JP3649090B2 - 振動ジャイロ用振動子及びそれを用いた振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動ジャイロ用振動子及びそれを用いた振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置、特に、手ぶれ防止機能付きビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ポインテイングデバイスなどに用いられる振動ジャイロ用振動子及びそれを用いた振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０に従来の振動ジャイロ用振動子の斜視図を示し、図２１にその正面図を示す。なお、図２０、２１に示した振動ジャイロ用振動子１００の基本的な考え方は、特開平７−３３２９８８号公報に開示されている。
【０００３】
図２０、２１において、振動ジャイロ用振動子１００は振動ジャイロに用いられる振動子であり、一方主面にそれぞれ等しい面積を有する第一の検出電極１０４ａと、第二の検出電極１０４ｂとが形成されるとともに厚み方向に分極された第一の圧電体１０１と、一方主面に駆動電極１０５ａが形成されるとともに厚み方向に分極された第二の圧電体１０２とを有している。第一の圧電体１０１の他方主面と第二の圧電体１０２の他方主面とは、中間電極１０３を介して貼り合わされている。
【０００４】
また、振動ジャイロ用振動子１００の振動の節であるノード点Ｎ１、Ｎ２を第一の検出電極１０４ａ、第二の検出電極１０４ｂ上に垂直に投影した位置には、リード線の機能を兼ねる支持部材１０６ａ、１０６ｂが設けられ、ノード点Ｎ１、Ｎ２を駆動電極１０５ａ上に垂直に投影した位置には、リード線の機能を兼ねる支持部材１０６ｃ、１０６ｄが設けられている。
【０００５】
そして、振動ジャイロ用振動子１００は、支持部材１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの端部を固定し、支持部材１０６ｃ、１０６ｄを介して駆動電極１０５ａに駆動信号を印加することにより、振動ジャイロ用振動子１００の厚み方向に、最低次のモードの節がノード点Ｎ１、Ｎ２となる長手方向両端自由たわみ振動をする。そして、振動ジャイロ用振動子１００に、長手方向を軸とする角速度が与えられた場合には、振動ジャイロ用振動子１００は幅方向に屈曲し、角速度信号を含む信号が第一の検出電極１０４ａ、第二の検出電極１０４ｂから、出力される。なお、以下の説明において、厚み方向の振動を縦方向屈曲振動と呼び、幅方向の振動を横方向屈曲振動と呼ぶ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、振動ジャイロ用振動子の振動の特性にばらつきがあったり、振動ジャイロ用振動子の振動が安定でない場合には、正確な角速度を検知することが困難となる。また、振動ジャイロ用振動子は、製造時、又は使用時における外部環境の影響を受け、振動の特性に変化が生じることがある。
【０００７】
従来の振動ジャイロ用振動子１００は、振動の特性ばらつきを抑え、又は振動を安定させるための手段を特に有していないため、加工ばらつきにより外部環境の影響を受けて振動の特性に変化が生じ、振動の特性にばらつきが生じたり、振動ジャイロ用振動子の振動が不安定になるという問題がある。
【０００８】
また、振動ジャイロ用振動子１００を用いた振動ジャイロは、振動ジャイロ用振動子１００の振動が不安定になるため、角速度を正確に検知できないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、振動の特性にばらつきが生じない、振動が安定する振動ジャイロ用振動子を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、振動の特性にばらつきが生じない、振動が安定する振動ジャイロ用振動子を用いることにより、正確な角速度が検知できる振動ジャイロを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、正確な角速度が検知できる振動ジャイロを用いることにより、角速度に対して精密な制御ができる電子装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の振動ジャイロ用振動子は、一方主面に角速度信号を含む信号を出力する前記第一及び第二の検出電極が形成された第一の圧電体の他方主面と、一方主面に駆動電極が形成された第二の圧電体の他方主面とが、中間電極を介して貼り合わされてなり、
前記第一の検出電極と、前記第二の検出電極との間には、前記第一の圧電体の厚みの６０％乃至８０％の深さの溝が設けられており、
前記第一の圧電体の長手方向に沿う一方側面から前記溝までの距離と、他方側面から前記溝までの距離とが等しい、ことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の振動ジャイロは、前記振動ジャイロ用振動子と、前記振動ジャイロ用振動子を振動させるための駆動手段と、前記振動ジャイロ用振動子から発生する出力を検出する検出手段とを有する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の電子装置は、前記振動ジャイロを用いたことを特徴とする。
【００２０】
このように本発明の振動ジャイロ用振動子においては、第一の検出電極と前記第二の検出電極との間に溝を設けることにより、振動が安定する。
【００２１】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、急激な温度変化が与えられた場合であっても、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい。
【００２２】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、第一の検出電極と第二の検出電極との間に溝が設けられているため、第一の検出電極の容量と第一の検出電極の容量との差が小さくなり、温度変化に対する安定性が向上する。
【００２３】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、第一の検出電極と第二の検出電極との間に溝が設けられるとともに、設けた溝が第一の圧電体の幅方向に関して対称であるため、第一の検出電極の容量と第一の検出電極の容量との差が極めて小さくなり、温度変化に対する安定性が向上する。
【００２４】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、溝の深さが所定の深さであるため、縦方向と横方向の屈曲振動の共振周波数差がほば一定値になり、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい。
【００２５】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい振動ジャイロ用振動子を用いているため、振動子の感度を高く設定でき、その結果として小さな増幅率の増幅回路を用いて検出回路を構成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００２６】
また、本発明の振動ジャイロにおいては、振動が安定であり、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい振動ジャイロ用振動子を用いているため、正確な角速度が検出できる。
【００２７】
また、本発明の電子装置においては、優れた温度安定性を有し、正確な角速度が検出できる振動ジャイロを用いているため、精密な制御機構を構成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の振動ジャイロ用振動子の一実施例の斜視図を示し、図２にその正面図を示す。図１、２において、図２０、２１に示した振動ジャイロ用振動子１００と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。なお、図１、２においては、振動ジャイロ用振動子１００に示した支持部材１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄに対応する支持部材の図示を省略する。
【００２９】
