JPS6310595B2 - - Google Patents
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- JPS6310595B2 JPS6310595B2 JP58053772A JP5377283A JPS6310595B2 JP S6310595 B2 JPS6310595 B2 JP S6310595B2 JP 58053772 A JP58053772 A JP 58053772A JP 5377283 A JP5377283 A JP 5377283A JP S6310595 B2 JPS6310595 B2 JP S6310595B2
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- Japan
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- capacitance
- piezoelectric element
- bimorph piezoelectric
- displacement
- temperature
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G12—INSTRUMENT DETAILS
- G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G12B1/00—Sensitive elements capable of producing movement or displacement for purposes not limited to measurement; Associated transmission mechanisms therefor
-
- G—PHYSICS
- G12—INSTRUMENT DETAILS
- G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G12B7/00—Compensating for the effects of temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2041—Beam type
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、バイモルフ圧電素子を用いた変位発
生装置に関する。
生装置に関する。
一般にバイモルフ圧電素子は複数の圧電素子が
積層接合されてなるものであり、電圧印加により
容易に微小変位を生じることができるため非常に
有効な手段である。
積層接合されてなるものであり、電圧印加により
容易に微小変位を生じることができるため非常に
有効な手段である。
従来技術において、微小変位を与えるための装
置としてバイモルフ圧電素子を用いることは周知
であり、通常用いられるバイモルフ圧電素子の応
用例としてはビデオデイスク等の光学系を用いた
システムで該バイモルフ圧電素子の先端にミラー
を取り付けレーザー光の偏向素子として、あるい
は、ヘリカルスキヤン型VTRでのオートトラツ
キングのためのビデオヘツド偏向素子等が挙げら
れる。
置としてバイモルフ圧電素子を用いることは周知
であり、通常用いられるバイモルフ圧電素子の応
用例としてはビデオデイスク等の光学系を用いた
システムで該バイモルフ圧電素子の先端にミラー
を取り付けレーザー光の偏向素子として、あるい
は、ヘリカルスキヤン型VTRでのオートトラツ
キングのためのビデオヘツド偏向素子等が挙げら
れる。
また近年、固体撮像装置の偏向装置としてバイ
モルフ圧電素子を用いることが研究されている。
モルフ圧電素子を用いることが研究されている。
固体撮像装置は従来の撮像管とくらべ、小型、
軽量、高信頼性、特性面では図形歪がなく、残像
が小さく、焼付きがない等多くの利点を有してい
るため、ITV、家庭用ビデオカメラ、銀塩フイ
ルムを用いない電子カメラ等、応用は広く、今後
更に拡大されると考えられる。これらの応用にお
いて、現在の固体撮像装置に対して高解像度化の
要求が強い。しかし一方固体撮像装置に目を向け
ると、該装置は現在のLSIの中でも最も大きいチ
ツプサイズを有しており、低価格化へのアプロー
チとしてもチツプサイズの縮小化が求められてい
る。従つて、チツプサイズの縮小化を行ない更に
