JP3232791B2 - 振動ジャイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特に、１つの軸を中心とする回転角速度とその軸に平行
しない他の軸を中心とする回転角速度とを検出すること
ができ、たとえば、ビデオカメラやカメラの手振れなど
を検出するために用いられる、振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビデオカメラの手振れを検出する
ためには、図８に示すように、ビデオカメラのレンズ１
に対向するＣＣＤ素子２の主面に平行する平面内におけ
るＸ軸およびＸ軸に直交するＹ軸を中心とするそれぞれ
の回転角速度を検出するために、２つの振動ジャイロ３
および４が用いられている。この場合、２つの振動ジャ
イロ３および４は、それらの中心軸がＸ軸およびＹ軸に
それぞれ平行するように配置される。そして、一方の振
動ジャイロ３でＸ軸を中心とする回転角速度が検出さ
れ、他方の振動ジャイロ４でＹ軸を中心とする回転角速
度が検出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図８に示す
従来技術では、一方の振動ジャイロ３の駆動信号の周波
数と他方の振動ジャイロ４の駆動信号の周波数とを異な
った周波数にすればもちろんのこと、それらの周波数を
同じ周波数にしても、温度変化などによって、それらの
振動ジャイロ３および４が異なった周波数で振動し、そ
れらの振動ジャイロ３および４の間でうなりを生じ、そ
のうなりが各振動ジャイロ３および４からの回転角速度
を検出するための出力に重畳されるため、Ｘ軸を中心と
する回転角速度およびＹ軸を中心とする回転角速度を正
確に検出することができない。そのため、この従来技術
では、ビデオカメラの手振れ補正機構を誤動作してしま
うおそれがある。

【０００４】さらに、図８に示す従来技術では、２つの
振動ジャイロが別々に配置されるため、位置決めが煩雑
であり、それぞれの振動ジャイロの回路部品が別々に必
要であるだけでなく、実装面積も大きい。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、実
装面積が小さく、かつ、互いに平行しない２つの軸を中
心とするそれぞれの回転角速度を検出することができ
る、振動ジャイロを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる第１の
振動ジャイロは、柱状の第１の振動体と、その中心軸が
第１の振動体の中心軸に平行しないように、その側面の
中間部が第１の振動体の側面の中間部に接合される柱状
の第２の振動体と、第１の振動体と第２の振動体との接
合面に対して互いに対称に傾斜する第１の振動体の側面
の２箇所部分に形成される２つの第１の圧電素子と、第
１の振動体と第２の振動体の接合面に対して互いに対称
に傾斜する第２の振動体の側面の２箇所部分に形成され
る２つの第２の圧電素子とを含む、振動ジャイロであ
る。

【０００７】この発明にかかる第２の振動ジャイロは、
柱状の第１の振動体と、その中心軸が第１の振動体の中
心軸に平行しないように、その稜線の中間部が第１の振
動体の稜線の中間部に接合される柱状の第２の振動体
と、第１の振動体の稜線と第２の振動体の稜線とに平行
する平面に対して互いに対称に傾斜する第１の振動体の
側面の２箇所部分に形成される２つの第１の圧電素子
と、その平面に対して互いに対称に傾斜する第２の振動
体の側面の２箇所部分に形成される２つの第２の圧電素
子を含む、振動ジャイロである。

【０００８】

【作用】第１の振動ジャイロにおいて、２つの第１の圧
電素子および２つの第２の圧電素子に駆動信号を入力す
れば、第１の振動体および第２の振動体は、それぞれ第
１の振動体と第２の振動体との接合面に直交する方向に
振動する。その状態で、第１の振動体の中心軸を中心に
して振動ジャイロを回転すれば、コリオリ力によって第
１の振動体の振動方向が変わり、２つの第１の圧電素子
間にその回転角速度に応じた信号が発生する。また、第
２の振動体の中心軸を中心にして振動ジャイロを回転す
れば、コリオリ力によって第２の振動体の振動方向が変
わり、２つの第２の圧電素子間にその回転角速度に応じ
た信号が発生する。

