JP2004151031A

JP2004151031A - Piezoelectric vibrator, vibration gyroscope, and electronic equipment

Info

Publication number: JP2004151031A
Application number: JP2002318808A
Authority: JP
Inventors: Akira Mori; 章森; Katsumi Fujimoto; 克己藤本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric vibrator which can greatly shorten the heat treatment working time for differentiating or reversing the polarization direction, and which can also greatly reduce the working costs, and to provide a vibration gyroscope, using the piezoelectric vibrator and electronic equipment which uses the vibration gyroscope. <P>SOLUTION: In the piezoelectric vibrator 1, a plurality of interdigital electrodes 3 and 4 are formed on at least one surface 2a of the vibrating body 2, consisting of a piezoelectric single crystal which is polarized in a direction parallel to the surface 2a. A part 2b of the surface region of the vibrating body 2, positioned between the interdigital electrodes 3 and 4, is polarized in a direction that is different from or is reversed to the polarization direction X of the vibrating body 2 itself, namely in the direction of the polarization reverse direction Y. The vibration gyroscope 10 is constituted, using the piezoelectric vibrator 1, and the electronic equipment 20 is composed of the vibration gyroscope 10. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電振動子及び振動ジャイロ並びに電子機器にかかり、特には、圧電振動子の分極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動ジャイロなどに利用される圧電振動子のうちには、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などのような圧電単結晶を振動体とするものがある。そして、これらの圧電単結晶では、外部から強制的に電界を加えなくても、ある種の熱処理を施すだけのことによって熱処理が施された部分の分極方向が圧電単結晶そのものの分極方向とは相違した方向、例えば、反転した方向へと変化することが知られている。
【０００３】
この時、分極方向を反転させる熱処理としては、圧電単結晶を約１１００℃の雰囲気中で加熱する方法、圧電単結晶の表面上にチタン（Ｔｉ）膜を形成後、約１０００℃の雰囲気中でＴｉを拡散させる方法、あるいは、圧電単結晶のプロトン交換を実施後、約６００℃の雰囲気中で加熱する方法などが周知である。そこで、従来の圧電振動子にあっては、厚み方向に分極された圧電単結晶の分極方向を反転させることとし、分極方向が反転した領域（以下、分極反転領域という）を振動体の内部に形成して所期の目的を実現することが行われている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−７３８１０号公報
【特許文献２】
特開平３−１０６０８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の形態にかかる圧電振動子においては、次のような不都合が生じることになっていた。すなわち、圧電単結晶からなる振動体の内部における分極反転領域の深さを制御するには、熱処理作業時の雰囲気や温度を厳密に制御しなければならず、振動体の厚み全体の半分程度である十分な深さまで分極反転領域を形成する場合には、多大な熱処理作業時間を要してしまう。従って、各振動体における分極反転領域の深さがばらつくことになりやすく、その結果として圧電振動子の振動特性が変動したり、加工コストの上昇を招いたりすることが起こる。
【０００６】
本発明はこのような不都合に鑑みて創案されたものであって、分極反転領域の深さを厳密に制御する必要がなく、分極方向を相違または反転させる熱処理作業時間の大幅な短縮を実現することが可能であり、加工コストの大幅な削減をも実現することができる圧電振動子の提供を目的とする。また、この圧電振動子を用いてなる振動ジャイロと、この振動ジャイロを用いてなる電子機器の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明にかかる圧電振動子は、一面と平行な方向に分極された圧電単結晶からなる振動体の少なくとも一面上に複数の交差指電極が形成されたものであり、これら交差指電極の相互間に位置する前記振動体の表面領域の一部が前記振動体そのものの分極方向と相違した方向に分極されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明にかかる圧電振動子は請求項１に記載したものであって、前記振動体は長手方向に分極された柱形状を有しており、前記交差指電極の相互間に位置する前記振動体の表面領域の一部が前記振動体そのものの分極方向と反転した方向に分極されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明にかかる圧電振動子は請求項１に記載したものであって、前記振動体は長手方向に分極された少なくとも一対の音叉アームを具備した音叉形状を有しており、前記交差指電極の相互間に位置する前記振動体の表面領域の一部が前記振動体そのものの分極方向と反転した方向に分極されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明にかかる圧電振動子は請求項２または請求項３に記載したものであり、前記振動体の長手方向に分極されたままの表面領域と分極方向が反転した表面領域とは交互となる位置毎に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明にかかる圧電振動子は請求項１〜請求項４のいずれかに記載したものであり、分極方向が相違または反転している表面領域はキュリー点を超えない温度下での熱処理によるチタン拡散が実施された領域であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明にかかる圧電振動子は請求項１〜請求項４のいずれかに記載したものであり、分極方向が相違または反転している表面領域はプロトン交換を実施した後、キュリー点を超えない温度下での熱処理が実施された領域であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明にかかる圧電振動子は請求項１〜請求項６のいずれかに記載したものであって、前記交差指電極のうちの少なくとも１つは駆動用電極であり、少なくとも２つは検出用電極であることを特徴としている。
【００１４】
請求項８記載の発明にかかる圧電振動子は請求項１〜請求項６のいずれかに記載したものであって、前記交差指電極のうちの少なくとも１つは駆動用電極であり、少なくとも１つは検出用電極であり、少なくとも１つは基準用電極であることを特徴としている。
【００１５】
請求項９記載の発明にかかる圧電振動子は請求項１〜請求項６のいずれかに記載したものであって、前記交差指電極のうちの少なくとも１つは駆動用電極であり、少なくとも１つは検出用電極であり、少なくとも１つは基準用電極であり、少なくとも１つはフィードバック用電極であることを特徴としている。
【００１６】
請求項１０記載の発明にかかる圧電振動子は請求項１〜請求項６のいずれかに記載したものであって、前記交差指電極は前記振動体の対向しあう両面に形成されており、前記駆動用電極及びフィードバック用電極は前記振動体の一面上に形成され、かつ、前記検出用電極は前記振動体の他面上に形成されるとともに、前記基準用電極は前記振動体の両面上に形成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項１１記載の発明にかかる振動ジャイロは、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の圧電振動子を用いて構成されたものであることを特徴としている。
【００１８】
請求項１２記載の発明にかかる電子機器は、請求項１１に記載の振動ジャイロを用いて構成されたものであることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１にかかる圧電振動子の構造を示す斜視図、図２はこの圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図であり、図３は圧電振動子における分極反転領域及び交差指電極を形成する際の手順を模式化して示す説明図である。そして、図４は圧電振動子を用いてなる振動ジャイロの回路構成を示すブロック図であり、図５は振動ジャイロを用いてなる電子機器の一例としてのビデオカメラを示す説明図である。
【００２１】
実施の形態１にかかる圧電振動子１は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）またはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などの単結晶、つまり、圧電単結晶からなる四角柱形状の振動体２と、その一面２ａ上に形成された１つの駆動用電極３及び２つの検出用電極４と、振動体２の振動ノードの近傍に取着された３つの支持部材５，６とを具備している。この時、駆動用電極３及び検出用電極４のそれぞれは、振動体２の長手方向に沿って形成されたうえ、相互に入り込んで対向しあう櫛歯形状の交差指電極となっており、これらの電極３，４は振動体２の一面２ａに対する導体材料、例えば、金（Ａｕ）のスパッタリングや蒸着、リフトオフによって形成されている。
【００２２】
そして、交差指電極である駆動用電極３及び検出用電極４それぞれのランド部３ａ，４ａは振動体２の振動ノードの近傍まで延出されており、Ｆｅ−Ｎｉ合金やリン青銅などの導体材料からなる支持部材５，６の各々はランド部３ａ，４ａのそれぞれと各別に接合されて導通している。なお、ここでの支持部材５は駆動用電極３と駆動回路とを電気的に接続し、支持部材６は検出用電極４と検出回路とを電気的に接続している。また、これらの支持部材５，６は圧電振動子１を支持する基板や筐体などで固定されることになっており、その結果として圧電振動子１は振動可能に支持される。
【００２３】
さらに、この際における振動体２は、その全体が一面２ａと平行な方向であって振動体２の長手方向にも平行な方向に分極されたものであるが、駆動用電極３及び検出用電極４である交差指電極の相互間に位置している表面領域の一部は、図２中に付記した平面拡大図（Ａ）及び断面拡大図（Ｂ）で示すように、振動体２そのものの分極方向Ｘとは反転した方向、つまり、分極反転方向Ｙに分極された表面領域２ｂとされている。すなわち、この振動体２においては、振動体２そのものの分極方向Ｘと一致する振動体２の長手方向に分極されたままの表面領域２ｃと、分極反転方向Ｙに分極された表面領域、いわゆる分極反転領域２ｂとが、駆動用電極３及び検出用電極４間の交互となる位置毎に配置されている。
【００２４】
従って、本実施の形態にかかる圧電振動子１では、ともに交差指電極とされた駆動用電極３及び検出用電極４間に交流電圧を印加すると、振動体２の一面２ａと直交する方向での両端開放屈曲振動が生じる。なお、この際における振動メカニズムについては、特開平７−１５１５５２号公報などで知られている。また、本実施の形態にかかる圧電振動子１では、振動体２が四角柱形状であるとしているが、柱形状でありさえすればよく、円柱形状や多角形状などであってもよい。
【００２５】
ところで、本実施の形態においては、振動体２の表面領域の一部を振動体２そのものの分極方向Ｘと反転した方向に分極するとしているが、これらの表面領域における分極方向を振動体２そのものの分極方向Ｘとは相違させるだけであってもよい。すなわち、表面領域の一部における分極方向Ｘを他の表面領域とは相違させておくだけでも、駆動用電極３及び検出用電極４間に交流電圧を印加するのに伴って振動体２の一面２ａと直交する方向での両端開放屈曲振動は生じるからである。さらに、本実施の形態では、１つの駆動用電極３と２つの検出用電極４とが形成されることになっているが、より多くの駆動用電極３及び検出用電極４を形成することも可能である。なお、これらのことは、後述する他の実施の形態においても同様である。
【００２６】
次に、圧電振動子１の振動体２における分極反転領域２ｂと、駆動用電極３及び検出用電極４である交差指電極とを形成する際の第１手順を、図３に基づいて説明する。まず、図３（Ａ）で示すように、分極方向Ｘが断面方向とは垂直になるようしてカットされたＬｉＮｂＯ_３などの単結晶からなるウェハＷを用意し、図３（Ｂ）で示すように、ウェハＷの一面上の分極反転領域２ｂとしたい領域毎にチタン（Ｔｉ）膜８をリフトオフなどによって成膜する。
【００２７】
このウェハＷを拡散炉に投入し、１０００℃程度の雰囲気中で数時間にわたって熱処理すると、図３（Ｃ）で示すように、ウェハＷの一面内にはＴｉ拡散領域９、つまり、Ｔｉの拡散に伴って分極反転方向Ｙに分極されてなる分極反転領域２ｂが形成される。なお、この際における熱処理は、キュリー点を超えない温度下で実行される。
【００２８】
引き続き、ウェハＷの一面上における適切な位置を選択し、図３（Ｄ）で示すように、Ａｕのリフトオフなどによって駆動用電極３及び検出用電極４となる複数の交差指電極を成膜する。その後、図３（Ｅ）で示すように、ウェハＷをダイシングラインＣに沿ってダイシングすると、図３（Ｆ）で示すような圧電振動子１の本体部分、つまり、分極反転領域２ｂが形成され、かつ、駆動用電極３及び検出用電極４である交差指電極が形成されてなる振動体２が切り出される。
【００２９】
また、分極反転領域２ｂと交差指電極とを形成する手順が上記した第１手順のみに限定されることはなく、図示省略しているが、以下のような第２手順を採用することも可能である。すなわち、この第２手順では、分極方向Ｘが断面方向と垂直になるようカットされたＬｉＮｂＯ_３などの単結晶からなるウェハＷの一面上における分極反転領域２ｂとしたい領域以外の表面領域に対し、ＴａやＮｉＣｒ、Ａｕなどからなるマスクを形成する。次に、マスクが形成されたウェハＷを２２０℃程度に加熱された安息香酸やピロリン酸などに浸漬し、分極反転領域２ｂとしたい表面領域を選択的にプロトン交換する。
【００３０】
さらに、マスク除去後のウェハＷを拡散炉に投入し、約６００℃の雰囲気中で熱処理すると、プロトン交換された表面領域の分極方向が反転し、分極反転領域２ｂが形成される。なお、この際の熱処理も、キュリー点を超えない温度下で実行される。その後、ウェハＷの一面上に駆動用電極３及び検出用電極４となる複数の交差指電極を成膜したうえでダイシングすると、圧電振動子１の本体部分が切り出される。
【００３１】
なお、これらの手順に従って分極反転領域２ｂを形成する場合には、表面領域のみの分極反転処理を実行するだけで済むので、作業時間を短縮して加工コストを低減することが可能となる。
【００３２】
ところで、本実施の形態にかかる圧電振動子１を用いては振動ジャイロが構成されることになり、この振動ジャイロ１０では、図４で示すように、リードである各支持部材６を介して検出用電極４のランド部４ａそれぞれが、加算回路１１と差動回路１２との各々に対して接続されている。そして、加算回路１１は、ＡＧＣ回路１３と位相回路１４との各々に対して順に接続されており、この位相回路１４は支持部材５を介したうえで駆動用電極３のランド部３ａと接続されている。
【００３３】
また、差動回路１２は、検波回路１５と平滑回路１６と増幅回路１７との各々を順に介したうえ、出力端子１８に接続されている。すなわち、この際における圧電振動子１、加算回路１１、ＡＧＣ回路１３、位相回路１４によっては閉ループの自励発振回路が構成されており、その結果として圧電振動子１は振動体２の一面２ａと直交する方向で屈曲振動する。この時、屈曲振動中の圧電振動子１に対し、振動体２の長手方向を回転の軸とする角速度が印加されると、圧電振動子１はコリオリ力の作用によって幅方向、つまり、振動体２の長手方向と直交し、かつ、その一面２ａと平行な方向で振動することになる。
【００３４】
そして、圧電振動子１が幅方向に振動すると、その検出用電極４からは、屈曲振動に基づく同相の信号と、コリオリ力に基づいて位相が反転した信号とがそれぞれ出力されることになり、差動回路１２からはコリオリ力に基づいた信号のみが取り出される。また、差動回路１２から取り出された信号は、検波回路１５で検波され、平滑回路１６で平滑化され、増幅回路１７で増幅されたうえ、コリオリ力の大きさに対応した直流電圧として出力端子１８から出力される。そこで、出力端子１８から出力されてくる直流電圧の大きさに基づいてコリオリ力の大きさが分かり、ひいては、印加された角速度の大きさが分かることとなる。
【００３５】
