化手段４３でＩ／Ｖ変換後の出力電圧Ｖ１を反
転させる必要がなくなる。よって、正転型の二値化手段
４３′が使用されている。なお、その他の各信号の位相
関係は図２に示すものと同様である。

【００８９】図１２は、移相手段（参照信号生成手段）
として他の構成例（第３の構成例）を用いたジャイロス
コープ用の圧電振動子の駆動装置を示すブロック構成
図、図１３は図１２のブロック構成図に示される移相手
段（参照信号生成手段）を示す回路構成図、図１４はデ
ィジタル出力Ｄ１およびＤ２、参照信号Ｄ_refおよび出
力EX１およびEX２との関係を示し、ｉはディジタル出力
Ｄ１，iiはディジタル出力Ｄ２，iiiは参照信号Ｄ
_ref ，ivは出力EX１，ｖは出力EX２をそれぞれ示してい
る。図１５は図１１に示す回路の各部の波形出力を示
し、ｉはExorゲートＸ８の出力EX１、iiはExorゲートＸ
７の出力EX２、iiiは図１３の加算点αにおける電圧Ｖ
α（＝EX１＋EX２）、ivはＶＣＯの制御電圧Ｖβをそれ
ぞれ示している。

【００９０】図１２に示すブロック構成図は、差動分極
型の圧電振動子１を使用している点、および移相手段７
０が主に位相比較手段５１，５２、加算部７１、差動増
幅器７２、ローパスフィルタ７３、ＶＣＯ（電圧制御手
段）７４、分周器７５からなるＰＬＬ（フェーズ・ロッ
ク・ループ）で構成されている点が図１のブロック構成
図と異なっている。

【００９１】以下、上記相違点について詳述する。図１
２に示すブロック構成図では、差動分極型の圧電振動子
１であるため、上記図１０および図１１の場合同様に反
転ドライブ手段３７が除去され、また二値化手段４４は
正転型である。

【００９２】図１３に示す移相手段は、加算部７１が抵
抗ＲａとＲｂとから構成され、差動増幅器７２およびロ
ーパスフィルタ７３は、前記抵抗ＲａおよびＲｂ、コン
デンサＣ７と演算増幅器Ｘ１７からなる積分器で構成さ
れている。また分周器７５はフリップフロップなどの演
算回路Ｘ１８から構成されている。

【００９３】ここで、ディジタル出力Ｄ１およびＤ２、
参照信号Ｄ_refおよび出力EX１およびEX２との関係は図
１４に示される。

【００９４】すなわち、出力EX１およびEX２は、ディジ
タル出力Ｄ１と参照信号Ｄ_refおよびディジタル出力Ｄ
２と参照信号Ｄ_refとの排他的論理和出力であり、ディ
ジタル出力Ｄ１，Ｄ２又は参照信号Ｄ_refの切り換わり
のタイミングで反転させられる。よって、出力EX１およ
びEX２は、ディジタル出力Ｄ１およびＤ２を２倍した周
波数からなる出力となる。このため、出力EX１とEX２の
位相差λの中点λ／２と参照信号Ｄ_refとの間の位相φ
は、ディジタル出力Ｄ１とＤ２の位相差λの中点λ／２
と参照信号Ｄ_refとの間の位相φがそのまま維持されて
いる。

【００９５】上記加算部７１の抵抗ＲａおよびＲｂに
は、図３に示すところのExorゲートＸ８およびＸ７の出
力EX１およびEX２が入力される。例えば、抵抗Ｒａおよ
びＲｂに図１５のｉおよびiiに示すような出力EX１およ
びEX２がそれぞれ入力されると、図１３の加算点αにお
ける加算電圧Ｖαは概念的に図１５のiiiに示すようなE
X１＋EX２となる（Ｖα＝EX１＋EX２）。演算増幅器Ｘ
１７では、非反転端子（＋端子）に入力されている基準
電圧Ｖ_CC／２と反転端子（−端子）に入力される加算電
圧Ｖαとが比較される。よって、演算増幅器Ｘ１７の出
力点βの出力Ｖβは、図１５のivに示すように基準電位
Ｖ_CC／２を基準に積分平滑された直流電圧となり、この
直流電圧ＶβがＶＣＯ７４に入力される。直流電圧Ｖβ
は、ＶＣＯ７４の制御電圧Ｖβとして作用し、ＶＣＯ７
４では発振信号refが正確に出力EX１とEX２との位相差
λの中点λ／２から９０deg（φ＝９０deg）だけずれた
ときにロックするように動作する。

【００９６】そして、ＶＣＯ７４の発振信号refは、分
周器７５において１／２に分周され、ディジタル出力Ｄ
１，Ｄ２と同じ周波数からなる参照信号Ｄ_refとして
（図１４参照）、振幅制御手段３４および位相比較手段
５１，５２に出力される。すなわち、このＰＬＬでは、
出力EX１と出力EX２との位相差λの中点λ／２と参照信
号Ｄ_refとの間に常に９０degの位相差φを生じさせるよ
うに動作する。よって、ディジタル出力Ｄ１とＤ２との
位相差λの中点λ／２と参照信号Ｄ_refとの間の位相差
φを常に９０degに維持することが可能である。