図１、２において、本発明の振動ジャイロ用振動子１０は、図２０、２１に示した振動ジャイロ用振動子１００の構成に加えて溝１０７ａを有する。溝１０７ａは、厚みがａ０である第一の圧電体１０１の一方主面において、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとの間に、振動ジャイロ用振動子１０の長手方向に沿って設けられている。そして、溝１０７ａは、第一の圧電体１０１の幅方向に関して対称な、深さがａ１の凹溝であり、第一の圧電体１０１の一方主面に平行な底部分１０７ａ′を有する。
【００３０】
本発明の振動ジャイロ用振動子においては、第一の検出電極１０４ａと、第二の検出電極１０４ｂとの間に設ける溝は、振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａように第一の圧電体１０１の一方主面に平行な底部分１０７ａ′を有することが望ましい。しかし、実際に振動ジャイロを量産する際には、第一の圧電体１０１の一方主面に対して傾斜を持つことが多い。
【００３１】
図３に本発明の振動ジャイロ用振動子の別の実施例の正面図を示す。また、図４に本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例の斜視図を示し、図５にその３０ａ―３０ａ断面図を示す。図３、４、５において、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００３２】
図３において、本発明の振動ジャイロ用振動子２０は、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｂを有する。溝１０７ｂは、厚みがａ０である第一の圧電体１０１の一方主面において、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとの間に、振動ジャイロ用振動子２０の長手方向に沿って設けられている。溝１０７ｂの底部分１０７ｂ′は、第一の圧電体１０１の一方主面の幅方向に傾斜を持っている。そのため、溝１０７ｂは、深さがａ１であり、誤差がａ２である凹溝とみなすことができる。
【００３３】
図４、５において、本発明の振動ジャイロ用振動子３０は、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｃを有する。溝１０７ｃは、厚みがａ０である第一の圧電体１０１の一方主面において、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとの間に、振動ジャイロ用振動子１０の長手方向に沿って設けられている。溝１０７ｃの底部分１０７ｃ′は、第一の圧電休１０１の一方主面の長手方向に波打っている。そのため、溝１０７ｃは、深さがａ１であり、誤差がａ３である溝とみなすことができる。
【００３４】
ここで、図６に、振動ジャイロ用振動子１０のａ１／ａ０を変化させたときの、第一の検出電極容量と、第二の検出電極容量と、容量差の変化のシミュレーション結果を示し、図７に、振動ジャイロ用振動子２０のａ１／ａ０を変化させたときの、第一の検出電極容量と、第二の検出電極容量と、容量差の変化のシミュレーション結果を示す。ここで、第一の検出電極容量とは、第一の検出電極１０４ａと駆動電極１０５ａとの間の容量であり、第二の検出電極容量とは、第二の検出電極１０４ｂと駆動電極１０５ａとの間の容量であり、容量差とは、第一の検出電極容量と第二の検出電極容量との差である。また、横軸のａ１／ａ０は第一の圧電体１０１の厚みａ０に対する溝１０７ａ、１０７ｂの深さａ１の比率を表している。
【００３５】
溝の底部分１０７ａ′が第一の圧電体１０１の一方主面と平行である本発明の振動ジャイロ用振動子１０は、溝１０７ａが第一の圧電体１０１の幅方向に関して対称、すなわち、溝１０７ａの第一の検出電極１０４ａ側と、溝１０７ａの第二の検出電極１０４ｂ側とが同一の形状になっている。
【００３６】
したがって、図６に示すように、振動ジャイロ用振動子１０においては、ａ１／ａ０を変化させても容量差がほぼ零であることがわかる。
【００３７】
また、溝１０７ｂが第一の圧電体１０１の幅方向に関して対称でない本発明の振動ジャイロ用振動子２０においては、図７に示すように、ａ１／ａ０を大きく設定することにより、容量差を小さくできることがわかる。
【００３８】
次に、図８に、容量差が大きいときの温度ドリフト試験の結果を示し、図９に、容量差が小さいときの温度ドリフト試験の結果を示す。なお、図８は、振動ジャイロ用振動子２０のａ１／ａ０を０．２としたとき、図９は、振動ジャイロ用振動子２０のａ１／ａ０を０．６としたときの温度ドリフト試験の結果である。
【００３９】
図８、９に示した温度ドリフト試験とは、製品に所定の温度変化を与え、そのときの製品の出力値の安定性を調べる試験である。振動ジャイロ用振動子の温度ドリフトとは、振動ジャイロ用振動子に温度変化を与えた場合に、振動ジャイロから出力される角速度計測値の安定性である。振動ジャイロ用振動子に温度変化を与えた場合に、出力される角速度が一定値である、すなわち、フラットであるときは、振動ジャイロ用振動子に温度変化に対する安定性があることを示す。逆に、振動ジャイロ用振動子に温度変化を与えた場合に、出力される角速度が変動する、すなわち、フラットでないときは、振動ジャイロ用振動子に温度変化に対する安定性がないことを示す。そして、図８、９に示すように、容量差を小さくすることにより、温度ドリフトがフラットになり、温度変化に対する安定性が向上することがわかる。
【００４０】
したがって、本発明の振動ジャイロ用振動子１０は、容量差がほぼ零であるため、温度ドリフトがフラットになり、温度変化に対する安定性が向上する。
【００４１】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子２０は、容量差が小さくなるように設定することにより、温度ドリフトがフラットになり、温度変化に対する安定性が向上する。
【００４２】
次に、図１０に、振動ジャイロ用振動子２０の溝１０７ｂの深さを変化させたときの縦ＤＦ及び横ＤＦの変化のシミュレーション結果を示し、図１１にその実測値を示す。ここで、縦ＤＦとは、縦方向屈曲振動における共振周波数と反共振周波数の差のことであり、横ＤＦとは、横方向屈曲振動における共振周波数と反共振周波数の差のことである。
【００４３】
図１０に示したシミュレーション結果からは、ａ１／ａ０は縦ＤＦにほとんど影響を与えず、ａ１／ａ０が大きくなるほど横ＤＦが大きくなることがわかる。
【００４４】
また、図１１に示した実測値によっても、シミュレーション結果と同様に、ａ１／ａ０が大きくなるほど横ＤＦが大きくなることがわかる。
【００４５】
ところで、振動ジャイロ用振動子においては、縦ＤＦ又は横ＤＦを大きくすれば振動が安定する。また、振動ジャイロ用振動子に急激な温度変化が与えられることにより、圧電体の分極が小さくなり、それによって圧電体の縦ＤＦ及び横ＤＦが変化する。その場合であっても、縦ＤＦと横ＤＦとがほば同じ値であれば、縦ＤＦと横ＤＦとの比が一定のまま変化し、角速度の検出感度にばらつきが生じにくい。
【００４６】
本発明の振動ジャイロ用振動子２０においては、ａ１／ａ０を適当な大きさに設定することにより、横ＤＦを大きくすることができ、それによって振動を安定にすることができる。そして、本発明の振動ジャイロ用振動子２０は、縦ＤＦがａ１／ａ０によらずほば一定であるため、ａ１／ａ０を適当な大きさに設定することにより、縦ＤＦと横ＤＦとを近づけることができ、その結果、急激な温度変化が与えられた場合であっても角速度の検出感度のばらつきを抑えることができる。
【００４７】
次に、図１２に、振動ジャイロ用振動子２０のａ１／ａ０を変化させたときの縦共振周波数と、横共振周波数と、共振周波数差の変化のシミュレーション結果を示す。ここで、縦共振周波数、横共振周波数とは、振動ジャイロ用振動子の縦方向屈曲振動、横方向屈曲振動における共振周波数であり、共振周波数差とは、縦共振周波数と横共振周波数との差である。共振周波数差は、振動ジャイロ用振動子の感度に影響を及ぼす特性であり、それぞれの振動ジャイロ用振動子について、共振周波数差が一定値であれば、振動ジャイロ用振動子の感度にばらつきが生じなく、一定値でない場合には感度にばらつきが生じる。図１２のシミュレーション結果からは、ａ１／ａ０が０．６乃至０．８のとき、溝の深さによらず共振周波数差がほば一定値になることがわかる。したがって、本発明の振動ジャイロ用振動子２０、３０は、ａ１／ａ０を０．６乃至０．８に設定することにより、溝の底部分１０７ｂ′、１０７ｃ′が第一の圧電体１０１の一方主面に対して傾斜を持つ等、溝の深さにばらつきがある場合でも、共振周波数差をほぼ一定値にすることができる。