さらに、この振動ジャイロ１０を用いては電子機器が構成されることになり、その一例としては、図５で簡略化して示すようなビデオカメラ２０がある。すなわち、このビデオカメラ２０は手振れ補正に振動ジャイロ１０を用いるものであり、振動ジャイロ１０はビデオカメラ２０の本体に内蔵されている。なお、このような電子機器がビデオカメラ２０のみに限定されることはなく、振動ジャイロ１０を手振れ補正に用いるデジタルカメラや位置検出に用いるナビゲーションシステム、あるいは、自動車の横転検出システムなどのような電子機器であってもよいことは勿論である。
【００３６】
（実施の形態２）
図６は実施の形態２にかかる圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図であり、図７は圧電振動子を用いてなる振動ジャイロの回路構成を示すブロック図である。なお、図６及び図７において、図１〜図５と互いに同一もしくは相当する部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい説明は省略する。
【００３７】
実施の形態２にかかる圧電振動子２１は、ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３などの単結晶からなる四角柱形状の振動体２２と、空間部２３を挟んで配置されたうえで架橋形状の支持部２４を介して振動体２２に連結された額縁形状のベース体２５とを具備している。そして、この際における振動体２２の一面２２ａ上には、１つの駆動用電極３と、２つの検出用電極４と、１つの基準用電極２６とがそれぞれ形成されており、これらの電極３，４，２６それぞれは、振動体２２の長手方向に沿って形成されたうえで相互に入り込んで対向しあう櫛歯形状の交差指電極となっている。なお、図６中の符号２６ａは、基準用電極２６のランド部を示している。
【００３８】
さらに、ここでの振動体２２は、その全体が一面２２ａと平行な方向に分極されているものの、駆動用電極３及び検出用電極４のそれぞれと基準用電極２６である交差指電極の相互間に位置している表面領域の一部は、図６中に付記した平面拡大図（Ａ）で示すように、振動体２２そのものの分極方向Ｘとは反転した方向、つまり、分極反転方向Ｙに分極された表面領域２２ｂであることになっている。すなわち、この振動体２２では、振動体２２そのものの分極方向Ｘと一致する長手方向に分極されたままの表面領域２２ｃと、分極反転方向Ｙに分極された表面領域、いわゆる分極反転領域２２ｂとが、駆動用電極３及び検出用電極４の各々と基準用電極２６との間における交互となる位置毎に配置されている。
【００３９】
ところで、分極反転領域２２ｂ及び交差指電極の形成手順は実施の形態１と同様であるから、ここでの詳しい説明は省略する。また、本実施の形態にかかる圧電振動子２１が具備している振動体２２と支持部２４とベース体２５とは、分極反転処理の終了後におけるエッチングにより一体成形されるものであり、これらは交差指電極の形成後におけるウェハのダイシングに伴って一括して切り出されることになっている。
【００４０】
なお、このような構成である場合には、振動体２２の周囲が空間部２３を介したうえでベース体２５によって取り囲まれているため、圧電振動子１の共振特性が外部の影響を受け難くなるという利点が確保される。
【００４１】
さらに、圧電振動子２１を用いても振動ジャイロが構成されることになり、図７で示すように、この振動ジャイロ２８では、検出用電極４の各々がチャージアンプ回路２９をそれぞれ介したうえで加算回路１１及び差動回路１２の各々に対して接続される。そして、実施の形態１と同様、加算回路１１は、ＡＧＣ回路１３と位相回路１４との各々に対して順に接続されており、この位相回路１４は駆動用電極３に接続されている。一方、この際における差動回路１２も、実施の形態１と同様、検波回路１５と平滑回路１６と増幅回路１７とを順に介したうえで出力端子１８に接続されている。
【００４２】
そこで、このような回路構成とされた振動ジャイロ２８においては、屈曲振動中の圧電振動子２１に対して印加された角速度、つまり、その振動体２２の長手方向を回転の軸として印加された角速度の大きさが検出される。なお、この振動ジャイロ２８では、チャージアンプ回路２９を使用しているが、チャージアンプ回路２９を使用する必然性がある訳ではなく、チャージアンプ回路２９を使用しなくてもよいことは勿論である。また、振動ジャイロ２８を用いることにより、実施の形態１と同様、ビデオカメラ２０などの電子機器を構成することも可能となる。
【００４３】
（実施の形態３）
図８は実施の形態３にかかる圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図であり、図９は圧電振動子を用いてなる振動ジャイロの回路構成を示すブロック図である。なお、図８及び図９において、図１〜図７と互いに同一もしくは相当する部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい説明は省略する。
【００４４】
実施の形態３にかかる圧電振動子３１は、実施の形態２と同様、ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３などの単結晶からなる四角柱形状の振動体３２と、空間部３３を挟んで配置されたうえで架橋形状の支持部３４を介して振動体３２に連結された額縁形状のベース体３５とを具備している。そして、この際における振動体３２の一面３２ａ上には、１つの駆動用電極３と、１つの検出用電極４と、１つの基準用電極２６と、１つのフィードバック用電極３６とが形成されており、これらの電極３，４，２６，３６は、交差指電極であることになっている。なお、図８中の符号３６ａは、フィードバック用電極３６のランド部を示している。
【００４５】
さらに、ここでの振動体３２は、その全体が一面３２ａと平行な方向に分極されているものの、駆動用電極３及びフィードバック用電極３６の各々と基準用電極２６である交差指電極の相互間に位置している表面領域の一部は、図８中に付記した平面拡大図（Ａ）で示すように、振動体３２そのものの分極方向Ｘとは反転した方向、つまり、分極反転方向Ｙに分極された表面領域３２ｂであることになっている。また、この時、２分された検出用電極４の各々と基準用電極２６である交差指電極の相互間に位置している表面領域の一部も、図８中の平面拡大図（Ｂ）で示すように、分極反転方向Ｙに分極されてなる表面領域３２ｃとなっている。
【００４６】
すなわち、この振動体３２では、振動体３２そのものの分極方向Ｘと一致する長手方向に分極されたままの表面領域３２ｄと、分極反転方向Ｙに分極された表面領域、いわゆる分極反転領域３２ｂ，３２ｃとが、駆動用電極３及びフィードバック用電極３６と基準用電極２６との間で交互となる位置毎、及び、検出用電極４と基準用電極２６との間で交互となる位置毎にそれぞれ配置されている。なお、この際、図８中の平面拡大図（Ｂ）で示すように、２分された検出用電極４の各々と基準用電極２６との間における分極反転領域３２ｃは、これら同士もが互いに交互となる位置毎に配置されている。
【００４７】
ところで、これらの分極反転領域３２ｂ，３２ｃ及び交差指電極の形成手順は実施の形態１と同様であり、振動体３２と支持部３４とベース体３５とが一体成形されていることも実施の形態２と同様であるから、ここでの詳しい説明は省略する。さらに、この圧電振動子３１を用いることによっても、振動ジャイロが構成される。
【００４８】
すなわち、この際における振動ジャイロ３８では、図９で示すように、フィードバック用電極３６がチャージアンプ回路２９を介してＡＧＣ回路１３と位相回路１４との各々に対して順に接続されており、この位相回路１４は駆動用電極３に接続されている。一方、検出用電極４はチャージアンプ回路２９から検波回路１５、平滑回路１６、増幅回路１７の各々と順に接続されたうえ、出力端子１８と接続されている。
【００４９】
このような回路構成とされた振動ジャイロ３８においては、屈曲振動中の圧電振動子３１に対して印加された角速度、つまり、その振動体３２の長手方向を回転の軸として印加された角速度の大きさが検出される。なお、この振動ジャイロ３８を用いてなる電子機器、例えば、実施の形態１と同様のビデオカメラ２０などを構成することが可能となることは勿論である。
【００５０】
（実施の形態４）
図１０は実施の形態４にかかる圧電振動子の構造を示す斜視図、図１１はこの圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図であり、図１２は変形例形態にかかる圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図である。なお、図１０〜図１２において、図１〜図９と互いに同一もしくは相当する部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい説明は省略する。
【００５１】
実施の形態４にかかる圧電振動子４１は、図１０及び図１１で示すように、ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３などの単結晶からなる音叉形状の振動体４２を具備して構成されたものであり、この振動体４２は一対の音叉アーム４３，４４を有している。そして、音叉アーム４３，４４それぞれの一面４３ａ，４４ａ上には１つの駆動用電極３及び２つの検出用電極４が形成されており、これらの電極３，４は音叉アーム４３，４４の長手方向に沿って形成されたうえ、相互に入り込んで対向しあう櫛歯形状の交差指電極とされている。
【００５２】
また、この際における振動体４２の音叉アーム４３，４４それぞれは、各々の全体が一面４３ａ，４４ａと平行な方向に分極されたものであり、かつ、駆動用電極３及び検出用電極４である交差指電極の相互間に位置している表面領域の一部が、音叉アーム４３，４４そのものの分極方向Ｘとは反転した方向、つまり、分極反転方向Ｙに分極されてなる表面領域であるところの分極反転領域４３ｂ，４４ｂとされている。ところで、この際における交差指電極及び分極反転領域４３ｂ，４４ｂそれぞれの形成手順は、実施の形態１と同様であるから説明を省略する。
【００５３】
すなわち、この振動体４２では、音叉アーム４３，４４そのものの分極方向Ｘと一致する長手方向に分極されたままの表面領域４３ｃ，４４ｃと、分極反転方向Ｙに分極された表面領域、いわゆる分極反転領域４３ｂ，４４ｂとが、駆動用電極３及び検出用電極４間の交互となる位置毎に配置されている。なお、図１０及び図１１中の符号３ａは駆動用電極３のランド部、４ａは検出用電極４のランド部を示している。
【００５４】
さらに、本実施の形態にかかる圧電振動子４１を用いても振動ジャイロを構成することが可能であり、この圧電振動子４１を用いてなる振動ジャイロは、説明を省略するが、図４で示した実施の形態１にかかる振動ジャイロ１０と同様の回路構成を有している。さらにまた、圧電振動子４１からなる振動ジャイロを用いることにより、実施の形態１と同様、ビデオカメラ２０などの電子機器を構成することも可能となる。
【００５５】
ところで、実施の形態４にかかる圧電振動子４１では、振動体４２が有する一対の音叉アーム４３，４４それぞれの一面４３ａ，４４ａ上に１つの駆動用電極３及び２つの検出用電極４を形成しているが、図１２で示す変形例形態にかかる圧電振動子４５のように、１つの駆動用電極３と、２つの検出用電極４と、１つの基準用電極２６とを形成してもよい。そして、この場合、駆動用電極３と、検出用電極４と、基準用電極２６とのそれぞれは、音叉アーム４３，４４の長手方向に沿って形成されたうえ、相互に入り込んで対向しあう櫛歯形状の交差指電極とされている。なお、図１２中の符号２６ａは、基準用電極２６のランド部である。
【００５６】
また、振動体４２の音叉アーム４３，４４それぞれは、各々の全体が一面４３ａ，４４ａと平行な方向に分極されているものの、駆動用電極３及び検出用電極４のそれぞれと基準用電極２６である交差指電極の相互間に位置している表面領域の一部は、音叉アーム４３，４４そのものの分極方向Ｘとは反転した方向、つまり、分極反転方向Ｙに分極された表面領域４３ｂ，４４ｂであることになっている。
【００５７】
すなわち、これらの音叉アーム４３，４４においては、音叉アーム４３，４４そのものの分極方向Ｘと一致する長手方向に分極された表面領域４３ｃ，４４ｃと、分極反転方向Ｙに分極された表面領域、いわゆる分極反転領域４３ｂ，４４ｂとが、駆動用電極３及び検出用電極４の各々と基準用電極２６との間における交互となる位置毎に配置されている。
【００５８】
なお、この変形例形態にかかる圧電振動子４５を用いることによって振動ジャイロを構成し、振動ジャイロを用いて電子機器を構成することも可能であり、この際における振動ジャイロは、図７で示した実施の形態２にかかる振動ジャイロ２８と同様の回路構成を有することになる。また、本実施の形態及び変形例形態では、振動体４２が一対の音叉アーム４３，４４を有するとしているが、音叉アームの個数が２つに限定されることはなく、３つや４つであってもよいことは勿論である。
【００５９】
（実施の形態５）
図１３は実施の形態５にかかる圧電振動子の構造を示す斜視図であり、図１４はこの圧電振動子を一面側及び他面側から見た状態を示す平面図である。なお、図１３及び図１４において、図１〜図１２と互いに同一もしくは相当する部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい説明は省略する。
【００６０】
実施の形態５にかかる圧電振動子５１は、ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３などの単結晶からなる音叉形状の振動体４２を具備して構成されたものであり、この振動体４２は一対の音叉アーム４３，４４を有している。そして、音叉アーム４３，４４それぞれの一面（表面）４３ａ，４４ａ上には、１つの駆動用電極３と、１つのフィードバック用電極３６とが形成されるとともに、各々の他面（裏面）４３ｄ，４４ｄ上には１つの検出用電極４が形成されており、各音叉アーム４３，４４の表裏両面４３ａ，４４ａ，４３ｄ，４４ｄ上には、その端面を通りながら連続して折り返された１つの基準用電極２６が形成されている。
【００６１】
また、この際における駆動用電極３、検出用電極４、基準用電極２６、フィードバック用電極３６の各々は、音叉アーム４３，４４の長手方向に沿って形成されたうえで相互に入り込みあった櫛歯形状の交差指電極とされている。そして、これら電極３，４，２６，３６それぞれのランド部３ａ，４ａ，２６ａ，３６ａは、駆動用電極３及びフィードバック用電極３６が形成されたのと同一面である振動体４２の一面（表面）４２ａ上に形成されている。
【００６２】
さらに、音叉アーム４３，４４のそれぞれは、各々の全体が一面４３ａ，４４ａと平行な方向に分極されたものであり、かつ、駆動用電極３及びフィードバック用電極３６と基準用電極２６とである交差指電極の相互間に位置している表面領域の一部は、各音叉アーム４３，４４そのものの分極方向Ｘと反転した方向、つまり、分極反転方向Ｙに分極された表面領域４３ｂ，４４ｂであることになっている。すなわち、これら音叉アーム４３，４４それぞれの一面４３ａ，４４ａ上には、音叉アーム４３，４４の分極方向Ｘと一致する長手方向に分極された表面領域４３ｃ，４４ｃと、分極反転方向Ｙに分極された分極反転領域４３ｂ，４４ｂとが、駆動用電極３及びフィードバック用電極３６と基準用電極２６との交互となる位置毎に配置されている。
【００６３】
一方、音叉アーム４３，４４それぞれの他面４３ｄ，４４ｄ上に形成された検出用電極４と基準用電極２６とである交差指電極の相互間に位置している表面領域の一部も、各音叉アーム４３，４４そのものの分極方向Ｘと反転した方向、つまり、分極反転方向Ｙに分極された表面領域４３ｂ，４４ｂであることになっている。従って、各音叉アーム４３，４４の他面４３ｄ，４４ｄ上にも、音叉アーム４３，４４の分極方向Ｘと一致する長手方向に分極された表面領域４３ｃ，４４ｃと、分極反転方向Ｙに分極された分極反転領域４３ｂ，４４ｂとが、２分された検出用電極４の各々と基準用電極２６との交互となる位置毎に配置されている。
【００６４】
なお、この場合にあっては、検出用電極４の各々と基準用電極２６との間に形成された分極反転領域４３ｂ，４４ｂの各々同士もが互いに交互となるようにして配置されている。ところで、この際における交差指電極及び分極反転領域４３ｂ，４４ｂそれぞれの形成手順は、実施の形態１と同様であるから詳しい説明を省略する。
【００６５】
さらに、本実施の形態にかかる圧電振動子５１を用いても振動ジャイロを構成することが可能であり、この圧電振動子５１を用いてなる振動ジャイロは、説明を省略するが、図９で示した実施の形態３にかかる振動ジャイロ３８と同様の回路構成を有することになる。さらにまた、圧電振動子５１からなる振動ジャイロを用いることにより、ビデオカメラ２０などのような電子機器を構成することも可能である。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１〜請求項１０のそれぞれに記載した発明にかかる圧電振動子では、分極反転領域の深さを厳密に制御する必要がなくなり、圧電単結晶からなる振動体の表面領域の一部を分極反転領域または分極相違領域とするだけで済むこととなる。従って、分極反転処理などの熱処理に要する作業時間を大幅な短縮することが可能となり、圧電振動子の振動特性を安定化しながらの低コスト化を実現できるという効果が得られる。
【００６７】
請求項１１に記載した発明にかかる振動ジャイロであれば、上記した圧電振動子を用いることによって低コスト化と高性能化とを実現することが可能となる。また、請求項１２に記載した発明にかかる電子機器においては、上記の振動ジャイロを用いることによって低コスト化と高性能化とを実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる圧電振動子の構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図である。
【図３】実施の形態１にかかる圧電振動子の分極反転領域及び交差指電極を形成する際の手順を模式化して示す説明図である。
【図４】実施の形態１にかかる圧電振動子を用いてなる振動ジャイロの回路構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１にかかる振動ジャイロを用いてなる電子機器の一例としてのビデオカメラを示す説明図である。