【００９７】図１６は、差動分極型の圧電振動子にＰＬ
Ｌを使用した場合の圧電振動子の駆動装置のブロック構
成図である。

【００９８】なお上記図１２のブロック構成において、
差動分極型の圧電振動子１の代りに同一分極型の圧電振
動子１Ｂを使用すると、図１６に示すブロック構成図と
することができる。すなわち、上記図１のブロック構成
図同様に、正転型のドライブ手段３６と反転型のドライ
ブ手段３７を使用することにより、圧電振動子１Ｂを振
動駆動させることができる。なお、二値化手段４４は反
転型とすればよい。

【００９９】以上のように、上記いずれの形態において
も、電流出力Ｉ１とＩ２とを変換したディジタル出力
（二値化信号）Ｄ１とＤ２との間の位相差λの中心λ／
２から、正確に９０degだけ位相がずれる参照信号Ｄ_ref
を生成することができるため、圧電振動子の駆動装置に
おける位相を安定化させることができる。よって、位相
差検出手段では、精度の高い角速度出力を得ることが可
能となる。

【０１００】以下には、静電容量型の振動子について説
明する。図１７は静電容量振動子を用いたジャイロスコ
ープの全体構成を示す斜視図、図１８は振動子と電極と
の関係を示す平面図、図１９は図１８のＡＡ−ＡＡ線に
沿う断面図、図２０は図１８のＢＢ−ＢＢ線に沿う断面
図である。なお、図中符号１０２は静電容量振動子、１
０３は駆動電極、１０４ａ，１０４ｂは検出用の固定電
極（第１および第２の検出用固定電極）、１０５は上側
ガラス基板（基材）、１０６は下側ガラス基板（基材）
である。

【０１０１】図１７および図１８に示すように、静電容
量振動子（以下、振動子という）１０２は、上記圧電振
動子１，１Ｂ同様に、３本の振動脚（振動片）１０７
（１０７u，１０７ｖおよび１０７ｗ）とこれらの基端
側を連結する支持部１０８とを有している。振動子１０
２は、板厚２００μｍ程度の導電性を有する１枚のシリ
コン基板から形成されている。図１９および図２０に示
すように、振動子１０２は、上側ガラス基板１０５と下
側ガラス基板１０６との間に支持部１０８が挟持されて
固定される。２枚のガラス基板１０５、１０６の内面の
うち、振動子１０２の上方および下方に位置する領域は
１０μｍ程度の深さの凹部１０５ａ、１０６ａとなって
おり、各ガラス基板１０５、１０６と振動子１０２との
間に１０μｍ程度の間隙が形成されることで振動子１０
２の各振動脚１０７が振動可能となっている。

【０１０２】図１７ないし図１９に示すように、上側ガ
ラス基板１０５には、各振動脚１０７に対応する駆動電
極１０３が各脚１０７の長手方向に延在するようにそれ
ぞれ設けられている。

【０１０３】また、各振動脚１０７の先端部と対向する
上側ガラス基板１０５の下面には、１対の検出用の固定
電極（検出用固定電極）１０４ａ，１０４ｂが、各振動
脚１０７の変位方向（図示Ｘ方向）に位置をずらしてそ
れぞれ設けられている。なお、振動脚１０７の先端部と
対向する下側ガラス基板１０６の上面に同様の１対の検
出用の固定電極１０４ａ′，１０４ｂ′を設けたもので
あってもよい。これら駆動電極１０３および固定電極１
０４ａ，１０４ｂは、上側ガラス基板１０５の下面およ
び下側ガラス基板１０６の上面上に形成された膜厚３０
０ｎｍ程度のチタニウム及びプラチナ膜などで構成され
ている。そして、駆動電極１０３および固定電極１０４
ａ、１０４ｂには電圧印加用または取り出し用の端子
（図示せず）がそれぞれ設けられている。

【０１０４】本実施の形態のジヤイロスコーブ１０１を
使用する際には、駆動電極１０３にドライブ手段（駆動
手段）３６を接続するとともに、固定電極１０４ａ、１
０４ｂに容量検出手段を接続し、振動子１０２を接地し
ておく。そして、ドライブ手段３６を駆使して駆動電極
１０３に数ｋＨｚ程度の周波数の電圧を印加すると、静
電容量振動子１０２の各振動脚１０７が静電引力（クー
ロン力）の作用により鉛直方向（図示Ｙ方向）に振動す
る。すなわち、この振動子１０２では、上記圧電振動子
１および１Ｂと異なり、振動脚１０７ｕ、１０７ｗが＋
Ｙ方向へのみ曲げ変形させられるとき、中央の脚１０７
ｗは−Ｙ方向へのみ曲げ変形するように駆動される。例
えば、この振動子の駆動周期をＴとすると、０，Ｔ，２
Ｔ，３Ｔ，……，ｎＴ（ｎは整数）時点では両側の振動
脚１０７ｕと１０７ｗの静電引力が最大、中央の振動脚
１０７ｖの静電引力が０となるよう駆動される。次に、
Ｔ／２，３Ｔ／２，５Ｔ／２，……，（２ｎ−１）Ｔ／
２（ｎは０以外の整数（自然数））時点では、中央の振
動脚１０７ｖの静電引力が最大、両側の脚１０７ｕと１
０７ｗの静電引力が０となるように駆動される。したが
って、この振動モードを１周期で見ると、両側の脚１０
７ｕと１０７ｗとが同じ位相で駆動され、中央の振動脚
１０７ｖは両側の振動脚１０７ｕ，１０７ｗと、位相が
Ｔ／２周期分（π＝１８０deg）相違するように駆動さ
れる。

