JPH1054722A

JPH1054722A - 角速度検出装置

Info

Publication number: JPH1054722A
Application number: JP8212614A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Sugitani; 伸芳杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-24
Also published as: EP0825417A2; KR19980018247A

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度に角速度を検出できる角速度検出装置
を提供する。【解決手段】本角速度検出装置は、圧電性結晶からなる
第１圧電性結晶部４ｐ、第１圧電性結晶部４ｐに設けら
れた第１及び第２電極４ｍ，４ｕ、圧電性結晶からなり
第１圧電性結晶部４ｐに機械的に結合した第２圧電性結
晶部６ｐ及び第２圧電性結晶部６ｐに設けられた別の電
極６ａ，６ｃを有する振動子１０２と、所定の周期で変
動する電位Ｖ_Aを第１電極４ｍに与える励振手段１０３
ａ、第２電極４ｕの電位を所定値に固定する電位一定化
手段２及び別の電極６ａ，６ｃ間に発生する電位差に対
応した信号成分を有する交流電圧信号Ｖ_Kを検出する検
出手段１０３ｂを有する回路１０３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリの力を検
出することにより運動中の被検出体の角速度を検出する
角速度検出装置に関するものであり、特に、高精度に角
速度を検出する技術に関する。本発明の角速度検出装置
は、車両、航空機若しくは船舶等の移動体のナビゲーシ
ョンシステム若しくは姿勢制御又は撮像機器の手ブレ補
正等に適用され得る。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子を備えた所謂圧電振動ジャイ
ロは、角速度検出装置の一種である。このような圧電振
動子に電圧を印加すると、圧電振動子は逆圧電効果に基
づいて変形し、印加電圧が所定の発振条件を満たす場合
には、圧電振動子は振動する。

【０００３】圧電振動子を被検出体に固定し、この圧電
振動子を振動させながら被検出体を回転させると、圧電
振動子の振動速度及び被検出体の回転角速度に基づくコ
リオリの力が圧電振動子に働く。圧電振動子はコリオリ
の力によって歪むので、この歪み量を圧電振動子の圧電
効果に基づいて検出すれば、コリオリの力を検知するこ
とができる。圧電振動子の振動が一定の場合、コリオリ
の力は移動体の回転角速度に比例する。したがって、被
検出体の回転角速度は検知されたコリオリの力から検出
することができる。

【０００４】このような圧電振動ジャイロは、特開平５
−１１８８５７号公報に記載されている。同公報には、
例えば金属からなる四角柱部材、この四角柱部材の四側
面を覆う薄膜圧電材、圧電材の一側面に貼りつけられた
一対の駆動用電極及び他の側面に貼り付けられた一対の
検出用電極を備えた振動子が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような振動子を振
動させるためには、駆動用電極の一方の電位を所定値か
ら別の値に変化させつつ、この電位をインバータに入力
して反転させ、反転させた電位を他方の電極に印加する
ことにより、振動子を発振させる方法が考えられる。

【０００６】しかしながら、このようにインバータを用
いて発振回路を構成することで、双方の電極の電位を変
動させて振動子を発振させると、双方の電極の電位が変
動するので、振動子の振動の振幅が変動しやすい。振動
子の振動の振幅が変化すると、振動速度も変化するの
で、この変動に伴って、振動子の振動速度と被検出体の
角速度に依存して振動子に働くコリオリの力が、角速度
が一定であっても変化する。角速度検出装置は、コリオ
リの力による振動子の歪み量を検出することにより、そ
のコリオリの力の大きさを測定しているので、電極間に
このように電位を印加する角速度検出装置によって検出
される角速度の検出精度は十分とは言えない。

【０００７】本発明は、このような課題に基づいてなさ
れたものであり、高精度の角速度検出が可能な角速度検
出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するための角速度検出装置を提供する。本装置は、
圧電性結晶からなる第１圧電性結晶部、第１圧電性結晶
部に設けられた第１及び第２電極、及び第１圧電性結晶
部に機械的に結合した検出用振動片を有する振動子と、
所定の周期で変動する電位を第１電極に与える励振手
段、第２電極の電位を所定値に固定する電位一定化手段
及び検出用振動片に発生する歪み量を検出する検出手段
を有する回路とを備える。

【０００９】本装置は、移動体又は電子情報機器等の被
検出体に設けられ、被検出体の角速度を検出する。励振
手段は、第１電極に所定の周期で変動する電位を与え、
電位一定化手段は第２電極の電位を所定値に固定するの
で、第１及び第２電極間には所定の周期で変動する電位
差、すなわち、交流電圧が与えられる。第１及び第２電
極は、第１圧電性結晶部に設けられているので、第１圧
電性結晶部は逆圧電効果に基づいて所定方向に振動す
る。

【００１０】第１圧電性結晶部が振動している状態で、
被検出体が所定の角速度で運動すると、第１圧電性結晶
部には、第１圧電性結晶部の振動速度及び被検出体の角
速度に依存したコリオリの力が働き、第１圧電性結晶部
は所定方向と異なる方向に振動する。検出用振動片は、
第１圧電性結晶部に機械的に結合しているので、第１圧
電性結晶部のコリオリの力による振動は検出用振動片に
伝達され、検出用振動片は前記所定方向と異なる振動成
分を有する振動を行う。

【００１１】なお、第１圧電性結晶部と検出用振動片
は、同一部であってもよく、この場合は、第１圧電性結
晶部のコリオリの力による振動は検出用振動片に伝達さ
れるので、これらは機械的に結合しているものと規定す
る。

【００１２】検出用振動片の振動は、第１圧電性結晶部
のコリオリの力に基づく振動等が検出用振動片に伝達さ
れることによって発生しているので、この検出用振動片
の振動による歪み量を検出することで、コリオリの力の
大きさが検知され、したがって、被検出体の角速度の大
きさを検出することができる。本装置によれば、第２電
極の電位は電位一定化手段によって所定値に固定されて
いるので、第１圧電性結晶部の振動が安定し、第１圧電
性結晶部に機械的に結合した検出用振動片の振動も安定
する。

【００１３】また、本装置の電位一定化手段は、反転入
力端子、非反転入力端子及び出力端子を有するオペアン
プと、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間
に接続され、所定の抵抗値を有する抵抗とを有し、第２
電極は前記オペアンプの入力端子の一方に電気的に接続
され、オペアンプの入力端子の他方の電位は所定値に固
定されることが好ましい。オペアンプの反転入力端子及
び非反転入力端子は、イマジナルショートの状態にあ
り、反転入力端子の電位は非反転入力端子の電位に等し
い。第２電極はオペアンプの入力端子の一方に電気的に
接続され、入力端子の他方の電位は所定値に固定されて
いるので、第２電極の電位は所定値に固定される。第２
電極から入力端子の一方へ流れ込む電流は、この抵抗を
介して出力端子に流れるので、この電流は抵抗により生
じた電圧降下によって電流電圧変換される。

【００１４】さらに、検出用振動片は、圧電性結晶から
なる第２圧電性結晶部と、第２圧電性結晶部に設けられ
た前記第１及び第２電極とは別の複数の電極とを有し、
励振手段は、この励振手段がオペアンプの出力信号から
所定の周期で変動する電位を生成するようにオペアンプ
に電気的に接続され、検出手段は、別の電極間に発生す
る電位差に対応した信号成分を有する交流電圧信号を検
出するものであって、この検出手段がオペアンプの出力
信号に同期した信号で交流電圧信号を同期検波するよう
に励振手段に電気的に接続されることが好ましい。

【００１５】第２圧電性結晶部が振動すると、圧電効果
に基づき、第２圧電性結晶部に設けられた電極間に電位
差が発生する。この電位差は、波形整形、増幅又は位相
変換等が行われることにより、この電位差に対応した信
号成分を有する交流電圧信号に変換される。なお、この
交流電圧信号は、上述の電位差そのものであってもよ
い。また、この電位差に基づいて流れる電流を電圧に変
換してた電圧も、この電位差に対応した信号成分と規定
する。

【００１６】この場合、オペアンプは第２電極の電位を
所定値に固定しつつ、第１圧電性結晶部の振動に同期し
た信号を出力する。励振手段は、このオペアンプの出力
信号から所定の周期で変動する電位を第１電極に与え
る。したがって、励振手段、第１圧電性結晶部及びオペ
アンプは、ループを構成し、第２電極の電位が所定値に
固定された状態で、励振手段は第１圧電性結晶部の振動
に同期した電位を第１電極に与えることができ、第１圧
電性結晶部を安定させて振動させることができる。検出
手段は、オペアンプの出力信号に同期した信号で上記交
流電圧信号を同期検波する。

【００１７】交流電圧信号及びオペアンプの出力信号に
同期した信号は、励振手段から出力され、所定の周期で
変動する電位に起因して発生しているので、それぞれの
信号の周期は略一致する。したがって、この交流電圧信
号は、オペアンプの出力信号に同期した信号で同期検波
される。この交流電圧信号は、第１圧電性結晶部に働い
たコリオリの力に起因して発生しているので、同期検波
された信号の直流成分の大きさは、コリオリの力の大き
さに依存する。したがって、例えば、積分回路を用いて
同期検波された信号を平滑化すれば、被検出体の角速度
を検出することができる。この装置によれば、１つのオ
ペアンプの出力信号を利用して、励振手段が第１圧電性
結晶部を振動させるとともに、検出手段が上記交流電圧
信号を同期検波することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る角速度検出装
置の一形態について、添付の図面を参照して説明する。
なお、以下の説明において、同一要素には同一符号を用
いるものとし、重複する説明は省略する。

【００１９】図１は、実施の形態に係る角速度検出装置
を示す。本装置は、支持台１０１の表面に一端で固定さ
れた振動子１０２及び支持台１０１の裏面に取付けられ
た処理回路１０３を備える。なお、以下の説明におい
て、支持台１０１の裏面から表面に向かう方向を「上」
方向と規定し、これと逆向きの方向を「下」方向と規定
する。

【００２０】支持台１０１は、主表面Ｓ１及び主表面Ｓ
１に平行であってこの主表面Ｓ１から上方に所定距離離
隔した設置表面Ｓ２を有し、主表面Ｓ１と設置表面Ｓ２
とはその境界で段差を形成する。

【００２１】振動子１０２はその一端に固定部１を有
し、固定部１は支持台１０１の設置表面Ｓ２に接着剤等
で固定されている。振動子１０２は、この固定部１、支
持台１０１と所定の間隔を保持しつつ設置表面Ｓ２から
主表面Ｓ１へ向かう方向へ固定部１から延びる支持棒
２、支持棒２によって支持された基体３、基体３から固
定部１に対して離れる方向に延びた一対の励振用振動片
４，５及び基体３から固定部１に近付く方向に延びた一
対の検出用振動片６，７からなる。