【図６】実施の形態２にかかる圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図である。
【図７】実施の形態２にかかる圧電振動子を用いてなる振動ジャイロの回路構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態３にかかる圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図である。
【図９】実施の形態３にかかる圧電振動子を用いてなる振動ジャイロの回路構成を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態４にかかる圧電振動子の構造を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態４にかかる圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図である。
【図１２】変形例形態にかかる圧電振動子を一面側から見た状態を示す平面図である。
【図１３】実施の形態５にかかる圧電振動子の構造を示す斜視図である。
【図１４】実施の形態５にかかる圧電振動子を一面側及び他面側から見た状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１圧電振動子
２振動体
２ａ振動体の一面
２ｂ分極反転領域（表面領域の一部）
３駆動用電極（交差指電極）
４検出用電極（交差指電極）
１０振動ジャイロ
２０ビデオカメラ（電子機器）
Ｘ振動体の分極方向Ｘ
Ｙ分極反転方向[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibrator, a vibrating gyroscope, and an electronic device, and more particularly, to a polarization structure of a piezoelectric vibrator.
[0002]
[Prior art]
Among the piezoelectric vibrators used for a vibrating gyroscope and the like, lithium niobate (LiNbO ₃ ) And lithium tantalate (LiTaO) ₃ ), The piezoelectric single crystal is used as the vibrator. In these piezoelectric single crystals, the polarization direction of the portion subjected to the heat treatment is not the same as the polarization direction of the piezoelectric single crystal itself by only performing a certain kind of heat treatment without forcibly applying an electric field from the outside. It is known to change to a different direction, for example, a reversed direction.
[0003]
At this time, as the heat treatment for inverting the polarization direction, a method of heating the piezoelectric single crystal in an atmosphere of about 1100 ° C., a method of forming a titanium (Ti) film on the surface of the piezoelectric single crystal, and then in an atmosphere of about 1000 ° C. A method of diffusing Ti or a method of performing proton exchange of a piezoelectric single crystal and then heating in an atmosphere of about 600 ° C. is well known. Therefore, in the conventional piezoelectric vibrator, the polarization direction of the piezoelectric single crystal polarized in the thickness direction is reversed, and a region in which the polarization direction is reversed (hereinafter, referred to as a domain-inverted region) is placed inside the vibrator. It has been practiced to realize the intended purpose by forming (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-1-73810
[Patent Document 2]
JP-A-3-106083
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the piezoelectric vibrator according to the related art, the following inconvenience is caused. In other words, in order to control the depth of the domain-inverted region inside the vibrating body made of the piezoelectric single crystal, the atmosphere and temperature during the heat treatment operation must be strictly controlled. If the domain-inverted region is formed to a certain depth, a large amount of heat treatment time is required. Accordingly, the depth of the domain-inverted region in each vibrator tends to vary, and as a result, the vibration characteristics of the piezoelectric vibrator fluctuate and the processing cost increases.
[0006]
The present invention has been made in view of such inconvenience, and it is not necessary to strictly control the depth of a domain-inverted region, and realizes a significant shortening of a heat treatment operation time for changing or reversing the polarization direction. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric vibrator capable of realizing a large reduction in processing cost. It is another object of the present invention to provide a vibrating gyroscope using the piezoelectric vibrator and an electronic device using the vibrating gyroscope.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A piezoelectric vibrator according to the first aspect of the present invention includes a vibrating body made of a piezoelectric single crystal polarized in a direction parallel to one surface and a plurality of interdigital electrodes formed on at least one surface of the vibrating body. A part of the surface area of the vibrating body located between the electrodes is polarized in a direction different from the polarization direction of the vibrating body itself.
[0008]
A piezoelectric vibrator according to a second aspect of the present invention is the piezoelectric vibrator according to the first aspect, wherein the vibrating body has a columnar shape polarized in a longitudinal direction, and is located between the interdigital electrodes. A part of the surface area of the vibrating body is polarized in a direction opposite to a polarization direction of the vibrating body itself.
[0009]
A piezoelectric vibrator according to a third aspect of the present invention is the piezoelectric vibrator according to the first aspect, wherein the vibrating body has a tuning fork shape having at least a pair of tuning fork arms polarized in a longitudinal direction. A part of the surface area of the vibrating body located between the interdigital electrodes is polarized in a direction opposite to a polarization direction of the vibrating body itself.
[0010]
A piezoelectric vibrator according to a fourth aspect of the present invention is the piezoelectric vibrator according to the second or third aspect, wherein the surface area of the vibrating body that is polarized in the longitudinal direction and the surface area of which the polarization direction is reversed are: It is characterized by being arranged at every alternate position.
[0011]
A piezoelectric vibrator according to a fifth aspect of the present invention is the piezoelectric vibrator according to any one of the first to fourth aspects, wherein a surface region in which the polarization direction is different or inverted has a temperature not exceeding the Curie point. It is a region where titanium diffusion by heat treatment is performed.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric vibrator according to any one of the first to fourth aspects, wherein a surface region having a different or inverted polarization direction has a Curie point after performing proton exchange. Is a region where heat treatment is performed at a temperature not exceeding.
[0013]
A piezoelectric vibrator according to a seventh aspect of the present invention is the piezoelectric vibrator according to any one of the first to sixth aspects, wherein at least one of the interdigital electrodes is a driving electrode, and at least two Is a detection electrode.
[0014]
The piezoelectric vibrator according to claim 8 is the piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the interdigital electrodes is a driving electrode, and at least one Is a detection electrode, and at least one is a reference electrode.
[0015]
The piezoelectric vibrator according to the ninth aspect of the present invention is the piezoelectric vibrator according to any one of the first to sixth aspects, wherein at least one of the interdigital electrodes is a driving electrode, and at least one of the interdigital electrodes is a driving electrode. Is a detection electrode, at least one is a reference electrode, and at least one is a feedback electrode.
[0016]
The piezoelectric vibrator according to claim 10 is the piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 6, wherein the interdigital electrodes are formed on both opposing surfaces of the vibrator, and The drive electrode and the feedback electrode are formed on one surface of the vibrator, and the detection electrode is formed on the other surface of the vibrator, and the reference electrode is on both surfaces of the vibrator. It is characterized by being formed.
[0017]
A vibrating gyroscope according to an eleventh aspect of the present invention is characterized by being configured using the piezoelectric vibrator according to any one of the first to tenth aspects.
