JP2004361320A - 振動子の励振方法、物理量の測定方法および物理量測定装置 - Google Patents
振動子の励振方法、物理量の測定方法および物理量測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004361320A JP2004361320A JP2003162193A JP2003162193A JP2004361320A JP 2004361320 A JP2004361320 A JP 2004361320A JP 2003162193 A JP2003162193 A JP 2003162193A JP 2003162193 A JP2003162193 A JP 2003162193A JP 2004361320 A JP2004361320 A JP 2004361320A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- excitation
- arm
- vibrator
- bending
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
【課題】、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することによって、物理量測定装置に対応する検出信号中のノイズを低減する。
【解決手段】屈曲振動アーム２Ａに駆動振動を励振する。屈曲振動アーム２Ａにおいて、駆動振動Ｆとは異なる方向の不所望な励起振動Ｖに基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて励起振動の振幅を低減する。
【選択図】 図５
【解決手段】屈曲振動アーム２Ａに駆動振動を励振する。屈曲振動アーム２Ａにおいて、駆動振動Ｆとは異なる方向の不所望な励起振動Ｖに基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて励起振動の振幅を低減する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の励振方法、物理量の測定方法および物理量測定装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】車載用途においては、振動型ジャイロスコープの使用温度範囲がきわめて広く、例えば、−４０℃−＋８５℃の温度範囲において安定に動作することが要求される。そして、室温において、一対の屈曲振動片の共振周波数を一定値に調節していても、周囲温度が高温や低温に大きく変化したときには、共振周波数の変動やバラツキが大きくなることがある。この結果、いわゆるゼロ点温度ドリフトが発生する。
【０００３】本出願人は、特許文献１において、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設けることによって、ゼロ点温度ドリフトを抑制することを開示した。
【特許文献１】
特開２００１−１２９５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者が更に検討を進めると、振動子の材質などによっては新たな問題点があることが判明してきた。即ち、特許文献１に記載されているように、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設け、これらのテーパー部の形状をほぼ同じにすることによって、屈曲振動片の振動モードの対称性が高まり、ゼロ点温度ドリフトは減少するものと考えられる。しかし、製造された振動子ごとにゼロ点温度ドリフトを測定すると、各振動子ごとに、ゼロ点温度ドリフトの値にバラツキが発生することがあった。そして、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなり、結果的に不良品の割合が増大することがあった。
【０００５】なぜなら、振動子のゼロ点温度ドリフトをゼロにすることはできなくとも、ゼロ点温度ドリフトが一定値であれば、振動型ジャイロスコープの検出回路に温度ドリフトの補正回路を組み込むことによって、ゼロ点温度ドリフトを相殺することが可能である。しかし、製造されたこの振動子のゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなると、ある振動子において補正回路によってゼロ点温度ドリフトを相殺できたとしても、他の振動子においてはゼロ点温度ドリフトを相殺できず、その振動型ジャイロスコープの動作が不良になってしまう。
【０００６】本出願人は、特許文献２において、前記の動作不良の主原因が、振動子を作製する際の、振動子用のウエハの表面上のマスクと裏面上のマスクとのアライメントずれにあることを見いだした。この結果、目的とする振動子平面内の屈曲振動だけでなく、振動子平面に対して垂直なＺ軸方向の不要な振動が励起されてしまう。この不要なＺ軸方向の振動が検出側の屈曲振動アームにも発生し、検出信号中のノイズの原因となっていた。
特許文献２においては、これを防止するために、各屈曲振動アームの横断面を細長い特定形状とすることを開示したが、この方法ではウエハの厚さが大きく制約されてしまう。
【特許文献２】
特願２００２−６８８６２号
【０００７】本発明の課題は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することである。
【０００８】また、本発明の課題は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することによって、物理量に対応する検出信号中のノイズを低減することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、屈曲振動アームを有する振動子の励振方法であって、屈曲振動アームに駆動振動を励振し、この屈曲振動アームにおいて駆動振動アームとは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１０】また、本発明は、屈曲振動アームを有する振動子を用いて物理量を検出する方法であって，屈曲振動アームに駆動振動を励振し、物理量に応じて振動子に励振される検出振動に基づく出力信号を処理し、物理量に対応する検出信号を得ると共に、屈曲振動アームにおいて駆動振動および検出振動とは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１１】また、本発明は、屈曲振動アームを有する振動子を用いて物理量を検出する装置であって，屈曲振動アームに駆動振動を励振し、物理量に応じて振動子に励振される検出振動に基づく出力信号を処理し、物理量に対応する検出信号を得ると共に、屈曲振動アームにおいて駆動振動および検出振動とは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１２】本発明者は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、この屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて励起振動の振幅を小さくするように制御することを想到した。この結果、不要な方向の励起振動を低減し、これによって検出信号中のノイズを低減することができる。また、振動型ジャイロスコープにおいてはゼロ点温度ドリフトを低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明を更に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動子２０を示す正面図である（振動子２０をＺ軸方向から見ている）。振動子２０は、例えば一対の屈曲振動アーム２Ａ、２Ｂと、各屈曲振動アームの根元を固定する固定部１とを備えている。各屈曲振動アーム２Ａ、２Ｂは、それぞれ、細長い断面矩形の振動片３を備えている。
【００１４】図２は、屈曲振動アーム２Ａ（または２Ｂ）をＸ軸方向から見た正面図である。図３（ａ）は、屈曲振動アーム２Ａの横断面図であり、図３（ｂ）は、アーム２Ｂの横断面図である。