【００４８】
ここで、図１３、１４に、溝の底部分の傾斜がそれぞれ異なる凹溝を形成する掘削機Ａ、Ｂを用いて溝を形成したときの縦共振周波数と、横共振周波数と、共振周波数差の変化の実測値を示す。図１３、１４から、溝の底部分の傾斜にかかわらず、ａ１／ａ０が０．６乃至０．８の範囲においては、共振周波数差がほぼ一定値になることがわかる。
【００４９】
このような構成を有する本発明の振動ジャイロ用振動子２０、３０は、溝の底部分１０７ｂ′、１０７ｃ′に傾斜等がある場合でも、ａ１／ａ０を０．６乃至０．８の範囲に設定するすることにより、共振周波数差をほば一定値にすることができ、角速度の検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００５０】
なお、本発明の振動ジャイロ用振動子に設けた溝１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとを形成する際に、偶然ついた傷のような極めて浅い溝ではなく、ａ１／ａ０が０．１以上であることが望ましい。そして、具体的な振動ジャイロ用振動子の寸法や形状が変化した場合には、本発明の実施例に示したシミュレーション結果及び実測値の具体的な値が変化することは言うまでもない。
【００５１】
次に、図１５、１６、１７に本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例の正面図を示す。図１５、１６、１７において、図１、２に示した振動ジャイロ用振動子１０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図１５（ａ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子４０ａは、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｄを有する。溝１０７ｄは、振動ジャイロ用振動子４０ａの長手方向に沿って、第一の圧電体１０１の一方主面に設けられた凹溝であり、溝１０７ｄには段差が設けられている。
【００５３】
図１５（ｂ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子４０ｂは、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｅを有する。溝１０７ｅは、振動ジャイロ用振動子４０ｂの長手方向に沿って、第一の圧電体１０１の一方主面に設けられた凹溝であり、溝１０７ｅにはテーパーが設けられている。
【００５４】
このような構成を有する本発明の振動ジャイロ用振動子４０ａ、４０ｂは、振動ジャイロ用振動子１０、２０、３０と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
図１６（ａ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子５０ａは、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｇと溝１０７ｈと電極１０４ｃとを有する。溝１０７ｇ、溝１０７ｈは、第一の圧電体１０１の長手方向に沿う一方側面から溝１０７ｇまでの距離と、他方側面から溝１０７ｈまでの距離とが等しくなるように形成される。溝１０７ｇと溝１０７ｈとの間に設けられた電極１０４ｃには、図示を省略した支持部材等が接続される。
【００５６】
図１６（ｂ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子５０ｂは、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｉと溝１０７ｊと溝１０７ｋを有する。溝１０７ｉ、溝１０７ｊは、第一の圧電体１０１の長手方向に沿う一方側面から溝１０７ｉまでの距離と、他方側面から溝１０７ｊまでの距離とが等しくなるように形成される。そして、溝１０７ｋは、溝１０７ｉと溝１０７ｊとの間に設けられている。
【００５７】
このような構成を有する本発明の振動ジャイロ用振動子５０ａ、５０ｂも、振動ジャイロ用振動子１０、２０、３０と同様の効果を奏することができる。なお、電極１０４ｃは、必要がなければ省略することもできる。
【００５８】
図１７（ａ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子６０ａは、円柱状の圧電体１０１′と、第一の検出電極１０４ａと、第二の検出電極１０４ｂと、駆動電極１０５ａと、溝１０７ｌとを有する。そして、溝１０７ｌは、圧電体１０１′の長手方向に沿って、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとの間に形成されている。
【００５９】
図１７（ｂ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子６０ｂは、第一の圧電体１０１と、シリコン板１０２′第一の検出電極１０４ａと、第二の検出電極１０４ｂと、中間電極１０３と、駆動電極１０５ａと、溝１０７ｍとを有する。そして、溝１０７ｍは、振動ジャイロ用振動子６０ｂの長手方向に沿って、第一の圧電体１０１の一方主面に設けられた凹溝であり、底部分１０７ｍ′がシリコン板１０２′まで達している。
【００６０】
このような構成を有する本発明の振動ジャイロ用振動子６０ａ、６０ｂは、振動ジャイロ用振動子１０、２０、３０と同様の効果を奏することができる。なお、シリコン板１０２′に代えて金属板などを用いても同様の効果を奏することができることは言うまでもない。また、第一の圧電体１０１の他方主面側に設けられた中間電極１０３をリード線等で引出すことにより、シリコン板１０２′に代えてフェライト板等の絶縁材料を用いても同様の効果を奏することができる。
【００６１】
次に、図１８に本発明の振動ジャイロ用振動子を用いた振動ジャイロの一実施例のブロック図を示す。
【００６２】
図１８において、本発明の振動ジャイロは７０は、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０と、駆動手段である発振回路７０１と、検出手段である検出回路７０２とを有する。発振回路７０１は、第一のバッファ回路７０１ａと第二のバッファ回路７０１ｂと、抵抗７１１ａと、７１１ｂと、加算回路７０１ｃと、ＡＧＣ回路７０１ｄと、位相補正回路７０１ｅとを有し、検出回路７０２は、第一のバッファ回路７０１ａと第二のバッファ回路７０１ｂと、抵抗７１１ａと、７１１ｂと、差動回路７０２ａと、検波回路７０２ｂと、平滑回路７０２ｃと、増幅回路７０２ｄとを有している。
【００６３】
ここで、第一の検出電極１０４ａに抵抗７１１ａと第一のバッファ回路７０１ａとが接続され、第二の検出電極１０４ｂに抵抗７１１ｂと第二のバッファ回路７０１ｂとが接続されている。そして、第一のバッファ回路７０１ａ、第二のバッファ回路７０１ｂは、加算回路７０１ｃと差動回路７０２ａとにそれそれ接続されている。加算回路７０１ｃはＡＧＣ回路７０１ｄに接続され、ＡＧＣ回路７０１ｄは位相補正回路７０１ｅに接続され、位相補正回路７０１ｅは検波回路７０２ｂと、駆動電極１０５ａとに接続されている。そして、差動回路７０２ａは検波回路７０２ｂに接続され、検波回路７０２ｂは平滑回路７０２ｃに接続され、平滑回路７０２ｃは増幅回路７０２ｄに接続されている。
【００６４】
このように構成された本発明の振動ジャイロ７０において、第一のバッファ回路７０１ａは第一の検出電極１０４ａの電圧を加算回路７０１ｃと差動回路７０２ａとに出力するためのものであり、第二のバッファ回路７０１ｂは第二の検出電極１０４ｂの電圧を加算回路７０１ｃと差動回路７０２ａとに出力するためのものであり、抵抗７１１ａ、７１１ｂは、第一の検出電極１０４ａ、第二の検出電極１０４ｂのインピーダンスを調整するためのものである。加算回路７０１ｃは、入力された信号を加算してＡＧＣ回路７０１ｄに出力し、ＡＧＣ回路７０１ｄは、入力された信号の振幅が一定となるように増幅して、位相補正回路７０１ｅに出力し、位相補正回路７０１ｅは入力された信号の位相を補正して駆動電極１０５ａに駆動信号を印加する。
【００６５】
一方、差動回路７０２ａは、入力された信号を減算して検波回路７０２ｂに出力し、検波回路７０２ｂは差動回路７０２ａから入力された信号を位相補正回路７０１ｅから入力された信号により検波して平滑回路７０２ｃに出力し、平滑回路７０２ｃは入力された信号を平滑して増幅回路７０２ｄに出力し、増幅回路７０２ｄは出力される角速度の感度が一定になるように入力された信号を直流増幅して外部に出力する。
