JP3492010B2 - 振動ジャイロおよび防振装置 - Google Patents
振動ジャイロおよび防振装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、角速度を検出する振動
ジャイロおよび防振装置に関する。
ジャイロおよび防振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】角速度を検出する手段の一つとして振動
ジャイロが知られている。振動ジャイロは、「速度を持
った物体に角速度を加えるとコリオリの力が生じる」と
いう原理を基に、物体に振動を加えて速度を与え、この
物体に角速度が加わったときに生じるコリオリの力をバ
ネ系で受け、入力した角速度に比例したコリオリの力を
バネ系の変位として検出し、物体に加わった角速度を送
出するものである。
ジャイロが知られている。振動ジャイロは、「速度を持
った物体に角速度を加えるとコリオリの力が生じる」と
いう原理を基に、物体に振動を加えて速度を与え、この
物体に角速度が加わったときに生じるコリオリの力をバ
ネ系で受け、入力した角速度に比例したコリオリの力を
バネ系の変位として検出し、物体に加わった角速度を送
出するものである。
【０００３】この振動ジャイロにおける振動を加える物
体、つまり、振動子の形状としては、音叉型、Ｈ型等が
あるが、従来の振動ジャイロは、単一の振動子を持ち、
単に一平面内での回転を検出する構造、すなわち一軸方
向の角速度を検出する構造としている。
体、つまり、振動子の形状としては、音叉型、Ｈ型等が
あるが、従来の振動ジャイロは、単一の振動子を持ち、
単に一平面内での回転を検出する構造、すなわち一軸方
向の角速度を検出する構造としている。
【０００４】上記従来の１軸タイプの振動ジャイロをカ
メラその他の移動体に搭載してその角速度を検出しよう
とする場合、該移動体は一般的に１次元のみでなく、２
次元、３次元の角速度成分が生じるので、正確な角速度
を検出するには、１軸方向の角速度しか検出できない従
来の振動ジャイロでは適当でなかった。
メラその他の移動体に搭載してその角速度を検出しよう
とする場合、該移動体は一般的に１次元のみでなく、２
次元、３次元の角速度成分が生じるので、正確な角速度
を検出するには、１軸方向の角速度しか検出できない従
来の振動ジャイロでは適当でなかった。
【０００５】そこで、１個の振動ジャイロで２軸方向成
分の角速度を検出できる振動ジャイロが種々提案され
た。この２軸タイプの振動ジャイロの作動原理について
以下に説明する。
分の角速度を検出できる振動ジャイロが種々提案され
た。この２軸タイプの振動ジャイロの作動原理について
以下に説明する。
【０００６】図１４は、従来の２軸振動ジャイロの斜視
図である。圧電体１，１′で圧電素子２を挟持固定した
構造の振動子Ａは、圧電素子２の一部に、この振動子Ａ
のねじり固有振動数に略一致する交流電圧ＶC を印加す
ると、振動子Ａにはねじり振動が発生する。いま、振動
子Ａに、ｘ軸まわり又はｙ軸まわりの角速度が加わる
と、コリオリの力によってそれぞれｚ−ｘ平面内、又は
ｙ−ｚ平面内の曲げ振動が発生し、それぞれの曲げ振動
による歪みを検出する圧電素子には、加えられた角速度
に比例した交流電圧ＶA又はＶBが発生する。
図である。圧電体１，１′で圧電素子２を挟持固定した
構造の振動子Ａは、圧電素子２の一部に、この振動子Ａ
のねじり固有振動数に略一致する交流電圧ＶC を印加す
ると、振動子Ａにはねじり振動が発生する。いま、振動
子Ａに、ｘ軸まわり又はｙ軸まわりの角速度が加わる
と、コリオリの力によってそれぞれｚ−ｘ平面内、又は
ｙ−ｚ平面内の曲げ振動が発生し、それぞれの曲げ振動
による歪みを検出する圧電素子には、加えられた角速度
に比例した交流電圧ＶA又はＶBが発生する。
【０００７】なお、１０は振動子Ａを支持台７上に支持
するための支持部材である。
するための支持部材である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、振動体１と１′の間に数枚の圧電素子２を挟
持し固定する構成であったため、部品点数が多くなり、
その結果組立て工程が複雑になり、又、精度良い組立て
が難しいものとなり、更に、軸方向に長く、スペースを
とるなどの欠点があった。
来例では、振動体１と１′の間に数枚の圧電素子２を挟
持し固定する構成であったため、部品点数が多くなり、
その結果組立て工程が複雑になり、又、精度良い組立て
が難しいものとなり、更に、軸方向に長く、スペースを
とるなどの欠点があった。
【０００９】発明の目的は、以下のものとなる。本出願
に係る発明の第１の目的は、上記問題点を解決し、さら
には振動ジャイロの出力をアップさせることにある。
に係る発明の第１の目的は、上記問題点を解決し、さら
には振動ジャイロの出力をアップさせることにある。
【００１０】本出願に係る発明の第２の目的は、検出精
度向上にある。
度向上にある。