【００１５】特に図３（ａ）に示すように、アーム２Ａにおいては、振動片３の相対向する第一の平面３ｃ、３ｄ上にそれぞれ駆動電極５Ａ、５Ｂが設けられている。図３（ｂ）に示すように、アーム２Ｂにおいては、振動片３の第一の平面３ｃ、３ｄ上にそれぞれ駆動電極５Ｃ、５Ｄが設けられている。
【００１６】各振動片３は、少なくとも一対の基部１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄと、これらの基部を接続する接続部１８とを備えており、接続部１８と一対の基部とによって一対の凹部４Ａ、４Ｂが形成されている。この結果、振動片の横断面は略Ｈ形状をしている。
【００１７】アーム２Ａにおいては、振動片３の凹部４Ａ内に例えば一対の検出電極６Ａ、６Ｂが形成されており、電極６Ａと６Ｂとの間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。凹部４Ｂ内に一対の検出電極６Ｃ、６Ｄが形成されており、電極６Ｃと６Ｄとの間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。同様に、アーム２Ｂにおいては、振動片３の凹部４Ａ、４Ｂ内にそれぞれ一対の検出電極６Ｅ、６Ｆまたは６Ｇ、６Ｈが形成されており、各凹部内において電極間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。
【００１８】本例では、アーム２Ａ、２Ｂを、図１に矢印Ａで示すようにＸ軸方向に屈曲振動させる。この際、アーム２Ａにおける振動の位相とアーム２Ｂにおける振動の位相とを逆相に設定する。ここで、振動子を構成する圧電材料は、矢印Ａ方向に分極しているものとする。図３（ａ）のアーム２Ａでは、駆動電極５Ａと５Ｂとを同位相に設定し、交流電源に接続する。駆動電極５Ａ、５Ｂから検出電極６Ａ〜６Ｄに向かって矢印Ｂ、Ｃのように交流電界が印加される。この結果、基部１９Ａにおける交流電界の位相と、基部１９Ｂにおける交流電界の位相とは、反対方向になる。従って、ある瞬間において、基部１９ＡがＹ軸方向（長手方向）に伸びているものとすると、基部１９ＢはＹ軸方向に縮む。この結果、振動片３は矢印Ｆのように屈曲振動する。
【００１９】図３（ｂ）のアーム２Ｂでは、駆動電極５Ｃと５Ｄとを同位相に設定し、交流電源に接続する。駆動電極５Ｃ、５Ｄから検出電極６Ｅ〜６Ｈに向かって矢印Ｄ、Ｅのように交流電界が印加される。この結果、基部１９Ｃにおける交流電界の位相と、基部１９Ｄにおける交流電界の位相とは、逆相になる。従って、ある瞬間において、基部１９ＣがＹ軸方向（長手方向）に伸びているものとすると、基部１９ＤはＹ軸方向に縮む。この結果、振動片３は矢印Ｆのように屈曲振動する。
【００２０】駆動電極５Ａ、５Ｂに印加される交流電圧の位相と、駆動電極５Ｃ、５Ｄに印加される交流電圧の位相とを逆相にすることによって、図１においてアーム２Ａと２Ｂとを逆相で励振することができる。
【００２１】本実施形態によれば、駆動電極５Ａ〜５Ｄと凹部内の複数の電極との間に交流電界を印加し、基部１９Ａ、１９Ｂの全体の圧電性を利用して振動片３を励振できる。従って、駆動振動の励振効率を高くすることができる。
【００２２】回転角速度の検出方法について述べる。図４に示すように、検出電極６Ａ、６Ｄ、６Ｆ、６Ｇを接続すると共に、検出電極６Ｂ、６Ｃ、６Ｅ、６Ｈを接続し、同電位とする。振動子２０を軸Ｙの周りに回転させると、各振動片３には、Ｚ軸方向の検出振動Ｇが発生する。検出振動Ｇの位相は、アーム２Ａと２Ｂとの間で逆相になる。この結果、図４において、各基部１９Ａ〜１９Ｄの上半分が伸びているときには、各基部の下半分は縮むことになる。このため、検出電極６Ａと６Ｄとは同位相の起電力が発生し、電極６Ｂと６Ｃとには同位相の起電力が発生する。また、電極６Ｆと６Ｇとには同位相の起電力が発生し、電極６Ｅと６Ｈとには同位相の起電力が発生する。そして、検出電極６Ａ、６Ｄ、６Ｆ、６Ｇは同位相となり、検出電極６Ｂ、６Ｃ、６Ｅ、６Ｈは同位相となる。従って、上述した同位相の電極同士を接続し、電気信号を得る。
【００２３】得られた検出信号に対して、所定の電気的処理を施し、回転角速度に対応する数値データを得る。例えば、図４において、各出力Ｐ、Ｑを減算器１０で減算することによって、駆動振動に起因する電気信号を相殺し、回転角速度に対応する電気信号を得ることができる。
【００２４】また、各出力Ｐ、Ｑを加算器９で加算することによって、検出振動に起因する電気信号を相殺し、駆動振動に対応する電気信号を得ることができる。
加算器９からの出力は、駆動振動を励振するための自励振回路の制御信号として利用可能である。
【００２５】ここで、屈曲振動アーム３に駆動振動を励振する際には、例えば図５に示すように、屈曲振動アームの振動にＺ軸方向の成分が加わることがある。この結果、駆動振動モードは、矢印Ｍのように、Ｘ軸に対して若干傾斜することがある。このような不要なＺ軸方向の励起振動成分Ｖは、例えばウエハの表面と裏面との各マスクのアライメント時の位置ずれによって起こる。
【００２６】この際、屈曲振動アーム３の駆動振動に、矢印ＭのようにＺ軸方向の振動成分が加わると、電極６Ｂと６Ｃとに同位相の電位が発生し、電極６Ａと６Ｄとに同位相の電位が発生する。従って、電極６Ａ、６Ｄの電位と電極６Ｂ、６Ｃの電位とを減算器１０で減算すると、Ｚ軸方向の振動成分に対応する信号が出力される。ここで、振動子がＹ軸の周りに回転している場合には、減算器１０からの出力は、Ｙ軸周りの回転角速度およびＺ方向の不要振動の和を反映する。しかし、Ｙ軸周りに見て回転していない場合には、Ｚ軸方向の不要な振動の大きさを直接に測定可能である。
【００２７】そして、この不要な振動に対応する励起信号を信号処理機構２１に伝送し、所定の演算を施す。次いで、図５に示すように、信号処理機構２１から、矢印Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕに示すように、各電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄに信号を伝送する。この際、Ｚ軸方向の不要な励起振動Ｖの大きさに応じて、各電極へと重畳される信号の大きさを変更し、Ｚ軸方向への励起振動Ｖを相殺できるようにフィードバック制御する。
【００２８】例えば、電極６Ｂからの信号を適当に増幅し、電極６Ｄに加えたり、電極６Ａからの信号を適当に増幅して電極６Ｃに加えることで、Ｚ軸方向の振動を低減できる。あるいは、電極６Ｂ（または６Ａ）からの信号を分割し、その一部を反転増幅し、電極６Ｄ（または６Ｃ）に加えることができる。
【００２９】本発明において測定されるべき物理量は、特に限定はされない。振動子に駆動振動を励振し、駆動振動中の振動子に対する物理量の影響によって振動子の振動状態に変化が生じたときに、この振動状態の変化から検出回路を通して検出可能な物理量を対象とする。こうした物理量としては、振動子に印加される加速度、角速度、角加速度が特に好ましい。また、測定装置としては慣性センサーが好ましい。
特に好適な実施形態においては、後述の例に示すように、振動子に略垂直な回転軸Ｚの周りの回転角速度を検出振動に基づいて物理量として検出し、フィードバック制御量に基づいて、振動子に略平行な回転軸Ｙの周りの回転角速度を検出する。
【００３０】好適な実施形態においては、振動子が圧電材料から構成されており、好ましくは圧電性単結晶によって形成されている。
【００３１】圧電性単結晶は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ほう酸リチウム、ランガサイトを例示できる。特に好ましくは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体の１３０°Ｙ板である。
【００３２】本発明は、いわゆる横置き型の振動型ジャイロスコープに対して、特に好適に適用できる。横置き型の振動型ジャイロスコープにおいては、振動子が、回転軸に対して略水平な所定面内に延びている。この場合に特に好ましくは、駆動振動アームと検出振動アームとの両方が、所定面に沿って屈曲振動する。図６〜図１０は、この実施形態に係る振動子２５を示す。