【００６６】
このような構成の本発明の振動ジャイロ７０は、所定の深さを有する凹溝１０７ａを設けることにより、共振周波数差がほば一定値になり、第一の検出電極１０４ａ、第二の検出電極１０４ｂから、出力される信号の感度のばらつきが小さくなる。したがって、小さな増幅率を持つ増幅回路７０２ｄを用いて検出回路７０２を構成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００６７】
次に、図１９に本発明の振動ジャイロを用いた電子装置の一実施例を示す。図１９は本発明の電子装置であるビデオカメラに用いられる手ぶれ防止回路の一実施例を示すブロック図である。手ぶれ防止回路８０は、本発明の振動ジャイロ７０と積分回路８０１とサーボ回路８０２と電流ドライバ８０３とアクチュエータ８０４と位置検出センサ８０５とを有する。手ぶれ防止回路８０は、振動ジャイロ７０と、積分回路８０１と、サーボ回路８０２と、電流ドライバ８０３と、アクチュエータ８０４とが直列に接続され、アクチュエータ８０４の出力が位置検出センサ８０５を介してサーボ回路８０２に帰還されている。
【００６８】
このように構成された手ぶれ防止回路８０においては、ビデオカメラに与えられた手ぶれのうち、角速度信号のみが振動ジャイロ７０から積分回路８０１に入力され、積分回路８０１は角速度信号を積分してビデオカメラの振れ角に変換してサーボ回路８０２に出力し、サーボ回路８０２は、積分回路８０１と位置検出センサ８０５とから入力された振れ角の信号を用いて現在値と目標値との差を演算して電流ドライバ８０３に出力し、電流ドライバ８０３は入力された信号に応じた電流をアクチュエータ８０４に出力し、アクチュエータ８０４はビデオカメラの光学系を機械的に駆動する。そして、位置検出センサ８０５は光学系が駆動した振れ角をサーボ回路８０２に出力する。
【００６９】
このような構成を有する本発明の電子装置であるビデオカメラは、感度よく、正確な角速度の検知ができる振動ジャイロを用いているため、手ぶれの影響を的確に除去できる。
【００７０】
以上、本発明の電子装置の実施例をビデオカメラを用いて説明したが、本発明の電子装置は実施例に示した構成のビデオカメラに限られるものではない。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の振動ジャイロ用振動子は、第一の検出電極と第二の検出電極との間に溝を設けることにより、横ＤＦが大きくなり、振動が安定する。
【００７２】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子は、縦ＤＦが一定であり、溝を設けることにより横ＤＦが大きくなり、縦ＤＦと横ＤＦとが近づく。したがって、急激な温度変化が与えられた場合であっても、角速度の検出感度にばらつきが生じにくい。
【００７３】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子は、第一の検出電極と第二の検出電極との間に溝を設けているため、容量差が小さく、優れた温度安定性を有する。
【００７４】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子は、第一の検出電極と第二の検出電極との間に設けた溝が、第一の圧電体の幅方向に関して対称であるため、容量差が極めて小さく、優れた温度安定性を有する。
【００７５】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子は、溝の深さが所定の深さであるため、第一の検出電極と第二の検出電極との間に設けた溝が、第一の圧電体の幅方向に関して対称でない場合であっても、共振周波数差がほぼ一定値になり、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい。
【００７６】
また、本発明の振動ジャイロは、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい振動ジャイロ用振動子を用いているため、小さな増幅率の増幅回路を用いて検出回路を構成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００７７】
また、本発明の振動ジャイロは、振動が安定であり、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい振動ジャイロ用振動子を用いているため、正確な角速度が検出できる。
【００７８】
そして、本発明の電子装置は、優れた温度安定性を有し、正確な角速度が検出できる振動ジャイロを用いているため、精密な制御機構を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動ジャイロ用振動子の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の振動ジャイロ用振動子の正面図である。
【図３】本発明の振動ジャイロ用振動子の別の実施例を示す正面図である。
【図４】本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例を示す斜視図である。
【図５】図４の振動ジャイロ用振動子の３０ａ−３０ａ断面図である。
【図６】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する第一、第二の検出電極容量、及び、容量差の変化を示す特性図である。
【図７】本発明の別の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する第一、第二の検出電極容量、及び、容量差の変化を示す特性図である。
【図８】本発明の振動ジャイロ用振動子の温度ドリフトを示す特性図である。
【図９】本発明の別の振動ジャイロ用振動子の温度ドリフトを示す特性図である。
【図１０】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する横ＤＦ、縦ＤＦの変化を示す特性図である。
【図１１】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する横ＤＦの変化を示す特性図である。
【図１２】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する縦、横共振周波数、及び、共振周波数差の変化を示す特性図である。
【図１３】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する縦、横共振周波数、及び、共振周波数差の変化を示す特性図である。
【図１４】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する縦、横共振周波数、及び、共振周波数差の変化を示す別の特性図である。
【図１５】本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例を示す正面図である。
【図１６】本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例を示す正面図である。
【図１７】本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例を示す正面図である。
【図１８】本発明の振動ジャイロの一実施例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の電子装置に用いられる手ぶれ防止回路の一実施例を示すブロック図である。
【図２０】従来の振動ジャイロ用振動子を示す斜視図である。
【図２１】図２０の振動ジャイロ用振動子の正面図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ…振動ジャイロ用振動子
７０…振動ジャイロ
８０…手ぶれ防止回路
１０７ａ…溝
１０７ａ′…底部分
１０１…第一の圧電体
１０２…第二の圧電体
１０３…中間電極
１０４ａ…第一の検出電極