【０１０５】このような静電容量振動子１０２を上記圧
電振動子１および１Ｂの場合同様に、各振動脚１０７を
振動させた状態でＺ軸回りの回転系に置くと、各振動脚
１０７に対し振動方向（Ｙ方向）と直交する方向へのコ
リオリ力が作用し、各振動脚１０７はＸ方向に振動す
る。そして、このコリオリ力による振動成分は、両側の
振動脚１０７ｕ，１０７ｗと、中央の振動脚１０７ｖと
で逆の位相となる。すなわち、ある時点で両側の振動脚
１０７ｕと１０７ｗがコリオリ力により＋Ｘ方向への振
幅成分を持つとき、中央の振動脚１０７ｖは−Ｘ方向へ
の振幅成分を持つ。

【０１０６】各振動脚１０７の上面と各固定電極１０４
ａ、１０４ｂが対向した状態にあり、この間に容量（キ
ャパシタ）ＣａおよびＣｂが形成されている。すなわ
ち、固定電極１０４ａ、１０４ｂに対向する振動脚１０
７の対向面は、検出用の可動電極（検出用可動電極）と
なっている。なお、下側ガラス基板１０６の上面側にも
１対の固定電極１０４ａ′，１０４ｂ′が設けられてい
る場合には、各振動脚１０７の下面と各固定電極１０４
ａ′，１０４ｂ′との間に同様の容量ＣａおよびＣｂが
形成される。

【０１０７】そして、各振動脚１０７にＸ方向のコリオ
リ力が作用すると、各振動脚１０７の上面と各固定電極
１０４ａ，１０４ｂとの対向面積が変化する。これによ
り、隣り合う２個の容量Ｃａ，Ｃｂのうちの一方の容量
の容量値が増加し、その容量増加分だけ他方の容量の容
量値が減少する。この容量変化を後述する容量−電圧
（Ｃ−Ｖ）変換手段（変換手段）で検出することにより
角速度の検出が行われる。

【０１０８】以下、静電容量振動子の駆動装置を示すに
ついて説明する。図２１は静電容量振動子の駆動装置を
示す回路構成図、図２２は他の静電容量振動子の駆動装
置を示す回路構成図であり、共にジャイロスコープ用に
使用されるものである。なお、図２１および図２２には
中央の振動子１０７ｖのみが図示されている。

【０１０９】図２１および図２２に示す駆動装置は、上
記圧電振動子１Ｂの回路構成例と類似する構成となって
いる（図２参照）。すなわち、図２１に示すものでは、
振動子１０２の検出系４０がＩ／Ｖ変換手段４１，４２
およびＩ／Ｖ変換手段４１，４２から構成され、移相手
段（参照信号生成手段）３１が加算器３１Ａ，積分器３
１Ｂ、二値化回路３１（第２の二値化手段）Ｃ、振幅制
御手段３４、ローパスフィルタ３５およびドライブ手段
３６から構成されている。一方、図２２に示すものは、
検出系４０のうち、Ｉ／Ｖ変換手段４１，４２の代りに
Ｃ−Ｖ変換手段（変換手段）４１ａ，４２ａが設けられ
ている点が異なっている。

【０１１０】以下には、主に上記圧電振動子１Ｂの回路
構図（図２）と異なる点について説明する。

【０１１１】図２１および図２２では、図示左端側に３
脚形の振動子１０２のうち中央の振動脚１０７ｖのみが
模式的に示されており、便宜上振動脚１０７ｖの下面と
対向する位置に駆動電極１０３が示され、振動脚１０７
ｖの上面と対向する位置に検出用の固定電極（検出用固
定電極）１０４ａ，１０４ｂが示されている。なお、実
際には図１７に示すように、駆動電極１０３および固定
電極１０４ａ，１０４ｂは、上述の通り振動脚１０７ｖ
の上面と対向する上側ガラス基板１０５の下面に設けら
れている。

【０１１２】図２１および図２２に示す回路の構成は±
Ｖccの２電源方式であり、振動子１０２がアース電位Ｇ
に接地されている。よって、振動子１０２が駆動用およ
び検出用の可動電極を兼ねたものとなっている。なお、
１電源により構成される場合には、上記同様に振動子１
０２の電位をＶcc／２（中点電位）に接続しておけばよ
い。