【００３３】振動子２５においては、固定部１１の周縁から支持部１２Ａ、１２Ｂが突出している。各支持部１２Ａ、１２Ｂの先端側から、各支持部に直交する方向に屈曲振動アーム（駆動振動アーム）２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが延びている。各屈曲振動アームの断面形状、正面形状および構成は、図１〜図５に示したとおりである。
【００３４】固定部１１の周縁から、細長い周方向屈曲振動アーム１６Ａ、１６Ｂが突出している。各アーム１６Ａ、１６Ｂの側面には検出電極１７Ａ、１７Ｂが設けられており、表面および裏面には検出電極１８Ａ、１８Ｂが設けられている。
【００３５】各駆動振動アーム２２Ａ−２２Ｄに対して、それぞれ前述のように交流電圧を印加することによって、矢印ＦのようにＸ−Ｙ平面内でＸ方向に向かって屈曲振動させる（図６、図７、図８）。各駆動振動アームを矢印Ｆのように振動させ、この状態で振動子２５を軸Ｚの回りに回転させると、一対の支持部１２Ａ、１２Ｂが矢印Ｊのように、その付け根を中心として屈曲振動する。これに対応し、検出振動アーム１６Ａ、１６Ｂが、各アームの付け根を中心として矢印Ｋのように屈曲振動する。この屈曲振動に基づいて検出信号を発生させ、検出回路において処理する。この結果、軸Ｚの周りの回転角速度が得られる。
【００３６】本実施形態における振動子の励振制御方法も、図１−図５を参照しつつ説明した実施形態と基本的に同じである。
各出力Ｐ、Ｑを加算器９で加算することによって、検出振動に起因する電気信号を相殺し、駆動振動に対応する電気信号を得ることができる。加算器９からの出力は、駆動振動を励振するための自励振回路の制御信号として利用する。例えば、図９、図１０に示すような回路構成を用いた場合には、駆動振動に対応する電流値を全波整流器．積分器でレベル制御し、次いでレベル制御後の信号を制御信号として駆動電極５に加え、自励発振を行うことができる。
【００３７】ここで、屈曲振動アーム３に駆動振動を励振する際には、例えば図６に示すように、屈曲振動アームの振動にＺ軸方向の成分が加わることがある。この際、屈曲振動アームの駆動振動に、矢印ＤのようにＺ軸方向の振動成分が加わると、電極１５Ａ（１５Ｃ）と１５Ｇ（１５Ｈ）とに同位相の電位が発生し、電極１５Ｂ（１５Ｄ）と１５Ｅ（１５Ｆ）とに同位相の電位が発生する。従って、電極１５Ａ（１５Ｃ）、１５Ｇ（１５Ｈ）の電位と電極１５Ｂ（１５Ｄ）、１５Ｅ（１５Ｆ）の電位とを減算器１０で減算すると、Ｚ軸方向の励起振動成分に対応する信号が出力される。振動子がＹ軸の周りに回転している場合には、減算器１０からの出力は、Ｙ軸周りの回転角速度およびＺ方向の不要振動の和を反映する。振動子がＹ軸周りに見て回転していない場合には、減算器１０からの出力は、製品ごとの製造バラツキを直接に反映する指標となる。
【００３８】そして、この不要な振動に対応する励起信号を信号処理機構２１に伝送し、所定の演算を施す。次いで、図８に示すように、信号処理機構２１から、矢印Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕに示すように、各電極に信号を伝送する。この際、Ｚ軸方向の不要な振動の大きさに応じて、各電極へと重畳される信号の大きさを変更し、Ｚ軸方向への振動を相殺できるようにする。
【００３９】好ましくは、Ｚ軸方向の変位が約０となるように、各電極へと重畳される信号の大きさをフィードバック制御する。このためには、例えば図９に示す同期検波・積分器を用いて、減算器１０からの出力が約０となるようにフィードバック制御する。
【００４０】即ち、電極１５Ａ、１５Ｂから出力される電流値の和が、左側アームのＸ軸方向の変位を示し、差がＺ軸方向の変位を示している。同様に、電極１５Ｃ、１５Ｄからの電流の和が、右側アームのＸ軸方向の変位を示し、差がＺ軸方向の変位を示している。
【００４１】Ｘ軸方向の変位は、左側アームと右側アームで逆方向である。従って、電極１５Ａおよび１５Ｂからの電流値の和と、電極１５Ｃおよび１５Ｄからの電流値の和との差を得ることで、両側アームのＸ軸方向の変位を示す電流値を得ることができる。この変位を示す電流値を、全波整流器・積分器１でレベルを制御し、駆動電極５にフィードバックすることで、自励発振を行う。
【００４２】Ｚ軸方向の変位を同期検波により検出し、０との差を積分器１，２で加算し、その出力を電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄに、０との差が低減する方向でフィードバック制御する。これによって、Ｚ軸方向の変位を徐々に減少させる。
【００４３】例えば、電極１５Ａからの電流は、差動増幅器２を通り、同期検波器を通過することによって、Ｚ方向変位を表す電気信号となる。この値と０との差を積分器２に加算し、Ｄ１１Ｇとして出力する。この出力Ｄ１１Ｇを、Ｉ／Ｖ変換器の非反転入力信号として出力することで、電極１５Ａの電位がＤ１１Ｇと等電位になり、Ｚ方向変位が減少する方向にフィードバック制御がなされる。このフィードバックループを繰り返すことにより、Ｚ方向変位を０とすることができる。
この状態で、Ｙ軸周りの回転角速度が０であれば、Ｚ方向変位は、製品ごとの製造バラツキに起因するものである。従って、Ｚ方向変位を約０とするのに必要なフィードバック制御量Ｑ１は、製品ごとの製造バラツキを反映する。
【００４４】更に、振動子にＹ軸周りの回転角速度が加わっている場合には、各電極へのフィードバック量とＹ軸周りの回転角速度とは相関している。従って、各電極へのフィードバック量から検量線を用いてＹ軸周りの回転角速度を検出することが可能である。
【００４５】即ち、Ｙ軸周りの回転角速度が０でなくなると、Ｚ方向変位を相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑは、製品ごとの製造バラツキを相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑ１と、Ｙ軸周り回転角速度に比例するＺ方向変位を相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑ２との和（Ｑ１＋Ｑ２）となる。従って、（Ｑ１＋Ｑ２）とＹ軸周りの回転角速度との間の検量線を予め求めて２１内に内蔵しておくことにより、Ｙ軸周りの回転角速度を算出することができる。
【００４６】以上特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上述の実施形態には限定されない。例えば、基部の形状、凹部の形状は特に限定されない。また、基部における圧電材料の分極方向、振動アーム上での駆動電極、検出電極の位置や形状は限定されない。また、各凹部内に駆動電極を設け、検出電極を第一の平面上に設けることができる。また各凹部内で各電極を分離する方法は、前述のような隙間（ギャップ）には限定されない。例えば、絶縁性材料をギャップ７内に介在させることができる。また、絶縁性材料によって各電極の表面を被覆することもできる。
【００４７】
【実施例】図６〜図１０を参照しつつ説明したような振動型ジャイロスコープを作製した。
具体的には、厚さ０．１ｍｍの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、所定位置に、クロム膜（金属下地膜）と金膜とを形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングした。
【００４８】このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子の外形を形成した。メタルマスクを使用して、クロム膜上に金膜を電極膜として形成した。振動子の寸法は、縦３．８ｍｍ、横４．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、重量は約０．８ｍｇであった。