【０００９】第２の振動ジャイロにおいて、２つの第１
の圧電素子および２つの第２の圧電素子に駆動信号を入
力すれば、第１の振動体および第２の振動体は、それぞ
れ第１の振動体の稜線と第２の振動体の稜線とに平行す
る平面に直交する方向に振動する。その状態で、第１の
振動体の中心軸を中心にして振動ジャイロを回転すれ
ば、コリオリ力によって第１の振動体の振動方向が変わ
り、２つの第１の圧電素子間にその回転角速度に応じた
信号が発生する。また、第２の振動体の中心軸を中心に
して振動ジャイロを回転すれば、コリオリ力によって第
２の振動体の振動方向が変わり、２つの第２の圧電素子
間にその回転角速度に応じた信号が発生する。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、第１の振動体の中心
軸を中心とする回転角速度と第２の振動体の中心軸を中
心とする回転角速度とを検出することができる、振動ジ
ャイロが得られる。この場合、第１の圧電素子および第
２の圧電素子に同じ周波数の駆動信号を入力すれば、第
１の振動体と第２の振動体とが同じ周波数で振動し、そ
れらの間にうなりが生じない。そのため、第１の振動体
および第２の振動体の中心軸を中心とするそれぞれの回
転角速度を正確に検出することができる。したがって、
この発明にかかる振動ジャイロを用いれば、ビデオカメ
ラの手振れ補正機構を誤動作しにくくできる。

【００１１】さらに、この発明によれば、第１の振動体
と第２の振動体とが接合されているので、２つの振動ジ
ャイロを別々に配置する従来技術に比べて、実装面積が
小さくなる。

【００１２】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１３】

【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視
図であり、図１（Ｂ）はその正面図である。この振動ジ
ャイロ１０は、たとえば３角柱状の第１の振動体１２ａ
および第２の振動体１２ｂを含む。第１の振動体１２ａ
および第２の振動体１２ｂは、それぞれ、たとえば、エ
リンバ，４２Ｎｉ合金などの金属材料で形成される。な
お、第１の振動体１２ａおよび第２の振動体１２ｂは、
金属材料以外に、たとえば、石英，ガラス，水晶，セラ
ミックなどの一般的に機械的な振動を生じる材料で形成
されてもよい。

【００１４】第１の振動体１２ａおよび第２の振動体１
２ｂは、図２（Ａ），図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示
すように、それらの側面の中央部を、たとえばたとえ
ば、銀ろう、はんだまたは接着剤で接着し、あるいは溶
着することによって、接合される。この場合、第１の振
動体１２ａおよび第２の振動体１２ｂは、それらの接合
面の周囲を規定する第１の振動体１２ａの稜線と第２の
振動体１２ｂの稜線とが直交するように接合される。し
たがって、第１の振動体１２ａおよび第２の振動体１２
ｂの中心軸は、互いに平行しないねじれの位置にある。
なお、第１の振動体１２ａおよび第２の振動体１２ｂ
は、それらが金属材料以外の材料で形成される場合に
は、接着剤で接着することによって、あるいは溶接する
ことによって接合される。

【００１５】第１の振動体１２ａの他の２つの側面の中
央部には、２つの第１の圧電素子１４ａ，１４ａがそれ
ぞれ形成される。第１の圧電素子１４ａは、特に図２
（Ｂ）に示すように、たとえばセラミックからなる圧電
体層１６ａを含み、この圧電体層１６ａの両主面には、
電極１８ａおよび２０ａがそれぞれ形成されている。ま
た、圧電体層１６ａは、電極１８ａから電極２０ａへの
厚み方向に分極処理されている。そして、電極２０ａ
が、第１の振動体１２ａの側面に接着される。

【００１６】さらに、第２の振動体１２ｂの他の２つの
側面の中央部には、２つの第２の圧電素子１４ｂ，１４
ｂがそれぞれ形成される。第２の圧電素子１４ｂは、特
に図２（Ｃ）に示すように、圧電体層１６ｂと圧電体層
１６ｂの両主面に形成される電極１８ｂおよび２０ｂと
を含み、圧電体層１６ｂは、電極１８ｂから電極２０ｂ
への厚み方向に分極処理されている。そして、電極２０
ｂが、第２の振動体１２ｂの側面に接着される。

【００１７】また、接合された第１の振動体１２ａおよ
び第２の振動体１２ｂは、図１（Ａ）および図１（Ｂ）
に示すように、支持部材３０で支持される。

【００１８】支持部材３０は、２枚の支持板３２ａおよ
び３２ｂを含む。これらの支持板３２ａおよび３２ｂの
一方主面には、２枚の金属板３４ａおよび３４ｂがそれ
ぞれ接着される。これらの金属板３４ａおよび３４ｂの
中央部は、たとえば中空半円球状の突起３６ａおよび３
６ｂとしてそれぞれ形成される。そして、それらの突起
３６ａおよび３６ｂが第１の振動体１２ａおよび第２の
振動体１２ｂの高さとほぼ同じ間隔を隔てて対向するよ
うに、支持板３２ａおよび金属板３４ａと支持板３２ｂ
および金属板３４ｂとが、４本の支柱３８ａ，３８ｂ，
３８ｃおよび３８ｄで接続される。この場合、４本の支
柱３８ａ〜３８ｄの両端部は、支持板３２ａおよび３２
ｂと金属板３４ａおよび３４ｂとに挿通され、それらに
接着される。