【００２２】また、固定部１、支持棒２、基体３及び振
動片４〜７は、一体の圧電性結晶部材及びこの圧電性結
晶部材に取付けられた複数の電極から構成される。本実
施の形態に係る圧電性結晶部材の材料は水晶である。

【００２３】なお、天然の水晶は、一般に柱状結晶であ
り、この柱状結晶の縦方向の中心軸はＺ軸又は光軸と規
定され、Ｚ軸を通り、柱状結晶の各表面に垂直に交わる
線はＹ軸又は機械軸と規定される。また、Ｚ軸を通り、
この柱状結晶の縦方向の稜線と直交する線はＸ軸又は電
気軸と規定される。本振動子１０２に用いられる水晶
は、人工水晶であるが、その構造は天然の水晶と同じで
あるので、説明において、それぞれの軸の方向は上記規
定に従う。すなわち、振動子１０２の厚み方向をＺ軸と
規定し、このＺ軸に直交し、互いに垂直な軸をそれぞれ
Ｘ軸及びＹ軸と規定する。

【００２４】以下、この規定に基づき、振動子１０２に
ついてさらに詳細に説明する。

【００２５】固定部１は、設置台１０１の設置表面Ｓ２
に固定される下面を有する。下面は、その長手方向がＸ
軸に沿っており、Ｘ軸及びＹ軸によって各辺が規定され
る長方形形状を有している。下面に対向する上面も下面
と略同一形状である。なお、上面と下面との間に位置す
る固定部１の外表面を固定部１の側面と規定する。支持
棒２の一端は、固定部１の一側面に連続し、固定部１か
らＹ軸に沿って延びている。基体３は支持棒２の他端に
連続し、Ｘ軸に沿って延びている。

【００２６】図２は、図１に示した振動子１０２をＡ−
Ａ線矢印の方向から見た振動子１０２の断面図である。

【００２７】第１励振用振動片４は、基体３の一端から
Ｙ軸に沿って固定部１から離れる方向に延びており、図
１及び図２に示すように、圧電性結晶部４ｐと、圧電性
結晶部４ｐの各側面に固定された上面電極４ｕ、下面電
極４ｓ、右面電極４ｍ及び左面電極４ｈとから構成され
る。

【００２８】圧電性結晶部４ｐのＹ軸に垂直な断面は、
四辺によって規定される概略長方形である。なお、説明
において、概略長方形とは、数学上に規定される厳密な
長方形を意味せず、圧電性結晶部４ｐ製造時のエッチン
グに起因して正確な長方形が形成できない場合、例え
ば、四辺のうちの一辺が屈曲して五角形になったものも
概略四角形と規定する。圧電性結晶部４ｐは、これらの
四辺をそれぞれ含み、Ｙ軸に平行な四側面を有する。こ
れらの圧電性結晶部４ｐの側面のうち、下面は支持台１
０１の主表面Ｓ１に空間を介して対向し、上面は圧電性
結晶部４ｐの下面に対向する。また、圧電性結晶部４ｐ
の残りの二側面は上面及び下面に垂直であり互いに対向
している。これらの二側面のうち、振動片４の先端方向
から見たときに右側に位置するものを右側面、左側に位
置するものを左側面と規定する。

【００２９】上面電極４ｕは、圧電性結晶部４ｐの上面
のみに形成され、基体３とこの振動片４との境界近傍か
ら振動片４の先端方向に延びている。下面電極４ｓは、
圧電性結晶部４ｐの下面のみに形成され、基体３とこの
振動片４との境界近傍から振動片４の先端方向に延びて
いる。右面電極４ｍは、圧電性結晶部４ｐの右側面の一
部を覆っている。

【００３０】右面電極４ｍは、上面電極４ｕと一定の間
隔を保持しつつ、この上面電極４ｕの長手方向に沿っ
て、基体３と振動片４との境界近傍から振動片４の先端
方向に延びており、上面電極４ｕと物理的に分離してい
る。左面電極４ｈは、圧電性結晶部４ｐの左側面の一部
を覆っている。

【００３１】左面電極４ｈも、上面電極４ｕと一定の間
隔を保持しつつ、この上面電極４ｕの長手方向に沿っ
て、基体３と振動片４との境界近傍から振動片４の先端
方向に延びており、上面電極４ｕと物理的に分離してい
る。また、左右側面の電極４ｈ，４ｍは、それぞれ、下
面電極４ｓとも一定の間隔を保持し、物理的に分離して
いる。

【００３２】これらの電極４ｕ，４ｓ，４ｍ，４ｈは、
圧電性結晶部４ｐの全表面を覆う電極を形成した後、各
電極間の領域の電極を除去するのみで、これらの電極を
物理的に分離することができる。すなわち、これらの電
極は、フォトリソグラフィ技術のエッチング工程を用い
ることにより分離できる。なお、左右側面の電極４ｈ及
び４ｍのそれぞれは、上下面電極４ｕ，４ｓとの間に電
圧を印加することにより、圧電性結晶部４ｐの中心を通
るＹＺ平面に対して垂直であって互いに逆向きの方向の
電界成分を圧電性結晶部４ｐ内に発生させるように配置
されている。

【００３３】第２励振用振動片５は、基体３の一端から
Ｙ軸に沿って固定部１から離れる方向に延びており、図
１及び図２に示すように、圧電性結晶部５ｐと、圧電性
結晶部５ｐの各側面に固定された上面電極５ｕ、下面電
極５ｓ、右面電極５ｍ及び左面電極５ｈとから構成され
る。支持棒２の中心線ＣＬを含むＹＺ面と第２励振用振
動片５との間の最短距離は、この面と第１励振用振動片
４との間の最短距離に等しい。すなわち、励振用振動片
４及び５は、支持棒２に対して対称な位置に配置されて
いる。

【００３４】なお、第２励振用振動片５は、第１励振用
振動片４と同一の構造を有するので、その構造の詳細に
ついては説明を省略する。

【００３５】次に、検出用振動片６及び７について説明
する。

【００３６】図３は、図１に示した振動子１０２をＢ−
Ｂ線矢印の方向から見た振動子１０２の断面図である。

【００３７】第１検出用振動片６は、基体３の一端から
Ｙ軸に沿って固定部１に近付く方向に延びており、図１
及び図３に示すように、圧電性結晶部６ｐと、圧電性結
晶部６ｐの各角部を覆う右上電極６ａ、右下電極６ｂ、
左上電極６ｃ及び左下電極６ｄとから構成される。第１
検出用振動片６の長手方向は、第１励振用振動片４の長
手方向に一致しており、また、これらの振動片６及び４
は、少なくともＺ軸方向の振動が伝わるようにその形状
および重量等が調整されている。

【００３８】圧電性結晶部６ｐのＹ軸に垂直な断面は、
四辺によって規定される概略長方形である。圧電性結晶
部６ｐは、これらの四辺をそれぞれ含み、Ｙ軸に平行な
四側面を有し、圧電性結晶部６ｐの４つの角部は、それ
ぞれの四側面が交差することによって規定される。これ
らの圧電性結晶部６ｐの側面のうち、下面は支持台１０
１の主表面Ｓ１に空間を介して対向し、上面は圧電性結
晶部６ｐの下面に対向する。また、圧電性結晶部６ｐの
残りの二側面は上面及び下面に垂直であり互いに対向し
ている。これらの二側面のうち、振動片４の先端方向か
ら見たときに右側に位置するものを右側面、左側に位置
するものを左側面と規定する。

【００３９】右上電極６ａは、圧電性結晶部６ｐの上面
と右側面とが交差することにより規定される角部のみを
覆っており、右下電極６ｂは、圧電性結晶部６ｐの下面
と右側面とが交差することにより規定される角部のみを
覆っている。また、左上電極６ｃは、圧電性結晶部６ｐ
の上面と左側面とが交差することにより規定される角部
のみを覆っており、左下電極６ｄは、圧電性結晶部６ｐ
の下面と左側面とが交差することにより規定される角部
のみを覆っている。それぞれの電極６ａ〜６ｄは、互い
に所定の間隔を保持しながら、基体３とこの振動片６と
の境界近傍から振動片６の先端方向に延びており、互い
に物理的に分離している。

【００４０】図４は、図１に示した振動片６をＣ−Ｃ線
矢印の方向から見た振動片６の断面図である。

【００４１】振動片６の質量が変化すると、振動片の固
有振動数は変化する。振動片６の先端側の電極の質量及
び形状変化は、根元側のそれよりも振動片６の固有振動
数に対する影響が大きい。また、先端側に働く応力は根
元側のそれよりも小さいので、振動片６の先端側の電極
の質量及び形状変化は、検出感度への影響が根元側に較
べて小さい。したがって、固有振動数調整のため、図１
及び図４に示すように、振動片６の重心位置よりも先端
側の右上電極６ａ及び左上電極６ｃは、その一部分がト
リミングにより除去された領域ＴＲを有する。換言すれ
ば、振動片６の先端の右上電極６ａと左上電極６ｃとの
間の間隔は、振動片６の根元側の間隔よりも広い。な
お、このような電極の除去は、レーザ加工機を用いて行
うことができる。

【００４２】第２検出用振動片７は、基体３の一端から
Ｙ軸に沿って固定部１に近付く方向に延びており、図１
及び図３に示すように、圧電性結晶部７ｐと、圧電性結
晶部７ｐの各角部を覆う右上電極７ａ、右下電極７ｂ、
左上電極７ｃ及び左下電極７ｄとから構成される。支持
棒２の中心線ＣＬを含むＹＺ面と第２検出用振動片７と
の間の最短距離は、この面と第１検出用振動片６との間
の最短距離に等しい。すなわち、これらの検出用振動片
６及び７は、励振用振動片４及び５と同様に、支持棒２
に対して対称な位置に配置されている。

【００４３】なお、第２検出用振動片７は、この振動片
７の先端側の電極が第１検出用振動片６のように除去さ
れていない。この点を除いて、第２検出用振動片７は、
第１検出用振動片６と同一の構造を有するので、その構
造の詳細については説明を省略する。また、各振動片４
〜７が安定して振動するように、振動子１０２は、内部
の圧力が大気圧よりも低く設定された密閉容器内に配置
されることが望ましい。

【００４４】次に、振動子１０２の励振及び角速度の検
出ついて説明する。

【００４５】まず、各電極の接続関係について説明す
る。図５は、各振動片４〜７の電極４ｕ，４ｓ，４ｍ，
４ｈ，５ｕ，５ｓ，５ｍ，５ｈ，６ａ〜６ｄ，７ａ〜７
ｄの接続関係及びこれらの電極に電気的に接続された処
理回路１０３を示す。

