JP3656544B2 - 複合振動子及びそれを用いた振動ジャイロ、及び複合振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合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、及び複合振動子の製造方法、例えば、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複合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、及び複合振動子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図22に従来の振動ジャイロの斜視図を示す。図22において、振動ジャイロ60は、音片振動子600と、枠体610とを有する。音片振動子600は、一方主面にそれぞれ等しい面積を有する第一の電極104aと、第二の電極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、一方主面に第三の電極105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、導電性を有する支持部材106a、106b、106c、106dとを有している。第一の電極104a、第二の電極104bは、音片振動子600の長手方向に沿った電極であり、幅方向に所定の間隔をあけて配置されている。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おり、その厚み方向の長さL1と幅方向の長さL2との比L1/L2が約1にされている。そして、音片振動子600は、厚み方向両端自由屈曲振動のノードN1、N2となる位置(軸)を音片振動子600の主面に垂直に投影した位置(ノードN1、N2の近傍)において、支持部材106aが第一の電極104aに接合され、支持部材106bが第二の電極104bに接合され、支持部材106c、106dが第三の電極105に接合される。枠体610は、樹脂材料からなり、十分に大きな質量を有する。そして、支持部材106a、106b、106c、106dの端部は、枠体610に固定される。
【0003】
このように構成された振動ジャイロ60は、支持部材106c、106dを介して第三の電極105に励振信号が印加されると、振動ジャイロ60の厚み方向に両端自由屈曲振動をする。このときの振動のノードは、振動ジャイロ60の幅方向に向かう軸であるN1、N2となる。そして、振動ジャイロ60は、音片振動子600の長手方向を回転の軸とする角速度が与えられた場合には、励振に直交する方向である幅方向に両端自由屈曲振動をする。このときの振動のノードは、振動ジャイロ60の幅方向の略中央で厚み方向に向かう軸であるN3、N4となる。幅方向の屈曲の信号は、第一の電極104a、第二の電極104bから出力される。
【0004】
振動ジャイロ60において、音片振動子600が厚み方向及び幅方向に振動すると、その重心が移動する。そして、音片振動子600の振動の一部は、支持部材106a、106b、106c、106dを通して外部の枠体610に漏れる。枠体610は、音片振動子600から漏れた振動を吸収する。
【0005】
なお、従来の振動ジャイロについては、例えば、特開平7−332988号公報に開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、振動ジャイロは、小型化が求められる。特に、音片振動子の長手方向の長さは、幅方向や厚み方向に比べて長いため、その長さを短くすることが求められる。しかし、振動ジャイロの感度は、(与えられた角速度)と(振動子の振動速度)と(振動子の質量)に比例するため、音片振動子の長さを短くすると音片振動子の質量が減少し、振動ジャイロの感度が低下するという問題がある。
【0007】
また、音片振動子の振動が外部に漏れると、振動子の振幅が減衰し、振動ジャイロの感度が低下するという問題がある。
【0008】
また、振動ジャイロの感度が低下すると、信号に対するノイズの割合が大きくなるという問題や、支持部材や加速度の検出に用いる回路の温度特性の影響が相対的に大きくなるため、角速度の検出値が変動しやすくなるという問題がある。
【0009】
そこで、本発明は、小型化した場合であっても、感度が低下しない複合振動子を提供することを目的とする。
【0010】
また、本発明は、複合振動子を容易に製造する製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、小型化した場合であっても、感度が低下しない振動ジャイロを提供することを目的とする。
【0012】