【００１９】そして、２つの第１の圧電素子１４ａ，１
４ａの間の第１の振動体１２ａの稜線の中央部が金属板
３４ａの突起３６ａに、２つの第２の圧電素子１４ｂ，
１４ｂの間の第２の振動体１２ｂの稜線の中央部が金属
体３４ｂの突起３６ｂに、それぞれたとえば溶接するこ
とによって接合される。

【００２０】また、２つの第１の圧電素子１４ａ，１４
ａの２つの電極１６ａ，１６ａと２つの第２の圧電素子
１４ｂ，１４ｂの２つの電極１６ｂ，１６ｂとには、駆
動信号を出力する駆動回路（図示せず）の出力端が接続
される。さらに、２つの第１の圧電素子１４ａ，１４ａ
の２つの電極１６ａ，１６ａは、第１の検出回路として
の第１の差動増幅回路（図示せず）の２つの入力端にそ
れぞれ接続され、２つの第２の圧電素子１４ｂ，１４ｂ
の２つの電極１６ｂ，１６ｂは、第２の検出回路として
の第２の差動増幅回路（図示せず）の２つの入力端にそ
れぞれ接続される。

【００２１】この振動ジャイロ１０では、駆動回路によ
って２つの第１の圧電素子１４ａ，１４ａおよび２つの
第２の圧電素子１４ｂ，１４ｂに同様の駆動信号が入力
され、それによって、第１の振動体１２ａおよび第２の
振動体１２ｂが、それぞれ第１の振動体１２ａと第２の
振動体１２ｂとの接合面に直交する方向に屈曲振動す
る。この場合、図３に示すように、第１の振動体１２ａ
の両端部が上方に屈曲しているときには、第２の振動体
１２ｂの両端部は下方に屈曲し、逆に、第１の振動体１
２ａの両端部が下方に屈曲しているときには、第２の振
動体１２ｂの両端部は上方に屈曲する。そのため、第１
の振動体１２ａの屈曲力と第２の振動体１２ｂの屈曲力
とが第１の振動体１２ａおよび第２の振動体１２ｂの中
央部で相殺される。したがって、第１の振動体１２ａお
よび第２の振動体１２ｂは、支持部材３０によって、外
部に振動を漏らすことなく安定的に支持される。

【００２２】その状態で、第１の振動体１２ａの中心軸
を中心にして振動ジャイロ１０を回転すれば、図４に示
すように、第１の振動体１２ａの無回転時の振動方向と
回転軸とに直交する方向にコリオリ力が生じ、そのコリ
オリ力によって第１の振動体１２ａの振動方向が変わ
り、２つの第１の圧電素子１４ａ，１４ａ間にその回転
角速度に応じた信号が発生する。そのため、第１の差動
増幅回路は、第１の振動体１２ａの中心軸を中心とする
回転角速度に相当する検出信号を出力する。

【００２３】また、第２の振動体１２ｂの中心軸を中心
にして振動ジャイロ１０を回転すれば、コリオリ力によ
って第２の振動体１２ｂの振動方向が変わり、２つの第
２の圧電素子１４ｂ，１４ｂ間にその回転角速度に応じ
た信号が発生する。そのため、第２の差動増幅回路は、
第１の振動体１２ｂの中心軸を中心とする回転角速度に
相当する検出信号を出力する。

【００２４】したがって、この振動ジャイロ１０では、
第１の振動体１２ａの中心軸を中心とする回転角速度と
第２の振動体１２ｂの中心軸を中心とする回転角速度と
を検出することができる。この場合、第１の圧電素子１
４ａおよび第２の圧電素子１４ｂに同じ周波数の駆動信
号が入力されるので、温度が変化しても、第１の振動体
１２ａと第２の振動体１２ｂとが同じ周波数で屈曲振動
し、それらの間にうなりが生じない。そのため、第１の
振動体１２ａおよび第２の振動体１２ｂの中心軸を中心
とするそれぞれの回転角速度を正確に検出することがで
きる。したがって、この振動ジャイロ１０を用いれば、
ビデオカメラの手振れ補正機構を誤動作しにくくでき
る。