【００４９】次いで振動子をパッケージに実装した。ただし、基板はアルミナセラミックスによって形成し、接点パッドは金によって形成し、枠体はＳＵＳによって形成した。振動子の基部をボンディングワイヤに対して超音波ボンディングによって接合し、基板上に固定した。
【００５０】得られた振動型ジャイロスコープについて、回転角速度に対する振動感度（感度に対するノイズの比率）を測定した。この結果、振動感度は０．８ｍＶであった。
【００５１】また、上記の振動型ジャイロスコープについて、本発明によるＺ軸方向への振動抑制を行わなかった。この結果、振動感度は２．４ｍＶであった。
【００５２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することによって、物理量測定装置に対応する検出信号中のノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用可能な振動子を示す正面図である（振動子をＺ軸方向から見ている）。
【図２】屈曲振動アーム２Ａ（または２Ｂ）をＸ軸方向から見た正面図である。
【図３】（ａ）は、屈曲振動アーム２Ａの横断面図であり、（ｂ）は、アーム２Ｂの横断面図である。
【図４】振動子１による検出方法を説明するための模式図である。
【図５】振動子の駆動振動への制御機構を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明で使用可能な振動子２５を概略的に示す平面図である。
【図７】図６の振動子からの信号の処理機構を模式的に示すブロック図である。
【図８】振動子２５の駆動振動への制御機構を模式的に示すブロック図である。
【図９】振動子２５の制御回路（駆動側）の構成例を示す回路図である。
【図１０】振動子２５の制御回路（検出側）の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】２Ａ、２Ｂ 屈曲振動アーム ５、５Ａ、５Ｂ 駆動電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇ、１５Ｈ 駆動振動アーム側の検出電極 ９ 加算器 １０ 減算器 ２１ 信号処理機構 ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 駆動振動アーム ２５ 振動子
Ｆ 駆動振動 Ｋ、Ｇ 検出振動 Ｖ 励起振動
【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の励振方法、物理量の測定方法および物理量測定装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】車載用途においては、振動型ジャイロスコープの使用温度範囲がきわめて広く、例えば、−４０℃−＋８５℃の温度範囲において安定に動作することが要求される。そして、室温において、一対の屈曲振動片の共振周波数を一定値に調節していても、周囲温度が高温や低温に大きく変化したときには、共振周波数の変動やバラツキが大きくなることがある。この結果、いわゆるゼロ点温度ドリフトが発生する。
【０００３】本出願人は、特許文献１において、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設けることによって、ゼロ点温度ドリフトを抑制することを開示した。
【特許文献１】
特開２００１−１２９５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者が更に検討を進めると、振動子の材質などによっては新たな問題点があることが判明してきた。即ち、特許文献１に記載されているように、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設け、これらのテーパー部の形状をほぼ同じにすることによって、屈曲振動片の振動モードの対称性が高まり、ゼロ点温度ドリフトは減少するものと考えられる。しかし、製造された振動子ごとにゼロ点温度ドリフトを測定すると、各振動子ごとに、ゼロ点温度ドリフトの値にバラツキが発生することがあった。そして、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなり、結果的に不良品の割合が増大することがあった。
【０００５】なぜなら、振動子のゼロ点温度ドリフトをゼロにすることはできなくとも、ゼロ点温度ドリフトが一定値であれば、振動型ジャイロスコープの検出回路に温度ドリフトの補正回路を組み込むことによって、ゼロ点温度ドリフトを相殺することが可能である。しかし、製造されたこの振動子のゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなると、ある振動子において補正回路によってゼロ点温度ドリフトを相殺できたとしても、他の振動子においてはゼロ点温度ドリフトを相殺できず、その振動型ジャイロスコープの動作が不良になってしまう。
【０００６】本出願人は、特許文献２において、前記の動作不良の主原因が、振動子を作製する際の、振動子用のウエハの表面上のマスクと裏面上のマスクとのアライメントずれにあることを見いだした。この結果、目的とする振動子平面内の屈曲振動だけでなく、振動子平面に対して垂直なＺ軸方向の不要な振動が励起されてしまう。この不要なＺ軸方向の振動が検出側の屈曲振動アームにも発生し、検出信号中のノイズの原因となっていた。
特許文献２においては、これを防止するために、各屈曲振動アームの横断面を細長い特定形状とすることを開示したが、この方法ではウエハの厚さが大きく制約されてしまう。
【特許文献２】
特願２００２−６８８６２号
【０００７】本発明の課題は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することである。
【０００８】また、本発明の課題は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することによって、物理量に対応する検出信号中のノイズを低減することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、屈曲振動アームを有する振動子の励振方法であって、屈曲振動アームに駆動振動を励振し、この屈曲振動アームにおいて駆動振動アームとは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１０】また、本発明は、屈曲振動アームを有する振動子を用いて物理量を検出する方法であって，屈曲振動アームに駆動振動を励振し、物理量に応じて振動子に励振される検出振動に基づく出力信号を処理し、物理量に対応する検出信号を得ると共に、屈曲振動アームにおいて駆動振動および検出振動とは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１１】また、本発明は、屈曲振動アームを有する振動子を用いて物理量を検出する装置であって，屈曲振動アームに駆動振動を励振し、物理量に応じて振動子に励振される検出振動に基づく出力信号を処理し、物理量に対応する検出信号を得ると共に、屈曲振動アームにおいて駆動振動および検出振動とは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１２】本発明者は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、この屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて励起振動の振幅を小さくするように制御することを想到した。この結果、不要な方向の励起振動を低減し、これによって検出信号中のノイズを低減することができる。また、振動型ジャイロスコープにおいてはゼロ点温度ドリフトを低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明を更に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動子２０を示す正面図である（振動子２０をＺ軸方向から見ている）。振動子２０は、例えば一対の屈曲振動アーム２Ａ、２Ｂと、各屈曲振動アームの根元を固定する固定部１とを備えている。各屈曲振動アーム２Ａ、２Ｂは、それぞれ、細長い断面矩形の振動片３を備えている。