【０１１３】図２１に示すものでは、振動子１０２の検
出用の固定電極１０４ａ，１０４ｂに一定電圧Ｖが印加
されている。そして、固定電極１０４ａ，１０４ｂは、
Ｉ／Ｖ変換手段４１，４２にそれぞれ接続されている。
なお、Ｉ／Ｖ変換手段４１，４２は、上記同様の演算増
幅器Ｘ１，Ｘ２から構成されている。

【０１１４】一方、図２２に示すものは、検出用の固定
電極１０４ａ，１０４ｂにそれぞれ抵抗ｒａおよびｒｂ
が直列接続され、この抵抗ｒａおよびｒｂはカップリン
グコンデンサＣｃを介して変調波発振手段８０に接続さ
れている。そして、固定電極１０４ａ側の容量Ｃａに
は、前記カップリングコンデンサＣｃおよび抵抗ｒａを
介して一定の周波数からなる変調波Ｍが印加されてい
る。同様に、固定電極１０４ｂ側の容量Ｃｂにはカップ
リングコンデンサＣｃおよび抵抗ｒｂを介して変調波Ｍ
が印加されている。前記変調波Ｍの周波数ｆｍは、振動
脚１０７を駆動する駆動信号Ｓ（駆動信号ＳａおよびＳ
ｂ）の駆動周波数ｆ_Dよりも十分高い周波数に設定され
ている（ｆｍ＞＞ｆ_D）。

【０１１５】また図２２に示すものには、上記Ｉ／Ｖ変
換手段４１，４２の代りに、ＦＥＴからなる増幅手段８
１，８２、コンデンサおよび抵抗からなるハイパスフィ
ルタ８３，８４、ダイオードＤａ，Ｄｂおよびコンデン
サからなるピーク保持回路８５，８６およびローパスフ
ィルタパスを兼ねた増幅回路８７，８８から構成される
Ｃ−Ｖ変換手段（容量−電圧変換手段）４１ａ，４２ａ
が設けられている。

【０１１６】図２２に示すように、振動子１０２の固定
電極１０４ａ，１０４ｂが増幅手段８１，８２を構成す
るＦＥＴのゲート端子に入力されている。ＦＥＴのソー
ス端子とアース電位との間には抵抗が接続されており、
前記抵抗の端子間電圧がハイパスフィルタ８３，８４を
介してピーク保持回路８５，８６のダイオードＤａ，Ｄ
ｂのアノード側に与えられている。そして、ダイオード
Ｄａ，Ｄｂのカソード側は、ホールドコンデンサＣｈを
介してアース電位に接続されるとともに、増幅回路８
７，８８を構成する演算増幅器Ｘ３１，Ｘ３２の反転入
力端子側の抵抗Ｒ５１，Ｒ５２にそれぞれ接続されてい
る。なお、前記増幅回路８７，８８は、演算増幅手段Ｘ
３１およびＸ３２を主体とする積分器で構成されてい
る。そして、前記Ｃ−Ｖ変換手段４１ａ，４２ａ（増幅
回路８７，８８）の出力は反転型のコンパレータからな
る二値化手段４３，４４に接続されている。なお、その
他の構成は上記図２１と同様である。

【０１１７】以下、図２１および図２２の動作について
説明する。図２１において、振動脚１０７ｖにドライブ
手段３６より所定駆動信号Ｓが与えられて鉛直方向に駆
動されているものとする。このとき、容量Ｃａ又はＣｂ
の容量値をＣ、電荷をｑ、電圧をＶ（一定電圧）とする
と、ｑ＝Ｃ・Ｖの関係が成り立つ。この状態において振
動脚１０７ｖがＸ方向へ変位すると、容量の対向面積が
変化するため容量値Ｃが変化する。さらにｑ＝Ｃ・Ｖの
関係を維持しようとして、容量の電荷ｑが変化する。こ
のとき、各固定電極１０４ａ，１０４ｂの第１の出力電
流Ｉ１（第１の出力信号），第２の電流出力Ｉ２（第２
の出力信号）は、電荷ｑの微分値ｄｑ／ｄｔとなるの
で、前記電流出力Ｉ１，Ｉ２を検出することにより容量
ＣａおよびＣｂの容量値Ｃの変化量、すなわち振動脚１
０７ｖのＸ方向への変位量を検出することが可能であ
る。

【０１１８】前記第１の電流出力Ｉ１および第２の電流
出力Ｉ２は、Ｉ／Ｖ変換手段４１，４２の演算増幅器Ｘ
１，Ｘ２の反転入力端子に与えられる。そして、Ｉ／Ｖ
変換手段４１，４２において、前記前記第１および第２
の電流出力Ｉ１，Ｉ２が第１および第２の電圧出力Ｖ
１，Ｖ２にそれぞれ変換させられる。これにより、振動
脚１０７ｖのＸ方向の変位量が電圧出力Ｖ１，Ｖ２とし
てそれぞれ検出され、その後段の第１および第２の二値
化手段４３，４４により、０ボルトをスレッショルドレ
ベルの基準としてディジタル信号Ｄ１およびＤ２に変換
される。