【００１１】本出願に係る発明の第３の目的は、防振装
置として応用することにある。
置として応用することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】本出願に係る
発明の第１の目的を実現する構成は、請求項１に記載の
ように、互いに直交する２軸を有する十字型であって表
面に電極が形成された電気−機械エネルギー変換素子を
積層してなる振動子と、該振動子に形成された駆動用の
電極に電圧を供給して該振動子に該２軸と直交する方向
の変位を生じる屈曲振動モードを励振させる加振手段
と、該加振手段により励振させられている該振動子の検
出用の電極に発生した電圧を検出することにより該振動
子の２軸回りの角速度によって生じた変位を検出する検
出手段を有し、積層された各々の該電気−機械エネルギ
ー変換素子は積層方向に分極処理が施され、駆動用の電
極は該十字型の振動子の一部に形成された所定の駆動用
電極と該所定の駆動用電極の積層方向に位置するととも
に該所定の駆動用電極と導通された他の電極とで構成さ
れ、該検出用の電極は該２軸の一方の軸方向に並べて配
置された複数の電極と他方の軸方向に並べて配置された
複数の電極とで構成され、該検出手段は該一方の軸方向
に並べて配置された複数の電極に発生した電圧の差分よ
り該他方の軸回りの角速度によって生じた変位を検出
し、該他方の軸方向に並べて配置された複数の電極に発
生した電圧の差分より該一方の軸回りの角速度によって
生じた変位を検出することを特徴とする振動ジャイロに
ある。
発明の第１の目的を実現する構成は、請求項１に記載の
ように、互いに直交する２軸を有する十字型であって表
面に電極が形成された電気−機械エネルギー変換素子を
積層してなる振動子と、該振動子に形成された駆動用の
電極に電圧を供給して該振動子に該２軸と直交する方向
の変位を生じる屈曲振動モードを励振させる加振手段
と、該加振手段により励振させられている該振動子の検
出用の電極に発生した電圧を検出することにより該振動
子の２軸回りの角速度によって生じた変位を検出する検
出手段を有し、積層された各々の該電気−機械エネルギ
ー変換素子は積層方向に分極処理が施され、駆動用の電
極は該十字型の振動子の一部に形成された所定の駆動用
電極と該所定の駆動用電極の積層方向に位置するととも
に該所定の駆動用電極と導通された他の電極とで構成さ
れ、該検出用の電極は該２軸の一方の軸方向に並べて配
置された複数の電極と他方の軸方向に並べて配置された
複数の電極とで構成され、該検出手段は該一方の軸方向
に並べて配置された複数の電極に発生した電圧の差分よ
り該他方の軸回りの角速度によって生じた変位を検出
し、該他方の軸方向に並べて配置された複数の電極に発
生した電圧の差分より該一方の軸回りの角速度によって
生じた変位を検出することを特徴とする振動ジャイロに
ある。
【００１３】この構成によれば、特に、互いに直交した
２軸を有する十字型の振動子を形成したので、２軸回り
の角速度成分を同時に検出することができる。また、振
動子形状が単純化でき、部品点数が削減されて、その結
果組立て工程が単純化され、且つ製造組立精度も向上す
ることができる。更に、振動子の屈曲振動方向の厚みを
小さくすることができるので、従来のように屈曲振動方
向にスペースを採られるようなことがない。さらに表面
に電極が形成された電気―機械エネルギー変換素子を積
層して振動しを構成することで、加振モードの振幅、検
出信号の分極電荷量が増加して、角速度信号検出の出力
を向上させることができる。
２軸を有する十字型の振動子を形成したので、２軸回り
の角速度成分を同時に検出することができる。また、振
動子形状が単純化でき、部品点数が削減されて、その結
果組立て工程が単純化され、且つ製造組立精度も向上す
ることができる。更に、振動子の屈曲振動方向の厚みを
小さくすることができるので、従来のように屈曲振動方
向にスペースを採られるようなことがない。さらに表面
に電極が形成された電気―機械エネルギー変換素子を積
層して振動しを構成することで、加振モードの振幅、検
出信号の分極電荷量が増加して、角速度信号検出の出力
を向上させることができる。
【００１４】本出願に係る発明の第２の目的を実現する
構成は、請求項２に記載のように、請求項１において、
振動子は弾性支持部材により支持されていることを特徴
とする振動ジャイロにある。
構成は、請求項２に記載のように、請求項１において、
振動子は弾性支持部材により支持されていることを特徴
とする振動ジャイロにある。
【００１５】この構成によれば、振動子を緩衝的に支持
できるので、角速度を精度良く検出することができる。
できるので、角速度を精度良く検出することができる。
【００１６】本出願に係る発明の第３の目的を実現する
構成は、請求項３に記載のように、請求項１または２に
記載の振動ジャイロを防振センサーとして用いたことを
特徴とする防振装置にある。
構成は、請求項３に記載のように、請求項１または２に