【００４６】励振用振動片４の上下面電極４ｕ，４ｓ及
び励振用振動片５の左右面電極５ｈ，５ｍは、配線Ｗ１
を介して端子Ｔ１に電気的に接続されている。また、励
振用振動片４の左右面電極４ｈ，４ｍ及び励振用振動片
５の上下面電極５ｕ，５ｓは、配線Ｗ２を介して端子Ｔ
２に電気的に接続されている。

【００４７】さらに、検出用振動片６の右上電極６ａ，
左下電極６ｄ及び検出用振動片７の右下電極７ｂ，左上
電極７ｃは、配線Ｗ３を介して端子Ｔ３に接続されてい
る。検出用振動片６の右下電極６ｂ，左上電極６ｃ及び
検出用振動片７の右上電極７ａ，左下電極７ｄは、配線
Ｗ４を介して端子Ｔ４に接続されている。なお、これら
の配線Ｗ１〜Ｗ４は、フォトリソグラフィ技術を用い、
図１に示した振動子１０２の支持棒２上の領域を通って
固定部１に至るように形成することが望ましい。

【００４８】次に、励振用振動片４及び５の励振につい
て説明する。なお、図６は、処理回路１０３の各節点に
おける電圧波形を示すタイミングチャートである。図６
の（ａ）〜（ｒ）は、それぞれ、図５の節点Ａ〜Ｒの電
圧波形を示す。以下、図６を適宜参照しながら説明す
る。

【００４９】処理回路（回路）１０３は、端子Ｔ２に周
期的に変動する電位を与える励振駆動回路（励振手段）
１０３ａ、端子Ｔ１からの電流信号を電圧信号に変換す
る電流電圧変換回路（電位一定化手段）２ｘ、端子Ｔ
３，Ｔ４からの電流信号をそれぞれ電圧信号に変換する
チャージアンプ１０ｘ，１１ｘ、これらのチャージアン
プ１０ｘ，１１ｘから出力された電圧信号の差分を出力
する差動増幅回路１２ｘ及び差動増幅回路１２ｘから出
力された電圧信号を検出する検出回路（検出手段）１０
３ｂからなる。

【００５０】励振駆動回路１０３ａは、比較器１ｘ、反
転増幅回路３ｘ，４ｘ、コンデンサＣ３１、比較器５
ｘ、反転増幅回路６ｘ、インバータ７ｘ、反転増幅回路
８ｘ及び積分回路９ｘから構成される。

【００５１】比較器１ｘは、反転入力端子及び非反転入
力端子を有するオペアンプから構成され、非反転入力端
子は、所定の電圧レベル２．５Ｖに固定されている。比
較器１ｘは、この電圧レベルよりも低い電圧信号が入力
されたときにはハイレベルの電圧信号を出力し、所定の
電圧レベルよりも高い電圧信号が入力されたときにはロ
ーレベルの電圧信号を出力する。

【００５２】比較器１ｘの反転入力端子には、図６
（ｅ）に示す２．５Ｖを振幅中心とする正弦波電圧Ｖ_E
が入力されるので、比較器１ｘからは、この正弦波電圧
Ｖ_Eに同期した方形波電圧Ｖ_Aが出力される。図６（ａ）
は、方形波電圧Ｖ_Aの波形を示す。すなわち、比較器１
ｘは、入力された交流電圧に同期した所定の周期で変動
する電位を端子Ｔ２に印加する。したがって、励振用振
動片４の左右面電極４ｈ，４ｍ及び励振用振動片５の上
下面電極５ｕ，５ｓには、所定の繰り返し周期で変動す
る電位が与えられる。なお、方形波電圧Ｖ_Aの波高値は
Ａ_Hである。この方形波電圧Ｖ_Aの波高値Ａ_Hは、素子５
ｘ〜９ｘによって構成される振幅一定回路によって一定
となるように帰還制御される。ここで、波高値Ａ_Hは、
２．５Ｖ以上に設定される。

【００５３】電流電圧変換回路２ｘは、反転入力端子２
１、非反転入力端子２２及び節点Ｂで示される出力端子
を有するオペアンプＡ２と、反転入力端子２１と出力端
子Ｂとの間に接続された帰還抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２に並
列接続されたコンデンサＣ２とから構成される。オペア
ンプＡ２の反転入力端子２１は端子Ｔ１に接続されてお
り、非反転入力端子２２の電位は２．５Ｖに固定されて
いる。反転入力端子２１と非反転入力端子２２とは、イ
マジナルショートの状態にあり、したがって、反転入力
端子２１の電位は非反転入力端子２２の電位に等しい。
非反転入力端子２２の電位は２．５Ｖに固定されている
ので、反転入力端子２１の電位は２．５Ｖである。

【００５４】励振用振動片４の上下面電極４ｕ，４ｓ及
び励振用振動片５の左右面電極５ｈ，５ｍは、端子Ｔ１
を介してオペアンプ２の反転入力端子２１に接続されて
いる。したがって、これらの電極群４ｕ，４ｓ，５ｈ，
５ｍの電位は２．５Ｖに固定される。一方、励振用振動
片４及び５の電極群４ｈ，４ｍ，５ｕ，５ｓには、端子
Ｔ２を介して比較器１ｘから方形波電圧Ｖ_A、すなわ
ち、２．５Ｖに対して上下に変動する電位が与えられて
いる。よって、電極群４ｕ，４ｓ，５ｈ，５ｍと電極群
４ｈ，４ｍ，５ｕ，５ｓとの間には、方形波電圧Ｖ_Aと
２．５Ｖとの間の電圧、すなわち、２．５Ｖに対して電
位が上下に変動する方形波電圧Ｖ_Aが印加される。換言
すれば、励振手段１０３ａは、所定の周期で変動する電
位を電極群４ｈ，４ｍ，５ｕ，５ｓに与え、電位一定化
手段２ｘは、電極群４ｕ，４ｓ，５ｈ，５ｍの電位を所
定値に固定する。

【００５５】電極群４ｕ，４ｓ，５ｈ，５ｍと電極群４
ｈ，４ｍ，５ｕ，５ｓとの間に方形波電圧Ｖ_Aが印加さ
れると、逆圧電効果により励振用振動片４及び５は、図
１の矢印Ｖ１及びＶ２に示すように、Ｘ軸に沿って互い
に逆方向に屈曲する。屈曲に伴って励振用振動片４及び
５の側面中心領域に誘起された電荷Ｑ₁は、電流電圧変
換回路２ｘによって電圧信号に変換される。すなわち、
電極４ｕ，４ｓ，５ｍ，５ｈから反転入力端子２１へ流
れ込む電流は、この抵抗Ｒ２を介して出力端子Ｂに流れ
るので、この電流は抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２により
生じた電圧降下によって電流電圧変換される。

【００５６】時刻ｔにおける電荷をＱ₁（ｔ）とする
と、電流電圧変換回路２ｘから出力される電圧Ｖ_Bは以
下の式で与えらる。なお、交流電圧Ｖ_Bの波形を図６
（ｂ）に示す。

【００５７】

【数１】但し、ｊは虚数単位、ωは角周波数、Ｒ２は抵抗Ｒ２の
抵抗値、Ｃ２はコンデンサＣ２の容量である。ここで、
容量Ｃ２＝０であれば、Ｖ_Bの位相はＱ₁（ｔ）に対して
９０°遅れ、振幅は抵抗値Ｒ２に比例する。なお、電流
電圧変換回路２ｘを構成する配線間には１ｐＦ以上の浮
遊容量がある。

【００５８】本実施の態様に係る電流電圧変換回路２ｘ
では、この浮遊容量を無視し、容量Ｃ２＝１０ｐＦとす
る。また、励振用振動片４及び５のＸ軸方向の固有振動
数を８５００Ｈｚとし、比較器１ｘから出力される方形
波電圧Ｖ_Aの繰り返し周波数はこれに一致するものとす
る。

【００５９】図７は、抵抗値Ｒ２と電圧Ｖ_Bの位相との
関係を示すグラフである。図７から明らかなように、抵
抗値Ｒ２が１０ｋΩ以下のとき、位相は略９０°（少な
くとも８９°以上）となる。

【００６０】電流電圧変換回路２ｘから出力された電圧
信号は、反転増幅回路３ｘに入力される。反転増幅回路
３ｘは、反転入力端子、非反転入力端子及び節点Ｃで示
される出力端子を有するオペアンプＡ３と、反転入力端
子と節点Ｂとの間に接続された抵抗Ｒ３１と、反転入力
端子と出力端子Ｃとの間に接続された抵抗Ｒ３２と、抵
抗Ｒ３２に並列接続されたコンデンサＣ３とから構成さ
れる。なお、オペアンプＡ３の非反転入力端子の電位は
２．５Ｖに固定されている。電流電圧変換回路２ｘから
は９０°位相の遅れた正弦波電圧Ｖ_Bが出力されている
ので、反転増幅回路３ｘにこの電圧Ｖ_Bが入力される
と、反転増幅回路３ｘからは電圧Ｖ_Bに対して位相が反
転した正弦波電圧Ｖ_Cが出力される。なお、交流電圧Ｖ_C
の波形を図６（ｃ）に示す。

【００６１】反転増幅回路３ｘの出力電圧Ｖ_cは、コン
デンサＣ３１を介して節点Ｄに入力される。コンデンサ
Ｃ３１は、交流電圧Ｖ_cのオフセット成分を除去する。
節点Ｄにおける交流電圧Ｖ_Dの波形を図６（ｄ）に示
す。なお、交流電圧Ｖ_Dの振幅はＶ_Cの振幅と同一であ
る。処理回路１０３を構成する各オペアンプには図示し
ないスイッチを介して図示しない５Ｖ電源から電圧が供
給されている。このスイッチを投入すると処理回路１０
３は動作するが、スイッチの投入時の過渡現象により上
記オフセット成分が増大し、比較器１ｘの出力がハイレ
ベル又はローレベルに固定される。本処理回路１０３で
は、コンデンサＣ３１が、このオフセット成分を除去す
るので、このような出力固定現象を防止することができ
る。