【０１１９】一方、図２２に示すものでは、固定電極１
０４ａおよび１０４ｂの出力電圧Ｖｇ１（第１の出力信
号）および出力電圧Ｖｇ２（第２の出力信号）が、抵抗
ｒａ，ｒｂと容量Ｃａ，Ｃｂとのインピーダンスを分圧
することによりそれぞれ与えられる。すなわち、変調波
Ｍの印加電圧をｅとすると、それぞれ以下の数１および
数２で与えられる。

【０１２０】

【数１】

【０１２１】

【数２】

【０１２２】ここで、容量Ｃａ，Ｃｂに与えられる変調
波Ｍの電圧ｅおよび抵抗ｒａ，ｒｂを一定値に設定して
おくと、出力電圧Ｖｇ１およびＶｇ２はエンベローブ信
号であり、その包絡線が容量Ｃａ，Ｃｂの容量値の変化
を示している。よって、振動脚１０７ｖの水平（Ｘ）方
向の変位量を出力電圧Ｖｇ１およびＶｇ２から求めるこ
とができる。なお、抵抗ｒａ，ｒｂは、その他固定の容
量値からなるコンデンサでもよい。

【０１２３】前記検出用の固定電極１０４ａおよび１０
４ｂの出力電圧Ｖｇ１およびＶｇ２は、増幅手段（ＦＥ
Ｔ）８１，８２のゲート端子に与えられて電圧増幅され
る。そして、ハイパスフィルタ８３，８４で不要な低周
波成分が除去され、ピーク保持回路８５，８６に送出さ
れる。ピーク保持回路８５，８６では、増幅後の出力電
圧Ｖｇ１およびＶｇ２の正方向の電圧のみをホールドコ
ンデンサＣｈ，Ｃｈでピークホールドする。次にローパ
スフィルタパスを兼ねた増幅回路８７，８８が、ホール
ドコンデンサＣｈのホールド電圧を時間積分することに
より変調波Ｍを取り除き、前記包絡線から容量Ｃａ，Ｃ
ｂの容量値（振動脚１０７ｖの水平方向の変位量）を示
す第１の電圧出力Ｖ１′および第２の電圧出力Ｖ２′を
生成する。なお、前記増幅回路８７，８８の第１および
第２の電圧出力Ｖ１′，Ｖ２′は、負方向のみの信号
（検波信号）である。このため第１および第２の二値化
手段４３，４４では、反転型のコンパレータにより０ボ
ルト（アース電位）をスレッショルドレベルの基準とし
て前記第１および第２の電圧出力Ｖ１′，Ｖ２′をディ
ジタル信号（二値化信号）Ｄ１およびＤ２に変換する。
すなわち、第１および第２の電圧出力Ｖ１′，Ｖ２′が
０ボルトよりも小さいときに「Ｈ」レベル(＋Ｖcc)の信
号を出力し、０ボルトのときに「Ｌ」レベル（０ボル
ト）を出力する。これにより、振動脚１０７ｖの変位量
に相当する容量Ｃａ，Ｃｂの容量値に対応したディジタ
ル信号（二値化信号）Ｄ１，Ｄ２を生成することが可能
となる。

【０１２４】上記図２１および図２２に示すものでは、
第１および第２の二値化手段４３，４４に変換させられ
たディジタル信号Ｄ１およびＤ２が、上記圧電振動子で
説明した場合同様に移相手段（参照信号生成手段）３１
の加算器３１Ａで加算され、さらに積分器３１Ｂおよび
二値化回路（第３の二値化手段）３１Ｃにおいて参照信
号Ｄ_refが生成される。そして、このとき生成される参
照信号Ｄ_refは、上記圧電振動子の場合同様にディジタ
ル信号（二値化信号）Ｄ１とＤ２の位相差λの中心から
９０degだけ遅れた信号となる。

【０１２５】前記ディジタル信号Ｄ１，Ｄ２および参照
信号Ｄ_refは、位相差比較手段５０および振幅制御手段
３４に送出される。そして、前記参照信号Ｄrefは、振
幅制御手段３４から二値化回路３１Ｃ、振幅制御手段３
４、ローパスフィルタ３５およびドライブ手段３６にお
いて上記圧電振動子１又は１Ｂ同様の信号処理が施され
ドライブ手段３６に正弦波状の信号が送出される。

【０１２６】前記ドライブ手段（駆動手段）３６では、
一方の演算増幅器Ｘ１６′が正弦波状の信号を正方向に
オフセット電圧＋Ｖ_offsetだけバイアスされた駆動信号
Ｓａを生成し、他方の演算増幅器Ｘ１６′が負方向にオ
フセット電圧−Ｖ_offsetだけバイアスされ駆動信号Ｓｂ
を生成する。そして、例えば、前記駆動信号Ｓａが振動
脚１０７ｖの駆動電極１０３に、前記駆動信号Ｓｂが振
動脚１０７ｕ，１０７ｗの駆動電極１０３，１０３にそ
れぞれ与えられる。これにより、両側の振動脚１０７
ｕ，１０７ｗに対し振動脚１０７ｖを交互に振幅駆動さ
せることができる。