【００１４】図２は、屈曲振動アーム２Ａ（または２Ｂ）をＸ軸方向から見た正面図である。図３（ａ）は、屈曲振動アーム２Ａの横断面図であり、図３（ｂ）は、アーム２Ｂの横断面図である。
【００１５】特に図３（ａ）に示すように、アーム２Ａにおいては、振動片３の相対向する第一の平面３ｃ、３ｄ上にそれぞれ駆動電極５Ａ、５Ｂが設けられている。図３（ｂ）に示すように、アーム２Ｂにおいては、振動片３の第一の平面３ｃ、３ｄ上にそれぞれ駆動電極５Ｃ、５Ｄが設けられている。
【００１６】各振動片３は、少なくとも一対の基部１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄと、これらの基部を接続する接続部１８とを備えており、接続部１８と一対の基部とによって一対の凹部４Ａ、４Ｂが形成されている。この結果、振動片の横断面は略Ｈ形状をしている。
【００１７】アーム２Ａにおいては、振動片３の凹部４Ａ内に例えば一対の検出電極６Ａ、６Ｂが形成されており、電極６Ａと６Ｂとの間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。凹部４Ｂ内に一対の検出電極６Ｃ、６Ｄが形成されており、電極６Ｃと６Ｄとの間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。同様に、アーム２Ｂにおいては、振動片３の凹部４Ａ、４Ｂ内にそれぞれ一対の検出電極６Ｅ、６Ｆまたは６Ｇ、６Ｈが形成されており、各凹部内において電極間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。
【００１８】本例では、アーム２Ａ、２Ｂを、図１に矢印Ａで示すようにＸ軸方向に屈曲振動させる。この際、アーム２Ａにおける振動の位相とアーム２Ｂにおける振動の位相とを逆相に設定する。ここで、振動子を構成する圧電材料は、矢印Ａ方向に分極しているものとする。図３（ａ）のアーム２Ａでは、駆動電極５Ａと５Ｂとを同位相に設定し、交流電源に接続する。駆動電極５Ａ、５Ｂから検出電極６Ａ〜６Ｄに向かって矢印Ｂ、Ｃのように交流電界が印加される。この結果、基部１９Ａにおける交流電界の位相と、基部１９Ｂにおける交流電界の位相とは、反対方向になる。従って、ある瞬間において、基部１９ＡがＹ軸方向（長手方向）に伸びているものとすると、基部１９ＢはＹ軸方向に縮む。この結果、振動片３は矢印Ｆのように屈曲振動する。
【００１９】図３（ｂ）のアーム２Ｂでは、駆動電極５Ｃと５Ｄとを同位相に設定し、交流電源に接続する。駆動電極５Ｃ、５Ｄから検出電極６Ｅ〜６Ｈに向かって矢印Ｄ、Ｅのように交流電界が印加される。この結果、基部１９Ｃにおける交流電界の位相と、基部１９Ｄにおける交流電界の位相とは、逆相になる。従って、ある瞬間において、基部１９ＣがＹ軸方向（長手方向）に伸びているものとすると、基部１９ＤはＹ軸方向に縮む。この結果、振動片３は矢印Ｆのように屈曲振動する。
【００２０】駆動電極５Ａ、５Ｂに印加される交流電圧の位相と、駆動電極５Ｃ、５Ｄに印加される交流電圧の位相とを逆相にすることによって、図１においてアーム２Ａと２Ｂとを逆相で励振することができる。
【００２１】本実施形態によれば、駆動電極５Ａ〜５Ｄと凹部内の複数の電極との間に交流電界を印加し、基部１９Ａ、１９Ｂの全体の圧電性を利用して振動片３を励振できる。従って、駆動振動の励振効率を高くすることができる。
【００２２】回転角速度の検出方法について述べる。図４に示すように、検出電極６Ａ、６Ｄ、６Ｆ、６Ｇを接続すると共に、検出電極６Ｂ、６Ｃ、６Ｅ、６Ｈを接続し、同電位とする。振動子２０を軸Ｙの周りに回転させると、各振動片３には、Ｚ軸方向の検出振動Ｇが発生する。検出振動Ｇの位相は、アーム２Ａと２Ｂとの間で逆相になる。この結果、図４において、各基部１９Ａ〜１９Ｄの上半分が伸びているときには、各基部の下半分は縮むことになる。このため、検出電極６Ａと６Ｄとは同位相の起電力が発生し、電極６Ｂと６Ｃとには同位相の起電力が発生する。また、電極６Ｆと６Ｇとには同位相の起電力が発生し、電極６Ｅと６Ｈとには同位相の起電力が発生する。そして、検出電極６Ａ、６Ｄ、６Ｆ、６Ｇは同位相となり、検出電極６Ｂ、６Ｃ、６Ｅ、６Ｈは同位相となる。従って、上述した同位相の電極同士を接続し、電気信号を得る。
【００２３】得られた検出信号に対して、所定の電気的処理を施し、回転角速度に対応する数値データを得る。例えば、図４において、各出力Ｐ、Ｑを減算器１０で減算することによって、駆動振動に起因する電気信号を相殺し、回転角速度に対応する電気信号を得ることができる。
【００２４】また、各出力Ｐ、Ｑを加算器９で加算することによって、検出振動に起因する電気信号を相殺し、駆動振動に対応する電気信号を得ることができる。
加算器９からの出力は、駆動振動を励振するための自励振回路の制御信号として利用可能である。
【００２５】ここで、屈曲振動アーム３に駆動振動を励振する際には、例えば図５に示すように、屈曲振動アームの振動にＺ軸方向の成分が加わることがある。この結果、駆動振動モードは、矢印Ｍのように、Ｘ軸に対して若干傾斜することがある。このような不要なＺ軸方向の励起振動成分Ｖは、例えばウエハの表面と裏面との各マスクのアライメント時の位置ずれによって起こる。
【００２６】この際、屈曲振動アーム３の駆動振動に、矢印ＭのようにＺ軸方向の振動成分が加わると、電極６Ｂと６Ｃとに同位相の電位が発生し、電極６Ａと６Ｄとに同位相の電位が発生する。従って、電極６Ａ、６Ｄの電位と電極６Ｂ、６Ｃの電位とを減算器１０で減算すると、Ｚ軸方向の振動成分に対応する信号が出力される。ここで、振動子がＹ軸の周りに回転している場合には、減算器１０からの出力は、Ｙ軸周りの回転角速度およびＺ方向の不要振動の和を反映する。しかし、Ｙ軸周りに見て回転していない場合には、Ｚ軸方向の不要な振動の大きさを直接に測定可能である。
【００２７】そして、この不要な振動に対応する励起信号を信号処理機構２１に伝送し、所定の演算を施す。次いで、図５に示すように、信号処理機構２１から、矢印Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕに示すように、各電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄに信号を伝送する。この際、Ｚ軸方向の不要な励起振動Ｖの大きさに応じて、各電極へと重畳される信号の大きさを変更し、Ｚ軸方向への励起振動Ｖを相殺できるようにフィードバック制御する。
【００２８】例えば、電極６Ｂからの信号を適当に増幅し、電極６Ｄに加えたり、電極６Ａからの信号を適当に増幅して電極６Ｃに加えることで、Ｚ軸方向の振動を低減できる。あるいは、電極６Ｂ（または６Ａ）からの信号を分割し、その一部を反転増幅し、電極６Ｄ（または６Ｃ）に加えることができる。
【００２９】本発明において測定されるべき物理量は、特に限定はされない。振動子に駆動振動を励振し、駆動振動中の振動子に対する物理量の影響によって振動子の振動状態に変化が生じたときに、この振動状態の変化から検出回路を通して検出可能な物理量を対象とする。こうした物理量としては、振動子に印加される加速度、角速度、角加速度が特に好ましい。また、測定装置としては慣性センサーが好ましい。
特に好適な実施形態においては、後述の例に示すように、振動子に略垂直な回転軸Ｚの周りの回転角速度を検出振動に基づいて物理量として検出し、フィードバック制御量に基づいて、振動子に略平行な回転軸Ｙの周りの回転角速度を検出する。
【００３０】好適な実施形態においては、振動子が圧電材料から構成されており、好ましくは圧電性単結晶によって形成されている。
【００３１】圧電性単結晶は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ほう酸リチウム、ランガサイトを例示できる。特に好ましくは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体の１３０°Ｙ板である。