【００６２】節点Ｄには、比較器５ｘ、反転増幅回路６
ｘ、インバータ７ｘ、反転増幅回路８ｘ及び積分回路９
ｘから構成される振幅一定回路と、反転増幅回路４ｘと
が接続されている。比較器５ｘは、節点Ｄに接続された
非反転入力端子及び２．５Ｖに電位が固定された反転入
力端子を有するオペアンプＡ５を含む。比較器５ｘは、
２．５Ｖよりも高い電圧信号が入力されたときにはハイ
レベルの電圧信号を出力し、２．５Ｖよりも低い電圧信
号が入力されたときにはローレベルの電圧信号を出力す
る。比較器５ｘの出力端子にはインバータ７ｘを介して
スイッチＳ１が接続されている。スイッチＳ１はハイレ
ベルの電圧信号が入力されたときに導通し、ローレベル
の電圧信号が入力されたとき切断される。このようなス
イッチＳ１は、例えば、そのゲートに印加される電圧に
よって導通／切断制御を行う電界効果トランジスタを用
いる。節点Ｄから出力された正弦波電圧が２．５Ｖより
も低いとき、比較器５ｘはローレベルの電圧信号を出力
するので、インバータ７ｘからはハイレベルの電圧信号
が出力される。スイッチＳ１にハイレベルの電圧信号が
入力されると、このスイッチＳ１は導通し、節点Ｄの電
圧信号Ｖ_DがそのままスイッチＳ１を通過する。

【００６３】反転増幅回路６ｘは、抵抗Ｒ６１と、抵抗
Ｒ６１を介して節点Ｄに接続された反転入力端子及び電
位が２．５Ｖに固定された非反転入力端子を有するオペ
アンプＡ６と、オペアンプＡ６の反転入力端子と出力端
子との間に接続された抵抗Ｒ６２を有する。節点Ｄから
反転増幅回路６ｘに正弦波電圧Ｖ_Dが入力されると、反
転増幅回路６ｘはその位相を反転させて出力する。反転
増幅回路６ｘの出力端子にはスイッチＳ１と同一構造の
スイッチＳ２が接続されている。節点Ｄから出力された
正弦波電圧が２．５Ｖよりも高いとき、比較器５ｘはハ
イレベルの電圧信号を出力するので、インバータ７ｘか
らはローレベルの電圧信号が出力され、スイッチＳ１は
切断される。このとき、スイッチＳ２には、ハイレベル
の電圧信号が入力されるので、スイッチＳ２は導通し、
電圧信号Ｖ_Dの位相が反転した電圧信号がスイッチＳ２
を通過する。したがって、スイッチＳ１，Ｓ２を通過し
た電圧信号は、それぞれ、抵抗Ｒ８１，Ｒ８２を通過し
て節点Ｆで合成され、正弦波電圧Ｖ_Dは全波整流され
る。

【００６４】節点Ｆには、反転増幅回路８ｘが接続され
ている。反転増幅回路８ｘは、節点Ｆに接続された反転
入力端子及び電位が２．５Ｖに固定された非反転入力端
子を有するオペアンプＡ８と、オペアンプＡ８の反転入
力端子と節点Ｇで示される出力端子間に接続された抵抗
Ｒ８３とを備える。節点Ｆの電位はイマジナリショート
により２．５Ｖであり、この電圧Ｖ_Fの波形を図６
（ｆ）に示す。反転増幅回路８ｘは、入力された電圧信
号の位相を反転させて出力する。したがって、節点Ｇか
らは、全波整流された正弦波電圧Ｖ_Dの位相が反転した
電圧信号Ｖ_Gが出力される。この電圧Ｖ_Gの波形を図６
（ｇ）に示す。

【００６５】節点Ｇには、積分回路９ｘが接続されてい
る。積分回路９ｘは、節点Ｇに接続された抵抗Ｒ９１
と、節点Ｇに抵抗Ｒ９１を介して接続された反転入力端
子及び抵抗Ｒ９３を介してグランド及び５Ｖ電源に接続
された非反転入力端子を有するオペアンプＡ９と、オペ
アンプＡ９の反転入力端子と節点Ｈで示される出力端子
との間に接続された抵抗Ｒ９２と、抵抗Ｒ９２に並列に
接続されたコンデンサＣ９とを備える。オペアンプＡ９
の非反転入力端子の電位Ｖ₁は、２．５Ｖよりも高く設
定される。電圧Ｖ_Gの交流成分の実効値Ｖ_gが、この電位
Ｖ₁よりも大きいとき、すなわち、励振用振動片４及び
５の振動の振幅が大きくなった場合、積分回路９ｘはＶ
₁とＶ_gとの差分に比例した電圧分だけＶ₁よりも小さな
電圧信号Ｖ_Hを出力する。このとき、比較的小さな抵抗
値を有するプルアップ抵抗Ｒ１を介して、節点Ｈに接続
された比較器１ｘの出力端子Ａの電位Ｖ_Aの波高値Ａ_Hは
低くなる。なお、プルアップ抵抗Ｒ１は、発振条件に影
響を与えないので、その抵抗値を低くすることにより、
振幅の大きな電圧Ｖ_Aを振動片４及び５に印加すること
ができる。

【００６６】比較器１ｘの反転入力端子は反転増幅回路
４ｘの出力端子に接続されている。反転増幅回路４ｘ
は、抵抗Ｒ４１と、節点Ｄから抵抗Ｒ４１を介して正弦
波電圧Ｖ_Dが入力される反転入力端子及び電位が２．５
Ｖが固定された非反転入力端子を有するオペアンプＡ４
と、オペアンプＡ４の出力端子と反転入力端子との間に
接続された抵抗Ｒ４２及びコンデンサＣ４を備える。節
点Ｄから反転増幅回路４ｘに正弦波電圧Ｖ_Dが入力され
ると、反転増幅回路４ｘは電圧Ｖ_Dの位相が反転した正
弦波電圧Ｖ_Eを出力する。上述のように、比較器１ｘ
は、この正弦波電圧Ｖ_Eに同期した方形波電圧Ｖ_Aを出力
する。

【００６７】励振用振動片４及び５の振動の振幅は、波
高値Ａ_Hに略比例する。励振用振動片４及び５の振動の
振幅が大きくなった場合、比較器１ｘの出力端子Ａから
の出力電圧の波高値Ａ_Hは低くなる。したがって、振動
片４及び５の振動の振幅が大きくなった場合、振動片４
及び５は、その振幅が小さくなるように帰還制御され
る。同様に、励振用振動片４及び５の振動の振幅が小さ
くなった場合、比較器１ｘの出力端子Ａの波高値Ａ_Hは
高くなり、振動片４及び５は、その振幅が大きくなるよ
うに帰還制御される。

【００６８】以上のように、電流電圧変換回路２ｘ及び
励振駆動回路１０３ａから構成される回路により、励振
用振動片４及び５は安定して振動する。なお、方形波電
圧Ｖ_Aは、実際の励振を代表する電荷から生成されてい
るので、圧電性結晶部４ｐ及び５ｐが温度等によって変
化しても、方形波電圧Ｖ_Aはこの変化に追従することが
できる。なお、電圧Ｖ_Aの波形は、正弦波であってもよ
いが、方形波であれば振動片４及び５を１次の振動モー
ドで振動させることができる。すなわち、処理回路１０
３の電源を投入すると、電圧Ｖ_Aのノイズ成分から振動
が立ち上がる。この時、高い周波数ではインピダンスが
低いので、振動片４及び５は高い周波数で発振しやす
く、したがって、振動片４及び５は高次振動モードで発
振しやすい。Ｖ_Aが方形波電圧でない場合、高次振動モ
ードで振動片４及び５が発振し、振動片４及び５の振動
がＱ値の高い１次振動モードによって振動しやすいにも
拘らず、高次モードで発振する可能性がある。方形波を
フーリエ級数展開すると、基本波に複数の高調波が重畳
されたものであることがわかる。したがって、振動片４
及び５は、方形波電圧の高次高調波成分に誘発されて振
動を始めるが、その振動モードは、基本波成分と高次高
調波との間の高調波成分に対応する振動モードを介して
最も振動しやすい１次モードに移行することができる。

【００６９】次に、角速度の検出について説明する。励
振用振動片対４及び５が速度ＶでＸ軸方向に沿って振動
している状態で、図１の矢印Ωで示す方向に振動子１０
２が回転させられると、励振用振動片４及び５には、Ｚ
軸方向に沿ってＶ×Ωに比例したコリオリの力が働き、
励振用振動片４及び５は、それぞれＺ軸に沿った方向に
も振動する。

【００７０】一方、検出用振動片６及び７は、それぞれ
励振用振動片４及び５にＺ軸方向の振動が伝わる程度に
機械的に結合しているので、励振用振動片４及び５のＺ
軸方向の振動に伴って検出用振動片６及び７がＺ軸に沿
って振動する。なお、図１の矢印Ｖ３及びＶ４で示すよ
うに、検出用振動片６及び７は、互いに逆位相、すなわ
ち、振動中の任意の時間における各振動片６及び７のＺ
軸方向の速度ベクトルが互いに逆向きになるように振動
する。

【００７１】検出用振動片６及び７が、コリオリの力に
起因してＺ軸方向に屈曲して振動すると、圧電効果によ
り、図５に示す検出用振動片６，７の圧電性結晶部６
ｐ，７ｐの全ての角部に電荷が発生する。これらの電荷
は、角部を覆う電極６ａ〜６ｄ及び７ａ〜７ｄによって
効率的に検知される。

【００７２】前述のように、検出用振動片６及び７の電
極群６ａ，６ｄ，７ｂ，７ｃ及び電極群６ｂ，６ｃ，７
ａ，７ｄは、それぞれ、端子Ｔ３及びＴ４を介してチャ
ージアンプ１０ｘ及び１１ｘに接続されている。

【００７３】チャージアンプ１０ｘは、端子Ｔ３に接続
された反転入力端子及び電位が２．５Ｖに固定された非
反転入力端子を有するオペアンプＡ１０と、反転入力端
子と節点Ｉで示される出力端子との間に接続された抵抗
Ｒ１０と、抵抗Ｒ１０に並列接続されたコンデンサＣ１
０とから構成される。オペアンプＡ１０の反転入力端子
は端子Ｔ３に接続されており、非反転入力端子の電位は
２．５Ｖに固定されている。

【００７４】チャージアンプ１１ｘの構造はチャージア
ンプ１０ｘの構造と同一である。チャージアンプ１１ｘ
は、端子Ｔ４に接続された反転入力端子及び電位が２．
５Ｖに固定された非反転入力端子を有するオペアンプＡ
１１と、反転入力端子と節点Ｊで示される出力端子との
間に接続された抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１１に並列接続さ
れたコンデンサＣ１１とから構成される。オペアンプＡ
１１の反転入力端子は端子Ｔ４に接続されており、非反
転入力端子の電位は２．５Ｖに固定されている。

【００７５】検出用振動片６，７がコリオリの力に起因
してＺ軸方向に振動することにより、その圧電性結晶部
６ｐ，７ｐの角部に発生した電荷Ｑ₂は、これらのチャ
ージアンプ１０ｘ及び１１ｘによって電圧信号に変換さ
れる。