【０１２７】そして、上記圧電振動子の場合同様に、駆
動信号ＳａおよびＳｂは、ディジタル信号Ｄ１とＤ２の
位相差λの中心から９０degだけ遅れた参照信号Ｄrefに
同期するように与えられるので、振動子１０２の駆動装
置の位相回りを安定化させることができる。

【０１２８】また前記位相差検出手段５０では、前記デ
ィジタル出力（第１の二値化信号）Ｄ１と参照信号Ｄ
_refとの排他的論理和、および前記ディジタル出力Ｄ２
（第２の二値化信号）と参照信号Ｄ_refとの排他的論理
和が生成され、さらにローパスフィルタで積分平滑さ
れ、直流電圧値にそれぞれ変換させられる。そして、差
動増幅手段によりコリオリ力に比例した角速度出力が検
出される。

【０１２９】なお、上記においては、上側ガラス基板１
０５側に駆動電極１０３を設け、且つ振動子１０２をア
ース電位に接地した状態で、駆動電極１０３と振動脚１
０７との間に駆動信号を与えることにより、振動脚１０
７を駆動するものを示したが、その他振動脚１０７の一
面に絶縁膜を形成しその上に駆動用可動電極を設け、こ
れと対向するガラス基板上に駆動用固定電極を配設し、
両電極間に駆動信号を供給することによっても振動脚１
０７を駆動することができる。

【０１３０】また、上記では、圧電振動子と静電容量振
動子のそれぞれについて説明したが、例えば圧電振動子
の表面に絶縁膜を形成しその上に検出用可動電極を設け
ておくと、駆動系を圧電振動子で構成し、検出系を静電
容量で構成することが可能である。またその反対に、静
電容量振動子の一面に圧電素子を貼付しておくこと、駆
動系を静電容量振動子で構成し、検出系を圧電素子とす
ることも可能である。

【０１３１】また上記において、参照信号から正弦波信
号を生成する手段として、ローパスフィルタ３５を用い
て説明したが、本発明はローパスフィルタに限られるも
のではなく、その他公知の正弦波生成手段を用いること
ができる。

【０１３２】また振動子そのものを正弦波により駆動し
ているが、その他矩形波や三角波により駆動することも
可能である。ただし、この場合にも参照信号Ｄ_refを基
準にこれらの信号を生成するようにすると、駆動装置の
位相回りを安定化することができる。

【０１３３】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、圧電振動
子および静電容量振動子から出力される２つの出力信号
の位相差の中点を基準に駆動信号を正確に同期させるこ
とができるため、振動子の駆動装置を安定化した位相で
制御することができる。

【０１３４】また２つの出力信号の位相の中点と参照信
号との間の位相を正確に９０degとすることができるた
め、位相差検出手段においてより精度の高い角速度を検
出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるジャイロスコープ用の圧電振動
子の駆動装置の実施の形態として、同一分極型の圧電振
動子の場合におけるブロック構成図、

【図２】図１のブロック構成図の詳細を示す回路構成
図、

【図３】位相差検出手段の詳細を示す回路構成図、

【図４】ディジタル出力Ｄ１とＤ２との間の位相差が零
の場合における移相手段の入力信号と出力信号とのタイ
ミングを示し、Ａはディジタル出力Ｄ１、Ｂはディジタ
ル出力Ｄ２、Ｃは位相手段の出力Ｋ０、

【図５】ディジタル出力Ｄ１とＤ２との間の位相差を徐
々に増した場合の移相手段（参照信号生成手段）の入力
信号と出力信号とのタイミングを示し、Ａはディジタル
出力Ｄ１、Ｂはディジタル出力Ｄ２、Ｃは位相手段の出
力Ｋ０、

【図６】位相差の中点と参照信号との関係を示す図、

【図７】移相手段（参照信号生成手段）の他の構成例
（第２の構成例）を示す回路構成図、

【図８】ディジタル出力Ｄ１とＤ２の間に位相差が無い
場合における各部の出力波形を示し、Ａは一方の積分器
の出力波形、Ｂは他方の積分器の出力波形、Ｃは加算器
と二値化回路の出力波形をそれぞれ示す図、

【図９】ディジタル出力Ｄ１とＤ２の間に位相差を有す
る場合における各部の出力波形を示し、Ａは一方の積分
器の出力波形、Ｂは他方の積分器の出力波形、Ｃは加算
器と二値化回路の出力波形をそれぞれ示す図、