【００３２】本発明は、いわゆる横置き型の振動型ジャイロスコープに対して、特に好適に適用できる。横置き型の振動型ジャイロスコープにおいては、振動子が、回転軸に対して略水平な所定面内に延びている。この場合に特に好ましくは、駆動振動アームと検出振動アームとの両方が、所定面に沿って屈曲振動する。図６〜図１０は、この実施形態に係る振動子２５を示す。
【００３３】振動子２５においては、固定部１１の周縁から支持部１２Ａ、１２Ｂが突出している。各支持部１２Ａ、１２Ｂの先端側から、各支持部に直交する方向に屈曲振動アーム（駆動振動アーム）２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが延びている。各屈曲振動アームの断面形状、正面形状および構成は、図１〜図５に示したとおりである。
【００３４】固定部１１の周縁から、細長い周方向屈曲振動アーム１６Ａ、１６Ｂが突出している。各アーム１６Ａ、１６Ｂの側面には検出電極１７Ａ、１７Ｂが設けられており、表面および裏面には検出電極１８Ａ、１８Ｂが設けられている。
【００３５】各駆動振動アーム２２Ａ−２２Ｄに対して、それぞれ前述のように交流電圧を印加することによって、矢印ＦのようにＸ−Ｙ平面内でＸ方向に向かって屈曲振動させる（図６、図７、図８）。各駆動振動アームを矢印Ｆのように振動させ、この状態で振動子２５を軸Ｚの回りに回転させると、一対の支持部１２Ａ、１２Ｂが矢印Ｊのように、その付け根を中心として屈曲振動する。これに対応し、検出振動アーム１６Ａ、１６Ｂが、各アームの付け根を中心として矢印Ｋのように屈曲振動する。この屈曲振動に基づいて検出信号を発生させ、検出回路において処理する。この結果、軸Ｚの周りの回転角速度が得られる。
【００３６】本実施形態における振動子の励振制御方法も、図１−図５を参照しつつ説明した実施形態と基本的に同じである。
各出力Ｐ、Ｑを加算器９で加算することによって、検出振動に起因する電気信号を相殺し、駆動振動に対応する電気信号を得ることができる。加算器９からの出力は、駆動振動を励振するための自励振回路の制御信号として利用する。例えば、図９、図１０に示すような回路構成を用いた場合には、駆動振動に対応する電流値を全波整流器．積分器でレベル制御し、次いでレベル制御後の信号を制御信号として駆動電極５に加え、自励発振を行うことができる。
【００３７】ここで、屈曲振動アーム３に駆動振動を励振する際には、例えば図６に示すように、屈曲振動アームの振動にＺ軸方向の成分が加わることがある。この際、屈曲振動アームの駆動振動に、矢印ＤのようにＺ軸方向の振動成分が加わると、電極１５Ａ（１５Ｃ）と１５Ｇ（１５Ｈ）とに同位相の電位が発生し、電極１５Ｂ（１５Ｄ）と１５Ｅ（１５Ｆ）とに同位相の電位が発生する。従って、電極１５Ａ（１５Ｃ）、１５Ｇ（１５Ｈ）の電位と電極１５Ｂ（１５Ｄ）、１５Ｅ（１５Ｆ）の電位とを減算器１０で減算すると、Ｚ軸方向の励起振動成分に対応する信号が出力される。振動子がＹ軸の周りに回転している場合には、減算器１０からの出力は、Ｙ軸周りの回転角速度およびＺ方向の不要振動の和を反映する。振動子がＹ軸周りに見て回転していない場合には、減算器１０からの出力は、製品ごとの製造バラツキを直接に反映する指標となる。
【００３８】そして、この不要な振動に対応する励起信号を信号処理機構２１に伝送し、所定の演算を施す。次いで、図８に示すように、信号処理機構２１から、矢印Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕに示すように、各電極に信号を伝送する。この際、Ｚ軸方向の不要な振動の大きさに応じて、各電極へと重畳される信号の大きさを変更し、Ｚ軸方向への振動を相殺できるようにする。
【００３９】好ましくは、Ｚ軸方向の変位が約０となるように、各電極へと重畳される信号の大きさをフィードバック制御する。このためには、例えば図９に示す同期検波・積分器を用いて、減算器１０からの出力が約０となるようにフィードバック制御する。
【００４０】即ち、電極１５Ａ、１５Ｂから出力される電流値の和が、左側アームのＸ軸方向の変位を示し、差がＺ軸方向の変位を示している。同様に、電極１５Ｃ、１５Ｄからの電流の和が、右側アームのＸ軸方向の変位を示し、差がＺ軸方向の変位を示している。
【００４１】Ｘ軸方向の変位は、左側アームと右側アームで逆方向である。従って、電極１５Ａおよび１５Ｂからの電流値の和と、電極１５Ｃおよび１５Ｄからの電流値の和との差を得ることで、両側アームのＸ軸方向の変位を示す電流値を得ることができる。この変位を示す電流値を、全波整流器・積分器１でレベルを制御し、駆動電極５にフィードバックすることで、自励発振を行う。
【００４２】Ｚ軸方向の変位を同期検波により検出し、０との差を積分器１，２で加算し、その出力を電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄに、０との差が低減する方向でフィードバック制御する。これによって、Ｚ軸方向の変位を徐々に減少させる。
【００４３】例えば、電極１５Ａからの電流は、差動増幅器２を通り、同期検波器を通過することによって、Ｚ方向変位を表す電気信号となる。この値と０との差を積分器２に加算し、Ｄ１１Ｇとして出力する。この出力Ｄ１１Ｇを、Ｉ／Ｖ変換器の非反転入力信号として出力することで、電極１５Ａの電位がＤ１１Ｇと等電位になり、Ｚ方向変位が減少する方向にフィードバック制御がなされる。このフィードバックループを繰り返すことにより、Ｚ方向変位を０とすることができる。
この状態で、Ｙ軸周りの回転角速度が０であれば、Ｚ方向変位は、製品ごとの製造バラツキに起因するものである。従って、Ｚ方向変位を約０とするのに必要なフィードバック制御量Ｑ１は、製品ごとの製造バラツキを反映する。
【００４４】更に、振動子にＹ軸周りの回転角速度が加わっている場合には、各電極へのフィードバック量とＹ軸周りの回転角速度とは相関している。従って、各電極へのフィードバック量から検量線を用いてＹ軸周りの回転角速度を検出することが可能である。
【００４５】即ち、Ｙ軸周りの回転角速度が０でなくなると、Ｚ方向変位を相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑは、製品ごとの製造バラツキを相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑ１と、Ｙ軸周り回転角速度に比例するＺ方向変位を相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑ２との和（Ｑ１＋Ｑ２）となる。従って、（Ｑ１＋Ｑ２）とＹ軸周りの回転角速度との間の検量線を予め求めて２１内に内蔵しておくことにより、Ｙ軸周りの回転角速度を算出することができる。
【００４６】以上特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上述の実施形態には限定されない。例えば、基部の形状、凹部の形状は特に限定されない。また、基部における圧電材料の分極方向、振動アーム上での駆動電極、検出電極の位置や形状は限定されない。また、各凹部内に駆動電極を設け、検出電極を第一の平面上に設けることができる。また各凹部内で各電極を分離する方法は、前述のような隙間（ギャップ）には限定されない。例えば、絶縁性材料をギャップ７内に介在させることができる。また、絶縁性材料によって各電極の表面を被覆することもできる。
【００４７】
【実施例】図６〜図１０を参照しつつ説明したような振動型ジャイロスコープを作製した。
具体的には、厚さ０．１ｍｍの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、所定位置に、クロム膜（金属下地膜）と金膜とを形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングした。