[0018]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus configured using the vibrating gyroscope according to the eleventh aspect.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the piezoelectric vibrator according to the first embodiment, FIG. 2 is a plan view showing the piezoelectric vibrator viewed from one side, and FIG. 3 is a domain-inverted region in the piezoelectric vibrator. FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a procedure for forming an interdigital electrode. FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of a vibrating gyroscope using a piezoelectric vibrator, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing a video camera as an example of an electronic device using the vibrating gyroscope.
[0021]
The piezoelectric vibrator 1 according to the first embodiment is made of lithium niobate (LiNbO ₃ ) Or lithium tantalate (LiTaO) ₃ ), That is, a quadrangular prism-shaped vibrating body 2 made of a piezoelectric single crystal, one driving electrode 3 and two detecting electrodes 4 formed on one surface 2 a thereof, and vibration of the vibrating body 2. And three support members 5, 6 mounted near the node. At this time, each of the drive electrode 3 and the detection electrode 4 is formed along the longitudinal direction of the vibrating body 2 and is a comb-shaped interdigital electrode which enters each other and faces each other. The electrodes 3 and 4 are formed by sputtering, vapor deposition, or lift-off of a conductive material, for example, gold (Au) on one surface 2a of the vibrating body 2.
[0022]
The land portions 3a and 4a of the drive electrode 3 and the detection electrode 4 which are interdigital electrodes extend to the vicinity of the vibration node of the vibrator 2, and are made of a conductive material such as an Fe-Ni alloy or phosphor bronze. Each of the supporting members 5 and 6 is separately connected to each of the lands 3a and 4a to conduct. Here, the support member 5 electrically connects the drive electrode 3 and the drive circuit, and the support member 6 electrically connects the detection electrode 4 and the detection circuit. Further, these support members 5 and 6 are to be fixed by a substrate, a housing, or the like that supports the piezoelectric vibrator 1, and as a result, the piezoelectric vibrator 1 is supported so as to be able to vibrate.
[0023]
Furthermore, the vibrating body 2 at this time is polarized in a direction parallel to the entire surface 2a and also in a direction parallel to the longitudinal direction of the vibrating body 2. However, the driving electrode 3 and the detecting electrode As shown in the enlarged plan view (A) and the enlarged cross-sectional view (B) of FIG. The surface region 2b is polarized in the direction opposite to the polarization direction X, that is, in the polarization inversion direction Y. That is, in the vibrating body 2, a surface region 2 c that is polarized in the longitudinal direction of the vibrating body 2 that matches the polarization direction X of the vibrating body 2 itself, and a surface region that is polarized in the polarization inversion direction Y, so-called polarization The inversion region 2b is disposed at each of the alternate positions between the driving electrode 3 and the detection electrode 4.
[0024]
Therefore, in the piezoelectric vibrator 1 according to the present embodiment, when an AC voltage is applied between the driving electrode 3 and the detection electrode 4 both of which are interdigital electrodes, the piezoelectric vibrator 1 in the direction orthogonal to the one surface 2a of the vibrating body 2 is formed. Both ends open bending vibration occurs. The vibration mechanism at this time is known in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-151552. Further, in the piezoelectric vibrator 1 according to the present embodiment, the vibrating body 2 has a quadrangular prism shape. However, the vibrating body 2 only needs to have a column shape, and may have a cylindrical shape or a polygonal shape.
[0025]
In the present embodiment, a part of the surface area of the vibrating body 2 is polarized in a direction opposite to the polarization direction X of the vibrating body 2. May be merely different from the polarization direction X. That is, even if the polarization direction X in a part of the surface region is made different from that of the other surface region, one surface of the vibrating body 2 is applied as an AC voltage is applied between the drive electrode 3 and the detection electrode 4. This is because both ends open bending vibration occurs in the direction orthogonal to 2a. Further, in the present embodiment, one drive electrode 3 and two detection electrodes 4 are formed, but more drive electrodes 3 and detection electrodes 4 may be formed. It is possible. The same applies to other embodiments described later.
[0026]
Next, a first procedure for forming the domain-inverted regions 2b in the vibrating body 2 of the piezoelectric vibrator 1 and the interdigital electrodes serving as the driving electrodes 3 and the detecting electrodes 4 will be described with reference to FIG. . First, as shown in FIG. 3A, LiNbO cut so that the polarization direction X is perpendicular to the cross-sectional direction. ₃ A single crystal wafer W is prepared, and a titanium (Ti) film 8 is formed by lift-off or the like in each region desired to be a domain-inverted region 2b on one surface of the wafer W as shown in FIG. .
[0027]
This wafer W is placed in a diffusion furnace and heat-treated for several hours in an atmosphere of about 1000 ° C., as shown in FIG. 3C, the Ti diffusion region 9, that is, the Ti diffusion Accordingly, a domain-inverted region 2b polarized in the domain-inverted direction Y is formed. The heat treatment at this time is performed at a temperature not exceeding the Curie point.
[0028]
Subsequently, an appropriate position on one surface of the wafer W is selected, and as shown in FIG. 3D, a plurality of interdigital electrodes serving as the drive electrode 3 and the detection electrode 4 are formed by lift-off of Au or the like. . Thereafter, as shown in FIG. 3 (E), when the wafer W is diced along the dicing line C, a main body portion of the piezoelectric vibrator 1 as shown in FIG. 3 (F), that is, a domain-inverted region 2b is formed. In addition, the vibrating body 2 formed with the interdigital electrodes serving as the driving electrodes 3 and the detecting electrodes 4 is cut out.
[0029]
Further, the procedure for forming the domain-inverted region 2b and the interdigital electrode is not limited to the first procedure described above, and although not shown, the following second procedure may be employed. It is. That is, in this second procedure, the LiNbO cut so that the polarization direction X is perpendicular to the cross-sectional direction ₃ Then, a mask made of Ta, NiCr, Au, or the like is formed on a surface region other than a region to be the domain-inverted region 2b on one surface of the wafer W made of single crystal. Next, the wafer W on which the mask is formed is immersed in benzoic acid, pyrophosphoric acid, or the like heated to about 220 ° C., and selectively proton-exchanges the surface region to be the domain-inverted region 2b.
[0030]
Further, when the wafer W after removing the mask is put into a diffusion furnace and heat-treated in an atmosphere of about 600 ° C., the polarization direction of the proton-exchanged surface region is reversed, and the domain-inverted region 2b is formed. The heat treatment at this time is also performed at a temperature not exceeding the Curie point. Thereafter, when a plurality of interdigital electrodes to be the driving electrodes 3 and the detecting electrodes 4 are formed on one surface of the wafer W and then diced, the main body of the piezoelectric vibrator 1 is cut out.
[0031]
When the domain-inverted region 2b is formed according to these procedures, it is only necessary to execute the domain-inverted process for only the surface region, so that it is possible to shorten the working time and reduce the processing cost.
[0032]
