(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体からなる柱状の振動体と、該振動体の表面にその長手方向に沿って形成された駆動電極、およびそれぞれ該駆動電極に隣接して形成された２つの検出電極とを備え、
前記駆動電極と前記検出電極は、歯の方向が前記振動体の長手方向に直交する櫛歯電極を互いに対向させてなる交差指電極部を有し、
前記振動体は長手方向に分極処理されているとともに、前記交差指電極部において前記駆動電極が前記検出電極に対して前記振動体の長手方向に偏って形成されていることを特徴とする、振動子。
【請求項２】
前記振動体は長手方向に沿った平面部を有し、該平面部に前記駆動電極および前記検出電極が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
圧電体からなる柱状の振動体と、該振動体の表面にその長手方向に沿って形成された駆動電極、該駆動電極に隣接して形成された基準電極、およびそれぞれ該基準電極に隣接して形成された２つの検出電極とを備え、
前記駆動電極と前記基準電極、および前記基準電極と前記検出電極は、歯の方向が前記振動体の長手方向に直交する櫛歯電極を互いに対向させてなる交差指電極部を有し、
前記振動体は長手方向に分極処理されているとともに、前記交差指電極部において、前記駆動電極および前記検出電極が前記基準電極に対して前記振動体の長手方向に偏って形成されていることを特徴とする振動子。
【請求項４】
前記振動体は長手方向に沿った平面部を有し、該平面部に前記駆動電極、前記基準電極および前記検出電極が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の振動子。
【請求項５】
前記振動体の振動のノードの近傍において、支持部材が前記平面部に貼り付けて設けられていることを特徴とする、請求項２または４に記載の振動子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の振動子を用いたことを特徴とする振動ジャイロ。
【請求項７】
請求項６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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動子およびそれを用いた振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置、たとえばビデオカメラの手ぶれ補正装置やナビゲーションシステムなどに用いられる振動ジャイロ用の振動子およびそれを用いた振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動ジャイロ用の振動子としては、たとえば特開平７−１５１５５２号公報に開示された振動子（以下、従来例１とする）や特開平７−３３２９８８号公報に開示された振動子（以下、従来例２とする）などがある。
【０００３】
従来例１においては、圧電体からなる円柱状の振動体の表面に櫛歯電極を対向させた交差指電極を形成し、櫛歯電極間に電圧を印加することによってその間の圧電体に分極を施し、さらにこの分極の施された櫛歯電極間に交流電圧を印加して振動させ、かつコリオリ力の検出を行っている。
【０００４】
従来例２においては、互いに逆方向に分極された２つの圧電体基板を貼り合わせて振動子を形成し、その両面に形成された電極間に交流電圧を印加して振動させ、かつコリオリ力の検出を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１の振動子においては、曲面に交差指電極を形成する必要があるために、電極形成に手間がかかり、コストアップの原因になるという問題がある。また、交差指電極からのリード線の取り出しも立体的なものになるため、取付に手間がかかったり、振動を妨げる原因になったりするという問題もある。
【０００６】