【００７６】時刻ｔにおける電荷をＱ₂（ｔ）とする
と、チャージアンプ１０ｘから出力される電圧Ｖ_Iは以下
の式で与えらる。なお、交流電圧Ｖ_Iの波形を図６
（ｉ）に示す。

【００７７】

【数２】但し、Ｒ１０は抵抗Ｒ１０の抵抗値、Ｃ１０はコンデン
サＣ１０の容量である。ここで、抵抗値Ｒ１０＝無限大
であれば、式２は以下の式で与えられる。

【００７８】

【数３】すなわち、抵抗値Ｒ１０＝無限大であれば、電圧Ｖ_Iの
位相はＱ₂（ｔ）と一致する。なお、チャージアンプ１
０ｘが構成される基板の絶縁抵抗は、非常に大きいが、
この絶縁抵抗は温度等により変動する。この変動の影響
を小さくするためには、Ｒ１０の値は小さくする必要が
あるが、抵抗値が零の場合はオペアンプＡ１０の入力端
子の電位が不安定となる。したがって、抵抗値Ｒ１０
は、可能な限り高い方がよく、３０ＭΩ程度が適当であ
る。したがって、本実施の態様に係るチャージアンプ１
０ｘでは、例えば、抵抗値Ｒ１０＝３０ＭΩとする。ま
た、検出用振動片６及び７のＺ軸方向の固有振動数を８
５００Ｈｚとする。本実施例では、Ｘ軸方向の固有振動
数とＺ軸方向の固有振動数を一致させているが、これは
異ならせてもよい。なお、チャージアンプ１０ｘ及び１
１ｘの抵抗及びコンデンサＲ１０，Ｃ１０，Ｒ１１，Ｃ
１１は、ローパスフィスタとしても機能するので、これ
らのアンプ１０ｘ及び１１ｘに入力される信号の高周波
ノイズ成分を除去することができる。

【００７９】図８は、容量Ｃ１０と電圧Ｖ_Iの位相との
関係を示すグラフである。図８から明らかなように、容
量Ｃ１０が７０ｐＦ以上のとき、位相は略０°（少なく
とも０．５°以下）となる。なお、チャージアンプ１０
ｘから出力される交流電圧Ｖ_Iの振幅中心は、抵抗値Ｒ
１０が高いため、２．５Ｖよりも低くなる。また、チャ
ージアンプ１１ｘの構造はチャージアンプ１０ｘの構造
と同一であるので、Ｖ_Iの位相のみが反転した電圧信号
Ｖ_Jが出力される。交流電圧Ｖ_Jの波形を図６（ｊ）に示
す。

【００８０】コリオリの力の大きさは、励振用振動片４
及び５の振動の速度に略比例する。励振用振動片４及び
５の中立位置において、その振動の速度は最大となる。
したがって、励振用振動片４及び５の振動の速度が最大
となるときに、検出用振動片６及び７には最も大きなコ
リオリの力による振動が伝達され、検出用振動片６及び
７の振動の振幅は最大となる。すなわち、励振用振動片
４及び５が中立位置にあるとき、検出用振動片６及び７
はその中立位置から最も変位する。換言すれば、励振用
振動片４及び５において発生する電荷Ｑ₁（ｔ）の位相
は、コリオリの力に基づいて検出用振動片６及び７に発
生する電荷Ｑ₂（ｔ）の位相と９０°ずれている。一
方、励振側の電流電圧変換回路２ｘでは電荷Ｑ₁に対し
て９０°の位相変換を行い、検出側のチャージアンプ１
０ｘでは電荷Ｑ₂に対して位相変換を行わないので、こ
れらから出力された電圧Ｖ_B及びＶ_Iの位相差は１８０°
である。また、電圧Ｖ_Bは、反転増幅回路３ｘによって
その位相が反転させられているので、反転増幅回路３ｘ
の出力電圧Ｖ_Cの位相は、チャージアンプ１０ｘの出力
電圧Ｖ_Iの位相に一致する。なお、検出用振動片６及び
７は、Ｘ軸方向の振動成分を含むが、各電極６ａ〜６
ｄ，７ａ〜７ｄは、Ｘ軸方向の振動によって発生した電
荷の極性が逆になるように端子Ｔ３及びＴ４に接続され
ているので、Ｘ軸方向の振動成分は相殺される。

【００８１】チャージアンプ１０ｘ及び１１ｘの出力端
子には、抵抗Ｒ１２０及びＲ１２１を介して差動増幅回
路１２ｘが接続されている。差動増幅回路１２ｘは、抵
抗Ｒ１２０に接続された非反転入力端子及び抵抗Ｒ１２
１に接続された反転入力端子を有するオペアンプＡ１２
と、オペアンプＡ１２の反転入力端子と出力端子間に接
続された抵抗Ｒ１２とを備える。なお、非反転入力端子
は抵抗Ｒ１２２を介して２．５Ｖの電源に接続されてい
る。差動増幅回路１２ｘは、入力された電圧信号Ｖ_I及
びＶ_Jの差分を出力する。電圧信号Ｖ_IとＶ_Jとは、位相
が反転しているので、差動増幅回路１２ｘからは電圧信
号Ｖ_Iと位相が等しく振幅が増幅された交流電圧信号Ｖ_K
が出力される。電圧信号Ｖ_I及びＶ_Jは共に正弦波電圧信
号であるので、電圧Ｖ_Kの波形も正弦波である。電圧Ｖ_K
の波形を図６（ｋ）に示す。

【００８２】差動増幅回路１２ｘの出力端子には比較器
１３ｘ、インバータＩ１３、反転増幅回路１４ｘ、スイ
ッチＳ３，Ｓ４及び抵抗Ｒ１５１，Ｒ１５２から構成さ
れる同期検波回路が接続されている。反転増幅回路１４
ｘは、抵抗Ｒ１４１と、抵抗Ｒ１４１を介して節点Ｋに
接続された反転入力端子及び電位が２．５Ｖに固定され
た非反転入力端子を有するオペアンプＡ１４と、オペア
ンプＡ１４の反転入力端子と出力端子との間に接続され
た抵抗Ｒ１４２を有する。

【００８３】節点Ｋから反転増幅回路１４ｘに正弦波電
圧Ｖ_Kが入力されると、反転増幅回路１４ｘはその位相
を反転させて出力する。反転増幅回路１４ｘから出力さ
れる電圧Ｖ_Lの波形を図６（ｌ）に示す。

【００８４】反転増幅回路１４ｘの出力端子にはスイッ
チＳ１と同一構造のスイッチＳ４が接続されている。な
お、スイッチＳ３の構造もスイッチＳ４と同一である。
節点Ｄから出力された正弦波電圧が２．５Ｖよりも高い
とき、比較器１３ｘはハイレベルの電圧信号Ｖ_Mを出力
するので、インバータＩ１３からはローレベルの電圧信
号Ｖ_Nが出力され、スイッチＳ３は切断される。比較器
１３ｘ及びインバータＩ１３から出力される電圧信号Ｖ
_M及びＶ_Nをそれぞれ図６（ｍ）及び（ｎ）に示す。

【００８５】このとき、スイッチＳ４には、ハイレベル
の電圧信号が入力されるので、スイッチＳ４は導通し、
電圧信号Ｖ_Kの位相が反転した電圧信号Ｖ_LがスイッチＳ
４を通過する。同様に、節点Ｄから出力された正弦波電
圧が２．５Ｖよりも低いときには、スイッチＳ４が切断
され、スイッチＳ３が導通するので、電圧信号Ｖ_Kはそ
のままスイッチＳ３を通過する。

【００８６】上述のように、励振側の反転増幅回路３ｘ
から出力される電圧信号Ｖ_Cと検出側の差動増幅回路１
２ｘから出力される電圧信号Ｖ_Kの位相は一致している
ので、スイッチＳ３，Ｓ４を通過した電圧信号は、それ
ぞれ、抵抗Ｒ１５１，Ｒ１５２を通過して節点Ｏで合成
される。すなわち、検出側の差動増幅回路１２ｘから出
力された電圧信号Ｖ_Kは、励振側の反転増幅回路３ｘか
ら出力された電圧信号Ｖ_Cに同期した方形波電圧信号Ｖ_N
で同期検波され、電圧信号Ｖ_Kの位相が反転した電圧信
号Ｖ_Lは、励振側の反転増幅回路３ｘから出力された電
圧信号Ｖ_Cに同期した方形波電圧信号Ｖ_Mで同期検波され
る。換言すれば、正弦波電圧Ｖ_kのコリオリの力に基づ
いて発生した電圧成分は全波整流される。なお、正弦波
電圧Ｖ_k中の検出用振動片６及び７のＸ軸方向の振動に
よる電圧成分は、コリオリの力に基づいて発生した電圧
成分と位相が９０°ずれているので、この同期検波によ
りその積分値が零となる。

【００８７】節点Ｏには、反転増幅回路１５ｘが接続さ
れている。反転増幅回路１５ｘは、節点Ｏに接続された
反転入力端子及び電位が２．５Ｖに固定された非反転入
力端子を有するオペアンプＡ１５と、オペアンプＡ１５
の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ１
５３を有する。節点Ｏで示される反転増幅回路１５ｘの
反転入力端子の電圧は、イマジナルショートにより２．
５Ｖに固定される。節点Ｏの電圧の波形を図６（ｏ）に
示す。反転増幅回路１５ｘは、正弦波電圧Ｖ_K及びその
反転電圧Ｖ_Lを同期検波した電圧信号の位相を反転させ
て出力する。節点Ｐで示される反転増幅回路１５ｘの出
力端子の電圧Ｖ_Pの波形を図６（ｐ）に示す。

【００８８】節点Ｐで示される反転増幅回路１５ｘの出
力端子には、積分回路１６ｘが接続されている。積分回
路１６ｘは、節点Ｐに接続された抵抗Ｒ１６１と、節点
Ｐに抵抗Ｒ１６１を介して接続された反転入力端子及び
電位が２．５Ｖに固定された非反転入力端子を有するオ
ペアンプＡ１６と、オペアンプＡ１６の反転入力端子と
節点Ｑで示される出力端子との間に接続された抵抗Ｒ１
６２と、抵抗Ｒ１６２に並列に接続されたコンデンサＣ
１６とを備える。積分回路１６ｘは、節点Ｐから出力さ
れた電圧Ｖ_Pの交流成分の実効値を反転増幅させて出力
する。積分回路１６ｘの直流出力電圧Ｖ_Qの波形を図６
（ｑ）に示す。なお、同期検波回路により、検出用振動
片６及び７のＸ軸方向の振動成分に基づく信号成分は積
分値が零となるようにされているので、積分回路１６ｘ
の直流出力電圧Ｖ_Qからは、この信号成分が除去され
る。