By the way, a vibrating gyroscope is constituted by using the piezoelectric vibrator 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the vibrating gyroscope 10 detects the vibration via each supporting member 6 which is a lead. Each land 4a of the electrode 4 is connected to each of the adder circuit 11 and the differential circuit 12. The adder circuit 11 is sequentially connected to each of the AGC circuit 13 and the phase circuit 14, and the phase circuit 14 is connected to the land 3a of the driving electrode 3 via the support member 5. ing.
[0033]
Further, the differential circuit 12 is connected to the output terminal 18 via the detection circuit 15, the smoothing circuit 16, and the amplifier circuit 17 in order. That is, a closed-loop self-excited oscillation circuit is constituted by the piezoelectric vibrator 1, the adder circuit 11, the AGC circuit 13, and the phase circuit 14 at this time. As a result, the piezoelectric vibrator 1 is connected to one surface 2a of the vibrating body 2. It bends and vibrates in the orthogonal direction. At this time, when an angular velocity whose rotation axis is the longitudinal direction of the vibrator 2 is applied to the piezoelectric vibrator 1 undergoing bending vibration, the piezoelectric vibrator 1 is moved in the width direction by the action of Coriolis force, that is, the vibrator 2 vibrates in a direction perpendicular to the longitudinal direction and parallel to the one surface 2a.
[0034]
When the piezoelectric vibrator 1 vibrates in the width direction, the detection electrode 4 outputs a signal having the same phase based on the bending vibration and a signal having a phase inverted based on the Coriolis force, respectively. From the differential circuit 12, only a signal based on the Coriolis force is extracted. The signal extracted from the differential circuit 12 is detected by a detection circuit 15, smoothed by a smoothing circuit 16, amplified by an amplifier circuit 17, and output as a DC voltage corresponding to the magnitude of the Coriolis force. 18 output. Therefore, the magnitude of the Coriolis force can be determined based on the magnitude of the DC voltage output from the output terminal 18, and thus the magnitude of the applied angular velocity can be determined.
[0035]
Further, an electronic device is constituted by using the vibrating gyroscope 10. As an example, there is a video camera 20 which is simplified in FIG. That is, the video camera 20 uses the vibration gyro 10 for camera shake correction, and the vibration gyro 10 is built in the main body of the video camera 20. Note that such an electronic device is not limited to the video camera 20 alone, but may be an electronic device such as a digital camera that uses the vibration gyro 10 for camera shake correction, a navigation system that uses position detection, or a vehicle rollover detection system. Needless to say, it may be a device.
[0036]
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a plan view showing a state where the piezoelectric vibrator according to the second embodiment is viewed from one surface side, and FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration of a vibration gyro using the piezoelectric vibrator. 6 and 7, the same or corresponding parts and portions as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0037]
The piezoelectric vibrator 21 according to the second embodiment is made of LiNbO ₃ Or LiTaO ₃ And a frame-shaped base body 25 that is arranged with a space 23 therebetween and connected to the vibrator 22 via a bridge-shaped support portion 24. I have it. At this time, one drive electrode 3, two detection electrodes 4, and one reference electrode 26 are formed on one surface 22 a of the vibrating body 22, respectively. Each of the combs 4 and 26 is a comb-shaped interdigital electrode that is formed along the longitudinal direction of the vibrating body 22 and then enters each other to face each other. The reference numeral 26a in FIG. 6 indicates a land portion of the reference electrode 26.
[0038]
Further, although the entire vibrating body 22 is polarized in a direction parallel to the one surface 22a, the vibrating body 22 is interposed between the driving electrode 3 and the detecting electrode 4 and the interdigital electrode serving as the reference electrode 26. 6, a part of the surface region is in a direction opposite to the polarization direction X of the vibrating body 22 itself, that is, in the polarization inversion direction Y, as shown in the enlarged plan view (A) appended in FIG. It is to be a polarized surface region 22b. That is, in the vibrating body 22, a surface region 22c that remains polarized in the longitudinal direction corresponding to the polarization direction X of the vibrating body 22 itself, and a surface region that is polarized in the polarization inversion direction Y, a so-called polarization inversion region 22b. , The drive electrode 3 and the detection electrode 4 and the reference electrode 26 are arranged at alternate positions.
[0039]
The procedure for forming the domain-inverted regions 22b and the interdigital electrodes is the same as in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted. In addition, the vibrating body 22, the support portion 24, and the base body 25 included in the piezoelectric vibrator 21 according to the present embodiment are integrally formed by etching after the completion of the polarization reversal process. After the interdigital electrodes are formed, the wafer is cut out in a lump as the wafer is diced.
[0040]
In the case of such a configuration, since the vibrating body 22 is surrounded by the base body 25 via the space 23, the resonance characteristics of the piezoelectric vibrator 1 are hardly affected by the outside. The advantage that it becomes becomes secure.
[0041]
Further, a vibrating gyroscope is formed even by using the piezoelectric vibrator 21. As shown in FIG. 7, in the vibrating gyroscope 28, each of the detection electrodes 4 passes through a charge amplifier circuit 29, respectively. It is connected to each of the adder circuit 11 and the differential circuit 12. As in the first embodiment, the adder circuit 11 is connected to each of the AGC circuit 13 and the phase circuit 14 in order, and the phase circuit 14 is connected to the driving electrode 3. On the other hand, the differential circuit 12 in this case is also connected to the output terminal 18 via the detection circuit 15, the smoothing circuit 16, and the amplifier circuit 17 in this order, as in the first embodiment.
[0042]
Therefore, in the vibrating gyroscope 28 having such a circuit configuration, the angular velocity applied to the piezoelectric vibrator 21 during the bending vibration, that is, the angular velocity applied using the longitudinal direction of the vibrating body 22 as the axis of rotation. Is detected. In the vibration gyro 28, the charge amplifier circuit 29 is used. However, it is not always necessary to use the charge amplifier circuit 29, and it is needless to say that the charge amplifier circuit 29 may not be used. Further, by using the vibrating gyroscope 28, it is possible to configure an electronic device such as the video camera 20, as in the first embodiment.
[0043]
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a plan view showing a state where the piezoelectric vibrator according to the third embodiment is viewed from one surface side, and FIG. 9 is a block diagram showing a circuit configuration of a vibrating gyroscope using the piezoelectric vibrator. 8 and 9, the same or corresponding parts and portions as those in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0044]
The piezoelectric vibrator 31 according to the third embodiment is made of LiNbO ₃ Or LiTaO ₃ And a frame-shaped base body 35 that is arranged with a space 33 interposed therebetween and connected to the vibrator 32 via a bridge-shaped support portion 34. I have it. Then, on one surface 32a of the vibrating body 32 at this time, one driving electrode 3, one detection electrode 4, one reference electrode 26, and one feedback electrode 36 are formed. These electrodes 3, 4, 26, and 36 are to be interdigital electrodes. Reference numeral 36a in FIG. 8 indicates a land portion of the feedback electrode 36.