１０４ｂ…第二の検出電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動ジャイロ用振動子及びそれを用いた振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置、特に、手ぶれ防止機能付きビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ポインテイングデバイスなどに用いられる振動ジャイロ用振動子及びそれを用いた振動ジャイロ及びそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０に従来の振動ジャイロ用振動子の斜視図を示し、図２１にその正面図を示す。なお、図２０、２１に示した振動ジャイロ用振動子１００の基本的な考え方は、特開平７−３３２９８８号公報に開示されている。
【０００３】
図２０、２１において、振動ジャイロ用振動子１００は振動ジャイロに用いられる振動子であり、一方主面にそれぞれ等しい面積を有する第一の検出電極１０４ａと、第二の検出電極１０４ｂとが形成されるとともに厚み方向に分極された第一の圧電体１０１と、一方主面に駆動電極１０５ａが形成されるとともに厚み方向に分極された第二の圧電体１０２とを有している。第一の圧電体１０１の他方主面と第二の圧電体１０２の他方主面とは、中間電極１０３を介して貼り合わされている。
【０００４】
また、振動ジャイロ用振動子１００の振動の節であるノード点Ｎ１、Ｎ２を第一の検出電極１０４ａ、第二の検出電極１０４ｂ上に垂直に投影した位置には、リード線の機能を兼ねる支持部材１０６ａ、１０６ｂが設けられ、ノード点Ｎ１、Ｎ２を駆動電極１０５ａ上に垂直に投影した位置には、リード線の機能を兼ねる支持部材１０６ｃ、１０６ｄが設けられている。
【０００５】
そして、振動ジャイロ用振動子１００は、支持部材１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの端部を固定し、支持部材１０６ｃ、１０６ｄを介して駆動電極１０５ａに駆動信号を印加することにより、振動ジャイロ用振動子１００の厚み方向に、最低次のモードの節がノード点Ｎ１、Ｎ２となる長手方向両端自由たわみ振動をする。そして、振動ジャイロ用振動子１００に、長手方向を軸とする角速度が与えられた場合には、振動ジャイロ用振動子１００は幅方向に屈曲し、角速度信号を含む信号が第一の検出電極１０４ａ、第二の検出電極１０４ｂから、出力される。なお、以下の説明において、厚み方向の振動を縦方向屈曲振動と呼び、幅方向の振動を横方向屈曲振動と呼ぶ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、振動ジャイロ用振動子の振動の特性にばらつきがあったり、振動ジャイロ用振動子の振動が安定でない場合には、正確な角速度を検知することが困難となる。また、振動ジャイロ用振動子は、製造時、又は使用時における外部環境の影響を受け、振動の特性に変化が生じることがある。
【０００７】
従来の振動ジャイロ用振動子１００は、振動の特性ばらつきを抑え、又は振動を安定させるための手段を特に有していないため、加工ばらつきにより外部環境の影響を受けて振動の特性に変化が生じ、振動の特性にばらつきが生じたり、振動ジャイロ用振動子の振動が不安定になるという問題がある。
【０００８】
また、振動ジャイロ用振動子１００を用いた振動ジャイロは、振動ジャイロ用振動子１００の振動が不安定になるため、角速度を正確に検知できないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、振動の特性にばらつきが生じない、振動が安定する振動ジャイロ用振動子を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、振動の特性にばらつきが生じない、振動が安定する振動ジャイロ用振動子を用いることにより、正確な角速度が検知できる振動ジャイロを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、正確な角速度が検知できる振動ジャイロを用いることにより、角速度に対して精密な制御ができる電子装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の振動ジャイロ用振動子は、一方主面に角速度信号を含む信号を出力する前記第一及び第二の検出電極が形成された第一の圧電体の他方主面と、一方主面に駆動電極が形成された第二の圧電体の他方主面とが、中間電極を介して貼り合わされてなり、
前記第一の検出電極と、前記第二の検出電極との間には、前記第一の圧電体の厚みの６０％乃至８０％の深さの溝が設けられており、
前記第一の圧電体の長手方向に沿う一方側面から前記溝までの距離と、他方側面から前記溝までの距離とが等しい、ことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の振動ジャイロは、前記振動ジャイロ用振動子と、前記振動ジャイロ用振動子を振動させるための駆動手段と、前記振動ジャイロ用振動子から発生する出力を検出する検出手段とを有する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の電子装置は、前記振動ジャイロを用いたことを特徴とする。
【００２０】
このように本発明の振動ジャイロ用振動子においては、第一の検出電極と前記第二の検出電極との間に溝を設けることにより、振動が安定する。
【００２１】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、急激な温度変化が与えられた場合であっても、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい。
【００２２】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、第一の検出電極と第二の検出電極との間に溝が設けられているため、第一の検出電極の容量と第一の検出電極の容量との差が小さくなり、温度変化に対する安定性が向上する。
【００２３】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、第一の検出電極と第二の検出電極との間に溝が設けられるとともに、設けた溝が第一の圧電体の幅方向に関して対称であるため、第一の検出電極の容量と第一の検出電極の容量との差が極めて小さくなり、温度変化に対する安定性が向上する。
【００２４】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、溝の深さが所定の深さであるため、縦方向と横方向の屈曲振動の共振周波数差がほば一定値になり、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい。
【００２５】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子においては、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい振動ジャイロ用振動子を用いているため、振動子の感度を高く設定でき、その結果として小さな増幅率の増幅回路を用いて検出回路を構成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００２６】
また、本発明の振動ジャイロにおいては、振動が安定であり、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい振動ジャイロ用振動子を用いているため、正確な角速度が検出できる。
【００２７】
また、本発明の電子装置においては、優れた温度安定性を有し、正確な角速度が検出できる振動ジャイロを用いているため、精密な制御機構を構成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の振動ジャイロ用振動子の一実施例の斜視図を示し、図２にその正面図を示す。図１、２において、図２０、２１に示した振動ジャイロ用振動子１００と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。なお、図１、２においては、振動ジャイロ用振動子１００に示した支持部材１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄに対応する支持部材の図示を省略する。
【００２９】