【００８９】節点Ｑで示される積分回路１６ｘの出力端
子には、増幅回路１７ｘが接続されている。増幅回路１
７ｘは、抵抗Ｒ１７１と、抵抗Ｒ１７１を介して節点Ｑ
に接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有する
オペアンプＡ１７と、オペアンプＡ１７の反転入力端子
と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ１７とを有する。
さらに、増幅回路１７ｘの非反転入力端子は、抵抗Ｒ１
７２を介して２．５Ｖの電源に接続されており、また、
この非反転入力端子は抵抗Ｒ１７３及び可変抵抗Ｒ１７
４を介してグランド及び５Ｖの電源に接続されている。
増幅回路１７ｘの出力端子の電圧Ｖ_Rの波形を図６
（ｒ）に示す。なお、増幅回路１７ｘの可変抵抗Ｒ１７
４を調整することにより、直流出力電圧Ｖ_Rのオフセッ
トを調整することができる。

【００９０】直流出力電圧Ｖ_Rの大きさは、振動子１０
２に働いたコリオリの力の大きさに比例する。すなわ
ち、検出用振動片６及び７がコリオリの力に起因してＺ
軸方向に振動すると、振動による歪み量に比例して圧電
性結晶部６ｐ，７ｐに電荷が発生する。換言すれば、圧
電性結晶部６ｐ，７ｐがコリオリの力によって歪むこと
により、圧電効果に基づく電位差が電極群６ａ，６ｄ，
７ｂ，７ｃと電極群６ｂ，６ｃ，７ａ，７ｄとの間に発
生する。差動増幅回路１２からは、この電位差に対応す
る交流電圧Ｖ_Kが出力され、交流電圧Ｖ_Kのコリオリの力
に基づく成分は、同期検波回路によって全波整流され、
積分回路１６ｘによって全波整流された信号Ｖ_Pの交流
成分の実効値に比例した電圧信号Ｖ_Qが出力されるの
で、直流出力電圧Ｖ_Rを検出すれば、振動子１０２に働
いたコリオリの力を検出することができる。上記角速度
検出装置は、自動車等の被検出体に搭載され、コリオリ
の力は被検出体の角速度に比例して働くので、本角速度
検出装置によれば被検出体の角速度を検出できる。

【００９１】なお、上記角速度検出装置を自動車等の被
検出体に搭載した場合には、必ずしも被検出体の回転中
心軸が支持棒２の中心線ＣＬと一致するとは限らない
が、被検出体の運動に支持棒２の中心線ＣＬを中心とす
る回転成分が含まれれば、被検出体の角速度は検出する
ことができる。

【００９２】さらに、本装置の振動子１０２は、４つの
振動片４〜７を用いたが、これは、２つの振動片のみを
用い、それぞれの振動片に励振用の電極及び検出用の電
極を配置してもよい。

【００９３】図９は、このような振動子１０２Ａの平面
図であり、図１０は図９のＡ−Ａ線矢印及びＢ−Ｂ線矢
印で振動子１０２Ａを切ったときの振動子１０２Ａの断
面及びこれに接続された処理回路１０３を示す。以下、
この振動子１０２Ａを用いた角速度検出装置について説
明するが、同一要素には同一符号を用いているので、重
複する説明は省略する。

【００９４】振動子１０２Ａは、固定部１Ａ及び所定の
間隔離隔して固定部１Ａから平行に延びた１対の振動片
Ｌ１及びＲ１を備える。本角速度検出装置は、図１に示
した振動子１０２を振動子１０２Ａで置き換えたもので
あり、振動子１０２Ａの固定部１Ａは、図１の設置台１
０１の設置表面Ｓ２に固定される。この振動子１０２Ａ
は、水晶に設けられた複数の電極４ｕ，４ｓ，４ｍ，４
ｈ，５ｕ，５ｓ，５ｍ，５ｈ，６ａ〜６ｄ，７ａ〜７ｄ
からなる。振動片Ｒ１及びＬ１は、励振用の電極４ｕ，
４ｓ，４ｍ，４ｈ，５ｕ，５ｓ，５ｍ，５ｈに、処理回
路１０３から交流電圧を印加すると、振動片Ｒ１及びＬ
１はＸ軸方向に沿って振動する。このとき、Ｙ軸に平行
な中心軸を有する回転が振動子１０２Ａに加わると、振
動片Ｒ１及びＬ１にコリオリの力が働き、振動片Ｒ１及
びＬ１はＺ軸方向に沿って振動する。圧電性結晶部４
ｐ，５ｐは圧電性結晶部６ｐ，７ｐに機械的に結合して
いるので、このＺ軸方向の振動は圧電性結晶部４ｐ，５
ｐから６ｐ，７ｐへと伝達され、圧電結晶部６ｐ，７ｐ
はＺ軸方向に沿って歪む。したがって、処理回路１０３
は、検出用の電極６ａ〜６ｄ，７ａ〜７ｄを介して、こ
の歪み量を検知するので、振動子１０２Ａに働いたコリ
オリの力を検出することができる。

【００９５】さらに、上記振動子１０２及び１０２Ａで
は、励振用の圧電性結晶部４ｐ，５ｐ及び検出用の圧電
性結晶部６ｐ，７ｐは、異なる部分であったが、これら
は同一部であってもよい。換言すれば、振動片のＹ軸に
垂直な単一の断面内に、励振用の電極及び検出用の電極
を配置してもよい。

【００９６】図１１は、このような振動子１０２Ｂの平
面図であり、図１２は図１１のＡ−Ａ線矢印で振動子１
０２Ｂを切ったときの振動子１０２Ｂの断面及びこれに
接続された処理回路１０３を示す。以下、この振動子１
０２Ｂを用いた角速度検出装置について説明するが、同
一要素には同一符号を用いているので、重複する説明は
省略する。

【００９７】振動子１０２Ｂは、固定部１Ｂ及び所定の
間隔離隔して固定部１Ｂから平行に延びた１対の振動片
Ｌ２及びＲ２を備える。本角速度検出装置は、図１に示
した振動子１０２を振動子１０２Ｂで置き換えたもので
あり、振動子１０２Ｂの固定部１Ｂは、図１の設置台１
０１の設置表面Ｓ２に固定される。

【００９８】振動片Ｒ２は、圧電性結晶からなる圧電性
結晶部４ｐと、圧電性結晶部４ｐの各側面に固定された
上面電極４ａ，４ｄ、下面電極４ｃ，４ｆ、右面電極４
ｂ及び左面電極４ｅとから構成される。

【００９９】上面電極４ａ，４ｄは、それぞれ、圧電性
結晶部４ｐの上面のみに互いに物理的に分離して形成さ
れ、固定部１Ｂとこの振動片Ｒ２との境界近傍から振動
片Ｒ２の先端方向に延びている。下面電極４ｃ，４ｆ
は、圧電性結晶部４ｐの下面のみに互いに物理的に分離
して形成され、固定部１Ｂとこの振動片Ｒ２との境界近
傍から振動片Ｒ２の先端方向に延びている。右面電極４
ｂは、圧電性結晶部４ｐの右側面の一部を覆っている。

【０１００】右面電極４ｂは、右側に位置する上面電極
４ａと一定の間隔を保持しつつ、この上面電極４ａの長
手方向に沿って、固定部１Ｂと振動片Ｒ２との境界近傍
から振動片Ｒ２の先端方向に延びており、上面電極４ａ
と物理的に分離している。左面電極４ｅは、圧電性結晶
部４ｐの左側面の一部を覆っている。

【０１０１】左面電極４ｅも、左側に位置する上面電極
４ｄと一定の間隔を保持しつつ、この上面電極４ｄの長
手方向に沿って、固定部１Ｂと振動片Ｒ２との境界近傍
から振動片Ｒ２の先端方向に延びており、上面電極４ｄ
と物理的に分離している。また、左右側面の電極４ｂ，
４ｅは、それぞれ、下面電極４ｃ，４ｆとも一定の間隔
を保持し、物理的に分離している。

【０１０２】これらの電極４ａ〜４ｆは、圧電性結晶部
４ｐの全表面を覆う電極を形成した後、各電極間の領域
の電極を除去するのみで、これらの電極を物理的に分離
することができる。すなわち、これらの電極４ａ〜４ｆ
は、フォトリソグラフィ技術のエッチング工程を用いる
ことにより分離できる。

【０１０３】振動片Ｌ２は、圧電性結晶からなる圧電性
結晶部５ｐと、圧電性結晶部５ｐの各側面に固定された
上面電極５ａ，５ｄ、下面電極５ｃ，５ｆ、右面電極５
ｂ及び左面電極５ｅとから構成される。振動片Ｌ２は、
振動片Ｒ２と同一の構造を有するので、その構造の詳細
については説明を省略する。

【０１０４】振動片Ｒ２及びＬ２は、励振用の電極４ａ
〜４ｃ、５ｄ〜５ｆに、処理回路１０３から交流電圧を
印加すると、振動片Ｒ１及びＬ１はＸ軸方向に沿って振
動する。このとき、Ｙ軸に平行な中心軸を有する回転が
振動子１０２Ｂに加わると、振動片Ｒ２及びＬ２にコリ
オリの力が働き、振動片Ｒ２及びＬ２はＺ軸方向に沿っ
て振動する。圧電性結晶部４ｐ，５ｐはＺ軸方向に沿っ
て歪む。したがって、処理回路１０３は、検出用の電極
４ｄ〜４ｆ、５ａ〜５ｃを介して、この歪み量を検知す
るので、振動子１０２Ｂに働いたコリオリの力を検出す
ることができる。本装置では、圧電性結晶部４ｐ，５ｐ
のＹ軸に垂直な単一の断面内に、励振及び検出用の電極
が設けられているので、電極数を減らすことができる。

【０１０５】さらに、次のように励振用の電極及び検出
用の電極を配置してもよい。

【０１０６】図１３は、このような振動子１０２Ｃの平
面図であり、図１４は図１３のＡ−Ａ線矢印で振動子１
０２Ｃを切ったときの振動子１０２Ｃの断面及びこれに
接続された処理回路１０３を示す。以下、この振動子１
０２Ｃを用いた角速度検出装置について説明するが、同
一要素には同一符号を用いているので、重複する説明は
省略する。

【０１０７】振動子１０２Ｃは、固定部１Ｃ及び所定の
間隔離隔して固定部１Ｃから平行に延びた１対の振動片
Ｌ３及びＲ３を備える。本角速度検出装置は、図１に示
した振動子１０２を振動子１０２Ｃで置き換えたもので
あり、振動子１０２Ｃの固定部１Ｃは、図１の設置台１
０１の設置表面Ｓ２に固定される。