【図１０】ジャイロスコープ用の圧電振動子の駆動装置
の他の実施の形態として、差分極型の圧電振動子におけ
るブロック構成図、

【図１１】図１０のブロック構成図の詳細を示す回路構
成図、

【図１２】移相手段（参照信号生成手段）として他の構
成例（第３の構成例）を用いたジャイロスコープ用の圧
電振動子の駆動装置を示すブロック構成図、

【図１３】図１２のブロック構成図に示される移相手段
（参照信号生成手段）を示す回路構成図、

【図１４】ディジタル出力Ｄ１およびＤ２、参照信号Ｄ
_refおよび出力EX１およびEX２との関係を示し、ｉはデ
ィジタル出力Ｄ１，iiはディジタル出力Ｄ２，iiiは参
照信号Ｄ_ref ，ivは出力EX１，ｖは出力EX２、

【図１５】図１１に示す回路の各部の波形出力を示し、
ｉはExorゲートＸ８の出力EX１、iiはExorゲートＸ７の
出力EX２、iiiは図１１の加算点αにおける電圧Ｖα
（＝EX１＋EX２）、ivは制御電圧Ｖβ、

【図１６】差動分極型の圧電振動子にＰＬＬを使用した
場合の圧電振動子の駆動装置のブロック構成図、

【図１７】静電容量振動子を用いたジャイロスコープの
全体構成を示す斜視図、

【図１８】振動子と電極との関係を示す平面図、

【図１９】図１８のＡＡ−ＡＡ線に沿う断面図、

【図２０】図１８のＢＢ−ＢＢ線に沿う断面図

【図２１】静電容量振動子の駆動および検出装置を示す
回路構成図、

【図２２】他の静電容量振動子の駆動および検出装置を
示す回路構成図、

【図２３】従来のジャイロスコープ用の圧電振動子のド
ライブ手段および検出手段を示す回路構成図、

【図２４】ジャイロスコープに使用される三脚音叉型の
圧電振動子を示す斜視図、

【図２５】圧電振動子の端面の一構成例を示し、図２４
の矢印２５方向から見た正面図、

【図２６】圧電振動子の端面の他の構成例を示す正面
図、

【図２７】従来の２つの電圧出力の位相差の中点を求め
る方法を示し、Ａは振幅に高低差が零の場合、Ｂは振幅
に高低差を有する場合、

【符号の説明】

１圧電振動子（差動分極型）１Ｂ圧電振動子（同一分極型）１ｕ，１ｖ，１ｗ振動脚１１Ｉ／Ｖ変換手段（変換手段）３０駆動系３１，７０移相手段（参照信号生成手段）３４振幅制御手段３５ローパスフィルタ３６ドライブ手段（駆動手段）４０検出系４１，４２Ｉ／Ｖ変換手段（変換手段）４１ａ，４２ａＣ−Ｖ変換手段（変換手段）４３，４４二値化手段５０位相差検出手段１０１ジヤイロスコーブ１０２振動子（静電容量振動子）１０３駆動電極１０４ａ，１０４ｂ検出電極（検出固定電極）１０５上側ガラス基板（基材）１０６下側ガラス基板（基材）１０７ｕ，１０７ｖ，１０７ｗ振動脚（検出可動電
極）ａ，ｂ入力電極ｃ，ｄ出力電極（検出電極）Ｉ１第１の電流出力（第１の出力信号）Ｉ２第２の電流出力（第２の出力信号）Ｖ１電圧出力（第１の電圧出力）Ｖ２電圧出力（第２の電圧出力）Ｃａ第１のキャパシタ（容量）Ｃｂ第２のキャパシタ（容量）Ｄ１第１のディジタル出力（第１の二値化信号）Ｄ２第２のディジタル出力（第２の二値化信号）Ｄ_ref 参照信号 ±Ｖ_CC 電源電圧Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ駆動信号ＰＬＬフェーズ・ロック・ループＭ変調波 λ 位相差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者篠原英司東京都大田区雪谷大塚１番７号アルプス電気株式会社社内Ｆターム(参考） 2F105 BB04 BB08 BB20 CC01 CD02 CD03 CD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動方向と直交する方向に変位する振動
脚と、前記振動脚に駆動信号を供給する駆動電極と、前
記振動脚の面上又は振動脚と対向する位置に設けられ、
前記振動脚の物理的な変位量を電気信号として取り出す
一対の検出電極とを備えた振動子と、前記一対の検出電
極から取り出された電気信号を所定のスレッショルドレ
ベルで第１及び第２の二値化信号に変換する二値化手段
と、前記第１および第２の二値化信号から参照信号を生
成する参照信号生成手段と、前記参照信号を基準に前記
振動脚を駆動するための駆動信号を生成する駆動手段
と、が設けられており、前記参照信号生成手段では、前記参照信号が前記第１お
よび第２の二値化信号の位相差の中心を基準に生成され
ていることを特徴とする振動子の駆動装置。
【請求項２】振動脚の一面に一対の駆動電極および他
面に一対の検出電極を備えた振動子と、前記一対の駆動
電極から検出された第１および第２の電流出力をそれぞ