記載の振動ジャイロを防振センサーとして用いたことを
特徴とする防振装置にある。
【００１７】この構成によれば、例えばカメラやビデオ
カメラ等を手で持ったときに生ずる低周波数の手ぶれを
補正するための防振装置に用いられる補正用バリアング
ルプリズムの振動センサーとして用いることで、２軸回
りの防振対策を容易に行なうことができる。
カメラ等を手で持ったときに生ずる低周波数の手ぶれを
補正するための防振装置に用いられる補正用バリアング
ルプリズムの振動センサーとして用いることで、２軸回
りの防振対策を容易に行なうことができる。
【００１８】
【実施例】図１の（ａ）は本発明の実施例を説明するた
めの第１の参考例を示す。
めの第１の参考例を示す。
【００１９】図１の（ａ）は、振動子と回路ブロックを
示しており、１は平面十字形状に形成された金属製の振
動弾性体で、同一平面上の４ケ所の腕部表面と、その腕
部の各側面に夫々圧電素子２が設けられて振動子が形成
される。これらの圧電素子２は印加された電気信号を機
械的変位に変換する機能、振動弾性体の貼り付けられた
面の伸縮変位（歪み）を電気信号に変換する機能を有し
ていて、これらの信号は表面に印刷された電極３を通し
て回路と入出力されるようになっている。
示しており、１は平面十字形状に形成された金属製の振
動弾性体で、同一平面上の４ケ所の腕部表面と、その腕
部の各側面に夫々圧電素子２が設けられて振動子が形成
される。これらの圧電素子２は印加された電気信号を機
械的変位に変換する機能、振動弾性体の貼り付けられた
面の伸縮変位（歪み）を電気信号に変換する機能を有し
ていて、これらの信号は表面に印刷された電極３を通し
て回路と入出力されるようになっている。
【００２０】４は移相・増幅回路であり、１つの圧電素
子２からの信号ＶzOUTを入力とし、他の３つの同一平面
に設けられている圧電素子２への信号ＶzIN を出力する
ことで自励発振を行なわせる。振動子１の自励発振する
モードは、図２の（ａ）に示したような、十字状の振動
子１において、ｙ軸方向に沿って対向する２つの腕がｚ
軸の正方向に屈曲変形するときに、ｘ軸方向に沿って対
向する２つの腕がｚ軸の負方向に屈曲変形するようなモ
ードである。
子２からの信号ＶzOUTを入力とし、他の３つの同一平面
に設けられている圧電素子２への信号ＶzIN を出力する
ことで自励発振を行なわせる。振動子１の自励発振する
モードは、図２の（ａ）に示したような、十字状の振動
子１において、ｙ軸方向に沿って対向する２つの腕がｚ
軸の正方向に屈曲変形するときに、ｘ軸方向に沿って対
向する２つの腕がｚ軸の負方向に屈曲変形するようなモ
ードである。
【００２１】いま、図２に示したようにｘ軸まわりの角
速度ωx が加わると、振動子が矢印↑又は↓で示したよ
うな方向に速度ベクトルをもつならば、回転軸（ｘ軸）
と速度ベクトルとに互いに直交する白ぬき矢印で示した
ような方向にコリオリ力が発生する。振動子は図３に示
したような、ｙ軸方向の曲げ固有モードを有するので、
このモードと自励発振しているモードの固有振動数が略
一致しているならば、コリオリ力によって図３のような
モードの振動が生ずる。なお、図２、図３のメッシュは
有限要素解析に用いたメッシュである。
速度ωx が加わると、振動子が矢印↑又は↓で示したよ
うな方向に速度ベクトルをもつならば、回転軸（ｘ軸）
と速度ベクトルとに互いに直交する白ぬき矢印で示した
ような方向にコリオリ力が発生する。振動子は図３に示
したような、ｙ軸方向の曲げ固有モードを有するので、
このモードと自励発振しているモードの固有振動数が略
一致しているならば、コリオリ力によって図３のような
モードの振動が生ずる。なお、図２、図３のメッシュは
有限要素解析に用いたメッシュである。
【００２２】図３のモードにおいて、ｘ軸方向の腕部の
側面は伸び又は縮む。そこで、このｘ軸方向の腕の側面
に、伸び又は縮みによって発生する電位Ｖx1，Ｖx2の符
号が逆であるような、少なくとも１対の圧電素子２を貼
り付ける。例えば、図１のように１対でもよいし、その
裏側にも設けて２対にしてもよい。以上のように、ＶX1
とＶX2は逆位相であるので、減算回路５ａを用いて、両
者に適当な係数を掛けた後に減算すれば、信号Ｖx が得
られる。信号Ｖx は、角速度ωx が加わらないときほぼ
０で、ωx が加わっているときには、図４の（ｂ）に示
したような、自励発振振動の周波数の信号が角速度ωx
の振幅で変調されたＡＭ波である。ＡＭ波Ｖx を、参照
信号ＶREF を用いて検波回路６ａにより検波（復調）す
ると、図４（ｃ）のような角速度信号Ｖxoutが得られ
る。
側面は伸び又は縮む。そこで、このｘ軸方向の腕の側面
に、伸び又は縮みによって発生する電位Ｖx1，Ｖx2の符
号が逆であるような、少なくとも１対の圧電素子２を貼
り付ける。例えば、図１のように１対でもよいし、その
裏側にも設けて２対にしてもよい。以上のように、ＶX1
とＶX2は逆位相であるので、減算回路５ａを用いて、両