高密度化を行なつて高解像度化を行なわなくては
ならなく、製造技術的にも困難である。
軽量、高信頼性、特性面では図形歪がなく、残像
が小さく、焼付きがない等多くの利点を有してい
るため、ITV、家庭用ビデオカメラ、銀塩フイ
ルムを用いない電子カメラ等、応用は広く、今後
更に拡大されると考えられる。これらの応用にお
いて、現在の固体撮像装置に対して高解像度化の
要求が強い。しかし一方固体撮像装置に目を向け
ると、該装置は現在のLSIの中でも最も大きいチ
ツプサイズを有しており、低価格化へのアプロー
チとしてもチツプサイズの縮小化が求められてい
る。従つて、チツプサイズの縮小化を行ない更に
高密度化を行なつて高解像度化を行なわなくては
ならなく、製造技術的にも困難である。
このような問題に対処するため、インターライ
ン転送方式CCD（以下IT−CCDと称す）の如き、
感光部（例えばフイトダイオード、以下PDと称
す）に蓄積された信号電荷が垂直ブランキング期
間（無効期間）において同時に垂直CCDに移動
され、次のフイールド有効期間中に読出される撮
像動作を有した固体撮像素子を前記フイールド期
間の無効期間に振動中心が位置する如く振動せし
めることにより、みかけ上の画素数を倍増する高
解像度化が試みられている。つまり、固体撮像素
子を該チツプ面に対して水平に適当な周数数で適
当な振幅を与えることで、従来の固体撮像装置の
高解像度化を図ろうとするものである。
ン転送方式CCD（以下IT−CCDと称す）の如き、
感光部（例えばフイトダイオード、以下PDと称
す）に蓄積された信号電荷が垂直ブランキング期
間（無効期間）において同時に垂直CCDに移動
され、次のフイールド有効期間中に読出される撮
像動作を有した固体撮像素子を前記フイールド期
間の無効期間に振動中心が位置する如く振動せし
めることにより、みかけ上の画素数を倍増する高
解像度化が試みられている。つまり、固体撮像素
子を該チツプ面に対して水平に適当な周数数で適
当な振幅を与えることで、従来の固体撮像装置の
高解像度化を図ろうとするものである。
このように固体撮像素子に振動を加えて偏向さ
せるため、バイモルフ圧電素子を用いる研究がな
されている。しかしながらこのようなバイモルフ
圧電素子の変位量は使用される環境下の温度によ
り変化し、材料により異なるがこの変位量の温度
係数はおおむね2000〜10000ppm／℃（−20℃〜
60℃）である。例えばVTRカメラ、電子カメラ
等に固体撮像装置が搭載された場合、使用される
環境により温度変化が生ずることは容易に推察さ
れる。このように温度変化があると、前述のよう
に変位量も変化し、所望の変位量が得られないと
いう欠点があつた。従つて、例えば固体撮像装置
の偏向装置に用いた場合高解像度を十分に得るこ
とができないという問題点があつた。
せるため、バイモルフ圧電素子を用いる研究がな
されている。しかしながらこのようなバイモルフ
圧電素子の変位量は使用される環境下の温度によ
り変化し、材料により異なるがこの変位量の温度
係数はおおむね2000〜10000ppm／℃（−20℃〜
60℃）である。例えばVTRカメラ、電子カメラ
等に固体撮像装置が搭載された場合、使用される
環境により温度変化が生ずることは容易に推察さ
れる。このように温度変化があると、前述のよう
に変位量も変化し、所望の変位量が得られないと
いう欠点があつた。従つて、例えば固体撮像装置
の偏向装置に用いた場合高解像度を十分に得るこ
とができないという問題点があつた。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
温度変化によらず変位量が一定である変位発生装
置を提供することを目的とする。
温度変化によらず変位量が一定である変位発生装
置を提供することを目的とする。
本発明は、バイモルフ圧電素子と静電容量の温
度係数の符号が前記バイモルフ圧電素子の静電容
量の温度係数の符号に対し異符号である電気素子
とを直列に接続して交流駆動電圧を印加すること
を特徴とした変位発生装置。
度係数の符号が前記バイモルフ圧電素子の静電容
量の温度係数の符号に対し異符号である電気素子
とを直列に接続して交流駆動電圧を印加すること
を特徴とした変位発生装置。
バイモルフ圧電素子は圧電性材料からなる板材
を単一で又は複数板積層してなるものであり、必
要に応じ金属板等に接着して用いられる。一般に