【００４８】このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子の外形を形成した。メタルマスクを使用して、クロム膜上に金膜を電極膜として形成した。振動子の寸法は、縦３．８ｍｍ、横４．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、重量は約０．８ｍｇであった。
【００４９】次いで振動子をパッケージに実装した。ただし、基板はアルミナセラミックスによって形成し、接点パッドは金によって形成し、枠体はＳＵＳによって形成した。振動子の基部をボンディングワイヤに対して超音波ボンディングによって接合し、基板上に固定した。
【００５０】得られた振動型ジャイロスコープについて、回転角速度に対する振動感度（感度に対するノイズの比率）を測定した。この結果、振動感度は０．８ｍＶであった。
【００５１】また、上記の振動型ジャイロスコープについて、本発明によるＺ軸方向への振動抑制を行わなかった。この結果、振動感度は２．４ｍＶであった。
【００５２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することによって、物理量測定装置に対応する検出信号中のノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用可能な振動子を示す正面図である（振動子をＺ軸方向から見ている）。
【図２】屈曲振動アーム２Ａ（または２Ｂ）をＸ軸方向から見た正面図である。
【図３】（ａ）は、屈曲振動アーム２Ａの横断面図であり、（ｂ）は、アーム２Ｂの横断面図である。
【図４】振動子１による検出方法を説明するための模式図である。
【図５】振動子の駆動振動への制御機構を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明で使用可能な振動子２５を概略的に示す平面図である。
【図７】図６の振動子からの信号の処理機構を模式的に示すブロック図である。
【図８】振動子２５の駆動振動への制御機構を模式的に示すブロック図である。
【図９】振動子２５の制御回路（駆動側）の構成例を示す回路図である。
【図１０】振動子２５の制御回路（検出側）の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】２Ａ、２Ｂ 屈曲振動アーム ５、５Ａ、５Ｂ 駆動電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇ、１５Ｈ 駆動振動アーム側の検出電極 ９ 加算器 １０ 減算器 ２１ 信号処理機構 ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 駆動振動アーム ２５ 振動子
Ｆ 駆動振動 Ｋ、Ｇ 検出振動 Ｖ 励起振動
Claims (17)
- 屈曲振動アームを有する振動子の励振方法であって、
前記屈曲振動アームに駆動振動を励振し、この屈曲振動アームにおいて前記駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて前記励起振動を抑制することを特徴とする、振動子の励振方法。 - 前記屈曲振動アームに、前記駆動振動を励振するための駆動電極、および前記励起信号を検出するための検出電極を設けることを特徴とする、請求項１記載の方法。
- 前記屈曲振動アームが、少なくとも一対の基部と、これらの基部を接続する接続部とを備えており、前記接続部と前記一対の基部とによって凹部が形成されており、前記駆動電極および前記検出電極が前記凹部内に設けられていることを特徴とする、請求項２記載の方法。
- 前記屈曲振動アームが前記駆動振動モードにおいて所定面に沿って屈曲振動し、前記励起振動が前記所定面に対して略垂直な方向の振動であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記励起信号に基づいて、前記励起振動が約０となるように前記駆動振動をフィードバック制御することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 屈曲振動アームを有する振動子を用いて物理量を検出する方法であって、
前記屈曲振動アームに駆動振動を励振し、前記物理量に応じて前記振動子に励振される検出振動に基づく出力信号を処理し、前記物理量に対応する検出信号を得ると共に、前記屈曲振動アームにおいて前記駆動振動および前記検出振動とは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて前記励起振動を抑制することを特徴とする、物理量の測定方法。 - 前記屈曲振動アームに、前記駆動振動を励振するための駆動電極、および前記励起信号を検出するための検出電極を設けることを特徴とする、請求項６記載の方法。
- 前記屈曲振動アームが、少なくとも一対の基部と、これらの基部を接続する接続部とを備えており、前記接続部と前記一対の基部とによって凹部が形成されており、前記駆動電極および前記検出電極が前記凹部内に設けられていることを特徴とする、請求項７記載の方法。
- 前記屈曲振動アームが前記駆動振動モードにおいて所定面に沿って屈曲振動し、前記励起振動が前記所定面に対して略垂直な方向の振動であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記励起信号に基づいて、前記励起振動が約０となるように前記駆動振動をフィードバック制御することを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記検出振動に基づいて、前記振動子に略垂直な回転軸の周りの回転角速度を検出し、前記フィードバック制御量に基づいて、前記振動子に略平行な回転軸の周りの回転角速度を検出することを特徴とする、請求項１０記載の方法。
- 屈曲振動アームを有する振動子を用いて物理量を検出する装置であって、
前記屈曲振動アームに駆動振動を励振し、前記物理量に応じて前記振動子に励振される検出振動に基づく出力信号を処理し、前記物理量に対応する検出信号を得ると共に、前記屈曲振動アームにおいて前記駆動振動および前記検出振動とは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて前記励起振動を抑制することを特徴とする、物理量測定装置。 - 前記屈曲振動アームに、前記駆動振動を励振するための駆動電極、および前記励起信号を検出するための検出電極が設られていることを特徴とする、請求項１２記載の装置。
- 前記屈曲振動アームが、少なくとも一対の基部と、これらの基部を接続する接続部とを備えており、前記接続部と前記一対の基部とによって凹部が形成されており、前記駆動電極および前記検出電極が前記凹部内に設けられていることを特徴とする、請求項１３記載の装置。
- 前記屈曲振動アームが前記駆動振動モードにおいて所定面に沿って屈曲振動し、前記励起振動が前記所定面に対して略垂直な方向の振動であることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一つの請求項に記載の装置。
- 前記励起信号に基づいて、前記励起振動が約０となるように前記駆動振動をフィードバック制御することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか一つの請求項に記載の装置。
- 前記検出振動に基づいて、前記振動子に略垂直な回転軸の周りの回転角速度を検出し、前記フィードバック制御量に基づいて、前記振動子に略平行な回転軸の周りの回転角速度を検出することを特徴とする、請求項１６記載の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003162193A JP4233088B2 (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | 回転角速度の測定方法および回転角速度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003162193A JP4233088B2 (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | 回転角速度の測定方法および回転角速度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004361320A true JP2004361320A (ja) | 2004-12-24 |