一方、従来例２の振動子においては、２つの圧電体基板を貼り合わせる必要があるために、適切な接着条件が得られない場合には、雰囲気温度や湿度、経時変化などによって接着層の接合状態が変化する可能性がある。この場合には振動子の振動状態が変化し、コリオリ力の検出精度が変化するという問題が発生する。また、支持部材がリード線を兼ねているために、振動子の両面に支持部材を設ける必要があるが、これが組立工数を増加させるためにコストアップの原因になるという問題もある。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、電極形成が容易で、しかも組立工数も少なくて済む振動子およびそれを用いた振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の振動子は、圧電体からなる柱状の振動体と、該振動体の表面にその長手方向に沿って形成された駆動電極、およびそれぞれ該駆動電極に隣接して形成された２つの検出電極とを備え、前記駆動電極と前記検出電極は、歯の方向が前記振動体の長手方向に直交する櫛歯電極を互いに対向させてなる交差指電極部を有し、前記振動体が長手方向に分極処理されているとともに、前記交差指電極部において前記駆動電極が前記検出電極に対して前記振動体の長手方向に偏って形成されていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記振動体が長手方向に沿った平面部を有し、該平面部に前記駆動電極および前記検出電極が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の振動子は、圧電体からなる柱状の振動体と、該振動体の表面にその長手方向に沿って形成された駆動電極、該駆動電極に隣接して形成された基準電極、およびそれぞれ該基準電極に隣接して形成された２つの検出電極とを備え、前記駆動電極と前記基準電極、および前記基準電極と前記検出電極は、歯の方向が前記振動体の長手方向に直交する櫛歯電極を互いに対向させてなる交差指電極部を有し、前記振動体は長手方向に分極処理されているとともに、前記交差指電極部において前記駆動電極および前記検出電極が前記基準電極に対して前記振動体の長手方向に偏って形成されていることを特徴とする。
【００１３】
そして、前記振動体が長手方向に沿った平面部を有し、該平面部に前記駆動電極、前記基準電極および前記検出電極が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の振動子は、上記の各振動子において、前記振動体の振動のノードの近傍において、支持部材が前記平面部に貼り付けて設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の振動ジャイロは、上記の振動子を用いたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の電子装置は、上記の振動ジャイロを用いたことを特徴とする。
【００１７】
このように構成することにより、本発明の振動子においては、低コスト化と性能の安定化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明の振動ジャイロにおいては、低コスト化と高性能化を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の電子装置においても、低コスト化と高性能化を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の振動子の一実施例の斜視図を示す。図１において、振動子１は、圧電体からなる四角柱状の振動体２と、振動体２の１つの平面部２ａに形成された駆動電極３および検出電極４、５と、振動体２の振動のノードの近傍において、平面部２ａに貼り付けて設けられた金属からなる導電性の支持部材６、７、８から構成されている。
【００２１】
このうち、駆動電極３は振動体２の長手方向に沿って形成され、検出電極４、５は駆動電極３の両側に隣接して、駆動電極３と同様に振動体２の長手方向に沿って形成されている。そして、駆動電極３と検出電極４、および駆動電極３と検出電極５はいずれも歯の方向が振動体２の長手方向に直交する櫛歯電極を互いに対向させてなる交差指電極部を有している。さらに、駆動電極３は支持部材６の貼り付けられた位置まで延びて形成され、支持部材６と電気的に接続されており、検出電極４、５はそれぞれ支持部材７、８の貼り付けられた位置まで延びて形成され、支持部材７、８と電気的に接続されている。なお、支持部材６、７、８の端部は、振動子１を支持する支持基板あるいはたとえば枠状の筐体などに固定されることになり、このため、振動体２は支持部材６、７、８によって中空に支持されることになる。
【００２２】