また、本発明は、正確な角速度を検出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。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の複合振動子は、それぞれ同一の長さでかつ同じ形状を有する2個の音片振動子を有する複合振動子であって、前記音片振動子には、その音片振動子を励振させるための信号が印加される電極と、励振に直交する方向の屈曲の信号が出力される電極とが形成され、互いに隣接した前記音片振動子は、それぞれ両端自由屈曲振動を行い、かつ、互いに逆方向に励振され、2個の前記音片振動子は、その長手方向に直交する方向に整列され、2個の前記音片振動子の主面部におけるノード点同士が同一平面上に配置されてなり、2つの前記音片振動子の主面部には、第1の支持部材が一方の音片振動子における前記主面部の第1のノード点と他方の音片振動子における第1のノード点とを同一平面上にて接続するように配置され、第2の支持部材が一方の音片振動子における前記主面部の第2のノード点と他方の音片振動子における第2のノード点とを同一平面上にて接続するように配置されことによって、前記2つの音片振動子が互いに結合されていることを特徴とする。
【0017】
また、本発明の複合振動子は、2個の前記音片振動子は、励振方向の共振周波数と、励振方向に直交する共振周波数とが一致することを特徴とする。
【0019】
また、本発明の振動ジャイロは、前記複合振動子を駆動させるための駆動手段と、前記複合振動子から角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする。
【0021】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、親基板の他方主面に補助基板を接合する第一工程と、前記親基板の一方主面側から前記親基板を完全に切断するとともに前記補助基板の一部を切断せずに残し、前記補助基板によって相互の位置を保持しつつ幅方向に整列された複数の音片振動子を形成する第二工程と、複数の前記音片振動子の一方主面に、支持部材を接合する第三工程と、複数の前記音片振動子の他方主面から前記補助基板を分離する第四工程とが施されることを特徴とする。
【0022】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、親基板の他方主面に補助基板を接合する第一工程と、前記親基板の一方主面側から前記親基板を完全に切断するとともに、前記補助基板によって幅方向に整列された複数の音片振動子を形成すると共に、前記補助基板の一部を切断せずに残し、その幅方向に隣接した複数の前記音片振動子の相互の位置を保持する第二工程と、複数の前記音片振動子の一方主面に、支持部材を接合する第三工程と、複数の前記音片振動子の他方主面から前記補助基板を分離する第四工程とが施されることを特徴とする。
【0023】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、前記親基板の両主面に電極が形成されていることを特徴とする。
【0024】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、前記親基板が、互いに逆向きの厚み方向に分極された二つの圧電体基板が接合されてなることを特徴とする。
【0025】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、前記親基板が、厚み方向に分極された圧電体基板に導電体基板が接合されてなることを特徴とする。
【0026】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、前記第二工程において、前記音片振動子の一方主面に、その長手方向又は幅方向に沿った溝を形成することを特徴とする。
【0027】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、前記第三工程において、前記支持部材を前記音片振動子の両端自由屈曲振動のノード近傍に接合することを特徴とする。
【0028】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、前記第一工程乃至前記第四工程が施された後、前記音片複合振動子の他方主面のノードに支持部材を接合する第五工程が施されることを特徴とする。
【0029】
このように本発明の複合振動子においては、複数個の音片振動子が互いに結合されているため、その質量が増加する。したがって、長手方向の長さが短くなっても、質量が増加した分だけ角速度の検出感度が向上する。
【0030】
また、本発明の複合振動子においては、音片振動子が互いに逆方向に励振され、逆方向に屈曲するため、音片振動子の振動が閉じ込められ、振動が外部に漏れにくい。したがって、音片振動子の振動漏れによる損失が少なくなるため、角速度の検出感度が向上する。
【0031】
また、本発明の振動ジャイロにおいては、検出感度のよい複合振動子を用いているため角速度の検出感度が向上する。
【0032】
また、本発明の振動ジャイロにおいては、小型の複合振動子を用いているため振動ジャイロの小型化を図ることができる。
【0033】
また、本発明の複合振動子の製造方法においては、第一工程において、親基板が補助基板に接合され、その接合状態を維持したまま、後の第二乃至三工程が施される。そのため、複数の音片振動子が位置ずれを生じることがなく、それぞれ同一の形状を有する音片振動子からなる複合振動子が容易に製造される。