| JP4233088B2 JP4233088B2 (ja) | 2009-03-04 |
Family
ID=34054411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003162193A Expired - Fee Related JP4233088B2 (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | 回転角速度の測定方法および回転角速度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4233088B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006075764A1 (ja) * | 2005-01-13 | 2006-07-20 | Nec Corporation | 振動型ジャイロスコープ |
| JP2009241172A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Taiheiyo Cement Corp | 回転体バランス補正装置 |
| JP2010085301A (ja) * | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Panasonic Corp | 角速度センサ |
| JP2016001157A (ja) * | 2014-06-12 | 2016-01-07 | 株式会社デンソー | 振動型角速度センサ |
| JP2016001159A (ja) * | 2014-06-12 | 2016-01-07 | 株式会社デンソー | 振動型角速度センサ |
| WO2021077449A1 (zh) * | 2019-10-24 | 2021-04-29 | 东北大学 | 复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪及测试方法 |
-
2003
- 2003-06-06 JP JP2003162193A patent/JP4233088B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006075764A1 (ja) * | 2005-01-13 | 2006-07-20 | Nec Corporation | 振動型ジャイロスコープ |
| US7528533B2 (en) | 2005-01-13 | 2009-05-05 | Japan Aviation Electronics Industry, Limited | Vibratory gyroscope |
| JP2009241172A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Taiheiyo Cement Corp | 回転体バランス補正装置 |
| JP2010085301A (ja) * | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Panasonic Corp | 角速度センサ |
| JP2016001157A (ja) * | 2014-06-12 | 2016-01-07 | 株式会社デンソー | 振動型角速度センサ |
| JP2016001159A (ja) * | 2014-06-12 | 2016-01-07 | 株式会社デンソー | 振動型角速度センサ |
| WO2021077449A1 (zh) * | 2019-10-24 | 2021-04-29 | 东北大学 | 复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪及测试方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4233088B2 (ja) | 2009-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0649002B1 (en) | Vibration-sensing gyro | |
| JPH09170927A (ja) | 振動型角速度検出装置 | |
| JP2013024721A (ja) | 振動ジャイロ素子、ジャイロセンサー及び電子機器 | |
| JP2005037235A (ja) | 物理量測定方法および装置 | |
| JPH1054725A (ja) | 角速度検出装置 | |
| JPH10170275A (ja) | 振動型角速度センサ | |
| EP0905479A2 (en) | Vibrating gyroscope | |
| JP2006201118A (ja) | 圧電振動ジャイロ素子およびジャイロセンサ | |
| JP4206975B2 (ja) | 振動子、電子機器および振動子の周波数調整方法 | |
| US20020100322A1 (en) | Vibrating gyroscope and temperature-drift adjusting method therefor | |
| JP4233088B2 (ja) | 回転角速度の測定方法および回転角速度測定装置 | |
| JP2004085361A (ja) | 物理量測定装置 | |
| JP4305625B2 (ja) | 振動子および物理量測定用信号発生素子 | |
| JP3966719B2 (ja) | 角速度測定装置 | |
| JP2001208545A (ja) | 圧電振動ジャイロスコープ | |
| JP3674013B2 (ja) | 角速度検出装置 | |
| JP4386180B2 (ja) | 物理量測定装置 | |
| JP2005249746A (ja) | 振動子および物理量測定装置 | |
| JP2006250643A (ja) | 角速度センサの異常検出装置 | |
| JPH10260043A (ja) | 角速度検出装置 | |
| JPH08334332A (ja) | 振動ジャイロ | |
| JP2003194543A (ja) | 角速度センサ | |
| JP3028999B2 (ja) | 振動ジャイロ | |
| JP3958741B2 (ja) | 圧電振動ジャイロ用振動子 | |
| JP2004151001A (ja) | 振動子の屈曲振動アーム、振動子および物理量測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060223 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080502 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080508 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080703 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080717 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080916 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20081017 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081205 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081208 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |