JP2001194150A - Angular velocity detecting apparatus - Google Patents

Angular velocity detecting apparatus

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JP2001194150A
JP2001194150A JP2000001373A JP2000001373A JP2001194150A JP 2001194150 A JP2001194150 A JP 2001194150A JP 2000001373 A JP2000001373 A JP 2000001373A JP 2000001373 A JP2000001373 A JP 2000001373A JP 2001194150 A JP2001194150 A JP 2001194150A
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JP
Japan
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angular velocity
vibrating beam
detecting device
vibrating
coriolis force
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JP2000001373A
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Japanese (ja)
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Teruhisa Akashi
照久 明石
Mitsuo Otsu
満雄 大津
Kanji Tsunoda
莞爾 角田
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Hitachi Ltd
Hitachi Media Electronics Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Media Electronics Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity detecting apparatus of high sensitivity using a vibrating beam shaped to maximize sensitivity to angular velocity, by coinciding a resonant frequency in the direction of exciting vibration with a resonant frequency in the direction in which Coriolis force is generated, while eliminating mechanical coupling. SOLUTION: In the angular velocity detecting apparatus, a first lithium tantalate piezoelectric element 2 and a second lithium tantalate piezoelectric element 3, which are polarized in opposite directions, are laminated together to provide a bimorph structure vibrating beam 1 in the form of a rectangular solid, the vibrating beam 1 being supported at both ends. The vibrating beam 1 is shaped so that the value of thickness t of the vibrating beam 1 is greater than the value of width W thereof and the shape ratio W/t of the width W to the thickness t is not less than 0.864 nor more than 0.957. The vibrating beam 1 is frequency adjusted by laser trimming so that while mechanical coupling is avoided, the resonant frequency in the direction of exciting vibration coincides with the resonant frequency in the direction in which Coriolis force is generated. Thus, the vibrating beam 1 can be machined to have maximum sensitivity to angular velocity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、角速度検出装置お
よびその応用機器に係り、特に、振動体を振動させ角速
度に応じたコリオリの力を検出する振動式の角速度検出
装置およびそれを応用した手振れ防止機能付きカメラ,
カーナビゲーションシステム,自動車に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detecting device and an application device thereof, and more particularly, to a vibration type angular velocity detecting device for detecting a Coriolis force in accordance with an angular velocity by vibrating a vibrating body, and a camera shake using the same. Camera with prevention function,
It relates to a car navigation system and a car.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の角速度検出装置は、例えば、特開
平7-332988号公報に開示されている。また、このような
振動梁の共振周波数を調整する際に有利な構造の角速度
検出センサは、特開平10-19578号公報に示されている。
2. Description of the Related Art A conventional angular velocity detecting device is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-332988. An angular velocity detection sensor having a structure advantageous for adjusting the resonance frequency of such a vibrating beam is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-19578.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平7-
332988号公報には、角速度に対する感度が最大となる振
動梁の形状が具体的に記載されていない。一方、特開平
10-19578号公報に示されているように、一般的に、(特
開平7-332988号公報の振動梁を含む)ある素子におい
て、角速度に対する感度が最大となるためには、その素
子の加振振動方向の共振周波数とコリオリの力が発生す
る方向の共振周波数とを一致させることが必要である。
However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No.
JP-A-332988 does not specifically describe the shape of the vibrating beam having the maximum sensitivity to angular velocity. On the other hand,
As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-19578, in general, in order to maximize the sensitivity to angular velocity in a certain element (including the vibrating beam disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-332988), it is necessary to add the element. It is necessary to match the resonance frequency in the vibration direction with the resonance frequency in the direction in which Coriolis force is generated.

【0004】上記特開平7-332988号公報に示された振動
梁において、各方向の共振周波数を一致させるには、各
方向における断面二次モーメントを一致させればよい。
しかし、断面二次モーメントを一致させるために、振動
梁の幅と厚さとを一致させると、メカニカルカップリン
グと呼ばれる現象が発生し、振動梁を加振方向に振動さ
せているにもかかわらず、コリオリの力が発生する方向
にも振動してしまう。したがって、従来技術において
は、加振方向にのみ振動させることはできない。
In the vibrating beam disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-332988, the resonance frequencies in each direction can be matched by matching the second moment of area in each direction.
However, when the width and thickness of the vibrating beam are matched to match the second moment of area, a phenomenon called mechanical coupling occurs, and despite vibrating the vibrating beam in the excitation direction, It also vibrates in the direction in which Coriolis forces are generated. Therefore, in the prior art, it is not possible to vibrate only in the vibration direction.

【0005】振動梁に用いる圧電材料としては、ジルコ
ン酸チタン酸鉛PZTなどの粉末焼結体すなわちセラミ
ックスと、水晶やタンタル酸リチウムLTなどの単結晶
とがある。このうち、タンタル酸リチウムは、PZTと
比べて、高感度ではあるが、メカニカルカップリングの
影響が顕著であり、従来は、振動梁への利用が困難とさ
れていた。
As the piezoelectric material used for the vibrating beam, there are a powder sintered body such as lead zirconate titanate PZT or ceramics, and a single crystal such as quartz or lithium tantalate LT. Of these, lithium tantalate has higher sensitivity than PZT, but is significantly affected by mechanical coupling, and it has been conventionally difficult to use it for a vibrating beam.

【0006】本発明の目的は、メカニカルカップリング
を無くしながら、加振振動方向の共振周波数とコリオリ
の力が発生する方向の共振周波数とを一致させ、角速度
に対する感度が最大となる形状の振動梁を用いた角速度
検出装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vibrating beam having a shape in which the resonance frequency in the direction of vibration and the resonance frequency in the direction in which Coriolis force is generated are matched while eliminating the mechanical coupling, and the sensitivity to angular velocity is maximized. An object of the present invention is to provide an angular velocity detecting device using the same.

【0007】本発明の他の目的は、前記角速度検出装置
を応用したカメラ,カーナビゲーションシステム,自動
車を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a camera, a car navigation system, and a car to which the angular velocity detecting device is applied.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、両持ち支持振動梁により角速度に応じた
コリオリの力を検出する角速度検出装置において、前記
振動梁が、厚み方向に分極された第一のタンタル酸リチ
ウム圧電体と、第一の圧電体の分極方向とは逆方向に分
極された第二のタンタル酸リチウム圧電体とを積層した
直方体状バイモルフ構造の振動梁であり、振動梁の厚さ
tが、当該振動梁の幅Wよりも大きい角速度検出装置を
提案する。
In order to achieve the above object, the present invention provides an angular velocity detecting device for detecting Coriolis force according to an angular velocity by a doubly supported vibrating beam. A vibrating beam having a rectangular parallelepiped bimorph structure in which a polarized first lithium tantalate piezoelectric body and a second lithium tantalate piezoelectric body polarized in a direction opposite to the polarization direction of the first piezoelectric body are stacked. And an angular velocity detecting device in which the thickness t of the vibrating beam is larger than the width W of the vibrating beam.

【0009】本発明は、また、上記目的を達成するため
に、両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリオリの
力を検出する角速度検出装置において、前記振動梁が、
厚み方向に分極された第一のタンタル酸リチウム圧電体
と、第一の圧電体の分極方向とは逆方向に分極された第
二のタンタル酸リチウム圧電体とを積層した直方体状バ
イモルフ構造の振動梁であり、振動梁の厚さtが、当該
振動梁の幅Wよりも大きく、幅Wと厚さtとの形状比W
/tが、0.864以上0.957以下である角速度検出装置を提
案する。
In order to achieve the above object, the present invention also provides an angular velocity detecting device for detecting a Coriolis force in accordance with an angular velocity by a doubly supported vibrating beam.
Vibration of a rectangular parallelepiped bimorph structure in which a first lithium tantalate piezoelectric material polarized in the thickness direction and a second lithium tantalate piezoelectric material polarized in a direction opposite to the polarization direction of the first piezoelectric material are stacked. And the thickness t of the vibrating beam is larger than the width W of the vibrating beam, and the shape ratio W of the width W to the thickness t is W
We propose an angular velocity detector in which / t is 0.864 or more and 0.957 or less.

【0010】本発明は、上記他の目的を達成するため
に、互いの長手方向が直交するように配置された少なく
とも2つの両持ち支持振動梁により角速度に応じたコリ
オリの力を検出する角速度検出装置と、角速度検出装置
の出力に基づき手振れを補正する防振手段とを備えたカ
メラにおいて、上記角速度検出装置のいずれかを採用し
たカメラを提案する。
According to another aspect of the present invention, there is provided an angular velocity detecting apparatus for detecting a Coriolis force corresponding to an angular velocity by at least two doubly supported vibrating beams arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other. The present invention proposes a camera provided with a device and an image stabilizing unit for correcting camera shake based on the output of the angular velocity detecting device, and adopting any one of the angular velocity detecting devices.

【0011】本発明は、また、上記他の目的を達成する
ために、互いの長手方向が直交するように配置された少
なくとも2つの両持ち支持振動梁により角速度に応じた
コリオリの力を検出する角速度検出装置と、角速度検出
装置の出力に基づき車両の進行方向を検出する手段とを
備えたカーナビゲーションシステムにおいて、上記角速
度検出装置のいずれかを採用したカーナビゲーションシ
ステムを提案する。
According to another aspect of the present invention, a Coriolis force corresponding to an angular velocity is detected by at least two doubly supported vibrating beams arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other. In a car navigation system including an angular velocity detecting device and means for detecting a traveling direction of a vehicle based on an output of the angular velocity detecting device, a car navigation system employing any of the angular velocity detecting devices is proposed.

【0012】本発明は、さらに、上記他の目的を達成す
るために、互いの長手方向が直交するように配置された
少なくとも2つの両持ち支持振動梁により角速度に応じ
たコリオリの力を検出する角速度検出装置と、角速度検
出装置の出力に基づき車両の姿勢を制御する手段とを備
えた自動車において、上記角速度検出装置のいずれかを
採用した自動車を提案する。
According to the present invention, in order to attain the above object, Coriolis force corresponding to the angular velocity is detected by at least two doubly supported vibrating beams arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other. The present invention proposes an automobile having an angular velocity detecting device and means for controlling the attitude of the vehicle based on the output of the angular velocity detecting device, and employing any one of the angular velocity detecting devices.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】次に、図1〜図15を参照して、
本発明による角速度検出装置とその応用機器の実施形態
を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, referring to FIGS.
An embodiment of an angular velocity detecting device according to the present invention and its applied equipment will be described.

【0014】[0014]

【実施形態1】図1は、本発明による角速度検出装置の
実施形態1における素子部を分解して示す図である。た
だし、パッケージ部やカバーを省略してあり、増幅回路
などの回路部分も図示していない。
Embodiment 1 FIG. 1 is an exploded view showing an element portion of an angular velocity detecting device according to Embodiment 1 of the present invention. However, the package portion and the cover are omitted, and circuit portions such as an amplifier circuit are not shown.

【0015】Z軸は、加振方向であり、Y軸は、検出方
向すなわちコリオリの力の発生方向であり、X軸の回り
には、角速度ωが加わるとする。
The Z axis is a vibration direction, the Y axis is a detection direction, that is, a direction in which Coriolis force is generated, and an angular velocity ω is applied around the X axis.

【0016】この素子部は、大きく分けて、角速度を検
出するためにZ軸方向に振動する振動梁1と、第一のサ
スペンション9と、第二のサスペンション16と、絶縁
物でできた固定台15とに分けられる。これらを組み立
てると、角速度検出装置の素子部が完成する。
The element portion is roughly divided into a vibrating beam 1 vibrating in the Z-axis direction for detecting an angular velocity, a first suspension 9, a second suspension 16, and a fixed base made of an insulator. 15 When these are assembled, the element section of the angular velocity detecting device is completed.

【0017】振動梁1の第一の圧電基板2の主面は、4
箇所の接続アーム12により、第一のサスペンション9
に固定され、第一のサスペンション9の外枠11は、接
着剤により、固定台15に固着される。振動梁1の第二
の圧電基板3の主面は、4箇所の接続アーム17によ
り、第二のサスペンション16に固定される。第二のサ
スペンション16の外枠18は、4箇所の接続アーム1
7により、固定台15に固着される。
The main surface of the first piezoelectric substrate 2 of the vibrating beam 1 is 4
The first suspension 9 is provided by the connection arm 12 at the location.
, And the outer frame 11 of the first suspension 9 is fixed to the fixing base 15 with an adhesive. The main surface of the second piezoelectric substrate 3 of the vibrating beam 1 is fixed to the second suspension 16 by four connection arms 17. The outer frame 18 of the second suspension 16 has four connection arms 1.
By 7, it is fixed to the fixed base 15.

【0018】第一の圧電基板2の主面と4箇所の接続ア
ーム12とは、両持ち梁がZ軸方向に一次の屈曲共振振
動をする際の節(ノード)の部分で接続される。同様に、
第二の圧電基板3の主面と4箇所の接続アーム17と
は、両持ち支持した振動梁1がZ軸方向に一次の屈曲共
振振動をする際の節の部分で接続される。振動梁1は、
第一のサスペンション9と第二のサスペンション16と
により、挟むように支持されている。
The main surface of the first piezoelectric substrate 2 and the four connection arms 12 are connected at nodes where the doubly supported beam performs primary flexural resonance vibration in the Z-axis direction. Similarly,
The main surface of the second piezoelectric substrate 3 and the four connection arms 17 are connected at nodes where the doubly supported vibrating beam 1 performs primary flexural resonance vibration in the Z-axis direction. The vibrating beam 1
The first suspension 9 and the second suspension 16 are supported so as to sandwich them.

【0019】第一のサスペンション9と第二のサスペン
ション16とは、同一構造なので、第一のサスペンショ
ン9を例として、サスペンションの構造を説明する。第
一のサスペンション9は、外枠11と2つの内枠10と
からなり、外枠11と内枠10とは、接続部14により
接続される。それぞれの内枠10には、接続アーム12
が2つ形成されており、第一のサスペンション9には、
合計4つの接続アーム12が形成されている。これらの
接続アーム12によって、振動梁1を4箇所で支持す
る。
Since the first suspension 9 and the second suspension 16 have the same structure, the structure of the suspension will be described using the first suspension 9 as an example. The first suspension 9 includes an outer frame 11 and two inner frames 10, and the outer frame 11 and the inner frame 10 are connected by a connection portion 14. Each inner frame 10 has a connecting arm 12
Are formed, and the first suspension 9 includes:
A total of four connecting arms 12 are formed. The vibrating beam 1 is supported at four places by these connection arms 12.

【0020】それぞれの内枠10には、接続アーム12
の間にコの字形に曲がった屈曲ばね13が形成されてい
る。このため、振動梁1がY軸方向に屈曲振動した場
合、第一のサスペンション9によってその振動が阻害さ
れることはなく、振動梁1は、Y軸方向に振動自在な状
態で第一のサスペンション9に支持されている。また、
接続部14や内枠10の幅に対してそれらの厚みが薄い
ので、第一のサスペンション9は、Z軸方向に振動自在
な状態で振動梁1を支持できる。このような形状の第一
のサスペンション9を用いれば、振動梁1がZ軸方向に
常に一次の屈曲共振振動をしている状態で、X軸周りに
角速度ωが加わったとき、振動に同期して振動梁1のY
軸方向に発生するコリオリの力を拘束することはない。
Each inner frame 10 has a connecting arm 12
A bent spring 13 bent in a U-shape is formed therebetween. For this reason, when the vibrating beam 1 bends and vibrates in the Y-axis direction, the vibration is not hindered by the first suspension 9 and the vibrating beam 1 is moved in the Y-axis direction while being free from vibration. 9 supported. Also,
Since the thickness thereof is thinner than the width of the connection portion 14 and the inner frame 10, the first suspension 9 can support the vibrating beam 1 in a state where it can freely vibrate in the Z-axis direction. When the first suspension 9 having such a shape is used, in a state where the vibrating beam 1 constantly performs primary bending resonance vibration in the Z-axis direction, when the angular velocity ω is applied around the X-axis, the vibration is synchronized with the vibration. Of the vibrating beam 1
It does not restrain the Coriolis force generated in the axial direction.

【0021】図2は、振動梁1の表面側と裏面側とを斜
めから見た図である。振動梁1は、第一の圧電基板2
と、第二の圧電基板3と、中間層4とからなり、第一の
圧電基板2と第二の圧電基板3とは、中間層4を介し
て、互いに接合されている。さらに、第一の圧電基板2
および第二の圧電基板3の主面および副面には、金属薄
膜が予め形成されている。そのうち、第一の圧電基板2
の主面でのみ、分割パターン5が薄膜電極を2分割して
おり、第一の薄膜電極6と第二の薄膜電極7とが形成さ
れている。第二の圧電基板3の主面には、全面に第三の
薄膜電極8が形成されている。
FIG. 2 is an oblique view of the front side and the back side of the vibrating beam 1. The vibrating beam 1 includes a first piezoelectric substrate 2
, A second piezoelectric substrate 3, and an intermediate layer 4, and the first piezoelectric substrate 2 and the second piezoelectric substrate 3 are joined to each other via the intermediate layer 4. Further, the first piezoelectric substrate 2
A metal thin film is previously formed on the main surface and the sub surface of the second piezoelectric substrate 3. Among them, the first piezoelectric substrate 2
The dividing pattern 5 divides the thin-film electrode into two only on the main surface of, and the first thin-film electrode 6 and the second thin-film electrode 7 are formed. A third thin film electrode 8 is formed on the entire main surface of the second piezoelectric substrate 3.

【0022】これら薄膜電極は、導電性を持てばよく、
Au/Cr薄膜,Au/Ti薄膜,Pt/Ti薄膜,A
u/Pt/Ti薄膜,Ni/Ti薄膜などを使用する。
Au薄膜,Pt薄膜,Ni薄膜の下層に、Cr薄膜やT
i薄膜を形成するのは、下地の第一の圧電基板2および
第二の圧電基板3とAu薄膜,Pt薄膜,Ni薄膜との
密着性を高めるためである。中間層4は、例えば、エポ
キシ系の接着剤層やSn−Pbのハンダ層でもよい。さ
らに、ここで用いる第一の圧電基板2と第二の圧電基板
3とは、130deg 回転Yカットの単結晶のタンタル酸
リチウム圧電基板であり、互いに逆向きに厚み方向の分
極処理がなされている。ここでは、振動梁1の幅をWと
表記し、厚みをtと表記する。
These thin-film electrodes only need to have conductivity,
Au / Cr thin film, Au / Ti thin film, Pt / Ti thin film, A
A u / Pt / Ti thin film, Ni / Ti thin film, or the like is used.
Under the Au thin film, Pt thin film and Ni thin film,
The reason why the i-thin film is formed is to enhance the adhesion between the underlying first and second piezoelectric substrates 2 and 3 and the Au, Pt, and Ni thin films. The intermediate layer 4 may be, for example, an epoxy-based adhesive layer or a Sn-Pb solder layer. Further, the first piezoelectric substrate 2 and the second piezoelectric substrate 3 used here are single-crystal lithium tantalate piezoelectric substrates of 130 ° rotation Y-cut, and are polarized in the thickness direction in opposite directions. . Here, the width of the vibrating beam 1 is denoted by W, and the thickness is denoted by t.

【0023】図3は、振動梁1をZ軸方向に振動させる
原理を説明する図である。第一の圧電基板2と第二の圧
電基板3とは、矢印で示す通り、分極方向が厚み方向に
沿って逆向きとなっている。このような関係になるよう
に、第一の圧電基板1と第二の圧電基板3とが、中間層
4を介して接合されている。
FIG. 3 is a view for explaining the principle of vibrating the vibrating beam 1 in the Z-axis direction. The polarization directions of the first piezoelectric substrate 2 and the second piezoelectric substrate 3 are opposite to each other along the thickness direction, as indicated by arrows. The first piezoelectric substrate 1 and the second piezoelectric substrate 3 are joined via the intermediate layer 4 so as to have such a relationship.

【0024】第二の圧電基板3の主面に形成した第三の
薄膜電極8(図2参照)と第一の薄膜電極6および第二の
薄膜電極7とに、交流電圧19を印加する。この電圧の
印加により、第一の圧電基板2は、X軸方向に矢印のよ
うに伸び、第二の圧電基板3は、X軸方向に矢印のよう
に縮む。印加電圧の極性が反転すれば、第一の圧電基板
2は、X軸方向に縮み、第二の圧電基板3は、X軸方向
に伸びる。一連の動作が、印加電圧の周波数に対応して
繰り返される。この動作の結果、両持ち支持のバイモル
フ構造である振動梁1は、Z軸方向にある速度Vで屈曲
振動する。
An AC voltage 19 is applied to the third thin-film electrode 8 (see FIG. 2), the first thin-film electrode 6 and the second thin-film electrode 7 formed on the main surface of the second piezoelectric substrate 3. By applying this voltage, the first piezoelectric substrate 2 extends in the X-axis direction as indicated by an arrow, and the second piezoelectric substrate 3 contracts in the X-axis direction as indicated by an arrow. When the polarity of the applied voltage is reversed, the first piezoelectric substrate 2 contracts in the X-axis direction, and the second piezoelectric substrate 3 extends in the X-axis direction. A series of operations is repeated according to the frequency of the applied voltage. As a result of this operation, the vibrating beam 1 having the bimorph structure supported at both ends flexurally vibrates at a speed V in the Z-axis direction.

【0025】この交流電圧19の周波数が、振動梁1を
Z軸方向に一次の屈曲共振振動させる共振周波数となれ
ば、Z軸方向の速度Vは、最大値を示すと同時に、振動
梁1の長手方向中央部(一次共振振動の腹となる部分)に
おける変位は、最大変位を示すことになる。このとき、
X軸周りに角速度ωが加わると、Z軸方向の屈曲振動に
同期して、振動梁1のY軸方向にコリオリの力Fcが発
生する。このコリオリの力Fcが加わると、Z軸方向の
屈曲振動は、Z軸に対してある角度を持った斜めの屈曲
振動となる。
If the frequency of the AC voltage 19 becomes a resonance frequency that causes the vibrating beam 1 to undergo primary bending resonance vibration in the Z-axis direction, the velocity V in the Z-axis direction shows the maximum value and at the same time, The displacement at the central portion in the longitudinal direction (the portion serving as the antinode of the primary resonance vibration) indicates the maximum displacement. At this time,
When the angular velocity ω is applied around the X axis, a Coriolis force Fc is generated in the Y axis direction of the vibrating beam 1 in synchronization with the bending vibration in the Z axis direction. When the Coriolis force Fc is applied, the bending vibration in the Z-axis direction becomes an oblique bending vibration having a certain angle with respect to the Z-axis.

【0026】図4は、図3における振動梁1の長手方向
中央部のA−A断面を示している。図4においては、分
かりやすくするために、中間層4を各層ごとに分離して
示してある。中間層4は、第一の圧電基板2の副面に全
面に形成してある第四の薄膜電極20と、第二の圧電基
板3の副面に全面に形成してある第五の薄膜電極21
と、接着剤層22とからなる。
FIG. 4 shows an AA cross section of the center of the vibrating beam 1 in the longitudinal direction in FIG. In FIG. 4, the intermediate layer 4 is shown separately for each layer for easy understanding. The intermediate layer 4 includes a fourth thin film electrode 20 formed on the entire sub surface of the first piezoelectric substrate 2 and a fifth thin film electrode formed on the entire sub surface of the second piezoelectric substrate 3. 21
And an adhesive layer 22.

【0027】ここでは、振動梁1をZ軸方向の共振周波
数で振動させているから、振動梁1のY軸方向の共振周
波数が、Z軸方向の共振周波数と一致すれば、コリオリ
の力Fcが加わり、斜め屈曲振動になったときのY軸方
向の変位は、最大となる。Y軸方向の変位が最大となれ
ば、第一の圧電基板2に生じるY軸方向のひずみは、最
大となる。例えば、Y軸の負方向に振動梁1が屈曲した
場合、第一の薄膜電極6と第四の薄膜電極20とにより
挟まれる第一の圧電基板2の部分は、最大の伸びすなわ
ち最大の引っ張り応力を示し、第二の薄膜電極7と第四
の薄膜電極20とにより挟まれる第一の圧電基板2の部
分は、最大の縮みすなわち最大の圧縮応力を示す。
Here, since the vibrating beam 1 is vibrated at the resonance frequency in the Z-axis direction, if the resonance frequency in the Y-axis direction of the vibrating beam 1 matches the resonance frequency in the Z-axis direction, the Coriolis force Fc , The displacement in the Y-axis direction when oblique bending vibration occurs is maximized. When the displacement in the Y-axis direction is maximum, the strain in the Y-axis direction generated on the first piezoelectric substrate 2 is maximum. For example, when the vibrating beam 1 is bent in the negative direction of the Y-axis, the portion of the first piezoelectric substrate 2 sandwiched between the first thin film electrode 6 and the fourth thin film electrode 20 has the maximum elongation, that is, the maximum tension. The portion of the first piezoelectric substrate 2 sandwiched between the second thin-film electrode 7 and the fourth thin-film electrode 20 exhibits a maximum contraction, that is, a maximum compressive stress.

【0028】この伸び縮みによって、第一の薄膜電極6
に電位Vが生じ、第二の薄膜電極7に電位−Vが生じ
る。このようにして、第一の薄膜電極6と第二の薄膜電
極7とに絶対値が最大を示す電位Vが、発生するので、
振動梁1は、最大感度を得ることになる。結局、加振方
向であるZ軸方向の共振周波数とその方向と直交し検出
方向であるY軸方向の共振周波数とを一致させると、振
動梁1における検出感度を最大にできる。
This expansion and contraction causes the first thin film electrode 6
And a potential −V is generated at the second thin-film electrode 7. In this manner, the potential V having the maximum absolute value is generated between the first thin film electrode 6 and the second thin film electrode 7,
The vibrating beam 1 will obtain the maximum sensitivity. As a result, when the resonance frequency in the Z-axis direction, which is the vibration direction, and the resonance frequency in the Y-axis direction, which is orthogonal to the direction and which is the detection direction, match, the detection sensitivity of the vibrating beam 1 can be maximized.

【0029】バイモルフ構造で両持ち支持振動梁1のZ
軸方向およびY軸方向の共振周波数は、次式 f={α/(2πl)}・{√(EI/DA)} で表されることが知られている。ただし、fは各方向の
共振周波数、Iは振動梁1の断面二次モーメント、Eは
振動梁1のヤング率、Dは振動梁1の密度、Aは振動梁
1の断面積、αは共振モードによる定数(一次振動モー
ド:4.73)である。
Z of bi-supported vibrating beam 1 with bimorph structure
It is known that the resonance frequencies in the axial direction and the Y-axis direction are represented by the following equation: f = {α 2 / (2πl 2 )} · {(EI / DA)} Here, f is the resonance frequency in each direction, I is the second moment of area of the vibrating beam 1, E is the Young's modulus of the vibrating beam 1, D is the density of the vibrating beam 1, A is the cross-sectional area of the vibrating beam 1, and α is the resonance. This is a constant depending on the mode (primary vibration mode: 4.73).

【0030】この式からも明らかなように、Z軸方向の
共振周波数とY軸方向の共振周波数とを一致させるに
は、Z軸周りにおける振動梁1の断面二次モーメントと
Y軸周りにおける振動梁1の断面二次モーメントとを一
致させればよい。すなわち、幅Wと厚さtとの値を一致
させればよいことになる。
As is clear from this equation, in order to make the resonance frequency in the Z-axis direction coincide with the resonance frequency in the Y-axis direction, the secondary moment of area of the vibrating beam 1 around the Z-axis and the vibration around the Y-axis are required. What is necessary is just to make the second moment of area of the beam 1 coincide. That is, it is only necessary to make the values of the width W and the thickness t coincide.

【0031】しかし、この幅Wと厚さtとを限りなく近
づけて、各方向の共振周波数を限りなく近づけると、振
動軌跡23を描くようにZ軸方向に振動させているにも
かかわらず、加振方向の振動が、検出方向であるY軸方
向に漏れて、連成振動であるメカニカルカップリングに
よる漏れ振動が誘発される。このメカニカルカップリン
グにより、振動梁1は、斜め振動の振動軌跡24を描い
てしまう。その影響を受けて、角速度によるコリオリの
力を正確に検出できない。
However, when the width W and the thickness t are made as close as possible, and the resonance frequencies in each direction are made as close as possible, the vibration in the Z-axis direction so as to draw the vibration locus 23 Vibration in the excitation direction leaks in the Y-axis direction, which is the detection direction, and leakage vibration due to mechanical coupling, which is coupled vibration, is induced. Due to this mechanical coupling, the vibrating beam 1 draws a vibration locus 24 of oblique vibration. Under the influence, the Coriolis force due to the angular velocity cannot be accurately detected.

【0032】ここでは、メカニカルカップリングを表す
量として、カップリング率という値を導入する。このカ
ップリング率は、振動梁1をZ軸方向に加振させている
際の(Y軸方向の振幅/Z軸方向の振幅)で表す。
Here, a value called a coupling ratio is introduced as an amount representing the mechanical coupling. This coupling ratio is represented by (amplitude in the Y-axis direction / amplitude in the Z-axis direction) when the vibrating beam 1 is vibrated in the Z-axis direction.

【0033】図5は、このカップリング率を測定するた
めの実験装置の一例を示している。Z軸方向とY軸方向
とにおける振動梁1の振動振幅を測定するために、2チ
ャンネルのレーザドップラ振動計を用いる。すなわち、
Z軸方向の振動振幅を測定するために、レーザが出力さ
れるチャンネル1のレンズ28およびチャンネル1のレ
ーザドップラ振動計27を用いて、Y軸方向の振動振幅
を測定するために、レーザが出力されるチャンネル2の
レンズ29およびチャンネル2のレーザドップラ振動計
26を用いる。それらのレーザドップラ振動計27,2
6から、振動梁1の振動状態に対応した出力信号が、F
FTアナライザ25に入力される。FFTアナライザ2
5は、それらの信号を解析する。振動梁1を備えた素子
32は、防振台30上のホルダ31に載せて測定され
る。
FIG. 5 shows an example of an experimental apparatus for measuring the coupling ratio. In order to measure the vibration amplitude of the vibrating beam 1 in the Z-axis direction and the Y-axis direction, a two-channel laser Doppler vibrometer is used. That is,
In order to measure the vibration amplitude in the Z-axis direction, the laser is used to measure the vibration amplitude in the Y-axis direction using the lens 28 of the channel 1 to which the laser is output and the laser Doppler vibrometer 27 of the channel 1. A channel 29 lens 29 and a channel 2 laser Doppler vibrometer 26 are used. Those laser Doppler vibrometers 27 and 2
6, the output signal corresponding to the vibration state of the vibrating beam 1 is F
It is input to the FT analyzer 25. FFT analyzer 2
5 analyzes those signals. The element 32 provided with the vibrating beam 1 is placed on the holder 31 on the vibration isolator 30 and measured.

【0034】以上のような実験装置によれば、カップリ
ング率を測定できる。図5の実験装置を用いて、このメ
カニカルカップリングの影響を取り除くために、振動梁
1の幅Wとカップリング率との関係を調べた。
According to the above experimental apparatus, the coupling ratio can be measured. Using the experimental apparatus shown in FIG. 5, the relationship between the width W of the vibrating beam 1 and the coupling ratio was examined in order to eliminate the influence of the mechanical coupling.

【0035】図6は、振動梁1の厚さtを1.014mmに
したときの振動梁1の幅Wとカップリング率との関係を
示している。振動梁1の幅Wを0.970mm以下とすれ
ば、カップリング率が6%以下となり、Z軸方向の振動
軌跡23のような振動軌跡を得ることが分かった。
FIG. 6 shows the relationship between the width W of the vibrating beam 1 and the coupling ratio when the thickness t of the vibrating beam 1 is 1.014 mm. It was found that if the width W of the vibrating beam 1 is 0.970 mm or less, the coupling ratio becomes 6% or less, and a vibration locus such as the vibration locus 23 in the Z-axis direction is obtained.

【0036】図7は、振動梁1の幅Wと共振周波数差と
の関係を示すグラフである。振動梁1の幅Wを0.970m
mとしたとき、共振周波数差は、約1400Hzとなった。
図7に示した結果から、素子の幅Wが小さくなれば、共
振周波数差が大きくなることが分かる。先に述べたよう
に、Z軸方向の共振周波数とY軸方向の共振周波数とを
一致させれば、その振動梁1における検出感度を最大に
できる。このため、YAGレーザを用いて振動梁1をト
リミングし、周波数を調整した。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the width W of the vibrating beam 1 and the resonance frequency difference. The width W of the vibrating beam 1 is 0.970m
m, the resonance frequency difference was about 1400 Hz.
From the results shown in FIG. 7, it can be seen that the smaller the element width W, the larger the resonance frequency difference. As described above, if the resonance frequency in the Z-axis direction and the resonance frequency in the Y-axis direction are matched, the detection sensitivity of the vibrating beam 1 can be maximized. For this reason, the vibration beam 1 was trimmed using a YAG laser to adjust the frequency.

【0037】図8は、振動梁1と第二のサスペンション
の接続アーム17とを示している。図8のように、第二
の圧電基板3の第三の薄膜電極8が形成された主面に、
レーザトリミング溝33を形成する。レーザトリミング
溝33は、トリミング前のカップリング率を変化させな
いように、第二の圧電基板3の幅方向に平行に形成され
る。レーザトリミング溝33は、図8のように、複数形
成してもよく、レーザトリミング溝33の深さや幅は、
周波数の調整量に応じて変更できる。
FIG. 8 shows the vibrating beam 1 and the connecting arm 17 of the second suspension. As shown in FIG. 8, on the main surface of the second piezoelectric substrate 3 on which the third thin film electrode 8 is formed,
A laser trimming groove 33 is formed. The laser trimming groove 33 is formed parallel to the width direction of the second piezoelectric substrate 3 so as not to change the coupling ratio before trimming. A plurality of laser trimming grooves 33 may be formed as shown in FIG. 8, and the depth and width of the laser trimming grooves 33 are
It can be changed according to the frequency adjustment amount.

【0038】図9は、カップリング率6%の振動梁1を
レーザトリミングして周波数調整した結果を示してい
る。横軸は、レーザトリミングによる体積除去率であ
り、縦軸は、共振周波数差である。図9に示すように、
体積除去率を増していけば、各方向の共振周波数を一致
させることができる。各方向の共振周波数が一致した状
態でも、そのときのカップリング率は、レーザトリミン
グ前のカップリング率とほとんど変わらなかった。
FIG. 9 shows the result of frequency adjustment of the vibrating beam 1 having a coupling ratio of 6% by laser trimming. The horizontal axis is the volume removal rate by laser trimming, and the vertical axis is the resonance frequency difference. As shown in FIG.
If the volume removal rate is increased, the resonance frequency in each direction can be matched. Even when the resonance frequencies in the respective directions matched, the coupling ratio at that time was almost the same as the coupling ratio before laser trimming.

【0039】また、このような周波数調整は、5000Hz
程度ならば、容易に達成でき、生産効率においても、問
題は無かった。周波数差が5000Hzのときの振動梁1の
幅Wは、0.876mmであり、カップリング率は、6%以
下である。
Further, such frequency adjustment is performed at 5000 Hz.
To the extent that it was easily achieved, there was no problem in production efficiency. When the frequency difference is 5000 Hz, the width W of the vibrating beam 1 is 0.876 mm, and the coupling ratio is 6% or less.

【0040】以上のように、周波数調整いわゆる合わせ
込みの容易さと生産効率とを考慮すると、振動梁1の幅
Wと厚さtとの形状比W/tの下限が決まり、必要な共
振周波数差を配慮すると、形状比W/tの上限が決ま
る。
As described above, in consideration of the frequency adjustment, so-called easy matching, and the production efficiency, the lower limit of the shape ratio W / t between the width W and the thickness t of the vibrating beam 1 is determined, and the required resonance frequency difference is determined. Is considered, the upper limit of the shape ratio W / t is determined.

【0041】結局は、形状比W/tが、0.864以上0.957
以下であれば、メカニカルカップリングが発生せずに、
振動梁1は、加振振動方向に振動できる。また、レーザ
トリミングによって周波数を調整すると、加振振動方向
の共振周波数とコリオリの力が発生する方向の共振周波
数とを容易に一致させて、角速度に対する感度が最大の
振動梁1を得ることができる。
After all, the shape ratio W / t is 0.864 or more and 0.957 or more.
If below, mechanical coupling does not occur,
The vibrating beam 1 can vibrate in an exciting vibration direction. Further, when the frequency is adjusted by laser trimming, the resonance frequency in the direction of the excitation vibration and the resonance frequency in the direction in which the Coriolis force is generated can be easily matched, and the vibrating beam 1 having the maximum sensitivity to the angular velocity can be obtained. .

【0042】図10は、本発明による角速度検出装置の
角速度検出系統の構成を示す図である。振動梁1をZ軸
方向に共振周波数で振動させる交流電圧を第一の薄膜電
極6および第二の薄膜電極7と第三の薄膜電極8との間
に印加する発振回路34を設け、第一の薄膜電極6と第
二の薄膜電極7との電位差を差動増幅する差動増幅回路
35を設ける。さらに、コリオリの力に比例した電位差
を取り出すために、同期検波回路36,直流増幅回路3
7などを設ける。角速度検出装置が作動状態にある間
は、発振回路34により第一の薄膜電極6および第二の
薄膜電極7と第三の薄膜電極8との間に交流電圧が印加
されるため、振動梁1がZ軸方向に振動する。ただし、
この交流電圧の周波数は、振動梁1がZ軸方向に共振す
る周波数とする。このときの振動速度をVとし、振動梁
の質量をmとする。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an angular velocity detecting system of the angular velocity detecting device according to the present invention. An oscillation circuit 34 for applying an AC voltage for oscillating the vibrating beam 1 at a resonance frequency in the Z-axis direction between the first thin film electrode 6 and the second thin film electrode 7 and the third thin film electrode 8 is provided. A differential amplifier circuit 35 for differentially amplifying the potential difference between the thin film electrode 6 and the second thin film electrode 7 is provided. Further, in order to extract a potential difference proportional to the Coriolis force, the synchronous detection circuit 36 and the DC amplification circuit 3
7 and the like are provided. While the angular velocity detecting device is in the operating state, an alternating voltage is applied between the first thin-film electrode 6, the second thin-film electrode 7, and the third thin-film electrode 8 by the oscillation circuit 34. Vibrates in the Z-axis direction. However,
The frequency of this AC voltage is a frequency at which the vibrating beam 1 resonates in the Z-axis direction. The vibration speed at this time is V, and the mass of the vibrating beam is m.

【0043】この状態において、角速度検出装置がX軸
を軸中心として角速度ωで回転すると、角速度に応じた
コリオリの力Fc(=2mVω)がY軸方向に発生する。
このコリオリの力Fcは、Y軸方向に加わり、振動梁1
をY軸方向にたわませる。
In this state, when the angular velocity detector rotates at an angular velocity ω about the X axis, a Coriolis force Fc (= 2 mVω) corresponding to the angular velocity is generated in the Y-axis direction.
This Coriolis force Fc is applied in the Y-axis direction,
In the Y-axis direction.

【0044】図10に示すY軸負方向にコリオリの力F
cが加わった場合、第一の薄膜電極6に生じる電位を+
Vとし、第二の薄膜電極7に生じる電位を−Vとする。
これらの第一の薄膜電極6および第二の薄膜電極7に生
じる電位には、コリオリの力Fcに伴う信号に加えて振
動梁1の振動に起因する信号が合成された形で検出され
る。コリオリの力Fcによる信号は、第一の薄膜電極6
と第二の薄膜電極7とで符号が異なるため、差動増幅回
路35にこれらの値を入力し、両者の差をとれば、振動
梁1の振動に起因する信号が相殺され、コリオリの力F
cによる信号のみを読み取りできる。振動梁1を共振周
波数でZ軸方向に振動させている発振回路34の周波数
を基準として、差動増幅回路35を経て得られた電圧信
号を同期検波回路36によって検波する。さらに、直流
増幅回路37によって増幅し、コリオリの力Fcによる
たわみに基づく電圧値を角速度ωに比例した電圧値とし
て取り出す。
The Coriolis force F in the negative Y-axis direction shown in FIG.
When c is applied, the potential generated at the first thin-film electrode 6 is changed to +
V, and the potential generated at the second thin-film electrode 7 is −V.
The potential generated at the first thin-film electrode 6 and the second thin-film electrode 7 is detected in a form in which a signal resulting from the vibration of the vibrating beam 1 is synthesized in addition to a signal accompanying the Coriolis force Fc. The signal due to the Coriolis force Fc is the first thin-film electrode 6
Since the sign is different between the second thin-film electrode 7 and the second thin-film electrode 7, if these values are input to the differential amplifier circuit 35 and the difference between them is taken, the signal caused by the vibration of the vibrating beam 1 is canceled out, and the Coriolis force F
Only the signal according to c can be read. A voltage signal obtained through a differential amplifier circuit 35 is detected by a synchronous detection circuit 36 based on the frequency of an oscillation circuit 34 that vibrates the vibrating beam 1 at the resonance frequency in the Z-axis direction. Further, the voltage is amplified by the DC amplifier circuit 37, and a voltage value based on the deflection due to the Coriolis force Fc is extracted as a voltage value proportional to the angular velocity ω.

【0045】以上のような方法を用いて、角速度を検出
する。ただし、図10の回路の構成は、一つの実施形態
であり、図1,図2に示した本発明による角速度検出装
置の振動梁1を用いてあれば、本発明は回路構成には限
定されない。
The angular velocity is detected by using the above method. However, the configuration of the circuit in FIG. 10 is one embodiment, and the present invention is not limited to the circuit configuration as long as the vibrating beam 1 of the angular velocity detecting device according to the present invention shown in FIGS. .

【0046】図11は、図1に示した角速度検出装置の
振動梁1と第一のサスペンション9と固定台15と第二
のサスペンション16とを組み立てた状態を示す図であ
る。これらを組み立てた状態で、第一の薄膜電極6およ
び第二の薄膜電極7と第一のサスペンション9とが、導
通し、第三の薄膜電極8と第二のサスペンション16
(図2および図1参照)とが、導通している。そこで、破
線B−Bで示す第一のサスペンション9の一部をYAG
レーザを用いて切断し、第一の薄膜電極6と第二の薄膜
電極7とを電気的に分離する。第一の薄膜電極6と導通
した接続線a,第二の薄膜電極7と導通した接続線b,
第三の薄膜電極8と導通した接続線cなどにより、外部
の発振回路34および差動増幅回路35に接続すると、
振動梁1を実際に動作させることが可能となる。
FIG. 11 is a diagram showing a state where the vibrating beam 1, the first suspension 9, the fixed base 15, and the second suspension 16 of the angular velocity detecting device shown in FIG. 1 are assembled. In a state where these are assembled, the first thin film electrode 6 and the second thin film electrode 7 and the first suspension 9 conduct, and the third thin film electrode 8 and the second suspension 16
(See FIGS. 2 and 1). Therefore, a part of the first suspension 9 indicated by a broken line BB is
The first thin film electrode 6 and the second thin film electrode 7 are electrically separated by cutting using a laser. A connection line a connected to the first thin-film electrode 6, a connection line b connected to the second thin-film electrode 7,
When the external thin film electrode 8 is connected to an external oscillation circuit 34 and a differential amplifier circuit 35 through a connection line c or the like,
The vibrating beam 1 can be actually operated.

【0047】[0047]

【実施形態2】図12は、本発明による角速度検出装置
を互いの長手方向が直交するように2個配置しているビ
デオカメラの一部分をカットした状態で示す図である。
実施形態2のビデオカメラは、大きく分類して、ビデオ
テープ装着部111と、カメラ部114と、音声入力部
116と、ファインダ部112とからなる。カメラ部1
14は、レンズ部113と角速度検出センサ搭載基板1
15とを含んでいる。
[Embodiment 2] Fig. 12 is a view showing a state in which a part of a video camera in which two angular velocity detecting devices according to the present invention are arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other is cut.
The video camera according to the second embodiment is roughly classified into a video tape mounting unit 111, a camera unit 114, an audio input unit 116, and a finder unit 112. Camera unit 1
Reference numeral 14 denotes the lens unit 113 and the substrate 1 on which the angular velocity detection sensor is mounted.
15 are included.

【0048】図13は、図12のレンズ部113および
角速度検出センサ搭載基板115を示している。角速度
検出装置搭載基板115上には、水平方向手振れ検出用
の角速度検出装置121と、垂直方向手振れ検出用の角
速度検出装置122とが実装されている。ここでは、詳
細な構造を図示しないが、搭載基板115は、例えばね
じ止めにより、レンズ部113に固定され、一体となっ
ている。そのため、レンズ部113が水平方向および/
または垂直方向に動いたときに、角速度検出装置搭載基
板115も同時に動くので、各方向の角速度を角速度検
出装置121,122により検出できる。
FIG. 13 shows the lens section 113 and the angular velocity detection sensor mounting board 115 of FIG. An angular velocity detecting device 121 for detecting horizontal camera shake and an angular velocity detecting device 122 for detecting vertical camera shake are mounted on the angular velocity detecting device mounting board 115. Although a detailed structure is not shown here, the mounting substrate 115 is fixed to the lens unit 113 by, for example, screws and is integrated. Therefore, the lens unit 113 is moved horizontally and / or
Alternatively, when moving in the vertical direction, the angular velocity detector mounting board 115 also moves at the same time, so that the angular velocities in each direction can be detected by the angular velocity detectors 121 and 122.

【0049】図14は、角速度検出装置搭載基板115
を背面側から見た図である。角速度検出装置121,1
22は、レンズ外径位置131のレンズ光軸132にで
きるだけ近い位置に、しかも、互いの長手方向すなわち
X軸が直交するように配置される。ただし、角速度検出
装置121と角速度検出装置122とは、双方ともに振
動式角速度検出装置であるから、共振周波数が相互作用
を及ぼさないように、500Hz程度ずらしてある。
FIG. 14 shows a substrate 115 for mounting an angular velocity detecting device.
FIG. 3 is a view as viewed from the back side. Angular velocity detector 121, 1
Reference numeral 22 is arranged at a position as close as possible to the lens optical axis 132 at the lens outer diameter position 131, and furthermore, their longitudinal directions, that is, the X-axis are orthogonal to each other. However, since the angular velocity detector 121 and the angular velocity detector 122 are both vibration type angular velocity detectors, they are shifted by about 500 Hz so that the resonance frequencies do not interact.

【0050】なお、実施形態2は、ビデオカメラへの応
用を説明したが、ビデオカメラのみならず、スチルカメ
ラやムービーカメラにも適用でき、さらに、双眼鏡,望
遠鏡の手振れ防止手段としても、役に立つ。
Although the second embodiment has been described as applied to a video camera, it can be applied not only to a video camera but also to a still camera or a movie camera, and is also useful as a means for preventing camera shake of binoculars and telescopes.

【0051】また、ここでは、互いの長手方向が直交す
るように配置された2個の角速度検出装置を用いていた
が、X軸,Y軸,Z軸方向に沿って、3個配置してもよ
い。この場合は、手振れを3次元的に検出し、手振れを
より厳密に防止できる。
In this embodiment, two angular velocity detectors are arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other. However, three angular velocity detectors are arranged along the X, Y, and Z axes. Is also good. In this case, camera shake is detected three-dimensionally, and camera shake can be more strictly prevented.

【0052】[0052]

【実施形態3】図15は、本発明による角速度検出装置
を互いの長手方向が直交するように少なくとも2個配置
したカーナビゲーションシステムを実装している乗用車
を示す図である。乗用車145には、エンジン141
と、カーナビゲーションシステムデータ処理部144
と、角速度検出装置146と、GPS衛星からの信号を
受信するGPS衛星信号受信アンテナ143と、データ
の処理結果を表示するカーナビゲーション情報表示部1
42とが搭載されている。乗用車145に装備してある
処理部144では、アンテナ143からのデータ,エン
ジン141からのデータ,本発明による角速度検出装置
146からのデータ,車輪147からのデータが処理さ
れる。
[Embodiment 3] Fig. 15 is a view showing a car equipped with a car navigation system in which at least two angular velocity detecting devices according to the present invention are arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other. The passenger car 145 has an engine 141
And the car navigation system data processing unit 144
, An angular velocity detector 146, a GPS satellite signal receiving antenna 143 for receiving signals from GPS satellites, and a car navigation information display unit 1 for displaying data processing results
42 are mounted. The processing unit 144 provided in the passenger car 145 processes data from the antenna 143, data from the engine 141, data from the angular velocity detecting device 146 according to the present invention, and data from the wheels 147.

【0053】カーナビゲーションシステムは、GPS衛
星からの位置信号に基づき、乗用車145の位置を割り
出し、目的地まで誘導するシステムである。しかし、G
PS衛星からの信号は、数m〜数十mの誤差があるため
に、都市部の入り組んだ道路や路地では、システムが現
在の位置を誤認識する場合がある。
The car navigation system is a system for determining the position of a passenger car 145 based on a position signal from a GPS satellite and guiding the passenger to a destination. But G
Since the signal from the PS satellite has an error of several meters to several tens of meters, the system may erroneously recognize the current position on an intricate road or alley in an urban area.

【0054】その誤差を補正するために、実施形態3の
データ処理部144は、互いの長手方向が直交するよう
に配置された少なくとも2つの角速度検出装置146か
らのデータを用いる。例えば、乗用車145が乗用車の
回転方向148を感知したときに、データ処理部144
は、角速度検出装置146からのデータと車輪147か
らのデータとに基づき、乗用車145の移動データを処
理する。この後には、GPS衛星からの位置情報によ
り、細かな車体の挙動を求め、情報表示部142に補正
した位置を表示する。
In order to correct the error, the data processing unit 144 of the third embodiment uses data from at least two angular velocity detectors 146 arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other. For example, when the passenger car 145 senses the rotation direction 148 of the passenger car, the data processing unit 144
Processes the movement data of the passenger car 145 based on the data from the angular velocity detecting device 146 and the data from the wheels 147. After that, the detailed behavior of the vehicle body is obtained based on the position information from the GPS satellite, and the corrected position is displayed on the information display unit 142.

【0055】[0055]

【実施形態4】実施形態3の角速度検出装置146から
のデータは、自動車の姿勢を制御するためのデータとし
ても活用できる。この場合は、互いの長手方向が直交す
るように配置された少なくとも2つ角速度検出装置と、
角速度検出装置の出力に基づき車両の姿勢を制御する手
段としてのデータ処理部144を備える。
Fourth Embodiment Data from the angular velocity detector 146 of the third embodiment can be used as data for controlling the attitude of a vehicle. In this case, at least two angular velocity detecting devices arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other;
A data processing unit 144 is provided as means for controlling the attitude of the vehicle based on the output of the angular velocity detection device.

【0056】姿勢制御の対象には、X軸を車両進行方向
とすると、車両のZ軸に沿った上下動(バウンス),Y軸
周りのピッチング,X軸周りのローリング,Z軸周りの
ヨーイングなどが含まれる。
Assuming that the X axis is the direction of travel of the vehicle, the object to be controlled is a vertical movement (bounce) along the Z axis of the vehicle, a pitching around the Y axis, a rolling around the X axis, a yawing around the Z axis, and the like. Is included.

【0057】実施形態4は、例えばX軸,Y軸,Z軸方
向に沿って互いの長手方向が直交するように配置された
3個の角速度検出装置146を備える。データ処理部1
44は、3個の角速度検出装置146からの出力に基づ
き、車両のバウンス,ピッチング,ローリング,ヨーイ
ングを検出すると、サスペンションやショックアブソー
バなどに信号を送り、車両の姿勢や乗り心地を制御す
る。
The fourth embodiment includes, for example, three angular velocity detectors 146 arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other along the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. Data processing unit 1
When detecting bounce, pitching, rolling, and yawing of the vehicle based on the outputs from the three angular velocity detectors 146, the controller 44 sends a signal to a suspension or a shock absorber to control the posture and the riding comfort of the vehicle.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明によれば、角速度検出装置に適用
する振動梁の振動梁の厚さtを振動梁の幅Wよりも大き
くしたので、メカニカルカップリングが発生することな
く、振動梁を加振振動方向に振動させることができる。
また、この振動梁をレーザトリミングによって周波数調
整すると、メカニカルカップリングを発生させることな
く、加振振動方向の共振周波数とコリオリの力が発生す
る方向の共振周波数とを一致させ、角速度に対する感度
が最大となる振動梁に加工できる。結果として、高感度
の角速度検出装置が得られる。
According to the present invention, since the thickness t of the vibrating beam of the vibrating beam applied to the angular velocity detecting device is made larger than the width W of the vibrating beam, the vibrating beam can be formed without mechanical coupling. Vibration can be performed in the vibration direction.
In addition, if the frequency of this vibrating beam is adjusted by laser trimming, the resonance frequency in the vibration direction and the resonance frequency in the direction in which Coriolis force is generated are matched without generating mechanical coupling, and the sensitivity to angular velocity is maximized. Can be processed into a vibrating beam. As a result, a highly sensitive angular velocity detecting device is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による角速度検出装置の実施形態1にお
ける素子部を分解して示す斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an element portion of an angular velocity detecting device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】振動梁の表面側と裏面側とを示す斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view showing a front side and a back side of a vibrating beam.

【図3】振動梁をZ軸方向に振動させる原理を説明する
図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a principle of vibrating a vibrating beam in a Z-axis direction.

【図4】図3における振動梁の長手方向中央部のA−A
断面を示す図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the vibrating beam in FIG.
It is a figure showing a section.

【図5】カップリング率を測定するための実験装置の一
例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of an experimental device for measuring a coupling ratio.

【図6】振動梁の厚さtを1.014mmにしたときの振動
梁の幅Wとカップリング率との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the width W of the vibrating beam and the coupling ratio when the thickness t of the vibrating beam is 1.014 mm.

【図7】振動梁の幅Wと共振周波数差との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a width W of a vibrating beam and a resonance frequency difference.

【図8】振動梁と第二のサスペンションの接続アームと
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a vibrating beam and a connection arm of a second suspension.

【図9】カップリング率6%の振動梁をレーザトリミン
グして周波数調整した結果を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a result of frequency adjustment of a vibration beam having a coupling ratio of 6% by laser trimming.

【図10】本発明による角速度検出装置の角速度検出系
統の構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an angular velocity detection system of the angular velocity detection device according to the present invention.

【図11】図1の角速度検出装置の振動梁と第一のサス
ペンションと固定台と第二のサスペンションとを組み立
てた状態を示す図である。
11 is a diagram showing a state where the vibrating beam, the first suspension, the fixed base, and the second suspension of the angular velocity detecting device of FIG. 1 are assembled.

【図12】本発明による角速度検出装置を互いの長手方
向が直交するように2個配置しているビデオカメラの一
部分をカットした状態で示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a state in which a part of a video camera in which two angular velocity detecting devices according to the present invention are arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other is cut away.

【図13】図12のビデオカメラのレンズ部および角速
度検出センサ搭載基板を示す図である。
13 is a diagram showing a lens unit and an angular velocity detection sensor mounting board of the video camera of FIG.

【図14】図13の角速度検出装置搭載基板を背面側か
ら見た図である。
14 is a view of the angular velocity detection device mounting board of FIG. 13 as viewed from the back side.

【図15】本発明による角速度検出装置を互いの長手方
向が直交するように少なくとも2個配置したカーナビゲ
ーションシステムを実装している乗用車を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing a passenger car mounted with a car navigation system in which at least two angular velocity detection devices according to the present invention are arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動梁 2 第一の圧電基板 3 第二の圧電基板 4 中間層 5 分割パターン 6 第一の薄膜電極 7 第二の薄膜電極 8 第三の薄膜電極 9 第一のサスペンション 10 第一のサスペンションの内枠 11 第一のサスペンションの外枠 12 第一のサスペンションの接続アーム 13 屈曲ばね 14 接続部 15 固定台 16 第二のサスペンション 17 第二のサスペンションの接続アーム 18 第二のサスペンションの外枠 19 交流電圧 20 第四の薄膜電極 21 第五の薄膜電極 22 接着剤層 23 振動軌跡 24 斜め振動の振動軌跡 25 FFTアナライザ 26 チャンネル2のレーザドップラ振動計 27 チャンネル1のレーザドップラ振動計 28 チャンネル1のレンズ 29 チャンネル2のレンズ 30 防振台 31 ホルダ 32 素子 33 レーザトリミング溝 34 発振回路 35 差動増幅回路 36 同期検波回路 37 直流増幅回路 111 ビデオテープ装着部 112 ファインダ部 113 レンズ部 114 カメラ部 115 角速度検出装置搭載基板 116 音声入力部 121 水平方向手振れ検出用の角速度検出装置 122 垂直方向手振れ検出用の角速度検出装置 131 レンズ外径位置 132 レンズ光軸 141 エンジン 142 カーナビゲーション情報表示部 143 GPS衛星信号受信アンテナ 144 カーナビゲーションシステムデータ処理部 145 乗用車 146 角速度検出装置 147 車輪 148 乗用車の回転方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration beam 2 First piezoelectric substrate 3 Second piezoelectric substrate 4 Intermediate layer 5 Divided pattern 6 First thin film electrode 7 Second thin film electrode 8 Third thin film electrode 9 First suspension 10 First suspension Inner frame 11 Outer frame of first suspension 12 Connection arm of first suspension 13 Bending spring 14 Connecting portion 15 Fixed base 16 Second suspension 17 Connection arm of second suspension 18 Outer frame of second suspension 19 AC Voltage 20 Fourth thin film electrode 21 Fifth thin film electrode 22 Adhesive layer 23 Vibration trajectory 24 Oblique vibration trajectory 25 FFT analyzer 26 Channel 2 laser Doppler vibrometer 27 Channel 1 laser Doppler vibrometer 28 Channel 1 lens 29 Lens of channel 2 30 Anti-vibration table 31 Holder 32 Element 33 Re Trimming groove 34 Oscillation circuit 35 Differential amplification circuit 36 Synchronous detection circuit 37 DC amplification circuit 111 Video tape mounting unit 112 Finder unit 113 Lens unit 114 Camera unit 115 Angular velocity detection device mounting board 116 Audio input unit 121 For detecting horizontal camera shake Angular velocity detecting device 122 Angular velocity detecting device for detecting vertical camera shake 131 Lens outer diameter position 132 Lens optical axis 141 Engine 142 Car navigation information display unit 143 GPS satellite signal receiving antenna 144 Car navigation system data processing unit 145 Passenger car 146 Angular velocity detecting device 147 Wheel 148 Passenger car rotation direction

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大津 満雄 岩手県水沢市真城字北野1番地 株式会社 日立メディアエレクトロニクス内 (72)発明者 角田 莞爾 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディアシステ ム事業部内 Fターム(参考) 2F029 AA02 AB07 AC02 AC05 AC12 2F105 AA02 AA08 BB03 BB14 BB15 CC06 CD02 CD06 CD13 5H180 AA01 FF05 FF27 9A001 JZ78 KK37 KZ42  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mitsuo Otsu 1 Kitano, Makino, Mizusawa-shi, Iwate Inside Hitachi Media Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Kanji Kadota 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref. F-term in Hitachi Digital Media System Division (reference) 2F029 AA02 AB07 AC02 AC05 AC12 2F105 AA02 AA08 BB03 BB14 BB15 CC06 CD02 CD06 CD13 5H180 AA01 FF05 FF27 9A001 JZ78 KK37 KZ42

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 両持ち支持振動梁により角速度に応じた
コリオリの力を検出する角速度検出装置において、 前記振動梁が、厚み方向に分極された第一のタンタル酸
リチウム圧電体と、前記第一の圧電体の分極方向とは逆
方向に分極された第二のタンタル酸リチウム圧電体とを
積層した直方体状バイモルフ構造の振動梁であり、 前記振動梁の厚さtが、当該振動梁の幅Wよりも大きい
ことを特徴とする角速度検出装置。
1. An angular velocity detecting device for detecting a Coriolis force according to an angular velocity by a doubly supported vibrating beam, wherein said vibrating beam comprises: a first lithium tantalate piezoelectric body polarized in a thickness direction; A vibrating beam having a rectangular parallelepiped bimorph structure in which a second lithium tantalate piezoelectric material polarized in a direction opposite to the polarization direction of the vibrating beam is laminated, and the thickness t of the vibrating beam is the width of the vibrating beam. An angular velocity detection device characterized by being larger than W.
【請求項2】 両持ち支持振動梁により角速度に応じた
コリオリの力を検出する角速度検出装置において、 前記振動梁が、厚み方向に分極された第一のタンタル酸
リチウム圧電体と、前記第一の圧電体の分極方向とは逆
方向に分極された第二のタンタル酸リチウム圧電体とを
積層した直方体状バイモルフ構造の振動梁であり、 前記振動梁の厚さtが、当該振動梁の幅Wよりも大き
く、前記幅Wと前記厚さtとの形状比W/tが、0.864
以上0.957以下であることを特徴とする角速度検出装
置。
2. An angular velocity detecting device for detecting Coriolis force according to an angular velocity by a doubly supported vibrating beam, wherein the vibrating beam is a first lithium tantalate piezoelectric body polarized in a thickness direction; A vibrating beam having a rectangular parallelepiped bimorph structure in which a second lithium tantalate piezoelectric material polarized in a direction opposite to the polarization direction of the vibrating beam is laminated, and the thickness t of the vibrating beam is the width of the vibrating beam. W and the shape ratio W / t of the width W and the thickness t is 0.864.
An angular velocity detection device having a value of not less than 0.957 and not more than 0.957.
【請求項3】 互いの長手方向が直交するように配置さ
れた少なくとも2つの両持ち支持振動梁により角速度に
応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、前記
角速度検出装置の出力に基づき手振れを補正する防振手
段とを備えたカメラにおいて、 前記角速度検出装置が、請求項1または請求項2に記載
の角速度検出装置であることを特徴とするカメラ。
3. An angular velocity detecting device for detecting Coriolis force according to angular velocity by at least two doubly supported vibrating beams arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other, and a camera shake based on an output of said angular velocity detecting device. A camera comprising: a vibration-proof unit that corrects the angular velocity, wherein the angular velocity detection device is the angular velocity detection device according to claim 1 or 2.
【請求項4】 互いの長手方向が直交するように配置さ
れた少なくとも2つの両持ち支持振動梁により角速度に
応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、前記
角速度検出装置の出力に基づき車両の進行方向を検出す
る手段とを備えたカーナビゲーションシステムにおい
て、 前記角速度検出装置が、請求項1または請求項2に記載
の角速度検出装置であることを特徴とするカーナビゲー
ションシステム。
4. An angular velocity detecting device for detecting Coriolis force according to angular velocity by at least two doubly supported vibrating beams arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other, and a vehicle based on an output of said angular velocity detecting device. 3. A car navigation system comprising: means for detecting a traveling direction of a vehicle, wherein the angular velocity detecting device is the angular velocity detecting device according to claim 1 or 2.
【請求項5】 互いの長手方向が直交するように配置さ
れた少なくとも2つの両持ち支持振動梁により角速度に
応じたコリオリの力を検出する角速度検出装置と、前記
角速度検出装置の出力に基づき車両の姿勢を制御する手
段とを備えた自動車において、 前記角速度検出装置が、請求項1または請求項2に記載
の角速度検出装置であることを特徴とする自動車。
5. An angular velocity detecting device for detecting Coriolis force according to angular velocity by at least two doubly supported vibrating beams arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other, and a vehicle based on an output of said angular velocity detecting device. An automobile comprising: means for controlling the attitude of the vehicle, wherein the angular velocity detection device is the angular velocity detection device according to claim 1 or 2.
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