【0034】
そして、本発明の電子装置においては、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、精密な制御機構を構成することができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
図1乃至4に本発明の複合振動子の一実施例を示す。図1はその斜視図、図2はその平面図、図3はその底面図、図4はその左側面図である。図1乃至4において、図22に示した音片振動ジャイロ60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。
【0036】
図1乃至4において、本発明の複合振動子10は、振動ジャイロに用いられる振動子であり、それぞれ同一の長さと断面積とを有する二つの音片振動子100、200と、音片振動子100、200を支持する支持部材106a、106b、106c、106dとを有する。音片振動子100、200は、図22に示した音片振動子600と同様の材質を有し、図4の矢印で示したようにそれぞれ同じ向きに分極されているが、その厚み方向の長さL1と幅方向の長さL2との比L1/L2が約0.8にされている点のみが音片振動子600と異なる。音片振動子100、200は、その長手方向に直交する方向に整列され、それぞれの厚み方向両端自由屈曲振動のノードN1、N2となる位置(軸)を音片振動子100、200の主面に垂直に投影した位置の近傍において、支持部材106a、106b、106c、106dを介して互いに結合されている。
【0037】
ここで、まず初めに、図5、図6を用いて本発明の複合振動子の製造方法の説明をする。本発明の複合振動子の製造方法においては、以下の第一工程乃至第五工程を施す。
【0038】
図5(a)に示すように、まず、厚み方向に分極された第一の圧電体基板310と、第一の圧電体基板310とは逆向きに厚み方向に分極された第二の圧電体基板320とを電極330を介して接合して構成した親基板300を用意する。親基板300の一方主面には電極311が形成され、他方主面には電極321が形成されている。
【0039】
本発明の複合振動子の製造方法の第一工程においては、図5(b)に示すように、前記親基板300の他方主面に樹脂からなる補助基板400を接着剤で接合する。
【0040】
第二工程においては、図5(c)に示すように、親基板300の一方主面側からダイサ等を用いて親基板300を完全に切断し、幅方向に整列された音片振動子100、200を形成すると共に、補助基板400の一部を切断せずに残す。これにより補助基板400を介して幅方向に隣接された音片振動子100、200の相互の位置が保持される。そして、更に、音片振動子100、200の一方主面には、その長手方向に沿った深溝107、及び、幅方向に沿った浅溝108が形成されることによって、第一の電極104a、204a、第二の電極104b、204bが形成される。ここで、深溝107は、第一の圧電体基板310の一部まで掘込んだ溝であり、浅溝108は、電極311だけを切断するための溝であり、例えばレーザ等により切断される。
【0041】
第三工程においては、図6(a)に示すように、音片振動子100、200の一方主面に支持部材106a、106bを接合する。
【0042】
第四工程においては、音片振動子100、200及び補助基板400を剥離剤に浸し、図6(b)に示すように、音片振動子100、200の他方主面から補助基板400を分離する。そして、音片振動子100、200の電極311に幅方向に沿った浅溝108(図示せず)が形成され、第三の電極105、205(図示せず)が形成される。
【0043】
第五工程においては、図6(c)に示すように、音片振動子100、200に支持部材106c、106dを接合する。
【0044】
このように本発明の複合振動子の製造方法においては、第一工程において、親基板300を補助基板400に接合し、その接合状態を維持したまま、後の第二乃至三工程を施す。そのため、それぞれ同一の形状を有する音片振動子100、200に、相互の位置ずれを生じることなく支持部材106a、106bを設けることができる。
【0045】
さらに、第五工程において、音片振動子100、200に支持部材106a、106bを接合した状態で、支持部材106c、106dを接合する。そのため、音片振動子100、200が位置ずれを生じることがなく、複合振動子10を容易に製造することができる。
【0046】
なお、図7に示すように、本発明の複合振動子の製造方法の第二工程においては、親基板300と補助基板400の一部を接合した状態で、二つ以上の音片振動子100、200に分割してもよい。また、本発明の複合振動子の製造方法に用いられる親基板は、幅方向に分極された圧電体基板が接合されたものや、圧電体基板に導電体基板が接合されたものであってもよい。
【0047】
次に、図8、9を用いて本発明の複合振動子10の動作を説明する。ここで、図8は、複合振動子10の振動の状態を示す平面図であり、図9は、複合振動子10の振動の状態を示す正面図である。