れ第１および第２の電圧出力に変換する第１および第２
の変換手段と、前記各電圧出力を所定のスレッショルド
レベルを基準に第１および第２の二値化信号にそれぞれ
変換する第１および第２の二値化手段と、前記第１およ
び第２の二値化信号から参照信号を生成する参照信号生
成手段と、前記参照信号から圧電振動子を駆動するため
の駆動信号を生成する駆動手段とからなり、前記駆動信
号が、前記第１および第２の電流出力の位相差の中点を
基準として生成される請求項１記載の振動子の駆動装
置。
【請求項３】前記参照信号生成手段が、第１及び第２
の二値化手段の出力を加算する加算器、前記加算器の出
力を積分する積分器と、前記積分器の出力を二値化信号
に変換する第３の二値化手段とから成る請求項１記載の
振動子の駆動装置。
【請求項４】前記参照信号生成手段が、加算器、差動
増幅器、ローパスフィルタ、ＶＣＯおよび分周器および
位相差検出手段の一部を構成する位相比較器とから成る
請求項１記載の振動子の駆動装置。
【請求項５】前記参照信号が、第１および第２の二値
化信号の位相差の中点から一定量だけ位相がずれている
請求項１ないし３のいずれか記載の振動子の駆動装置。
【請求項６】前記参照信号が、第１および第２の二値
化信号の位相差の中点から位相が９０degだけずれてい
る請求項５記載の振動子の駆動装置。
【請求項７】駆動方向と直交する方向に変位する振動
脚を備えた振動子と、前記振動子と対向配置された基材
と、前記振動脚に設けられ、前記振動脚の駆動方向に対
して直交する方向の変位量を検出する検出用可動電極
と、前記検出用可動電極に対向する基材側に前記振動脚
の変位方向に位置をずらして設けられ、且つ前記検出用
可動電極との間で第１および第２の容量を形成する一対
の検出用固定電極と、前記第１及び第２の容量をそれぞ
れ電気信号に変換する第１及び第２の変換手段と、前記
第１及び第２の変換手段の各出力信号を、所定のスレッ
ショルドレベルを基準に第１及び第２の二値化信号にそ
れぞれ変換する第１及び第２の二値化手段と、前記第１
及び第２の二値化信号から参照信号を生成する参照信号
生成手段と、前記参照信号に基づき前記振動脚を駆動す
るための駆動信号を生成する駆動手段とからなり、前記
参照信号生成手段が、前記参照信号を前記第１及び第２
の二値化信号の位相差の中点を基準として生成するもの
である請求項１記載の振動子の駆動装置。
【請求項８】駆動方向と直交する方向に変位する振動
脚を備えた振動子と、前記振動子と対向配置された基材
と、前記基材側に設けられ、前記振動脚の駆動方向に対
して直交する方向の変位量を検出する検出用固定電極
と、前記基材と対向する振動脚の一面に前記振動脚の変
位方向に位置をずらして設けられ、且つ前記検出用固定
電極との間で第１および第２の容量を形成する一対の検
出用可動電極と、前記第１及び第２の容量をそれぞれ電気信号に変換する
第１及び第２の変換手段と、前記第１及び第２の変換手
段の各出力信号を、所定のスレッショルドレベルを基準
に第１及び第２の二値化信号にそれぞれ変換する第１及
び第２の二値化手段と、前記第１及び第２の二値化信号
から参照信号を生成する参照信号生成手段と、前記参照
信号に基づき前記振動脚を駆動するための駆動信号を生
成する駆動手段とからなり、前記参照信号生成手段が、前記参照信号を前記第１及び
第２の二値化信号の位相差の中点を基準として生成する
ものである請求項１記載の振動子の駆動装置。
【請求項９】前記参照信号生成手段が、第１及び第２
の二値化手段の出力を加算する加算器、前記加算器の出
力を積分する積分器と、前記積分器の出力を二値化信号
に変換する第３の二値化手段とから成る請求項１，７，
８のいずれか記載の振動子の駆動装置。
【請求項１０】前記駆動手段が、前記第３の二値化手
段の出力を正弦波に生成する手段からなる請求項１，
７，８のいずれか記載の振動子の駆動装置。
【請求項１１】前記駆動手段が、前記振動脚に配置さ
れた駆動用可動電極と、前記駆動用可動電極との間で容
量を形成するよう前記基材に対向配置された駆動用固定
電極との間に前記駆動信号を与えるものである請求項
１，７，８，９，１０のいずれか記載の振動子の駆動装
置。
【請求項１２】前記振動子が、圧電素子からなる請求
項１，７，８，９，１０，１１のいずれかに記載の振動
子の駆動装置。
【請求項１３】前記参照信号が、第１および第２の二
値化信号の位相差の中点から一定量だけ位相がずれてい
る請求項１，７，８，９，１０，１１，１２のいずれか
記載の振動子の駆動装置。
【請求項１４】前記参照信号が、第１および第２の二
値化信号の位相差の中点から位相が９０degだけずれて
いる請求項１３記載の振動子の駆動装置。