者に適当な係数を掛けた後に減算すれば、信号Ｖx が得
られる。信号Ｖx は、角速度ωx が加わらないときほぼ
０で、ωx が加わっているときには、図４の（ｂ）に示
したような、自励発振振動の周波数の信号が角速度ωx
の振幅で変調されたＡＭ波である。ＡＭ波Ｖx を、参照
信号ＶREF を用いて検波回路６ａにより検波（復調）す
ると、図４（ｃ）のような角速度信号Ｖxoutが得られ
る。
【００２３】ｙ軸まわりの角速度ωy が加わった場合も
同様で、コリオリ力によって生ずるｘ軸方向の振動モー
ド（図３をｚ軸まわりに９０°回転させた形）を、１対
又は２対の圧電素子２で符号が逆の電位Ｖy1，Ｖy2に変
換し、減算回路５ｂでそれぞれに適当な係数を掛けた後
に減算して信号Ｖy を得、検波回路６ｂでＡＭ検波（復
調）すれば、ｙ軸まわりの角速度信号Ｖyoutが生ずる。
同様で、コリオリ力によって生ずるｘ軸方向の振動モー
ド（図３をｚ軸まわりに９０°回転させた形）を、１対
又は２対の圧電素子２で符号が逆の電位Ｖy1，Ｖy2に変
換し、減算回路５ｂでそれぞれに適当な係数を掛けた後
に減算して信号Ｖy を得、検波回路６ｂでＡＭ検波（復
調）すれば、ｙ軸まわりの角速度信号Ｖyoutが生ずる。
【００２４】このような振動ジャイロを、図１（ｂ）に
示す如く、振動する系８、例えばカメラやビデオカメラ
に設け、ｘ軸及びｙ軸まわりの角速度信号を、防振装置
９、例えば低周波数の手ぶれの補正用バリアングルプリ
ズムの入力に用いれば、２軸まわりの防振（例えば手ぶ
れ補正）装置を構成することができる。
示す如く、振動する系８、例えばカメラやビデオカメラ
に設け、ｘ軸及びｙ軸まわりの角速度信号を、防振装置
９、例えば低周波数の手ぶれの補正用バリアングルプリ
ズムの入力に用いれば、２軸まわりの防振（例えば手ぶ
れ補正）装置を構成することができる。
【００２５】本第１の参考例によれば、部品点数が少い
ため精度良く容易に製造でき、ｚ軸方向にうすいためス
ペースを取らない２軸検出振動ジャイロ及びこれを用い
た防振装置を得ることができる。
ため精度良く容易に製造でき、ｚ軸方向にうすいためス
ペースを取らない２軸検出振動ジャイロ及びこれを用い
た防振装置を得ることができる。
【００２６】尚、以下の各参考例及び各実施例におい
て、第１の参考例と略同じ部分には同じ符号を付し、そ
の説明を省略する。
て、第１の参考例と略同じ部分には同じ符号を付し、そ
の説明を省略する。
【００２７】（第２の参考例）
図５は本発明の第２の参考例を示す。
【００２８】図５は、第２の参考例における振動子の検
出モード（ｙ軸方向に振動するモード）の有限要素解析
結果を示す。
出モード（ｙ軸方向に振動するモード）の有限要素解析
結果を示す。
【００２９】本実施例ではｘ軸及びｙ軸方向の４本の腕
の先端に三角形の部分が設けられている。この図は第１
の参考例の図３に対応しており、腕の先端の形状が異な
る他は第１の参考例と同じ動作をする。
の先端に三角形の部分が設けられている。この図は第１
の参考例の図３に対応しており、腕の先端の形状が異な
る他は第１の参考例と同じ動作をする。
【００３０】ただし、先端の質量が大きいため、
Ｆ＝２ｍωｖ
（但し、ｍ：振動子の質量、ω：角速度、ｖ：励振振動
によって生ずる速度）で表されるコリオリ力Ｆが大きく
なり角速度ωの検出感度を良くすることができる。
によって生ずる速度）で表されるコリオリ力Ｆが大きく
なり角速度ωの検出感度を良くすることができる。
【００３１】また、先端の質量の効果より慣性モーメン
トが大きくなり３つ（加振１つ、検出２つ）の固有振動
数を下げる、または単純十字棒に比べ固有振動数が同等
なときｘ，ｙ方向寸法を小さくすることができる。
トが大きくなり３つ（加振１つ、検出２つ）の固有振動
数を下げる、または単純十字棒に比べ固有振動数が同等
なときｘ，ｙ方向寸法を小さくすることができる。
【００３２】（第３の参考例）
図６は第３の参考例を示す。
【００３３】図６は、第３の参考例における振動子の検
出モードの有限要素解析結果を示す。
出モードの有限要素解析結果を示す。
【００３４】この第３の参考例ではｘ軸及びｙ軸方向の
４本の腕の先端に四角形の部分が設けられている。この
図は参考例の図３に対応しており、腕の先端の形状が異
なる他は第１の参考例と同じ動作をする。
４本の腕の先端に四角形の部分が設けられている。この
図は参考例の図３に対応しており、腕の先端の形状が異
なる他は第１の参考例と同じ動作をする。
【００３５】ただし、先端の質量が大きいため、
Ｆ＝２ｍωｖ
（但し、ｍ：振動子の質量、ω：角速度、ｖ：励振振動
によって生ずる速度）で表されるコリオリ力Ｆが大きく
なり角速度ωの検出感度を良くすることができる。
によって生ずる速度）で表されるコリオリ力Ｆが大きく
なり角速度ωの検出感度を良くすることができる。
【００３６】また、先端の質量の効果により慣性モーメ
ントが大きくなり３つ（加振１つ、検出２つ）の固有振
動数を下げる、または、単純十字棒に比べｘ，ｙ方向寸