【０１０８】振動片Ｒ３は、圧電性結晶からなる圧電性
結晶部４ｐと、圧電性結晶部４ｐの各側面に固定された
上面電極４１、下面電極４２、右面電極４３，４４及び
左面電極４５，４６とから構成される。

【０１０９】上面電極４１は、圧電性結晶部４ｐの上面
のみに形成され、固定部１Ｃとこの振動片Ｒ３との境界
近傍から振動片Ｒ３の先端方向に延びている。下面電極
４２は、圧電性結晶部４ｐの下面のみに形成され、固定
部１Ｃとこの振動片Ｒ３との境界近傍から振動片Ｒ３の
先端方向に延びている。右面電極４３，４４は、互いに
物理的に分離しており、圧電性結晶部４ｐの右側面の一
部を覆っている。

【０１１０】上側の右面電極４３は、上面電極４１と一
定の間隔を保持しつつ、この上面電極４１の長手方向に
沿って、固定部１Ｃと振動片Ｒ３との境界近傍から振動
片Ｒ３の先端方向に延びており、上面電極４１と物理的
に分離している。左面電極４５，４６は、圧電性結晶部
４ｐの左側面の一部を覆っている。

【０１１１】上側の左面電極４５も、上面電極４１と一
定の間隔を保持しつつ、この上面電極４１の長手方向に
沿って、固定部１Ｃと振動片Ｒ３との境界近傍から振動
片Ｒ３の先端方向に延びており、上面電極４１と物理的
に分離している。また、下側の左右側面の電極４４，４
６は、それぞれ、下面電極４２とも一定の間隔を保持
し、物理的に分離している。

【０１１２】振動片Ｌ３は、圧電性結晶からなる圧電性
結晶部５ｐと、圧電性結晶部５ｐの各側面に固定された
上面電極５１、下面電極５２、右面電極５３，５４及び
左面電極５５，５６とから構成される。振動片Ｌ３は、
振動片Ｒ３と同一の構造を有するので、その構造の詳細
については説明を省略する。

【０１１３】端子Ｔ３及びＴ４は、図５に示したチャー
ジアンプ１０ｘ及び１１ｘの反転入力端子に接続されて
おり、イマジナルショートにより、これらの電位は２．
５Ｖに固定されているので、端子Ｔ２を介して電極５
１，５２に周期的に変動する電位を与えると、電極群５
１，５２と電極群５３〜５６との間に電位差が与えら
れ、逆圧電効果に基づいて圧電性結晶部５ｐは、Ｘ軸方
向に沿って振動する。圧電性結晶部４ｐは固定部１Ｃを
介して圧電性結晶部５ｐに機械的に結合しているので、
圧電性結晶部５ｐの振動に伴って圧電性結晶部４ｐがＸ
軸方向に振動する。圧電性結晶部４ｐがＸ軸方向に振動
すると、圧電性結晶部４ｐ部の側面中央領域に電荷が発
生する。この電荷は端子Ｔ１を介して電流電圧変換され
るので、振動片Ｒ３及びＬ３は持続振動する。

【０１１４】このとき、Ｙ軸に平行な中心軸を有する回
転が振動子１０２Ｃに加わると、振動片Ｒ３及びＬ３に
コリオリの力が働き、振動片Ｒ３及びＬ３はＺ軸方向に
沿って振動し、圧電性結晶部４ｐ，５ｐはＺ軸方向に沿
って歪む。電極４３〜４６，５３〜５６は、それぞれ、
図５の電極６ａ〜６ｄ，７ａ〜７ｄと同一の機能を有す
る。したがって、処理回路１０３は、検出用の電極４３
〜４６，５３〜５６を介して、この歪み量を検知するの
で、振動子１０２Ｃに働いたコリオリの力を検出するこ
とができる。

【０１１５】また、次のように励振用の電極及び検出用
の電極を配置してもよい。

【０１１６】図１５は、このような振動子１０２Ｄの平
面図であり、図１６は図１５のＡ−Ａ線矢印で振動子１
０２Ｄを切ったときの振動子１０２Ｄの断面及びこれに
接続された処理回路１０３を示す。以下、この振動子１
０２Ｄを用いた角速度検出装置について説明するが、同
一要素には同一符号を用いているので、重複する説明は
省略する。

【０１１７】振動子１０２Ｄは、固定部１Ｄ及び所定の
間隔離隔して固定部１Ｄから平行に延びた１対の振動片
Ｌ４及びＲ４を備える。本角速度検出装置は、図１に示
した振動子１０２を振動子１０２Ｄで置き換えたもので
あり、振動子１０２Ｄの固定部１Ｄは、図１の設置台１
０１の設置表面Ｓ２に固定される。

【０１１８】振動片Ｒ４は、圧電性結晶からなる圧電性
結晶部４ｐと、圧電性結晶部４ｐの各側面に固定された
上面電極１４１、下面電極１４２、右面電極１４３及び
左面電極１４４，１４５とから構成される。

【０１１９】上面電極１４１は、圧電性結晶部４ｐの上
面のみに形成され、固定部１Ｄとこの振動片Ｒ４との境
界近傍から振動片Ｒ４の先端方向に延びている。下面電
極１４２は、圧電性結晶部４ｐの下面のみに形成され、
固定部１Ｄとこの振動片Ｒ４との境界近傍から振動片Ｒ
４の先端方向に延びている。右面電極１４３は、圧電性
結晶部４ｐの右側面の一部を覆っている。

【０１２０】右面電極１４３は、上面電極１４１と一定
の間隔を保持しつつ、この上面電極１４１の長手方向に
沿って、固定部１Ｄと振動片Ｒ４との境界近傍から振動
片Ｒ４の先端方向に延びており、上面電極１４１と物理
的に分離している。左面電極１４４，１４５は、互いに
物理的に分離しており、圧電性結晶部４ｐの左側面の一
部を覆っている。

【０１２１】上側の左面電極１４４は、上面電極１４１
と一定の間隔を保持しつつ、この上面電極１４１の長手
方向に沿って、固定部１Ｄと振動片Ｒ４との境界近傍か
ら振動片Ｒ４の先端方向に延びており、上面電極１４１
と物理的に分離している。また、下側の左側面の電極１
４５は、下面電極１４２とも一定の間隔を保持し、物理
的に分離している。なお、上面電極１４１と右面電極１
４３との間の最短距離は、上面電極１４１と上側の左面
電極１４４との間の最短距離よりも短い。また、下面電
極１４２と右面電極１４３との間の最短距離も、下面電
極１４２と下側の左面電極１４５との間の最短距離より
も短い。

【０１２２】振動片Ｌ４は、圧電性結晶からなる圧電性
結晶部５ｐと、圧電性結晶部５ｐの各側面に固定された
上面電極１５１、下面電極１５２、左面電極１５３及び
右面電極１５４，１５５とから構成される。振動片Ｒ４
とＬ４とは、これらの振動片Ｒ４とＬ４との中間位置に
位置するＹＺ平面を境界として鏡像の関係を有する。し
たがって、振動片Ｌ４は、振動片Ｒ４と同一の構造を有
するので、その構造の詳細については説明を省略する。

【０１２３】本装置では、端子Ｔ１を介して励振用の電
極１４１，１４２，１５３に周期的に変動する電位を与
えると、端子Ｔ２〜Ｔ４の電位は、２．５Ｖに固定され
ているので、電極群１４１，１４２，１５３と電極群１
４３〜１４５，１５１，１５２〜１５５との間に電位差
が与えられ、逆圧電効果に基づいて振動片Ｒ４及びＬ４
はＸ軸方向に沿って振動する。この振動は端子Ｔ２に接
続された電極１４３，１５１，１５２を通して検知さ
れ、この振動は持続する。

【０１２４】このとき、Ｙ軸に平行な中心軸を有する回
転が振動子１０２Ｄに加わると、振動片Ｒ４及びＬ４に
コリオリの力が働き、振動片Ｒ４及びＬ４はＺ軸方向に
沿って振動し、圧電性結晶部４ｐ，５ｐはＺ軸方向に沿
って歪む。このＺ軸方向の歪に伴って発生した電荷は、
検出用の電極１４４，１４５，１５４，１５５を介し
て、処理回路１０３内に導入される。したがって、処理
回路１０３は、検出用の電極１４４，１４５，１５４，
１５５を介して、この歪み量を検知するので、振動子１
０２Ｄに働いたコリオリの力を検出することができる。

【０１２５】また、次のように励振用の電極及び検出用
の電極を配置してもよい。

【０１２６】図１７は、このような振動子１０２Ｅの平
面図であり、図１８は図１７のＡ−Ａ線矢印で振動子１
０２Ｅを切ったときの振動子１０２Ｅの断面及びこれに
接続された処理回路１０３を示す。以下、この振動子１
０２Ｅを用いた角速度検出装置について説明するが、同
一要素には同一符号を用いているので、重複する説明は
省略する。

【０１２７】振動子１０２Ｅは、固定部１Ｅ及び所定の
間隔離隔して固定部１Ｅから平行に延びた１対の振動片
Ｌ５及びＲ５を備える。本角速度検出装置は、図１に示
した振動子１０２を振動子１０２Ｅで置き換えたもので
あり、振動子１０２Ｅの固定部１Ｅは、図１の設置台１
０１の設置表面Ｓ２に固定される。振動子１０２Ｅは、
振動子１０２Ｂから電極４ｅ及び５ｂを除いたものであ
り、他の構造は１０２Ｂと同一であるので、説明を省略
する。

【０１２８】なお、上記実施の態様に係る圧電性結晶部
の材料は、水晶を用いたが、これはＬｉＴａＯ₃等の圧
電性結晶を代りに用いてもよい。さらに、圧電性結晶の
材料として、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等を用
い、この圧電性結晶を電極で挟んで金属等に貼り着けて
振動片としてもよい。

【０１２９】振動子１０２を用いた角速度検出装置にお
いては、圧電性結晶部４ｐ及び５ｐの振動に伴って、圧
電性結晶部４ｐ及び５ｐに設けられた電極４ａ〜４ｆ，
５ａ〜５ｆ間には、圧電効果に基づく電位差が発生す
る。この実施の態様に係る角速度検出装置では、この電
位差に基づいて流れる電流を電圧に変換し、変換された
電圧を差動増幅回路１２ｘで増幅し、交流電圧として出
力したが、この電位差は、波形整形、増幅又は位相変換
等が行われてもよく、また、交流電圧は、この電位差そ
のものであってもよい。