バイモルフ圧電素子に用いられる圧電材料には、
圧電定数α31が大きいこと、結合係数K31が大きい
こと、機械的強度が大きいことが要求され、例え
ばPZT（Pb（Zr、Ti）O3）系の二成分材料、Pb
（Y1/2、Nb1/2）O3−（Pb、Sr）TiO3−PbZrO3系、
Pb（Co1/2、W1/2）O3−Pb（Ti、Zr）O3系、Pb
（Mg1/2、Nb1/2）O3−Pb（Ti、Zr）O3系、Pb
（Sb1/2、Nb1/2）O3−Pb（Ti、Zr）O3系、Pb
（Zn1/2、Nb1/2）O3系、Pb（La1/2、Nb1/2）O3系等
の三成分材料等のものがある。またモルフオトロ
ピツク相転移近傍の組成のものが良い特性を示
す。
を単一で又は複数板積層してなるものであり、必
要に応じ金属板等に接着して用いられる。一般に
バイモルフ圧電素子に用いられる圧電材料には、
圧電定数α31が大きいこと、結合係数K31が大きい
こと、機械的強度が大きいことが要求され、例え
ばPZT（Pb（Zr、Ti）O3）系の二成分材料、Pb
（Y1/2、Nb1/2）O3−（Pb、Sr）TiO3−PbZrO3系、
Pb（Co1/2、W1/2）O3−Pb（Ti、Zr）O3系、Pb
（Mg1/2、Nb1/2）O3−Pb（Ti、Zr）O3系、Pb
（Sb1/2、Nb1/2）O3−Pb（Ti、Zr）O3系、Pb
（Zn1/2、Nb1/2）O3系、Pb（La1/2、Nb1/2）O3系等
の三成分材料等のものがある。またモルフオトロ
ピツク相転移近傍の組成のものが良い特性を示
す。
一般にこのような圧電材料を用いたバイモルフ
圧電素子の変位量が温度の昇降に伴ない増減する
ことが知られている。またバイモルフ圧電素子は
誘電体である圧電材料に電圧を印加するため静電
容量を有し、この静電容量も温度の昇降に伴ない
増減する。本発明者らの研究によれば、変位量の
温度係数と静電容量の温度係数がほぼ等しいこと
が判明した。この傾向はバイモルフ圧電素子の形
状（長さ、幅、厚さ）にはほとんど依存しないこ
とが明らかとなつた。
圧電素子の変位量が温度の昇降に伴ない増減する
ことが知られている。またバイモルフ圧電素子は
誘電体である圧電材料に電圧を印加するため静電
容量を有し、この静電容量も温度の昇降に伴ない
増減する。本発明者らの研究によれば、変位量の
温度係数と静電容量の温度係数がほぼ等しいこと
が判明した。この傾向はバイモルフ圧電素子の形
状（長さ、幅、厚さ）にはほとんど依存しないこ
とが明らかとなつた。
第１図乃至第３図にバイモルフ圧電素子の変位
量Ｓと静電容量Ｃの温度変化を示す。駆動電圧は
例えばｆ＝30Hz、60Hz、Ｖ＝０〜200Vを用いた。
この電圧は電界として０〜1KV／mm程度である。
第１図にはPb（Y1/2、Nb1/2）O3−（Pb、Sr）
TiO3−PbZrO3系の材料（Ｔ−96東芝セラミツク
ス製）を用いた場合、第２図にはPb（Co1/2、
W1/2）O3−Pb（Ti、Zr）O3系の材料（Ｔ−85東
芝セラミツクス製）を用いた場合、第３図には
Pb（Y1/2、Nb1/2）O3−（Pb、Sr）TiO3−PbZrO3
系の材料（Ｔ−96改良材）を用いた場合を示す。
量Ｓと静電容量Ｃの温度変化を示す。駆動電圧は
例えばｆ＝30Hz、60Hz、Ｖ＝０〜200Vを用いた。
この電圧は電界として０〜1KV／mm程度である。
第１図にはPb（Y1/2、Nb1/2）O3−（Pb、Sr）
TiO3−PbZrO3系の材料（Ｔ−96東芝セラミツク
ス製）を用いた場合、第２図にはPb（Co1/2、
W1/2）O3−Pb（Ti、Zr）O3系の材料（Ｔ−85東
芝セラミツクス製）を用いた場合、第３図には
Pb（Y1/2、Nb1/2）O3−（Pb、Sr）TiO3−PbZrO3
系の材料（Ｔ−96改良材）を用いた場合を示す。
変位量Ｓの温度係数αS（＝１／Ｓ∂S／∂T）、静電
容量 Ｃの温度係数αC（＝１／Ｃ∂C／∂T）は、第１図に示
す試 料ではαS＝5100（ppm／℃）、αC＝4800（ppm／
℃）、第２図に示す試料ではαS＝6300（ppm／℃）、
αC＝6000（ppm／℃）、第３図に示す試料ではαS＝
2800（ppm／℃）、αC＝2500（ppm／℃）であつた。
このようにαCとαSはほぼ同様の値を示す。他の材
料についても同様の結果が得られる。圧電材料は
キユリー点以下の温度で用いる材料であり、この
範囲でもちいる材料であればほぼ同様の傾向を示