ここで、図２に、図１の振動子１における駆動電極３と検出電極４、５の部分拡大図を示す。ここで、矢印は各電極が形成された表面およびその近傍における振動体２を構成する圧電体の分極方向を示している。図２を見てわかるように、振動子１においては、検出電極４および５から駆動電極３に向かって圧電体が分極されている。このような圧電体の分極は、振動体２に駆動電極３と検出電極４、５を形成した後に、駆動電極３と検出電極４、５との間に大きな電圧を印加することによって実現される。
【００２３】
振動子１において、駆動電極３と検出電極４、５との間に交流電圧を印加すると、駆動電極３と検出電極４、５が振動体２の長手方向に関して対向している部分において、その間の圧電体が長手方向に伸縮する。これによって、振動子１は平面部２ａの面に直交する方向に屈曲する両端開放屈曲振動を行う。なお、駆動電極３と検出電極４、５は振動体２の幅方向にも対向する部分があるが、振動体２の長手方向に関して対向する部分に比べて対向部分の電極の長さが短いために、実質的に幅方向にはほとんど屈曲することはない。
【００２４】
このように構成された振動子１においては、振動体２が単一の圧電体から構成されているために、２つの圧電体を貼り合わせる場合のような不都合は発生しない。また、振動体２の１つの平面部２ａに電極を形成しているために、曲面に形成する場合に比べて電極形成が非常に容易になる。さらに、支持部材６、７、８が振動体２の１つの平面部２ａのみに貼り付けられる構成になっているため、支持部材の取付が非常に簡単になる。
【００２５】
ここで、図３に、本発明の振動ジャイロの一実施例のブロック図を示す。ここでは、図１に示した本発明の振動子１を用いている。なお、図３においては、振動子１は平面図で記載している。
【００２６】
図３に示した振動ジャイロ１０において、検出電極４はリードとしての支持部材７を介して負荷抵抗１１の一端に接続されており、負荷抵抗１１の他端は接地されている。また、検出電極５もリードとしての支持部材８を介して負荷抵抗１２の一端に接続されており、負荷抵抗１２の他端は接地されている。負荷抵抗１１の一端と負荷抵抗１２の一端はそれぞれ加算回路１３の２つの入力に接続され、加算回路１３の出力はＡＧＣ回路１４と位相回路１５を順に介して、さらにリードとしての支持部材６を介して駆動電極３に接続されている。負荷抵抗１１の一端と負荷抵抗１２の一端はさらにそれぞれ差動回路１６の２つの入力にも接続されており、差動回路１６の出力は同期検波回路１７に接続されている。同期検波回路１７にはＡＧＣ回路１４の出力も同期信号（検波信号）を入力するために接続されている。同期検波回路１７の出力は平滑回路１８と増幅回路１９を順に介して出力端子２０に接続されている。
【００２７】
このように構成された振動ジャイロ１０において、振動子１、加算回路１３、ＡＧＣ回路１４、位相回路１５で構成される閉ループによって自励発振回路が構成され、それによって振動子１は平面部２ａに垂直な方向に屈曲振動する。屈曲振動する振動子１に対して振動体２の長手方向を回転の軸とする角速度が印加されると、振動子１はコリオリ力によって幅方向（振動体２の長手方向に直交し、かつ平面部２ａの面に平行な方向）に振動する。この幅方向の振動によって、検出電極４と５からは、駆動による屈曲振動に基づく同相の信号に加えて、コリオリ力による互いに位相の反転した信号が出力される。そして、差動回路１６でこのコリオリ力による信号のみが取り出され、同期検波回路１７で同期検波され、平滑回路１８で平滑され、増幅回路１９で増幅されて、出力端子２０からコリオリ力に応じた直流電圧として取り出される。
【００２８】
このように構成された振動ジャイロ１０においては、本発明の振動子１を用いているために、低コスト化と高性能化を図ることができる。
【００２９】
図４に、本発明の振動子の別の実施例を示す。図４においては、交差指電極部における駆動電極３と検出電極４、５の部分拡大図のみを示しているが、振動子の全体的な構成は図１に示した振動子１と同じである。ここでは、これを振動子２５とする。
【００３０】
図４に示した振動子２５において、駆動電極３の櫛歯電極は検出電極４、５の櫛歯電極に対して振動体の長手方向に偏って形成されている。しかも、振動子１における振動体２の場合とは異なり、少なくとも電極の形成された面において振動体の圧電体は全て同じ方向である振動体の長手方向に分極されている。このような圧電体の分極は、振動子１の場合とは異なり、駆動電極３や検出電極４、５を利用して分極を行うということはせず、電極形成の前あるいは後において何らかの手段で振動体２の長手方向に電圧を印加することによって実現される。
【００３１】