【0048】
図8、9に示した複合振動子10においては、支持部材106aに接続された第一の電極104a、第二の電極204bと、支持部材106bに接続された第一の電極204a、第二の電極104bとの間に励振信号が印加される。そして、音片振動子100、200は、互いに逆方向に励振され、複合振動子10の幅方向に関して対称であり、ノードが音片振動子100、200の幅方向の略中央で厚み方向に向かう軸であるN3、N4となる幅方向の両端自由屈曲振動をする。以下、このような幅方向の屈曲振動のモードをAモードと呼ぶ。
【0049】
そして、複合振動子10の長手方向を回転の軸とする角速度が与えられた場合には、音片振動子100、200は、互いに逆方向の屈曲、すなわち、複合振動子10の厚み方向に関して互いに逆方向であり、ノードがN1、N2である厚み方向の両端自由屈曲振動をする。以下、このような厚み方向の屈曲振動のモードをBモードと呼ぶ。厚み方向の屈曲振動に対応する信号は、第三の電極105、205から支持部材106c、106dを介して出力される。
【0050】
このような構成を有する本発明の複合振動子10においては、2個の音片振動子100、200が互いに結合されているため、その質量が増加する。したがって、長手方向の長さが短くなっても、質量が増加した分だけ角速度の検出感度が向上し、音片振動子100、200の長手方向の長さを1/2にしても原理的には検出感度が落ちないことになる。
【0051】
また、本発明の複合振動子10においては、音片振動子100、200をそのノード以外で支持した場合とは異なり、音片振動子100、200がそのノードN1、N2、N3、N4又はその近傍で支持されているため、音片振動子100、200の両端自由屈曲振動が妨げられることがなく、角速度の検出感度が低下しにくい。
【0052】
また、本発明の複合振動子10においては、音片振動子100、200が互いに逆方向に励振され、逆方向に屈曲するため、音片振動子100、200の振動のエネルギーが閉じ込められ、振動が外部に漏れにくい。すなわち、複合振動子10は、音片振動子100、200が相反する方向に振動するため、複合振動子10の重心が常に音片振動子100と200との間に保持され、移動しないため、音片振動子100、200の振動が外部に漏れにくい。したがって、音片振動子100と200の振動漏れによる損失が少なくなるため、角速度の検出感度が向上する。特に、幅方向の振動は、励振振動であり振幅が大きいので、振動漏れが減少すると、角速度の検出感度が著しく向上する。
【0053】
次に、図10に複合振動子の振動の有限要素法による解析結果を示し、複合振動子の共振周波数について、更に詳しく説明する。複合振動子のAモードの励振の状態の有限要素法による解析結果を図10(a)に示し、複合振動子のBモードの屈曲の状態の有限要素法による解析結果を図10(b)に示す。図10に示した複合振動子は、長手方向に関して片側半分を示したものであり、厚み方向の長さL1と幅方向の長さL2との比が約1にされている点のみが、本発明の複合振動子10と異なる。
【0054】
図10において、Aモードで励振させたときの幅方向の屈曲振動の共振周波数が22.73kHz、Bモードで屈曲するときの厚み方向の屈曲振動の共振周波数が28.05kHzとなり、厚み方向の共振周波数が、幅方向の共振周波数よりも高くなる。このように、厚み方向の共振周波数と幅方向の共振周波数とが一致しない場合には、振動の効率が悪くなり、角速度の検出感度が低下する。
【0055】
そこで、本発明の複合振動子10においては、厚み方向の長さを短くすることにより、厚み方向の屈曲振動の共振周波数のみを小さくしている。すなわち、本発明の複合振動子10は、厚み方向の長さL1と幅方向の長さL2との比L1/L2が22.73kHz/28.05kHz≒0.8にされ、厚み方向の共振周波数が、幅方向の共振周波数と同じ値の22.73kHzとなっている。このように、本発明の複合振動子10においては、厚み方向の共振周波数と幅方向の共振周波数とが一致し、振動の効率がよくなり、角速度の検出感度が向上する。
【0056】
次に、図11に、本発明の複合振動子10を用いた振動ジャイロ20の一実施例の回路ブロック図を示す。なお、以下の図11、図13、図15乃至図17において、支持部材の図示は省略する。
【0057】
図11において、本発明の振動ジャイロ20は、図1に示した複合振動子10と、駆動手段である発振回路610と、検出手段である検出回路620とを有する。発振回路610は、AGC回路611と、AGC回路611に接続された位相補正回路612とを有する。検出回路620は、第一の検出回路621と、第二の検出回路622と、第一の検出回路621及び第二の検出回路622に接続された差動回路623と、差動回路623及び位相補正回路612に接続された検波回路624と、検波回路624に接続された平滑回路625と、平滑回路625に接続された増幅回路626とを有する。
【0058】