す。
容量 Ｃの温度係数αC（＝１／Ｃ∂C／∂T）は、第１図に示
す試 料ではαS＝5100（ppm／℃）、αC＝4800（ppm／
℃）、第２図に示す試料ではαS＝6300（ppm／℃）、
αC＝6000（ppm／℃）、第３図に示す試料ではαS＝
2800（ppm／℃）、αC＝2500（ppm／℃）であつた。
このようにαCとαSはほぼ同様の値を示す。他の材
料についても同様の結果が得られる。圧電材料は
キユリー点以下の温度で用いる材料であり、この
範囲でもちいる材料であればほぼ同様の傾向を示
す。
本発明はこの点に着目してなされたもので、前
述のごとく電子素子を接続することにより、複雑
な電子回路を設けることなく、バイモルフ圧電素
子の静電容量の変化に応じ印加される電圧が変化
し、さらにその電圧がバイモルフ圧電素子の変位
量をほぼ一定に保つように変化する。
述のごとく電子素子を接続することにより、複雑
な電子回路を設けることなく、バイモルフ圧電素
子の静電容量の変化に応じ印加される電圧が変化
し、さらにその電圧がバイモルフ圧電素子の変位
量をほぼ一定に保つように変化する。
すなわちバイモルフ圧電素子の変位量が増加す
るような温度変化が生じたとき、バイモルフ圧電
素子の静電容量も増加する。このとき直列に接続
されたコンデンサはバイモルフ圧電素子の変位量
（静電容量）、と異符号の温度係数を有するので、
このコンデンサの静電容量は減少する。従つてバ
イモルフ圧電素子に印加される電圧が減少し、変
位量を小さくする方向に制御される。温度変化が
逆の場合も同様である。
るような温度変化が生じたとき、バイモルフ圧電
素子の静電容量も増加する。このとき直列に接続
されたコンデンサはバイモルフ圧電素子の変位量
（静電容量）、と異符号の温度係数を有するので、
このコンデンサの静電容量は減少する。従つてバ
イモルフ圧電素子に印加される電圧が減少し、変
位量を小さくする方向に制御される。温度変化が
逆の場合も同様である。
また前述のごとくバイモルフ圧電素子の静電容
量の温度係数と異符号の温度係数を有するコンデ
ンサを用いることにより充分な効果を得ることが
できるが、さらにコンデンサの静電容量の温度係
数（αC1）が αC1＝−C1（T0）／Ｃ（T0）・αC αC：バイモルフ圧電素子の静電容量の温度係数 T0：基準温度 C1（T0）：T0におけるコンデンサの静電容量 Ｃ（T0）：T0におけるバイモルフ圧電素子の静電
容量 なる関係を満たすこと、または αC1＝−C1（T0）／Ｃ（T0）・αS αS：バイモルフ圧電素子の変位の温度係数 T0：基準温度 C1（T0）：T0におけるコンデンサの静電容量 Ｃ（T0）：T0におけるバイモルフ圧電素子の静電
容量 なる関係を満たすことによりさらにすぐれた効果
を発揮する。
量の温度係数と異符号の温度係数を有するコンデ
ンサを用いることにより充分な効果を得ることが
できるが、さらにコンデンサの静電容量の温度係
数（αC1）が αC1＝−C1（T0）／Ｃ（T0）・αC αC：バイモルフ圧電素子の静電容量の温度係数 T0：基準温度 C1（T0）：T0におけるコンデンサの静電容量 Ｃ（T0）：T0におけるバイモルフ圧電素子の静電
容量 なる関係を満たすこと、または αC1＝−C1（T0）／Ｃ（T0）・αS αS：バイモルフ圧電素子の変位の温度係数 T0：基準温度 C1（T0）：T0におけるコンデンサの静電容量 Ｃ（T0）：T0におけるバイモルフ圧電素子の静電
容量 なる関係を満たすことによりさらにすぐれた効果
を発揮する。
コンデンサは、その誘電体を適宜選択すること
により容易に所望の静電容量、温度係数を得るこ
とができる。例えばセラミツクコンデンサはキユ
リー温度を常温以下に持たせ常誘電層を用いるこ
とで大きな誘電率と任意の温度係数を得ることが
知られている。例えばBaTiO3に各種の添加物を
加えたもの、また最初ではPb（Mg1/3、Nb2/3）O3
などの材料がある。これらの材料を用いて所望の
特性を有するコンデンサを得ることは容易に行な
うことができる。
により容易に所望の静電容量、温度係数を得るこ
とができる。例えばセラミツクコンデンサはキユ
リー温度を常温以下に持たせ常誘電層を用いるこ
とで大きな誘電率と任意の温度係数を得ることが
知られている。例えばBaTiO3に各種の添加物を
加えたもの、また最初ではPb（Mg1/3、Nb2/3）O3