図１、２において、本発明の振動ジャイロ用振動子１０は、図２０、２１に示した振動ジャイロ用振動子１００の構成に加えて溝１０７ａを有する。溝１０７ａは、厚みがａ０である第一の圧電体１０１の一方主面において、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとの間に、振動ジャイロ用振動子１０の長手方向に沿って設けられている。そして、溝１０７ａは、第一の圧電体１０１の幅方向に関して対称な、深さがａ１の凹溝であり、第一の圧電体１０１の一方主面に平行な底部分１０７ａ′を有する。
【００３０】
本発明の振動ジャイロ用振動子においては、第一の検出電極１０４ａと、第二の検出電極１０４ｂとの間に設ける溝は、振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａように第一の圧電体１０１の一方主面に平行な底部分１０７ａ′を有することが望ましい。しかし、実際に振動ジャイロを量産する際には、第一の圧電体１０１の一方主面に対して傾斜を持つことが多い。
【００３１】
図３に本発明の振動ジャイロ用振動子の別の実施例の正面図を示す。また、図４に本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例の斜視図を示し、図５にその３０ａ―３０ａ断面図を示す。図３、４、５において、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００３２】
図３において、本発明の振動ジャイロ用振動子２０は、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｂを有する。溝１０７ｂは、厚みがａ０である第一の圧電体１０１の一方主面において、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとの間に、振動ジャイロ用振動子２０の長手方向に沿って設けられている。溝１０７ｂの底部分１０７ｂ′は、第一の圧電体１０１の一方主面の幅方向に傾斜を持っている。そのため、溝１０７ｂは、深さがａ１であり、誤差がａ２である凹溝とみなすことができる。
【００３３】
図４、５において、本発明の振動ジャイロ用振動子３０は、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｃを有する。溝１０７ｃは、厚みがａ０である第一の圧電体１０１の一方主面において、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとの間に、振動ジャイロ用振動子１０の長手方向に沿って設けられている。溝１０７ｃの底部分１０７ｃ′は、第一の圧電休１０１の一方主面の長手方向に波打っている。そのため、溝１０７ｃは、深さがａ１であり、誤差がａ３である溝とみなすことができる。
【００３４】
ここで、図６に、振動ジャイロ用振動子１０のａ１／ａ０を変化させたときの、第一の検出電極容量と、第二の検出電極容量と、容量差の変化のシミュレーション結果を示し、図７に、振動ジャイロ用振動子２０のａ１／ａ０を変化させたときの、第一の検出電極容量と、第二の検出電極容量と、容量差の変化のシミュレーション結果を示す。ここで、第一の検出電極容量とは、第一の検出電極１０４ａと駆動電極１０５ａとの間の容量であり、第二の検出電極容量とは、第二の検出電極１０４ｂと駆動電極１０５ａとの間の容量であり、容量差とは、第一の検出電極容量と第二の検出電極容量との差である。また、横軸のａ１／ａ０は第一の圧電体１０１の厚みａ０に対する溝１０７ａ、１０７ｂの深さａ１の比率を表している。
【００３５】
溝の底部分１０７ａ′が第一の圧電体１０１の一方主面と平行である本発明の振動ジャイロ用振動子１０は、溝１０７ａが第一の圧電体１０１の幅方向に関して対称、すなわち、溝１０７ａの第一の検出電極１０４ａ側と、溝１０７ａの第二の検出電極１０４ｂ側とが同一の形状になっている。
【００３６】
したがって、図６に示すように、振動ジャイロ用振動子１０においては、ａ１／ａ０を変化させても容量差がほぼ零であることがわかる。
【００３７】
また、溝１０７ｂが第一の圧電体１０１の幅方向に関して対称でない本発明の振動ジャイロ用振動子２０においては、図７に示すように、ａ１／ａ０を大きく設定することにより、容量差を小さくできることがわかる。
【００３８】
次に、図８に、容量差が大きいときの温度ドリフト試験の結果を示し、図９に、容量差が小さいときの温度ドリフト試験の結果を示す。なお、図８は、振動ジャイロ用振動子２０のａ１／ａ０を０．２としたとき、図９は、振動ジャイロ用振動子２０のａ１／ａ０を０．６としたときの温度ドリフト試験の結果である。
【００３９】
図８、９に示した温度ドリフト試験とは、製品に所定の温度変化を与え、そのときの製品の出力値の安定性を調べる試験である。振動ジャイロ用振動子の温度ドリフトとは、振動ジャイロ用振動子に温度変化を与えた場合に、振動ジャイロから出力される角速度計測値の安定性である。振動ジャイロ用振動子に温度変化を与えた場合に、出力される角速度が一定値である、すなわち、フラットであるときは、振動ジャイロ用振動子に温度変化に対する安定性があることを示す。逆に、振動ジャイロ用振動子に温度変化を与えた場合に、出力される角速度が変動する、すなわち、フラットでないときは、振動ジャイロ用振動子に温度変化に対する安定性がないことを示す。そして、図８、９に示すように、容量差を小さくすることにより、温度ドリフトがフラットになり、温度変化に対する安定性が向上することがわかる。
【００４０】
したがって、本発明の振動ジャイロ用振動子１０は、容量差がほぼ零であるため、温度ドリフトがフラットになり、温度変化に対する安定性が向上する。
【００４１】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子２０は、容量差が小さくなるように設定することにより、温度ドリフトがフラットになり、温度変化に対する安定性が向上する。
【００４２】
次に、図１０に、振動ジャイロ用振動子２０の溝１０７ｂの深さを変化させたときの縦ＤＦ及び横ＤＦの変化のシミュレーション結果を示し、図１１にその実測値を示す。ここで、縦ＤＦとは、縦方向屈曲振動における共振周波数と反共振周波数の差のことであり、横ＤＦとは、横方向屈曲振動における共振周波数と反共振周波数の差のことである。
【００４３】
図１０に示したシミュレーション結果からは、ａ１／ａ０は縦ＤＦにほとんど影響を与えず、ａ１／ａ０が大きくなるほど横ＤＦが大きくなることがわかる。
【００４４】
また、図１１に示した実測値によっても、シミュレーション結果と同様に、ａ１／ａ０が大きくなるほど横ＤＦが大きくなることがわかる。
【００４５】
ところで、振動ジャイロ用振動子においては、縦ＤＦ又は横ＤＦを大きくすれば振動が安定する。また、振動ジャイロ用振動子に急激な温度変化が与えられることにより、圧電体の分極が小さくなり、それによって圧電体の縦ＤＦ及び横ＤＦが変化する。その場合であっても、縦ＤＦと横ＤＦとがほば同じ値であれば、縦ＤＦと横ＤＦとの比が一定のまま変化し、角速度の検出感度にばらつきが生じにくい。
【００４６】
本発明の振動ジャイロ用振動子２０においては、ａ１／ａ０を適当な大きさに設定することにより、横ＤＦを大きくすることができ、それによって振動を安定にすることができる。そして、本発明の振動ジャイロ用振動子２０は、縦ＤＦがａ１／ａ０によらずほば一定であるため、ａ１／ａ０を適当な大きさに設定することにより、縦ＤＦと横ＤＦとを近づけることができ、その結果、急激な温度変化が与えられた場合であっても角速度の検出感度のばらつきを抑えることができる。
【００４７】
次に、図１２に、振動ジャイロ用振動子２０のａ１／ａ０を変化させたときの縦共振周波数と、横共振周波数と、共振周波数差の変化のシミュレーション結果を示す。ここで、縦共振周波数、横共振周波数とは、振動ジャイロ用振動子の縦方向屈曲振動、横方向屈曲振動における共振周波数であり、共振周波数差とは、縦共振周波数と横共振周波数との差である。共振周波数差は、振動ジャイロ用振動子の感度に影響を及ぼす特性であり、それぞれの振動ジャイロ用振動子について、共振周波数差が一定値であれば、振動ジャイロ用振動子の感度にばらつきが生じなく、一定値でない場合には感度にばらつきが生じる。図１２のシミュレーション結果からは、ａ１／ａ０が０．６乃至０．８のとき、溝の深さによらず共振周波数差がほば一定値になることがわかる。したがって、本発明の振動ジャイロ用振動子２０、３０は、ａ１／ａ０を０．６乃至０．８に設定することにより、溝の底部分１０７ｂ′、１０７ｃ′が第一の圧電体１０１の一方主面に対して傾斜を持つ等、溝の深さにばらつきがある場合でも、共振周波数差をほぼ一定値にすることができる。
【００４８】