[0045]
Further, although the entire vibrating body 32 is polarized in a direction parallel to the one surface 32a, the vibrating body 32 is located between each of the driving electrode 3 and the feedback electrode 36 and the interdigital electrode serving as the reference electrode 26. As shown in the enlarged plan view (A) in FIG. 8, a part of the surface region located in the direction of the polarization direction X of the vibrating body 32 itself, that is, the polarization inversion direction Y It is to be a polarized surface region 32b. At this time, a part of the surface area located between each of the bisected detection electrodes 4 and the interdigital electrode serving as the reference electrode 26 is also an enlarged plan view (B) in FIG. As shown by, the surface region 32c is polarized in the polarization inversion direction Y.
[0046]
That is, in the vibrating body 32, a surface region 32d that is still polarized in the longitudinal direction corresponding to the polarization direction X of the vibrating body 32 itself, and a surface region that is polarized in the polarization inversion direction Y, so-called polarization inversion regions 32b and 32c Are disposed at each of alternating positions between the driving electrode 3 and the feedback electrode 36 and the reference electrode 26, and at each of the alternating positions between the detection electrode 4 and the reference electrode 26. Have been. At this time, as shown in an enlarged plan view (B) in FIG. 8, the domain-inverted regions 32c between each of the bisected detection electrodes 4 and the reference electrode 26 are mutually connected. It is arranged at every alternate position.
[0047]
The procedure for forming the domain-inverted regions 32b and 32c and the interdigital electrodes is the same as that in the first embodiment, and it is also described in the second embodiment that the vibrating body 32, the support portion 34, and the base body 35 are integrally formed. Since it is the same as 2, the detailed description is omitted here. Further, a vibrating gyroscope is also formed by using the piezoelectric vibrator 31.
[0048]
That is, in the vibrating gyroscope 38 at this time, as shown in FIG. 9, the feedback electrode 36 is sequentially connected to each of the AGC circuit 13 and the phase circuit 14 via the charge amplifier circuit 29. The circuit 14 is connected to the driving electrode 3. On the other hand, the detection electrode 4 is connected to each of the charge amplifier circuit 29, the detection circuit 15, the smoothing circuit 16, and the amplifier circuit 17 in that order, and is also connected to the output terminal 18.
[0049]
In the vibration gyro 38 having such a circuit configuration, the magnitude of the angular velocity applied to the piezoelectric vibrator 31 during the bending vibration, that is, the magnitude of the angular velocity applied with the longitudinal direction of the vibrating body 32 as the axis of rotation. Is detected. It is needless to say that an electronic device using the vibrating gyroscope 38, for example, a video camera 20 similar to that of the first embodiment can be configured.
[0050]
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a perspective view showing the structure of the piezoelectric vibrator according to the fourth embodiment, FIG. 11 is a plan view showing the piezoelectric vibrator viewed from one side, and FIG. It is a top view showing the state where the child was seen from one side. 10 to 12, the same or corresponding parts and portions as those in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0051]
As shown in FIGS. 10 and 11, the piezoelectric vibrator 41 according to the fourth embodiment has a LiNbO ₃ Or LiTaO ₃ And the like. The vibrating body 42 has a pair of tuning fork arms 43 and 44. On one surface 43a, 44a of each of the tuning fork arms 43, 44, one drive electrode 3 and two detection electrodes 4 are formed, and these electrodes 3, 4 are arranged in the longitudinal direction of the tuning fork arms 43, 44. Are formed along with each other, and are interdigitated electrodes in the shape of a comb tooth that enter each other and face each other.
[0052]
At this time, the tuning fork arms 43 and 44 of the vibrating body 42 are entirely polarized in a direction parallel to the surfaces 43a and 44a, and are the driving electrode 3 and the detection electrode 4. A part of the surface area located between the interdigital electrodes is a direction in which the polarization direction X of the tuning fork arms 43 and 44 is reversed, that is, a surface area polarized in the polarization inversion direction Y. Domain-inverted regions 43b and 44b. By the way, the procedure for forming the interdigital electrode and the domain-inverted regions 43b and 44b at this time is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
[0053]
That is, in the vibrating body 42, the surface regions 43c and 44c which are polarized in the longitudinal direction corresponding to the polarization direction X of the tuning fork arms 43 and 44 themselves, and the surface regions which are polarized in the polarization inversion direction Y, so-called polarization inversion. The regions 43b and 44b are arranged at alternate positions between the driving electrode 3 and the detecting electrode 4. In FIGS. 10 and 11, reference numeral 3a denotes a land portion of the drive electrode 3, and reference numeral 4a denotes a land portion of the detection electrode 4.
[0054]
Further, a vibration gyro can be configured by using the piezoelectric vibrator 41 according to the present embodiment. The description of the vibration gyro using the piezoelectric vibrator 41 is omitted, but is shown in FIG. It has the same circuit configuration as the vibration gyro 10 according to the first embodiment. Furthermore, by using a vibrating gyroscope including the piezoelectric vibrator 41, it is possible to configure an electronic device such as the video camera 20, as in the first embodiment.
[0055]
By the way, in the piezoelectric vibrator 41 according to the fourth embodiment, one drive electrode 3 and two detection electrodes 4 are formed on one surface 43a, 44a of each of a pair of tuning fork arms 43, 44 of the vibrating body 42. However, like the piezoelectric vibrator 45 according to the modification shown in FIG. 12, one driving electrode 3, two detection electrodes 4, and one reference electrode 26 may be formed. . In this case, each of the drive electrode 3, the detection electrode 4, and the reference electrode 26 is formed along the longitudinal direction of the tuning fork arms 43, 44, and further enters each other and faces each other. It is a tooth-shaped interdigital electrode. Reference numeral 26 a in FIG. 12 denotes a land portion of the reference electrode 26.
[0056]
The tuning fork arms 43 and 44 of the vibrating body 42 are respectively polarized in a direction parallel to the surfaces 43a and 44a, but each of the drive electrode 3 and the detection electrode 4 and the reference electrode 26 are used. Part of the surface region located between certain interdigital electrodes is in a direction opposite to the polarization direction X of the tuning fork arms 43 and 44 themselves, that is, the surface regions 43b and 44b polarized in the polarization inversion direction Y. meant to be.
[0057]
That is, in these tuning fork arms 43 and 44, surface regions 43c and 44c that are polarized in the longitudinal direction corresponding to the polarization direction X of the tuning fork arms 43 and 44 themselves, and surface regions that are polarized in the polarization inversion direction Y, so-called. The domain-inverted regions 43b and 44b are arranged at alternate positions between each of the drive electrode 3 and the detection electrode 4 and the reference electrode 26.
[0058]