そして、振動ジャイロ20の複合振動子10は、第一の電極204aと第二の電極104bが支持部材106b(図示せず)を介してAGC回路611に接続され、第三の電極105が支持部材106c(図示せず)を介して第一の検出回路621に接続され、第三の電極205が支持部材106d(図示せず)を介して第二の検出回路622に接続されている。また、位相補正回路612の出力は、支持部材106a(図示せず)を介して第一の電極104aと第二の電極204bに接続されている。
【0059】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20において、AGC回路611は、第二の電極104b、第一の電極204aから入力された信号の振幅を一定にして位相補正回路612に出力し、位相補正回路612は入力された信号の位相を補正して第一の電極104a、第二の電極204bに駆動信号を印加する。第一の検出回路621、第二の検出回路622は、第三の電極105、205の電圧を差動回路623に出力し、差動回路623は、入力された信号を減算して検波回路624に出力し、検波回路624は差動回路623から入力された信号を位相補正回路612から入力された信号で検波して平滑回路625に出力し、平滑回路625は入力された信号を平滑して増幅回路626に出力し、増幅回路626は入力された信号を直流増幅して角速度信号として外部に出力する。
【0060】
このような構成の本発明の振動ジャイロ20は、複合振動子10の質量が増加した分だけ角速度の検出感度が向上する。
【0061】
また、本発明の振動ジャイロ20は、小型の複合振動子10を用いているため振動ジャイロの小型化を図ることができる。
【0062】
また、本発明の振動ジャイロ20は、検出感度のよい複合振動子10を用いているため角速度の検出感度が向上する。
【0063】
また、本発明の振動ジャイロ20は、発振回路610と検出回路620とが直接に接続されておらず、互いに独立しているため、発振回路610の利得と検出回路620の利得とを独立に設計できる。したがって、発振回路610の影響を受けることなく、検出回路620の利得を大きくすることができ、高精度な角速度の検出が可能になる。
【0064】
また、本発明の振動ジャイロ20は、複合振動子10の質量が大きくなるため、第三の電極105、205から出力される信号の感度が高くなる。そのため、小さな増幅率を持つ増幅回路626を用いて検出回路620を構成することができるため、回路の低コスト化を図ることができる。
【0065】
ところで、音片振動子100、200に深溝107を形成する際には、図12に示したような丸み107aが生じることがある。この丸みは、片面だけに応力が加わり減り方がアンバランスなダイヤモンドホイールで音片振動子100、200をダイシングする際に生じやすい。従来の振動ジャイロ60においては、丸みが生じることにより、第一の電極104a、204a又は第二の電極104b、204bの面積が小さくなり、面積が小さくなった電極とそうでない電極との間の容量や圧電性能にアンバランスが生じ、正確な角速度の検出ができなくなるという問題があった。
【0066】
本発明の振動ジャイロ20は、音片振動子100、200がそれぞれ同じ向きに分極されるとともに、第二の電極104bと第一の電極204aとが接続され、第一の電極104aと第二の電極204bとが接続されている。そのため、振動ジャイロ20は、深溝107を形成する際に丸み107aが生じ、第一の電極104a、204a又は第二の電極104b、204bの面積が小さくなった場合でも、第一の電極104a、第二の電極204bと第一の電極204a、第二の電極104bとの間の容量や圧電性能にアンバランスが生じず、正確な角速度の検出ができる。
【0067】
次に、図13に本発明の複合振動子を用いた振動ジャイロの別の実施例の回路ブロック図を示す。
【0068】
図13において、本発明の振動ジャイロ20aは、図11に示した振動ジャイロ20の発振回路610に替えて発振回路610aを有する。
【0069】
発振回路610aは、発振回路610の構成に加えて第一の検出回路621と、第二の検出回路622と、加算回路613とを有し、加算回路613が第一の検出回路621と第二の検出回路622とに接続されている点のみが発振回路610と相違する。
【0070】
振動ジャイロ20aの複合振動子10は、第一の電極204a、第二の電極104bが接地され、第一の電極104aと第二の電極204bとが位相補正回路612に接続され、第三の電極105、205がそれぞれ第一の検出回路621、第二の検出回路622に接続されている。そして、振動ジャイロ20の加算回路613は、第一の検出回路621、第二の検出回路622から出力された信号を加算してAGC回路611に出力する。
【0071】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20aにおいて、複合振動子10はAモードで励振され、角速度が印加されたときはBモードで屈曲し、角速度に対応した信号が出力される。なお、実際の振動では、第一の電極204a、第二の電極104bが接地されているため、複合振動子10はAモードからずれた矢印の方向に励振され、角速度が与えられたときは励振方向と直交する方向に屈曲る。