【０１３０】また、第２圧電性結晶部６ｐが振動する
と、圧電効果に基づき、少なくとも第２圧電性結晶部６
ｐに設けられた電極６ａと電極６ｃとの間に電位差が発
生する。この電位差は、波形整形、増幅又は位相変換等
が行われることにより、この電位差に対応した信号成分
を有する交流電圧信号Ｖ_Kに変換される。なお、この交
流電圧信号Ｖ_Kは、上述の電位差そのものであってもよ
い。また、この電位差に基づいて流れる電流を電圧に変
換してた電圧も、この電位差に対応した信号成分と規定
する。

【０１３１】さらに、各実施の態様に係る電流電圧変換
回路２ｘのオペアンプＡ２には、その反転入力端子２１
を介して端子Ｔ１からの信号を入力させたが、これは非
反転入力端子２２に入力してもよい。

【０１３２】以上、説明したように、上記実施の態様に
係る角速度検出装置は、圧電性結晶からなる第１圧電性
結晶部４ｐ、第１圧電性結晶部４ｐに設けられた第１及
び第２電極４ｍ，４ｕ、及び第１圧電性結晶部４ｐに機
械的に結合した検出用振動片６を有する振動子１０２
と、所定の周期で変動する電位Ｖ_Aを第１電極４ｍに与
える励振手段１０３ａ、第２電極４ｕの電位を所定値に
固定する電位一定化手段２ｘ及び検出用振動片６に発生
する歪み量を検出する検出手段１０３ｂを有する回路１
０３を備える。

【０１３３】検出用振動片６に発生する歪み量、すなわ
ち、交流電圧信号Ｖ_Kは、第１圧電性結晶部４ｐのコリ
オリの力に基づく振動等が検出用振動片６に伝達される
ことによって発生しているので、コリオリの力による電
圧成分を含む。検出手段１０３ｂは、この交流電圧信号
Ｖ_K、すなわち、検出用振動片６に発生する歪み量を検
出するので、コリオリの力の大きさが検知され、したが
って、被検出体の角速度の大きさを検出することができ
る。

【０１３４】本装置によれば、第２電極４ｕの電位は電
位一定化手段２ｘによって所定値に固定されているの
で、第１圧電性結晶部４ｐの振動が安定する。第１圧電
性結晶部４ｐの振動が安定すると、この振動及びコリオ
リの力に基づく振動が安定する。したがって、第１圧電
性結晶部４ｐに機械的に結合した検出用振動片６の振動
が安定し、検出手段１０３ｂによって検出される角速度
の精度を向上させることができる。

【０１３５】また、本装置の電位一定化手段２ｘは、反
転入力端子２１、非反転入力端子２２及び出力端子Ｂを
有するオペアンプＡ２と、オペアンプＡ２の出力端子Ｂ
と反転入力端子２１との間に接続され、所定の抵抗値を
有する抵抗Ｒ２とを有し、第２電極４ｕはオペアンプＡ
２の入力端子の一方２１に電気的に接続され、オペアン
プＡ２の入力端子の他方２２の電位は所定値に固定され
ることが好ましい。

【０１３６】本装置によれば、反転入力端子２１及び非
反転入力端子２２は、イマジナルショートの状態にあ
り、反転入力端子２１の電位は非反転入力端子２２の電
位に等しい。また、抵抗Ｒ２による電圧降下によって、
第１電極４ｍ及び第２電極４ｕ間の電位差に対応する電
流信号は電圧信号Ｖ_Bに変換される。

【０１３７】さらに、検出用振動片６は、圧電性結晶か
らなる第２圧電性結晶部６ｐと、第２圧電性結晶部６ｐ
に設けられた前記第１及び第２電極４ｍ，４ｕとは別の
複数の電極と６ａ，６ｃを有し、上記励振手段１０３ａ
は、この励振手段１０３ａがオペアンプＡ２の出力信号
Ｖ_Bから上記所定の周期で変動する電位Ｖ_Aを生成するよ
うにオペアンプＡ２に電気的に接続され、検出手段１０
３ｂは、別の電極間６ａ，６ｃに発生する電位差に対応
した信号成分を有する交流電圧信号Ｖ_kを検出するもの
であって、この検出手段１０３ｂがオペアンプＡ２の出
力信号Ｖ_Bに同期した信号Ｖ_M，Ｖ_Nで上記交流電圧信号
Ｖ_Kを同期検波するように励振手段１０３ａに電気的に
接続されることが好ましい。

【０１３８】この場合、オペアンプＡ２は第２電極４ｕ
の電位を所定値に固定しつつ、第１圧電性結晶部４ｐの
振動に同期した信号Ｖ_Bを出力し、励振手段１０３がオ
ペアンプＡ２の出力信号Ｖ_Bを利用して、第１圧電性結
晶部４ｐを振動させる電位Ｖ_Aを第１電極４ｍに印加す
る。また、検出手段１０３ｂは、オペアンプＡ２の出力
信号Ｖ_Bに同期した信号Ｖ_M，Ｖ_Nで交流電圧信号Ｖ_Kを同
期検波する。したがって、本構成によれば、これらの機
能を１つオペアンプＡ２に基づく出力Ｖ_Bを用いて達成
することができる。

【０１３９】さらに、本装置は、別の電極の一方６ａに
接続された第１チャージアンプ１０ｘと、別の電極の他
方６ｃに接続された第２チャージアンプ１１ｘと、前記
第１及び第２チャージアンプ１０ｘ，１１ｘの出力端子
に接続された差動増幅回路１２ｘと、を備え、前記交流
電圧信号Ｖ_Kは、前記差動増幅回路１２ｘから出力さ
れ、前記第１及び第２チャージアンプ１０ｘ，１１ｘ
は、前記差動増幅回路１２ｘから出力される交流電圧信
号Ｖ_Kの位相と、前記電位一定化手段２ｘから出力され
る交流電圧信号Ｖ_Bと位相とが一致又は１８０°異なる
ように設定されることが好ましい。

【０１４０】第１圧電性結晶部４ｐの振動速度と第１圧
電性結晶部４ｐに働くコリオリの力は位相が９０°異な
っている。このコリオリの力に基づいて第２圧電性結晶
部６ｐは振動するので、第１及び第２圧電性結晶部の振
動速度の位相は９０°異なっている。したがって、第１
圧電性結晶部４ｐからの信号Ｖ_Bを用いて、第２圧電性
結晶部６ｐからの信号Ｖ_Kを同期検波する場合には、一
方の位相を９０°変換する移相回路が必要である。しか
しながら、本装置では、差動増幅回路１２ｘから出力さ
れた信号Ｖ_Kの位相は、交流電圧信号Ｖ_Bの位相に一致又
は１８０°異なっているので、９０°移相回路を用いる
ことなく同期検波を行うことができる。

【０１４１】さらに、図１〜３に示した第１及び第２圧
電性結晶部４ｐ，６ｐは、例えば図１２に示すように、
同一部４ｐであってもよい。この場合、第１電極４ｂ、
第２電極４ａ及び別の電極４ｄ，４ｆは、同一部に形成
されるので、装置の構成が単純化される。

【０１４２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る角速度検出
装置によれば、第２電極の電位は電位一定化手段によっ
て所定値に固定されているので、第１圧電性結晶部の振
動が安定し、検出手段によって検出される角速度の精度
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る角速度検出装置の斜
視図。

【図２】図１に示した振動子をＡ−Ａ線矢印に沿って切
った断面図。

【図３】図１に示した振動子をＢ−Ｂ線矢印に沿って切
った断面図。

【図４】図１に示した振動片をＣ−Ｃ線矢印に沿って切
った断面図。

【図５】本発明の実施の形態に係る角速度検出装置のシ
ステムを示すブロック図。

【図６】図５に示したシステムの各節点における電圧波
形を示すタイミングチャート。

【図７】電流電圧変換回路の抵抗値（ＭΩ）と位相
（度）との関係を示すグラフ。

【図８】チャージアンプの容量（ｐＦ）と遅れ角（度）
との関係を示すグラフ。

【図９】別の振動子の平面図。

【図１０】図９の振動子の断面及びこの振動子に接続さ
れた処理回路を示す図。

【図１１】別の振動子の平面図。

【図１２】図１１の振動子の断面及びこの振動子に接続
された処理回路を示す図。

【図１３】別の振動子の平面図。

【図１４】図１３の振動子の断面及びこの振動子に接続
された処理回路を示す図。

【図１５】別の振動子の平面図。

【図１６】図１５の振動子の断面及びこの振動子に接続
された処理回路を示す図。

【図１７】別の振動子の平面図。

【図１８】図１７の振動子の断面及びこの振動子に接続
された処理回路を示す図。

【符号の説明】

４ｐ…第１圧電性結晶部、４ｍ…第１電極、４ｕ…第２
電極、６…検出用振動片、６ｐ…第２圧電性結晶部、６
ａ，６ｃ…別の電極、１０２…振動子、１０３ａ…励振
手段、２…電位一定化手段、１０３ｂ…検出手段、１０
３…回路、２１…反転入力端子、２２…非反転入力端
子、Ｂ…出力端子、Ａ２…オペアンプ、Ｒ２…抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電性結晶からなる第１圧電性結晶部、
前記第１圧電性結晶部に設けられた第１及び第２電極、
及び前記第１圧電性結晶部に機械的に結合した検出用振
動片を有する振動子と、所定の周期で変動する電位を前記第１電極に与える励振
手段、前記第２電極の電位を所定値に固定する電位一定
化手段、及び前記検出用振動片に発生する歪み量を検出
する検出手段を有する回路と、を備える角速度検出装
置。
【請求項２】請求項１に記載の角速度検出装置であっ
て、前記電位一定化手段は、反転入力端子、非反転入力端子
及び出力端子を有するオペアンプと、前記オペアンプの
前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続され、所
定の抵抗値を有する抵抗とを有し、前記第２電極は前記
オペアンプの前記入力端子の一方に電気的に接続され、
前記オペアンプの前記入力端子の他方の電位は前記所定
値に固定される角速度検出装置。
【請求項３】請求項２に記載の角速度検出装置であっ
て、前記検出用振動片は、圧電性結晶からなる第２圧電性結
晶部と、前記第２圧電性結晶部に設けられた前記第１及
び第２電極とは別の複数の電極とを有し、前記励振手段は、この励振手段が前記オペアンプの出力
信号から前記所定の周期で変動する電位を生成するよう
に前記オペアンプに電気的に接続され、前記検出手段は、前記別の電極間に発生する電位差に対
応した信号成分を有する交流電圧信号を検出するもので
あって、この検出手段が前記オペアンプの前記出力信号
に同期した信号で前記交流電圧信号を同期検波するよう
に前記励振手段に電気的に接続される角速度検出装置。