Note that it is also possible to configure a vibration gyro by using the piezoelectric vibrator 45 according to this modified example, and to configure an electronic device using the vibration gyro. In this case, the vibration gyro is shown in FIG. It has the same circuit configuration as the vibration gyro 28 according to the second embodiment. Further, in the present embodiment and the modified example, the vibrating body 42 has the pair of tuning fork arms 43 and 44. However, the number of tuning fork arms is not limited to two, and may be three or four. Of course, it may be possible.
[0059]
(Embodiment 5)
FIG. 13 is a perspective view showing the structure of the piezoelectric vibrator according to the fifth embodiment, and FIG. 14 is a plan view showing the state of the piezoelectric vibrator viewed from one side and the other side. 13 and 14, the same or corresponding parts and portions as those in FIGS. 1 to 12 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0060]
The piezoelectric vibrator 51 according to the fifth embodiment is made of LiNbO. ₃ Or LiTaO ₃ And the like. The vibrating body 42 has a pair of tuning fork arms 43 and 44. On one surface (front surface) 43a, 44a of each of the tuning fork arms 43, 44, one driving electrode 3 and one feedback electrode 36 are formed, and the other surface (back surface) 43d, One detection electrode 4 is formed on 44d, and one reference electrode continuously folded back through the end surface on both front and back surfaces 43a, 44a, 43d, 44d of each tuning fork arm 43, 44. Electrodes 26 are formed.
[0061]
Further, at this time, each of the drive electrode 3, the detection electrode 4, the reference electrode 26, and the feedback electrode 36 is formed along the longitudinal direction of the tuning fork arms 43 and 44, and then enters the comb. It is a tooth-shaped interdigital electrode. Each of the lands 3a, 4a, 26a, and 36a of each of the electrodes 3, 4, 26, and 36 has one surface (surface) of the vibrating body 42 on the same surface where the driving electrode 3 and the feedback electrode 36 are formed. ) 42a.
[0062]
Further, each of the tuning fork arms 43 and 44 is entirely polarized in a direction parallel to the surfaces 43a and 44a, and includes the drive electrode 3, the feedback electrode 36, and the reference electrode 26. A part of the surface area located between the interdigital electrodes is a direction opposite to the polarization direction X of each tuning fork arm 43, 44 itself, that is, the surface areas 43b, 44b polarized in the polarization inversion direction Y. It is supposed to be. That is, on one surface 43a, 44a of each of these tuning fork arms 43, 44, surface regions 43c, 44c that are polarized in the longitudinal direction corresponding to the polarization direction X of the tuning fork arms 43, 44, and are polarized in the polarization inversion direction Y. The domain-inverted regions 43b and 44b are disposed at alternate positions of the driving electrode 3, the feedback electrode 36, and the reference electrode 26.
[0063]
On the other hand, a part of the surface area located between the intersecting finger electrodes which are the detection electrode 4 and the reference electrode 26 formed on the other surfaces 43d and 44d of the tuning fork arms 43 and 44, respectively, The surface regions 43b and 44b are polarized in the direction opposite to the polarization direction X of the tuning fork arms 43 and 44 themselves, that is, in the polarization inversion direction Y. Therefore, on the other surfaces 43d and 44d of the tuning fork arms 43 and 44, the surface regions 43c and 44c that are polarized in the longitudinal direction corresponding to the polarization direction X of the tuning fork arms 43 and 44, and are polarized in the polarization inversion direction Y. The domain-inverted regions 43b and 44b are arranged at every alternate position of each of the bisected detection electrodes 4 and the reference electrode 26.
[0064]
In this case, the domain-inverted regions 43b and 44b formed between each of the detection electrodes 4 and the reference electrode 26 are also arranged so as to be alternate with each other. By the way, the procedure for forming the interdigital electrode and the domain-inverted regions 43b and 44b at this time is the same as that of the first embodiment, so that the detailed description is omitted.
[0065]
Further, a vibration gyro can be configured by using the piezoelectric vibrator 51 according to the present embodiment. The description of the vibration gyro using the piezoelectric vibrator 51 will be omitted, but is shown in FIG. It has a circuit configuration similar to that of the vibration gyro 38 according to the third embodiment. Furthermore, by using a vibrating gyroscope including the piezoelectric vibrator 51, an electronic device such as the video camera 20 can be configured.
[0066]
【The invention's effect】
In the piezoelectric vibrator according to the first to tenth aspects of the present invention, it is not necessary to strictly control the depth of the domain-inverted region, and a part of the surface region of the vibrating body made of the piezoelectric single crystal is polarized. Only the inversion region or the polarization difference region is required. Therefore, the operation time required for heat treatment such as polarization reversal processing can be significantly reduced, and the effect of realizing cost reduction while stabilizing the vibration characteristics of the piezoelectric vibrator can be obtained.
[0067]
According to the vibrating gyroscope according to the eleventh aspect, it is possible to realize low cost and high performance by using the above-described piezoelectric vibrator. In the electronic device according to the twelfth aspect of the present invention, the use of the above-mentioned vibrating gyroscope has the effect of realizing low cost and high performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a piezoelectric vibrator according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a state where the piezoelectric vibrator according to the first embodiment is viewed from one surface side.
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a procedure for forming a domain-inverted region and a cross finger electrode of the piezoelectric vibrator according to the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a vibrating gyroscope using the piezoelectric vibrator according to the first embodiment;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a video camera as an example of an electronic device using the vibrating gyroscope according to the first embodiment;
FIG. 6 is a plan view showing a state where the piezoelectric vibrator according to the second embodiment is viewed from one surface side.
FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration of a vibrating gyroscope using the piezoelectric vibrator according to the second embodiment;
FIG. 8 is a plan view showing a state where the piezoelectric vibrator according to the third embodiment is viewed from one surface side.
FIG. 9 is a block diagram showing a circuit configuration of a vibrating gyroscope using the piezoelectric vibrator according to the third embodiment;
FIG. 10 is a perspective view showing a structure of a piezoelectric vibrator according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a plan view showing a state where a piezoelectric vibrator according to a fourth embodiment is viewed from one surface side.
FIG. 12 is a plan view showing a state in which a piezoelectric vibrator according to a modification is viewed from one surface side.
FIG. 13 is a perspective view showing a structure of a piezoelectric vibrator according to a fifth embodiment.
FIG. 14 is a plan view showing a state where the piezoelectric vibrator according to the fifth embodiment is viewed from one surface side and the other surface side.
[Explanation of symbols]
1 Piezoelectric vibrator
2 vibrator
2a One side of vibrator
2b domain-inverted region (part of surface region)
3 Driving electrode (cross finger electrode)
4 Detection electrode (cross finger electrode)
10 Vibration gyroscope
20 Video cameras (electronic devices)
X Polarization direction of vibrator X
Y polarization reversal direction