【0072】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20aも、振動ジャイロ20と同様の作用効果を奏するものである。
【0073】
次に、図14に本発明の複合振動子の別の実施例を示す平面図を示し、図15に、図14の複合振動子を用いた本発明の振動ジャイロの更に別の実施例の回路ブロック図を示す。
【0074】
図14において、本発明の複合振動子10aは、支持部材106aに替えて、支持部材106e、106fを有する点のみが複合振動子10と相違する。支持部材106eは第一の電極104aに接続され、支持部材106fは第二の電極204bに接続されている。そして、支持部材106e、106fは、支持部材106aと同様に音片振動子100、200を支持するとともに、リード線の役割を果たす。
【0075】
そして、図15において、本発明の振動ジャイロ20bは、図11に示した振動ジャイロ20の複合振動子10に替えて複合振動子10aを有する。そして、振動ジャイロ20bの複合振動子10aは、第一の電極104aが支持部材106e(図示せず)を介してAGC回路611に接続され、第二の電極204bが支持部材106f(図示せず)を介して位相補正回路612に接続され、第一の電極204a及び第二の電極104bが接地され、第三の電極105、205が第一の検出回路621、第二の検出回路622にそれぞれ接続されている。
【0076】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20bにおいて、複合振動子10はAモードで励振され、角速度が印加されたときはBモードで屈曲し、角速度に対応した信号が出力される。
【0077】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20bも、振動ジャイロ20と同様の作用効果を奏するものである。
【0078】
次に、図16に本発明の複合振動子を用いた振動ジャイロの更に別の実施例の回路ブロック図を示す。
【0079】
図16において、本発明の振動ジャイロ20cは、図13に示した振動ジャイロ20aの複合振動子10に替えて複合振動子10aを有する。
【0080】
振動ジャイロ20cの複合振動子10aは、第一の電極104aが第二の検出回路622に接続され、第二の電極204bが第一の検出回路621に接続され、第一の電極204a及び第二の電極104bが位相補正回路612に接続され、第三の電極105、205が接地されている。
【0081】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20cにおいて、複合振動子10aはAモードで励振され、角速度が印加されたときはBモードで屈曲し、角速度に対応した信号が出力される。
【0082】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20cも、振動ジャイロ20と同様の作用効果を奏するものである。
【0083】
なお、本発明の振動ジャイロ20cは、第三の電極105、205が同じ電位であるため、第三の電極105、205が設けられた主面に、図3に示した浅溝108を設けず、支持部材106c,106dが第三の電極105、205に接続されるように構成してもよい。
【0084】
次に、図17に本発明の複合振動子を用いた振動ジャイロの更に別の実施例の回路ブロック図を示す。
【0085】
図17において、本発明の振動ジャイロ20dは、図11に示した振動ジャイロ20の複合振動子10に替えて複合振動子10aを有する。
【0086】
振動ジャイロ20dの複合振動子10aは、第一の電極104aが第二の検出回路622に接続され、第二の電極204bが第一の検出回路621に接続され、第一の電極204a及び第二の電極104bが接地され、第三の電極105がAGC回路611に接続され、第三の電極205が位相補正回路612に接続されている。
【0087】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20dにおいて、複合振動子10aはBモードで励振され、角速度が印加されたときはAモードで屈曲し、角速度に対応した信号が出力される。
【0088】
このように構成された本発明の振動ジャイロ20dでも、振動ジャイロ20と同様の作用効果を奏するものである。
【0089】
なお、上記各実施例において、第一の検出回路、第二の検出回路は、電流検出回路、電圧検出回路、容量検出回路などでもよく、また、バッファーや非反転増幅器や反転増幅器などでもよい。
【0090】
次に、図18に本発明の複合振動子の更に別の実施例の左側面図を示し、図19、図20に、複合振動子30の動作を示す平面図、正面図を示す。
【0091】
図18乃至図20において、本発明の複合振動子30は、図4に示した複合振動子10の音片振動子100、200に代えて音片振動子100′、200′を有する点が複合振動子10と異なる。また、複合振動子30は、第一の電極104a、204a、第二の電極104b、204bの結線が複合振動子10と異なる。