ここで、図１３、１４に、溝の底部分の傾斜がそれぞれ異なる凹溝を形成する掘削機Ａ、Ｂを用いて溝を形成したときの縦共振周波数と、横共振周波数と、共振周波数差の変化の実測値を示す。図１３、１４から、溝の底部分の傾斜にかかわらず、ａ１／ａ０が０．６乃至０．８の範囲においては、共振周波数差がほぼ一定値になることがわかる。
【００４９】
このような構成を有する本発明の振動ジャイロ用振動子２０、３０は、溝の底部分１０７ｂ′、１０７ｃ′に傾斜等がある場合でも、ａ１／ａ０を０．６乃至０．８の範囲に設定するすることにより、共振周波数差をほば一定値にすることができ、角速度の検出感度のばらつきを小さくすることができる。
【００５０】
なお、本発明の振動ジャイロ用振動子に設けた溝１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとを形成する際に、偶然ついた傷のような極めて浅い溝ではなく、ａ１／ａ０が０．１以上であることが望ましい。そして、具体的な振動ジャイロ用振動子の寸法や形状が変化した場合には、本発明の実施例に示したシミュレーション結果及び実測値の具体的な値が変化することは言うまでもない。
【００５１】
次に、図１５、１６、１７に本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例の正面図を示す。図１５、１６、１７において、図１、２に示した振動ジャイロ用振動子１０と同一又は同等の部分には同じ記号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図１５（ａ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子４０ａは、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｄを有する。溝１０７ｄは、振動ジャイロ用振動子４０ａの長手方向に沿って、第一の圧電体１０１の一方主面に設けられた凹溝であり、溝１０７ｄには段差が設けられている。
【００５３】
図１５（ｂ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子４０ｂは、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｅを有する。溝１０７ｅは、振動ジャイロ用振動子４０ｂの長手方向に沿って、第一の圧電体１０１の一方主面に設けられた凹溝であり、溝１０７ｅにはテーパーが設けられている。
【００５４】
このような構成を有する本発明の振動ジャイロ用振動子４０ａ、４０ｂは、振動ジャイロ用振動子１０、２０、３０と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
図１６（ａ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子５０ａは、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｇと溝１０７ｈと電極１０４ｃとを有する。溝１０７ｇ、溝１０７ｈは、第一の圧電体１０１の長手方向に沿う一方側面から溝１０７ｇまでの距離と、他方側面から溝１０７ｈまでの距離とが等しくなるように形成される。溝１０７ｇと溝１０７ｈとの間に設けられた電極１０４ｃには、図示を省略した支持部材等が接続される。
【００５６】
図１６（ｂ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子５０ｂは、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０の溝１０７ａに代えて溝１０７ｉと溝１０７ｊと溝１０７ｋを有する。溝１０７ｉ、溝１０７ｊは、第一の圧電体１０１の長手方向に沿う一方側面から溝１０７ｉまでの距離と、他方側面から溝１０７ｊまでの距離とが等しくなるように形成される。そして、溝１０７ｋは、溝１０７ｉと溝１０７ｊとの間に設けられている。
【００５７】
このような構成を有する本発明の振動ジャイロ用振動子５０ａ、５０ｂも、振動ジャイロ用振動子１０、２０、３０と同様の効果を奏することができる。なお、電極１０４ｃは、必要がなければ省略することもできる。
【００５８】
図１７（ａ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子６０ａは、円柱状の圧電体１０１′と、第一の検出電極１０４ａと、第二の検出電極１０４ｂと、駆動電極１０５ａと、溝１０７ｌとを有する。そして、溝１０７ｌは、圧電体１０１′の長手方向に沿って、第一の検出電極１０４ａと第二の検出電極１０４ｂとの間に形成されている。
【００５９】
図１７（ｂ）において、本発明の振動ジャイロ用振動子６０ｂは、第一の圧電体１０１と、シリコン板１０２′第一の検出電極１０４ａと、第二の検出電極１０４ｂと、中間電極１０３と、駆動電極１０５ａと、溝１０７ｍとを有する。そして、溝１０７ｍは、振動ジャイロ用振動子６０ｂの長手方向に沿って、第一の圧電体１０１の一方主面に設けられた凹溝であり、底部分１０７ｍ′がシリコン板１０２′まで達している。
【００６０】
このような構成を有する本発明の振動ジャイロ用振動子６０ａ、６０ｂは、振動ジャイロ用振動子１０、２０、３０と同様の効果を奏することができる。なお、シリコン板１０２′に代えて金属板などを用いても同様の効果を奏することができることは言うまでもない。また、第一の圧電体１０１の他方主面側に設けられた中間電極１０３をリード線等で引出すことにより、シリコン板１０２′に代えてフェライト板等の絶縁材料を用いても同様の効果を奏することができる。
【００６１】
次に、図１８に本発明の振動ジャイロ用振動子を用いた振動ジャイロの一実施例のブロック図を示す。
【００６２】
図１８において、本発明の振動ジャイロは７０は、図１に示した振動ジャイロ用振動子１０と、駆動手段である発振回路７０１と、検出手段である検出回路７０２とを有する。発振回路７０１は、第一のバッファ回路７０１ａと第二のバッファ回路７０１ｂと、抵抗７１１ａと、７１１ｂと、加算回路７０１ｃと、ＡＧＣ回路７０１ｄと、位相補正回路７０１ｅとを有し、検出回路７０２は、第一のバッファ回路７０１ａと第二のバッファ回路７０１ｂと、抵抗７１１ａと、７１１ｂと、差動回路７０２ａと、検波回路７０２ｂと、平滑回路７０２ｃと、増幅回路７０２ｄとを有している。
【００６３】
ここで、第一の検出電極１０４ａに抵抗７１１ａと第一のバッファ回路７０１ａとが接続され、第二の検出電極１０４ｂに抵抗７１１ｂと第二のバッファ回路７０１ｂとが接続されている。そして、第一のバッファ回路７０１ａ、第二のバッファ回路７０１ｂは、加算回路７０１ｃと差動回路７０２ａとにそれそれ接続されている。加算回路７０１ｃはＡＧＣ回路７０１ｄに接続され、ＡＧＣ回路７０１ｄは位相補正回路７０１ｅに接続され、位相補正回路７０１ｅは検波回路７０２ｂと、駆動電極１０５ａとに接続されている。そして、差動回路７０２ａは検波回路７０２ｂに接続され、検波回路７０２ｂは平滑回路７０２ｃに接続され、平滑回路７０２ｃは増幅回路７０２ｄに接続されている。
【００６４】
このように構成された本発明の振動ジャイロ７０において、第一のバッファ回路７０１ａは第一の検出電極１０４ａの電圧を加算回路７０１ｃと差動回路７０２ａとに出力するためのものであり、第二のバッファ回路７０１ｂは第二の検出電極１０４ｂの電圧を加算回路７０１ｃと差動回路７０２ａとに出力するためのものであり、抵抗７１１ａ、７１１ｂは、第一の検出電極１０４ａ、第二の検出電極１０４ｂのインピーダンスを調整するためのものである。加算回路７０１ｃは、入力された信号を加算してＡＧＣ回路７０１ｄに出力し、ＡＧＣ回路７０１ｄは、入力された信号の振幅が一定となるように増幅して、位相補正回路７０１ｅに出力し、位相補正回路７０１ｅは入力された信号の位相を補正して駆動電極１０５ａに駆動信号を印加する。
【００６５】
一方、差動回路７０２ａは、入力された信号を減算して検波回路７０２ｂに出力し、検波回路７０２ｂは差動回路７０２ａから入力された信号を位相補正回路７０１ｅから入力された信号により検波して平滑回路７０２ｃに出力し、平滑回路７０２ｃは入力された信号を平滑して増幅回路７０２ｄに出力し、増幅回路７０２ｄは出力される角速度の感度が一定になるように入力された信号を直流増幅して外部に出力する。
【００６６】