Claims

A plurality of interdigital electrodes are formed on at least one surface of a vibrating body made of a piezoelectric single crystal polarized in a direction parallel to one surface, and a surface region of the vibrating body located between the interdigital electrodes is provided. A piezoelectric vibrator characterized in that a part thereof is polarized in a direction different from a polarization direction of the vibrator itself.

The vibrating body has a columnar shape polarized in the longitudinal direction, and a part of the surface area of the vibrating body located between the interdigital electrodes is in a direction opposite to the polarization direction of the vibrating body itself. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is polarized.

The vibrating body has a tuning fork shape having at least a pair of tuning fork arms polarized in a longitudinal direction, and a part of a surface area of the vibrating body located between the interdigital electrodes is the vibrating body itself. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is polarized in a direction opposite to the polarization direction of the piezoelectric vibrator.

4. The piezoelectric device according to claim 2, wherein a surface region of the vibrating body which is polarized in the longitudinal direction and a surface region of which the polarization direction is reversed are arranged at alternate positions. Vibrator.

The surface region where the polarization direction is different or inverted is a region where titanium diffusion is performed by heat treatment at a temperature not exceeding the Curie point, according to any one of claims 1 to 4, wherein Piezoelectric vibrator.

The surface region where the polarization direction is different or inverted is a region where heat treatment is performed at a temperature not exceeding the Curie point after proton exchange is performed. A piezoelectric vibrator according to any one of the above.

The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein at least one of the interdigital electrodes is a driving electrode, and at least two are detection electrodes.

7. The electrode according to claim 1, wherein at least one of the interdigital electrodes is a drive electrode, at least one is a detection electrode, and at least one is a reference electrode. A piezoelectric vibrator according to any one of the above.

At least one of the interdigital electrodes is a drive electrode, at least one is a detection electrode, at least one is a reference electrode, and at least one is a feedback electrode. The piezoelectric vibrator according to claim 1.

The interdigital electrodes are formed on opposing surfaces of the vibrating body, the driving electrode and the feedback electrode are formed on one surface of the vibrating body, and the detection electrode is provided on the other side of the vibrating body. The piezoelectric vibrator according to claim 3, wherein the reference electrode is formed on both surfaces of the vibrating body while being formed on a surface.

A vibrating gyroscope comprising the piezoelectric vibrator according to claim 1.

An electronic device comprising the vibrating gyroscope according to claim 11.