法を小さくすることができる。さらに、四角形の板に４
つの切欠きを設けた形状となっているので、図５に示し
た第２の参考例よりも加工が容易である。
ントが大きくなり３つ（加振１つ、検出２つ）の固有振
動数を下げる、または、単純十字棒に比べｘ，ｙ方向寸
法を小さくすることができる。さらに、四角形の板に４
つの切欠きを設けた形状となっているので、図５に示し
た第２の参考例よりも加工が容易である。
【００３７】（第１の実施例）
図７および図８は第１の実施例を示す。
【００３８】上述の各参考例は、金属製の振動弾性体１
に圧電素子２を設けて振動子を形成しているが、本実施
例は、十字形の振動子自体を積層型の圧電素子により形
成したものであり、図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に各
層を形成する圧電素子板１ａ、１ｂ、１ｃの平面図を示
し、図７の（ａ）に示す最上層の圧電素子板１ａには電
極パターン３ａ1〜３ａ12が形成され、図７の（ｂ）に
示す中間層の圧電素子板１ｂには電極パターン３ｂ1〜
３ｂ12が形成され、図７の（ｃ）に示す最下層の圧電素
子板１ｃには電極パターン３ｃ1〜３ｃ12が夫々形成さ
れており、これらの電極パターンを示す符号の添字（１
〜１２）は電気的に導通する電極パターンのグループを
示している。なお、１０はスルーホールを示す。
に圧電素子２を設けて振動子を形成しているが、本実施
例は、十字形の振動子自体を積層型の圧電素子により形
成したものであり、図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に各
層を形成する圧電素子板１ａ、１ｂ、１ｃの平面図を示
し、図７の（ａ）に示す最上層の圧電素子板１ａには電
極パターン３ａ1〜３ａ12が形成され、図７の（ｂ）に
示す中間層の圧電素子板１ｂには電極パターン３ｂ1〜
３ｂ12が形成され、図７の（ｃ）に示す最下層の圧電素
子板１ｃには電極パターン３ｃ1〜３ｃ12が夫々形成さ
れており、これらの電極パターンを示す符号の添字（１
〜１２）は電気的に導通する電極パターンのグループを
示している。なお、１０はスルーホールを示す。
【００３９】このように圧電体の片面側に夫々電極３
ａ、３ｂ、３ｃを形成した圧電素子板１ａ、１ｂ、１ｃ
は、各層の圧電体の下面を隣接する電極で接合するよう
に挟持して積層されて振動子を形成している。
ａ、３ｂ、３ｃを形成した圧電素子板１ａ、１ｂ、１ｃ
は、各層の圧電体の下面を隣接する電極で接合するよう
に挟持して積層されて振動子を形成している。
【００４０】この積層型圧電素子である振動子の分極処
理は、図８の（ａ）に示すように、最上層の電極３ａの
夫々に配線を行い、高電圧Ｖpo1 を加えることにより行
なっている。
理は、図８の（ａ）に示すように、最上層の電極３ａの
夫々に配線を行い、高電圧Ｖpo1 を加えることにより行
なっている。
【００４１】図８の（ａ）に示す分極処理により、積層
圧電素子内部は、図８の（ｂ）の断面図に矢印で示した
方向に分極される。即ち、図中左側の電極パターン３ａ
1の下の部分は上から順に上向き、下向きと交互に分極
される。また、図中右側の電極パターン３ａ7の下の部
分は、上半分が上下に交互に分極され、中央の電極パタ
ーン３ｂ8の上下では同方向に、そしてその下の部分は
再び交互に分極される。
圧電素子内部は、図８の（ｂ）の断面図に矢印で示した
方向に分極される。即ち、図中左側の電極パターン３ａ
1の下の部分は上から順に上向き、下向きと交互に分極
される。また、図中右側の電極パターン３ａ7の下の部
分は、上半分が上下に交互に分極され、中央の電極パタ
ーン３ｂ8の上下では同方向に、そしてその下の部分は
再び交互に分極される。
【００４２】このような積層圧電素子の電極パターン３
ａ7と３ａ9にＶzIN を印加すると、図９の（ａ）に示し
たように、上半分が伸びたとき下半分が縮むように変形
するのでｚ軸方向の加振モードが励起される。
ａ7と３ａ9にＶzIN を印加すると、図９の（ａ）に示し
たように、上半分が伸びたとき下半分が縮むように変形
するのでｚ軸方向の加振モードが励起される。
【００４３】また、図９の（ｂ）のようにｙ軸方向に変
形するモードが生じているとき、電極パターン３ａ1 の
下の部分は縮み、電極パターン３ａ3 の下の部分は伸び
るので、電極パターン３ａ1 と３ａ3 からは符号が反転
した信号Ｖy1及びＶy2が生ずる。
形するモードが生じているとき、電極パターン３ａ1 の
下の部分は縮み、電極パターン３ａ3 の下の部分は伸び
るので、電極パターン３ａ1 と３ａ3 からは符号が反転
した信号Ｖy1及びＶy2が生ずる。
【００４４】この積層圧電素子を図１０に示した回路に
接続すると、図１に示す第１の参考例と同様な２軸まわ
りの角速度を検出できる振動ジャイロを構成できる。な
お、この実施例の効果は、圧電素子を積層化して有効面
積を大きくしているため、加振モードの振幅を大きくで