【００２５】さらに、この振動ジャイロ１０では、第１
の振動体１２ａと第２の振動体１２ｂとが接合されてい
るので、図８に示す従来技術のように２つの振動ジャイ
ロを別々に配置する場合に比べて、実装面積が小さくな
る。

【００２６】また、この振動ジャイロ１０では、第１の
振動体１２ａと第２の振動体１２ｂとが接合されている
ので、図８に示す従来技術のように２つの振動ジャイロ
を別々に配置する場合に比べて、容易に位置決めでき
る。

【００２７】さらに、この振動ジャイロ１０では、１つ
の駆動回路しか用いられないため、図８に示す従来技術
のように２つの振動ジャイロを別々に駆動する場合に比
べて、回路構成が簡単になる。

【００２８】図５（Ａ）はこの発明の他の実施例を示す
正面図であり、図５（Ｂ）はその側面図である。図５に
示す実施例では、図１に示す実施例と比べて、特に、第
１の振動体１２ａの２つの第１の圧電素子１４ａ，１４
ａの間の稜線の中央部と第２の振動体１２ｂの２つの第
２の圧電素子１４ｂ，１４ｂの間の稜線の中央部とが接
合される。この場合、それらの稜線が直交するように、
第１の振動体１２ａおよび第２の振動体１２ｂは接合さ
れる。また、第１の振動体１２ａおよび第２の振動体１
２ｂは、圧電素子が形成されていない側面が互いに平行
になるように接合される。したがって、第１の振動体１
２ａおよび第２の振動体１２ｂの中心軸は、互いに平行
しないねじれの位置にある。

【００２９】さらに、第１の振動体１２ａにおいて圧電
素子が形成されていない側面の中央部が金属板３４ａの
突起３６ａに接合され、第２の振動体１２ｂにおいて圧
電素子が形成されていない側面の中央部が金属体３４ｂ
の突起３６ｂに接合される。

【００３０】そして、図５に示す実施例でも、図１に示
す実施例と同様に駆動される。そのため、図５に示す実
施例でも、図１に示す実施例と同様に、それぞれの回転
角速度を検出することができ、実装面積が小さくなり、
容易に位置決めでき、かつ、回路構成が簡単になる。

【００３１】また、図５に示す実施例では、図１に示す
実施例と比べて、特に第１の振動体１２ａと第２の振動
体１２ｂとが点で接合されるので、第１の振動体１２ａ
と第２の振動体１２ｂとをたとえばスポット溶接によっ
て簡単に接合することができる。しかも、第１の振動体
１２ａおよび第２の振動体１２ｂは、互いにほとんど緩
衝せず、効率よく屈曲振動する。

【００３２】図６（Ａ）はこの発明のさらに他の実施例
を示す正面図であり、図６（Ｂ）はその側面図である。
図６に示す実施例では、図５に示す実施例と比べて、特
に、金属板３４ａの突起３６ａに対向する第１の振動体
１２ａの側面の中央部に別の圧電素子１５ａが形成さ
れ、金属板３４ｂの突起３６ｂに対向する第２の振動体
１２ｂの側面の中央部に別の圧電素子１５ｂが形成され
る。なお、これらの別の圧電素子１５ａおよび１５ｂの
圧電体層は、外側の面から内側の面に向かって分極処理
されている。

【００３３】さらに、別の圧電素子１５ａの中央部が金
属板３４ａの突起３６ａに接合され、別の圧電素子１５
ｂの中央部が金属板３４ｂの突起３６ｂに接合される。

【００３４】図６に示す実施例では、上述の各実施例と
同様に駆動してそれぞれの回転角速度を検出することが
できるが、別の圧電素子１５ａおよび１５ｂを帰還用と
して用い、別の圧電素子１５ａから２つの第１の圧電素
子１４ａ，１４ａに駆動信号を帰還して第１の振動体１
２ａを屈曲振動させ、かつ、別の圧電素子１５ｂから２
つの第２の圧電素子１４ｂ，１４ｂに駆動信号を帰還し
て第２の振動体１２ｂを屈曲振動させることによって
も、それぞれの回転角速度を検出することができる。あ
るいは、別の圧電素子１５ａおよび１５ｂを駆動用とし
て用い、２つの第１の圧電素子１４ａ，１４ａから別の
圧電素子１５ａに駆動信号を帰還して第１の振動体１２
ａを屈曲振動させ、かつ、２つの第２の圧電素子１４
ｂ，１４ｂから別の圧電素子１５ｂに駆動信号を帰還し
て第２の振動体１２ｂを屈曲振動させることによって
も、それぞれの回転角速度を検出することができる。こ
のように駆動信号を帰還すれば、駆動信号が安定する。