振動子２５において、駆動電極３と検出電極４、５との間に交流電圧を印加すると、駆動電極３と検出電極４、５の間の両者が振動体の長手方向に関して対向している部分において、両者が近接しているところと離れているところでは伸縮の方向が逆になる。しかしながら、駆動電極３と検出電極４、５が近接しているところにおいては両者の間の圧電体が長手方向に強く伸縮し、逆に、駆動電極３と検出電極４、５が離れているところにおいては両者の間の圧電体が長手方向に弱く伸縮するため、実質的に駆動電極３と検出電極４、５が近接しているところにおける伸縮が支配的になる。これは２つの電極が近接している方が圧電体に加わる電界が強くなるためである。これによって、振動子２５は、振動体の平面部の面に直交する方向に屈曲する両端開放屈曲振動を行う。
【００３２】
このように構成された振動子２５においては、構成的には振動子１とほとんど変わることがないため、振動子１と同様の作用効果を奏することができる。
【００３３】
なお、上記の２つの実施例においては、柱状の振動子に形成された平面部に駆動電極と検出電極を形成していたが、必ずしもそれに限るものではなく、たとえば円柱状の振動子の側面に各電極を形成しても構わないものである。
【００３４】
図５に、本発明の振動ジャイロの別の実施例のブロック図を示す。ここで、振動ジャイロ３０には、本発明の振動子のさらに別の実施例である振動子３１が用いられている。図５においては、振動子３１は平面図で記載している。なお、図５において、図３と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
図５において、振動子３１は、圧電体からなる四角柱状の振動体３２と、振動体３２の１つの平面部３２ａに形成された駆動電極３３、基準電極３４、および検出電極３５、３６と、振動体３２の振動のノードの近傍において、平面部３２ａに貼り付けて設けられた金属からなる導電性の支持部材３７、３８、３９、４０から構成されている。
【００３６】
ここで、図６に、図５の振動子３１における駆動電極３３と基準電極３４と検出電極３５、３６の部分拡大図を示す。図６において、駆動電極３３と基準電極３４、基準電極３４と検出電極３５、および基準電極３４と検出電極３６はいずれも歯の方向が振動体３２の長手方向に直交する櫛歯電極を互いに対向させてなる交差指電極部となっている。そして、矢印は各電極が形成された表面部分における振動体３２を構成する圧電体の分極方向を示している。図６を見てわかるように、振動体３２の少なくとも交差指電極部の形成された表面およびその近傍においては、駆動電極３３と検出電極３５および３６から基準電極３４に向かって圧電体が分極されている。このような圧電体の分極は、振動体３２に駆動電極３３と基準電極３４と検出電極３５、３６を形成した後に、駆動電極３３および検出電極３５、３６と基準電極３４との間に大きな電圧を印加することによって実現される。
【００３７】
このように構成された振動子３１においても、振動子１の場合と同様に２つの圧電体を貼り合わせる場合のような不都合は発生しない。また、振動体３２の１つの平面部３２ａに電極を形成しているために、電極形成が非常に容易になる。さらに、支持部材３７、３８、３９、４０が振動体３２の１つの平面部３２ａに貼り付けられる構成になっているため、支持部材の取付が非常に簡単になる。
【００３８】
振動子３１において、駆動電極３３と基準電極３４との間に交流電圧を印加すると、平面部３２ａの両者が振動体３２の長手方向に関して対向している部分において、間の圧電体が長手方向に伸縮する。これによって、振動子３１は平面部３２ａの面に直交する方向に屈曲する両端開放屈曲振動を行う。なお、駆動電極３３と基準電極３４は振動体３２の幅方向にも対向する部分があるが、振動体３２の長手方向に関して対向する部分に比べて長さが短いために、幅方向にはほとんど屈曲することはない。
【００３９】
屈曲振動する振動子３１に、振動体３２の長手方向を回転の軸とする角速度が印加されると、振動子３１はコリオリ力によって幅方向にも屈曲振動する。この幅方向の屈曲振動によって、検出電極３５と基準電極３４の間、および検出電極３６と基準電極３４の間には、駆動による屈曲振動に基づく同相の信号に加えて、コリオリ力による互いに位相の反転した信号が発生する。
【００４０】
ここで、振動ジャイロ３０の説明に戻る。図５に示した振動ジャイロ３０において、検出電極３５はリードとしての支持部材３９を介してチャージアンプ４１に接続されており、その出力は加算回路１３と差動回路１６にそれぞれ接続されている。また、検出電極３６もリードとしての支持部材４０を介してチャージアンプ４２に接続されており、その出力は加算回路１３と差動回路１６にそれぞれ接続されている。また、位相回路１５の出力はリードとしての支持部材３７を介して駆動電極３３に接続されている。そして、基準電極３４はリードとしての支持部材３８を介して接地されている。