きること、及び、検出信号の電荷量を大きくして検出精
度を向上し得ることである。
接続すると、図１に示す第１の参考例と同様な２軸まわ
りの角速度を検出できる振動ジャイロを構成できる。な
お、この実施例の効果は、圧電素子を積層化して有効面
積を大きくしているため、加振モードの振幅を大きくで
きること、及び、検出信号の電荷量を大きくして検出精
度を向上し得ることである。
【００４５】（第２の実施例）
図１１は第２の実施例を示すものであり、印加電圧Ｖz
IN を可変抵抗Ｒx 、Ｒy を介して、電位Ｖx1、Ｖx2、
Ｖy1、Ｖy2に重畳している点が異なる。
IN を可変抵抗Ｒx 、Ｒy を介して、電位Ｖx1、Ｖx2、
Ｖy1、Ｖy2に重畳している点が異なる。
【００４６】このような回路構成は、伸びは又は縮みに
よって発生するＶx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2に含まれる不要
な電圧を除去して角速度検出精度を向上させることがで
きるものである。
よって発生するＶx1、Ｖx2、Ｖy1、Ｖy2に含まれる不要
な電圧を除去して角速度検出精度を向上させることがで
きるものである。
【００４７】なお、第１、第２の実施例の電極パターン
は他のパターンでもよい。即ち、十字状振動子に交互に
ｚ軸方向に振動するモードを発生させることができ、か
つ、ｘ軸方向及びｙ軸方向の曲げ変位を検出させること
ができる任意のパターンであればよい。
は他のパターンでもよい。即ち、十字状振動子に交互に
ｚ軸方向に振動するモードを発生させることができ、か
つ、ｘ軸方向及びｙ軸方向の曲げ変位を検出させること
ができる任意のパターンであればよい。
【００４８】（第３の実施例）
図１２は第３の実施例の斜視図（電極は不図示）を示す
ものであり、ループ状の弾性支持部材１０ａによって、
振動体１が支持台７に支持固定されている。なお、この
弾性支持部材１０ａは、加振及び検出に用いる３つの振
動モードへの影響が小さいような位置及び形状のものと
すればよい。
ものであり、ループ状の弾性支持部材１０ａによって、
振動体１が支持台７に支持固定されている。なお、この
弾性支持部材１０ａは、加振及び検出に用いる３つの振
動モードへの影響が小さいような位置及び形状のものと
すればよい。
【００４９】（第４の実施例）
図１３は第４の実施例の斜視図（電極は不図示）を示す
ものであり、棒状の弾性支持部材１０ｂによって、振動
体１が支持台７に固定されている。なお、この弾性支持
部材１０ｂは、加振及び検出に用いる３つの振動モード
への影響が小さいような太さ及び長さの軸とする。
ものであり、棒状の弾性支持部材１０ｂによって、振動
体１が支持台７に固定されている。なお、この弾性支持
部材１０ｂは、加振及び検出に用いる３つの振動モード
への影響が小さいような太さ及び長さの軸とする。
【００５０】なお、第３と第４の実施例によれば、振動
子１を固定できるので、角速度を精度良く検出できる。
両者は形状が異なるので、振動子を置くスペースに応じ
て使い分ければよい。
子１を固定できるので、角速度を精度良く検出できる。
両者は形状が異なるので、振動子を置くスペースに応じ
て使い分ければよい。
【００５１】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、特に、
互いに直交した２軸を有する十字型の振動子を形成した
ので、２軸回りの角速度成分を同時に検出することがで
きる。また、振動子形状が単純化でき、部品点数が削減
されて、その結果組立て工程が単純化され、且つ製造組
立精度も向上することができる。更に、振動子の屈曲振
動方向の厚みを小さくすることができるので、従来のよ
うに屈曲振動方向にスペースを採られるようなことがな
い。さらに表面に電極が形成された電気―機械エネルギ
ー変換素子を積層して振動しを構成することで、加振モ
ードの振幅、検出信号の分極電荷量が増加して、角速度
信号検出の出力を向上させることができる。
互いに直交した２軸を有する十字型の振動子を形成した
ので、２軸回りの角速度成分を同時に検出することがで
きる。また、振動子形状が単純化でき、部品点数が削減
されて、その結果組立て工程が単純化され、且つ製造組
立精度も向上することができる。更に、振動子の屈曲振
動方向の厚みを小さくすることができるので、従来のよ
うに屈曲振動方向にスペースを採られるようなことがな
い。さらに表面に電極が形成された電気―機械エネルギ
ー変換素子を積層して振動しを構成することで、加振モ
ードの振幅、検出信号の分極電荷量が増加して、角速度
信号検出の出力を向上させることができる。
【００５２】請求項２に記載の発明によれば、振動子を
緩衝的に支持できるので、角速度を精度良く検出するこ
とができる。
緩衝的に支持できるので、角速度を精度良く検出するこ
とができる。
【００５３】請求項３に記載の発明によれば、例えばカ
メラやビデオカメラ等を手で持ったときに生ずる低周波
数の手ぶれを補正するための防振装置に用いられる補正