このような構成の本発明の振動ジャイロ７０は、所定の深さを有する凹溝１０７ａを設けることにより、共振周波数差がほば一定値になり、第一の検出電極１０４ａ、第二の検出電極１０４ｂから、出力される信号の感度のばらつきが小さくなる。したがって、小さな増幅率を持つ増幅回路７０２ｄを用いて検出回路７０２を構成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００６７】
次に、図１９に本発明の振動ジャイロを用いた電子装置の一実施例を示す。図１９は本発明の電子装置であるビデオカメラに用いられる手ぶれ防止回路の一実施例を示すブロック図である。手ぶれ防止回路８０は、本発明の振動ジャイロ７０と積分回路８０１とサーボ回路８０２と電流ドライバ８０３とアクチュエータ８０４と位置検出センサ８０５とを有する。手ぶれ防止回路８０は、振動ジャイロ７０と、積分回路８０１と、サーボ回路８０２と、電流ドライバ８０３と、アクチュエータ８０４とが直列に接続され、アクチュエータ８０４の出力が位置検出センサ８０５を介してサーボ回路８０２に帰還されている。
【００６８】
このように構成された手ぶれ防止回路８０においては、ビデオカメラに与えられた手ぶれのうち、角速度信号のみが振動ジャイロ７０から積分回路８０１に入力され、積分回路８０１は角速度信号を積分してビデオカメラの振れ角に変換してサーボ回路８０２に出力し、サーボ回路８０２は、積分回路８０１と位置検出センサ８０５とから入力された振れ角の信号を用いて現在値と目標値との差を演算して電流ドライバ８０３に出力し、電流ドライバ８０３は入力された信号に応じた電流をアクチュエータ８０４に出力し、アクチュエータ８０４はビデオカメラの光学系を機械的に駆動する。そして、位置検出センサ８０５は光学系が駆動した振れ角をサーボ回路８０２に出力する。
【００６９】
このような構成を有する本発明の電子装置であるビデオカメラは、感度よく、正確な角速度の検知ができる振動ジャイロを用いているため、手ぶれの影響を的確に除去できる。
【００７０】
以上、本発明の電子装置の実施例をビデオカメラを用いて説明したが、本発明の電子装置は実施例に示した構成のビデオカメラに限られるものではない。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の振動ジャイロ用振動子は、第一の検出電極と第二の検出電極との間に溝を設けることにより、横ＤＦが大きくなり、振動が安定する。
【００７２】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子は、縦ＤＦが一定であり、溝を設けることにより横ＤＦが大きくなり、縦ＤＦと横ＤＦとが近づく。したがって、急激な温度変化が与えられた場合であっても、角速度の検出感度にばらつきが生じにくい。
【００７３】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子は、第一の検出電極と第二の検出電極との間に溝を設けているため、容量差が小さく、優れた温度安定性を有する。
【００７４】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子は、第一の検出電極と第二の検出電極との間に設けた溝が、第一の圧電体の幅方向に関して対称であるため、容量差が極めて小さく、優れた温度安定性を有する。
【００７５】
また、本発明の振動ジャイロ用振動子は、溝の深さが所定の深さであるため、第一の検出電極と第二の検出電極との間に設けた溝が、第一の圧電体の幅方向に関して対称でない場合であっても、共振周波数差がほぼ一定値になり、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい。
【００７６】
また、本発明の振動ジャイロは、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい振動ジャイロ用振動子を用いているため、小さな増幅率の増幅回路を用いて検出回路を構成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００７７】
また、本発明の振動ジャイロは、振動が安定であり、角速度の検出感度のばらつきが生じにくい振動ジャイロ用振動子を用いているため、正確な角速度が検出できる。
【００７８】
そして、本発明の電子装置は、優れた温度安定性を有し、正確な角速度が検出できる振動ジャイロを用いているため、精密な制御機構を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動ジャイロ用振動子の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の振動ジャイロ用振動子の正面図である。
【図３】本発明の振動ジャイロ用振動子の別の実施例を示す正面図である。
【図４】本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例を示す斜視図である。
【図５】図４の振動ジャイロ用振動子の３０ａ−３０ａ断面図である。
【図６】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する第一、第二の検出電極容量、及び、容量差の変化を示す特性図である。
【図７】本発明の別の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する第一、第二の検出電極容量、及び、容量差の変化を示す特性図である。
【図８】本発明の振動ジャイロ用振動子の温度ドリフトを示す特性図である。
【図９】本発明の別の振動ジャイロ用振動子の温度ドリフトを示す特性図である。
【図１０】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する横ＤＦ、縦ＤＦの変化を示す特性図である。
【図１１】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する横ＤＦの変化を示す特性図である。
【図１２】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する縦、横共振周波数、及び、共振周波数差の変化を示す特性図である。
【図１３】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する縦、横共振周波数、及び、共振周波数差の変化を示す特性図である。
【図１４】本発明の振動ジャイロ用振動子のａ１／ａ０に対する縦、横共振周波数、及び、共振周波数差の変化を示す別の特性図である。
【図１５】本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例を示す正面図である。
【図１６】本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例を示す正面図である。
【図１７】本発明の振動ジャイロ用振動子の更に別の実施例を示す正面図である。
【図１８】本発明の振動ジャイロの一実施例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の電子装置に用いられる手ぶれ防止回路の一実施例を示すブロック図である。
【図２０】従来の振動ジャイロ用振動子を示す斜視図である。
【図２１】図２０の振動ジャイロ用振動子の正面図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ…振動ジャイロ用振動子
７０…振動ジャイロ
８０…手ぶれ防止回路
１０７ａ…溝
１０７ａ′…底部分
１０１…第一の圧電体
１０２…第二の圧電体
１０３…中間電極
１０４ａ…第一の検出電極
１０４ｂ…第二の検出電極
Claims (3)
- 一方主面に角速度信号を含む信号を出力する前記第一及び第二の検出電極が形成された第一の圧電体の他方主面と、一方主面に駆動電極が形成された第二の圧電体の他方主面とが、中間電極を介して貼り合わされてなり、
前記第一の検出電極と、前記第二の検出電極との間には、前記第一の圧電体の厚みの６０％乃至８０％の深さの溝が設けられており、
前記第一の圧電体の長手方向に沿う一方側面から前記溝までの距離と、他方側面から前記溝までの距離とが等しいことを特徴とする、振動ジャイロ用振動子。 - 請求項１に記載の振動ジャイロ用振動子と、前記振動ジャイロ用振動子を振動させるための駆動手段と、前記振動ジャイロ用振動子から発生する出力を検出する検出手段とを有することを特徴とする、振動ジャイロ。
- 請求項２に記載の振動ジャイロを用いたことを特徴とする電子装置。
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