【００３５】なお、上述の各実施例では、各圧電素子の
圧電体層がそれぞれ外側の面から内側の面に向かって分
極処理されているが、それらは内側の面から外側の面に
向かって分極処理されていてもよい。

【００３６】あるいは、第１の振動体１２ａに形成され
る圧電素子の圧電体層がその外側の面から内側の面に向
かって分極処理され、かつ、第２の振動体１２ｂに形成
される圧電素子の圧電体層がその内側の面から外側の面
に向かって分極処理されてもよく、その逆でもよい。こ
の場合、図７に示すように、第１の振動体１２ａの両端
部が上方に屈曲している場合には、第２の振動体１２ｂ
の両端部も上方に屈曲し、逆に、第１の振動体１２ａの
両端部が下方に屈曲している場合には、第２の振動体１
２ｂの両端部も下方に屈曲する。

【００３７】また、上述の各実施例では、第１の振動体
１２ａおよび第２の振動体１２ｂが直交するするように
接合されているが、これらは交差するように接合されて
いればよい。

【００３８】さらに、上述の各実施例では３角柱状の第
１の振動体および第２の振動体が用いられているが、３
角柱状に限らず４角柱状，５角柱状，６角柱状などの多
角柱状あるいは円柱状の第１の振動体および第２の振動
体が用いられてもよい。この場合、第１の振動体と第２
の振動体との接合面に対して互いに対称に傾斜する第１
の振動体の側面の２箇所部分に２つの第１の圧電素子が
形成され、かつ、その接合面に対して互いに対称に傾斜
する第２の振動体の側面の２箇所部分に２つの第２の圧
電素子が形成されればよい。あるいは、第１の振動体１
２ａおよび第２の振動体１２ｂの接合される２つの稜線
に平行する平面に対して、互いに対称に傾斜する第１の
振動体の側面の２箇所部分に２つの第１の圧電素子が形
成され、かつ、互いに対称に傾斜する第２の振動体の側
面の２箇所部分に２つの第２の圧電素子が形成されれば
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、（Ｂ）はその正面図である。

【図２】（Ａ）は図１に示す実施例に用いられる第１の
振動体および第２の振動体を示す斜視図であり、（Ｂ）
はその正面図であり、（Ｃ）はその側面図である。

【図３】図１に示す実施例における第１の振動体および
第２の振動体の振動状態を示す図解図である。

【図４】図１に示す実施例における第１の振動体の無回
転時の振動方向と、回転軸と、コリオリ力の方向との関
係を示す図解図である。

【図５】（Ａ）はこの発明の他の実施例を示す正面図で
あり、（Ｂ）はその側面図である。

【図６】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施例を示す正
面図であり、（Ｂ）はその側面図である。

【図７】図１、図５および図６に示す各実施例の変形例
における第１の振動体および第２の振動体の振動状態を
示す図解図である。

【図８】従来技術を示す図解図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ａ 第１の振動体 １２ｂ 第２の振動体 １４ａ 第１の圧電素子 １４ｂ 第２の圧電素子 １５ａ，１５ｂ 別の圧電素子 ３０ 支持部材 ３２ａ，３２ｂ 支持板 ３４ａ，３４ｂ 金属板 ３６ａ，３６ｂ 突起 ３８ａ〜３８ｄ 支柱

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状の第１の振動体、 その中心軸が前記第１の振動体の中心軸に平行しないよ
   うに、その側面の中間部が前記第１の振動体の側面の中
   間部に接合される柱状の第２の振動体、 前記第１の振動体と前記第２の振動体との接合面に対し
   て互いに対称に傾斜する前記第１の振動体の側面の２箇
   所部分に形成される２つの第１の圧電素子、および前記
   接合面に対して互いに対称に傾斜する前記第２の振動体
   の側面の２箇所部分に形成される２つの第２の圧電素子
   を含む、振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 柱状の第１の振動体、 その中心軸が前記第１の振動体の中心軸に平行しないよ
   うに、その稜線の中間部が前記第１の振動体の稜線の中
   間部に接合される柱状の第２の振動体、 前記第１の振動体の前記稜線と前記第２の振動体の前記
   稜線とに平行する平面に対して互いに対称に傾斜する前
   記第１の振動体の側面の２箇所部分に形成される２つの
   第１の圧電素子、および前記平面に対して互いに対称に
   傾斜する前記第２の振動体の側面の２箇所部分に形成さ
   れる２つの第２の圧電素子を含む、振動ジャイロ。