用バリアングルプリズムの振動センサーとして用いるこ
とで、２軸回りの防振対策を容易に行なうことができ
る。
メラやビデオカメラ等を手で持ったときに生ずる低周波
数の手ぶれを補正するための防振装置に用いられる補正
用バリアングルプリズムの振動センサーとして用いるこ
とで、２軸回りの防振対策を容易に行なうことができ
る。
【図１】本出願に係る発明の実施例を説明するための第
１の参考例を示し、（ａ）は振動ジャイロの回路ブロッ
ク図、（ｂ）は防振装置の概略斜視図
１の参考例を示し、（ａ）は振動ジャイロの回路ブロッ
ク図、（ｂ）は防振装置の概略斜視図
【図２】本出願に係る発明の第１の参考例を示した振動
子の振動モードを示す斜視図
子の振動モードを示す斜視図
【図３】本出願に係る発明の第１の参考例を示した振動
子の振動モードを示す平面図
子の振動モードを示す平面図
【図４】本出願に係る発明の第１の参考例を示した振動
子の信号波形を示し、（ａ）はＸ軸方向の振動子側面に
発生する電位、（ｂ）は角速度による振幅変調信号、
（ｃ）は振幅変調信号を復調した後の角速度信号
子の信号波形を示し、（ａ）はＸ軸方向の振動子側面に
発生する電位、（ｂ）は角速度による振幅変調信号、
（ｃ）は振幅変調信号を復調した後の角速度信号
【図５】本出願に係る発明の実施例を説明するための第
２の参考例を示した振動子の振動モードを示す平面図
２の参考例を示した振動子の振動モードを示す平面図
【図６】本出願に係る発明の実施例を説明するための第
２の参考例を示した振動子の振動モードを示す平面図
２の参考例を示した振動子の振動モードを示す平面図
【図７】本出願に係る発明の第１の実施例を示した振動
子の分解図で、（ａ）は最上部の圧電素子板の上面図、
（ｂ）は中間部の圧電素子板の上面図、（ｃ）は最下部
の圧電素子板の上面部
子の分解図で、（ａ）は最上部の圧電素子板の上面図、
（ｂ）は中間部の圧電素子板の上面図、（ｃ）は最下部
の圧電素子板の上面部
【図８】本出願に係る発明の第１の実施例を示した振動
子を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
子を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
【図９】本出願に係る発明の第１の実施例を示した振動
子を示し、（ａ）はｚ軸方向の加振モードの励起状態の
斜視図、（ｂ）は（ａ）の励起状態の平面図
子を示し、（ａ）はｚ軸方向の加振モードの励起状態の
斜視図、（ｂ）は（ａ）の励起状態の平面図
【図１０】本出願に係る発明の第１の実施例を示した回
路ブロック図
路ブロック図
【図１１】本出願に係る発明の第２の実施例を示した回
路ブロック図
路ブロック図
【図１２】本出願に係る発明の第３の実施例を示した振
動ジャイロの斜視図
動ジャイロの斜視図
【図１３】本出願に係る発明の第４の実施例を示した振
動ジャイロの斜視図
動ジャイロの斜視図
【図１４】従来例を示した振動ジャイロの斜視図
１…振動弾性体 ２…圧電素子
３…電極 ４…移相増幅回路
５…減算回路 ６…検波回路
７…支持台 ８…振動系
９…防振装置 １０…弾性支持部材
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−218914（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−240874（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−102013（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−113644（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−113642（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−42417（ＪＰ，Ａ)
実開 平５−84813（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01C 19/56
G01P 9/04
Claims (3)
- 【請求項１】 互いに直交する２軸を有する十字型であ
って表面に電極が形成された電気−機械エネルギー変換
素子を積層してなる振動子と、該振動子に形成された駆
動用の電極に電圧を供給して該振動子に該２軸と直交す
る方向の変位を生じる屈曲振動モードを励振させる加振
手段と、該加振手段により励振させられている該振動子
の検出用の電極に発生した電圧を検出することにより該
振動子の２軸回りの角速度によって生じた変位を検出す
る検出手段を有し、 積層された各々の該電気−機械エネルギー変換素子は積
層方向に分極処理が施され、駆動用の電極は該十字型の
振動子の一部に形成された所定の駆動用電極と該所定の
駆動用電極の積層方向に位置するとともに該所定の駆動