【0092】
本発明の複合振動子30の音片振動子100′、200′は、図18の矢印で示したようにそれぞれ逆向きに分極されている。そして、第一の電極104a、204aは支持部材106aに接続され、第二の電極104b、204bは支持部材106bに接続されている。
【0093】
このような構成を有する本発明の複合振動子30は、図11に示した発振回路610により、支持部材106aに接続された第一の電極104a、204aと支持部材106bに接続された第二の電極104b、204bとの間に励振信号が印加され、図19に示したようなAモードで励振される。
【0094】
そして、複合振動子30は、複合振動子30の長手方向を回転の軸とする角速度が与えられた場合には、図20に示したようなBモードで屈曲振動し、その屈曲振動に対応する信号は、第三の電極105、205から支持部材106c、106dを介して出力される。なお、第三の電極105、205から出力された信号は、図11に示した検出回路620の差動回路623を和動回路に置換えた検出回路(図示せず)を用いて処理される。
【0095】
このような構成を有する本発明の複合振動子30は、深溝107を形成する際に図12に示したような丸みが生じた場合には、容量や圧電性能にアンバランスが生じて角速度の検出精度が落ちるが、その他の項目では本発明の複合振動子10と同様の作用効果を奏する。
【0096】
なお、上記各実施例においては、音片振動子100、200や、100′、200′の代わりに一方主面に3つ以上の電極が形成された音片振動子を用いても構成することができ、その場合でも、複合振動子は、複合振動子10と同様の作用効果を奏することができる。また、本発明の複合振動子は、金属片に圧電体が貼りつけられた音片振動子などを用いても構成することができ、その場合でも、複合振動子は、複合振動子10と同様の作用効果を奏することができる。
【0097】
また、上記各実施例においては、本発明の複合振動子は、支持部材106a、106b、106c、106dを用いて構成されているが、支持部材106a、106cの一方、及び、支持部材106b、106dの一方のみを用いて構成しても、複合振動子10と同様の作用効果を奏することができる。
【0098】
なお、上記各実施例においては、2つの音片振動子を用いた複合振動子の振動モード、すなわち、Aモードで励振され、角速度が与えられた場合はBモードで振動する実施例、及び、Bモードで励振され、角速度が与えられた場合はAモードで振動する実施例を用いて説明したが、本発明を実施するための振動のモードは上記各実施例に限らず、例えば、3つ以上の音片振動子を用いた複合振動子の振動モード等であってもよいものである。
【0099】
次に、図21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21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20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20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。
【0100】
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20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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
【発明の効果】
本発明の複合振動子は、複数個の音片振動子が互いに結合されているため、音片振動子の長手方向の長さが短くなっても、質量が増加した分だけ角速度の検出感度が向上する。
【0104】
また、本発明の複合振動子は、音片振動子が互いに逆方向に励振され、逆方向に屈曲するため、音片振動子の振動が閉じ込められ、振動が外部に漏れにくい。したがって、音片振動子の振動漏れによる損失が少なくなるため、角速度の検出感度が向上する。
【0105】
また、本発明の振動ジャイロは、検出感度のよい複合振動子を用いているため角速度の検出感度が向上する。
【0106】
また、本発明の振動ジャイロは、小型の複合振動子を用いているため振動ジャイロの小型化を図ることができる。
【0107】
また、本発明の複合振動子の製造方法は、第一工程において、親基板を補助基板に接合し、その接合状態を維持したまま、後の第二乃至四工程を施すため、音片振動子が位置ずれを生じることがなく、それぞれ同一の形状を有する音片振動子からなる複合振動子を容易に製造することができる。
【0108】
そして、本発明の電子装置は、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、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】本発明の複合振動子の一実施例を示す斜視図である。