【００４１】
このように構成された振動ジャイロ３０においても、振動ジャイロ１０の場合と同様に振動子３１を自励発振によって屈曲振動させ、コリオリ力に応じた出力を得ることができる。そして、振動ジャイロ３０においては、本発明の振動子３１を用いているために、低コスト化と高性能化を図ることができる。
【００４２】
なお、振動子３１においては、振動子１の場合と同様に電極形成の後で圧電体の分極を行う構成としたが、振動子１に対応する振動子２５と同様に、振動体の圧電体を、少なくとも電極の形成された面において振動体の長手方向に分極し、それとともに基準電極の櫛歯電極に対して駆動電極と検出電極の櫛歯電極を振動体の長手方向に偏って形成したものであっても構わないもので、振動子３１の場合と同様の作用効果を奏するものである。
【００４３】
しかも、上記のように振動体の圧電体を長手方向に分極する場合には、各電極は必ずしも振動子の平面部に形成されなければならないものではなく、たとえば円柱状の振動子の側面に各電極を形成しても構わないものである。
【００４４】
図７に、本発明の電子装置の一実施例であるビデオカメラの斜視図を示す。図７において、ビデオカメラ５０は、手ぶれ補正用に本発明の振動ジャイロ１０を備えている。
【００４５】
このように構成されたビデオカメラ５０においては、本発明の振動ジャイロ１０を備えているために低コスト化と高性能化を図ることができる。
【００４６】
なお、本発明の電子装置としては、ビデオカメラに限られるものではなく、振動ジャイロを同じく手ぶれ補正用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、自動車の横転検出システムなど、振動ジャイロを用いるあらゆる電子装置を含むものである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の振動子によれば、圧電体からなる柱状の振動体と、その表面にその長手方向に沿って形成された駆動電極、およびそれぞれ駆動電極に隣接して形成された２つの検出電極とを備え、また必要に応じて駆動電極と検出電極の間に設けられる基準電極を備え、しかもそれらが歯の方向が振動体の長手方向に直交する櫛歯電極を互いに対向させてなる交差指電極部となっており、さらに特にそれらの電極を振動体に設けられた平面部に形成することによって、低コスト化と性能の安定化を図ることができる。
【００４８】
また、本発明の振動ジャイロによれば、本発明の振動子を用いることによって、低コスト化と高性能化を図ることができる。
【００４９】
また、本発明の電子装置によれば、本発明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を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動子の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の振動子の電極を示す部分拡大図である。
【図３】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４】本発明の振動子の別の実施例の電極を示す部分拡大図である。
【図５】本発明の振動ジャイロの別の実施例を示すブロック図である。
【図６】図５の振動ジャイロに含まれる本発明のさらに別の振動子の電極を示す部分拡大図である。
【図７】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２５、３１…振動子
２、３２…振動体
２ａ、３２ａ…平面部
３、３３…駆動電極
４、５、３５、３６…検出電極
６、７、８、３７、３８、３９、４０…支持部材
１０、３０…振動ジャイロ
１１、１２…負荷抵抗
１３…加算回路
１４…ＡＧＣ回路
１５…位相回路
１６…差動回路
１７…同期検波回路
１８…平滑回路
１９…増幅回路
２０…出力端子
４１、４２…チャージアンプ
５０…ビデオカメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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