用電極と導通された他の電極とで構成され、該検出用の
電極は該２軸の一方の軸方向に並べて配置された複数の
電極と他方の軸方向に並べて配置された複数の電極とで
構成され、該検出手段は該一方の軸方向に並べて配置さ
れた複数の電極に発生した電圧の差分より該他方の軸回
りの角速度によって生じた変位を検出し、該他方の軸方
向に並べて配置された複数の電極に発生した電圧の差分
より該一方の軸回りの角速度によって生じた変位を検出
する ことを特徴とする振動ジャイロ。 - 【請求項２】 請求項１において、該振動子は弾性支持
部材によって支持固定されていることを特徴とする振動
ジャイロ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の振動ジャイロ
を防振センサーとして用いたことを特徴とする防振装
置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07144295A JP3492010B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 振動ジャイロおよび防振装置 |
| DE69615891T DE69615891T2 (de) | 1995-03-29 | 1996-03-28 | Vibrationskreisel und diesen verwendendes Gerät zum Vermindern der Bildbewegungsunschärfe |
| EP00115478A EP1061337B1 (en) | 1995-03-29 | 1996-03-28 | Vibration gyroscope |
| DE69636910T DE69636910T2 (de) | 1995-03-29 | 1996-03-28 | Vibrationskreisel |
| EP96104976A EP0735344B1 (en) | 1995-03-29 | 1996-03-28 | Vibration gyroscope and image blur prevention apparatus using the same |
| US08/621,792 US5847487A (en) | 1995-03-29 | 1996-03-28 | Vibration gyroscope and image blur prevention apparatus using the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07144295A JP3492010B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 振動ジャイロおよび防振装置 |
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|---|---|
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ID=13460667
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|---|---|---|---|
| JP07144295A Expired - Fee Related JP3492010B2 (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | 振動ジャイロおよび防振装置 |
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| US6018212A (en) * | 1996-11-26 | 2000-01-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US5998911A (en) * | 1996-11-26 | 1999-12-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| US6437483B2 (en) | 1996-11-26 | 2002-08-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Vibrator, vibratory gyroscope, and vibration adjusting method |
| WO1998057124A1 (fr) * | 1997-06-13 | 1998-12-17 | Citizen Watch Co., Ltd. | Gyroscope a vibrations |
| KR100254114B1 (ko) * | 1997-08-13 | 2000-04-15 | 노용래 | 2축 동시 측정용 압전 회전 센서 및 그 측정 회로 |
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