【図2】図1の複合振動子の平面図である。
【図3】図1の複合振動子の底面図である。
【図4】図1の複合振動子の左側面図である。
【図5】図1の複合振動子の製造方法の前半部分を説明する斜視図である。
【図6】図1の複合振動子の製造方法の後半部分を説明する斜視図である。
【図7】図1の複合振動子の製造方法の第二工程を更に詳しく説明する斜視図である。
【図8】図1の複合振動子の振動の状態を示す平面図である。
【図9】図1の複合振動子の振動の状態を示す正面図である。
【図10】図1の複合振動子の振動の有限要素法による解析結果を示す図である。
【図11】本発明の振動ジャイロの一実施例の回路ブロック図である。
【図12】ダイシング時に生じる丸みを説明する図である。
【図13】本発明の振動ジャイロの別の実施例の回路ブロック図である。
【図14】本発明の複合振動子の別の実施例を示す平面図である。
【図15】本発明の振動ジャイロの更に別の実施例の回路ブロック図である。
【図16】本発明の振動ジャイロの更に別の実施例の回路ブロック図である。
【図17】本発明の振動ジャイロの更に別の実施例の回路ブロック図である。
【図18】本発明の複合振動子の別の実施例の左側面図である。
【図19】複合振動子30の動作を示す平面図である。
【図20】複合振動子30の動作を示す正面図である。
【図21】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22】従来の振動ジャイロを示す斜視図である。
【符号の説明】
10、10a、30…複合振動子
100、200、100′、200′…音片振動子
20、20a、20b、20c、20d…振動ジャイロ
80…手ぶれ防止回路
101…第一の圧電体
102…第二の圧電体
103…中間電極
104a、204a…第一の電極
104b、204b…第二の電極
105、205…第三の電極
107…深溝
108…浅溝
610、610a…発振回路
620…検出回路
Claims (10)
- それぞれ同一の長さでかつ同じ形状を有する2個の音片振動子を有する複合振動子であって、
前記音片振動子には、その音片振動子を励振させるための信号が印加される電極と、励振に直交する方向の屈曲の信号が出力される電極とが形成され、
互いに隣接した前記音片振動子は、それぞれ両端自由屈曲振動を行い、かつ、互いに逆方向に励振され、
2個の前記音片振動子は、その長手方向に直交する方向に整列され、2個の前記音片振動子の主面部におけるノード点同士が同一平面上に配置されてなり、
2つの前記音片振動子の主面部には、第1の支持部材が一方の音片振動子における前記主面部の第1のノード点と他方の音片振動子における第1のノード点とを同一平面上にて接続するように配置され、第2の支持部材が一方の音片振動子における前記主面部の第2のノード点と他方の音片振動子における第2のノード点とを同一平面上にて接続するように配置されことによって、前記2つの音片振動子が互いに結合されていることを特徴とする、複合振動子。 - 2個の前記音片振動子は、励振方向の共振周波数と、励振方向に直交する共振周波数とが一致することを特徴とする、請求項1に記載の複合振動子。
- 請求項1に記載の複合振動子を駆動させるための駆動手段と、前記複合振動子から角速度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。
- 複合振動子の製造方法において、
親基板の他方主面に補助基板を接合する第一工程と、
前記親基板の一方主面側から前記親基板を完全に切断するとともに前記補助基板の一部を切断せずに残し、前記補助基板によって相互の位置を保持しつつ幅方向に整列された複数の音片振動子を形成する第二工程と、
複数の前記音片振動子の一方主面に、支持部材を接合する第三工程と、
複数の前記音片振動子の他方主面から前記補助基板を分離する第四工程とが施されることを特徴とする、複合振動子の製造方法。 - 前記親基板は、両主面に電極が形成されていることを特徴とする、請求項4に記載された複合振動子の製造方法。
- 前記親基板は、互いに逆向きの厚み方向に分極された二つの圧電体基板が接合されてなることを特徴とする、請求項4又は5のいずれかに記載された複合振動子の製造方法。
- 前記親基板は、厚み方向に分極された圧電体基板に導電体基板が接合されてなることを特徴とする、請求項6に記載された複合振動子の製造方法。
- 前記第二工程において、前記音片振動子の一方主面に、その長手方向又は幅方向に沿った溝を形成することを特徴とする、請求項4乃至7のいずれかに記載された複合振動子の製造方法。
- 前記第三工程において、前記支持部材を前記音片振動子の両端自由屈曲振動のノード近傍に接合することを特徴とする、請求項4乃至8のいずれかに記載された複合振動子の製造方法。
- 前記第一工程乃至前記第四工程が施された後、
前記音片複合振動子の他方主面のノードに支持部材を接合する第五工程が施されることを特徴とする、請求項4乃至9のいずれかに記載された複合振動子の製造方法。
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