などの材料がある。これらの材料を用いて所望の
特性を有するコンデンサを得ることは容易に行な
うことができる。
バイモルフ圧電素子（静電容量Ｃ）とコンデン
サ（静電容量C1）を直列に接続して電圧（V0）
を印加した場合、バイモルフ圧電素子に印加され
る電圧（Ｖ）は(1)式のごとくになる。
サ（静電容量C1）を直列に接続して電圧（V0）
を印加した場合、バイモルフ圧電素子に印加され
る電圧（Ｖ）は(1)式のごとくになる。
Ｖ＝C1／C1＋ＣV0 (1)
またバイモルフ圧電素子の変位（δ）は電圧変
位感度をＳとすると次式で表わされる。
位感度をＳとすると次式で表わされる。
δ＝Ｓ・Ｖ (2)
温度Ｔによる変位は(1)(2)式により次のように算
出される。
出される。
logV＝logC1−log（C1＋Ｃ）＋logV0 （∵(1)）
∴１／Ｖ・∂V／∂T＝Ｃ／C1＋Ｃ・［１／C1・∂C1／∂
T−１／Ｃ・ ∂C／∂T］ (3) logδ＝logS＋logV （∵(2)） ∴１／δ・∂δ／∂T＝１／Ｓ・∂S／∂T＋１／Ｖ・∂V
／∂T(4) (3)、(4)より １／δ・∂δ／∂T ＝１／Ｓ・∂S／∂T＋Ｃ／C1＋Ｃ・［１／C1・∂C1／
∂T−１／Ｃ・ ∂C／∂T］ (5) ここで α〓〓１／δ・∂δ／∂T：コンデンサ接続後のバイモ
ルフ 圧電素子の変位の温度係数 αS〓１／Ｓ・∂S／∂T：コンデンサ接続のないバイモ
ル フ圧電素子の変位の温度係数 αC〓１／Ｃ・∂C／∂T：コンデンサ接続のないバイモ
ル フ圧電素子の静電容量の温度係数 αC1〓１／C1・αC1／∂T：コンデンサの静電容量の温
度係 数 とすると(5)式は次式のようになる。
T−１／Ｃ・ ∂C／∂T］ (3) logδ＝logS＋logV （∵(2)） ∴１／δ・∂δ／∂T＝１／Ｓ・∂S／∂T＋１／Ｖ・∂V
／∂T(4) (3)、(4)より １／δ・∂δ／∂T ＝１／Ｓ・∂S／∂T＋Ｃ／C1＋Ｃ・［１／C1・∂C1／
∂T−１／Ｃ・ ∂C／∂T］ (5) ここで α〓〓１／δ・∂δ／∂T：コンデンサ接続後のバイモ
ルフ 圧電素子の変位の温度係数 αS〓１／Ｓ・∂S／∂T：コンデンサ接続のないバイモ
ル フ圧電素子の変位の温度係数 αC〓１／Ｃ・∂C／∂T：コンデンサ接続のないバイモ
ル フ圧電素子の静電容量の温度係数 αC1〓１／C1・αC1／∂T：コンデンサの静電容量の温
度係 数 とすると(5)式は次式のようになる。
α〓＝αS＋Ｃ／C1＋Ｃ（αC1−αC） (6)
バイモルフ圧電素子の変位量の温度変化をなく
すためにはα〓＝０とする必要があり、前述のよう
にαSαCなる関係を用いれば(6)式を用いて次式の
ような関係を得る。
すためにはα〓＝０とする必要があり、前述のよう
にαSαCなる関係を用いれば(6)式を用いて次式の
ような関係を得る。
αC1＝−C1／ＣαC (7)
αC1＝−C1／ＣαS (8)
またC1、Ｃは次式であらわされる。
C1（Ｔ）＝C1（T0）＋C1（T0）・αC1・△Ｔ (9)
Ｃ（Ｔ）＝Ｃ（T0）＋Ｃ（T0）・αC・△Ｔ (10)
前述のごとく一般にはαCは2000〜10000ppm／
℃と小さいため、 αC1＝−C1（T0）／Ｃ（T0）αC (11) （＝−C1（T0）／Ｃ（T0）αS （11′）） なる関係が成立する。
℃と小さいため、 αC1＝−C1（T0）／Ｃ（T0）αC (11) （＝−C1（T0）／Ｃ（T0）αS （11′）） なる関係が成立する。
従つてこのようなαC1を有するコンデンサを用
いれば、変位量の温度変化をほぼ０にすることが
できる。
いれば、変位量の温度変化をほぼ０にすることが
できる。
また温度差△Ｔにおける許容誤差が100・ａ％
であれば、 −ａ≦△Ｔ・α〓≦ａ (12) なる関係を満たせば良い。
であれば、 −ａ≦△Ｔ・α〓≦ａ (12) なる関係を満たせば良い。
従つて、(6)式より、
−ａ／△Ｔ（C1＋Ｃ）≦C1αC＋CαC1≦ａ／△Ｔ（C1＋
Ｃ） （13）
となる。(11)式と同様に計算すれば、
−C1（T0）／Ｃ（T0）αC−ａ／△Ｔ（１＋C1（T0）
／Ｃ（T0））≦αC1≦ −C1（T0）／Ｃ（T0）αC＋ａ／△Ｔ（１＋C1（T0）
／Ｃ（T0））（14） なる関係を満たせば良い。
／Ｃ（T0））≦αC1≦ −C1（T0）／Ｃ（T0）αC＋ａ／△Ｔ（１＋C1（T0）
／Ｃ（T0））（14） なる関係を満たせば良い。
例えばC1（T0）Ｃ（T0）であれば、−αC−
2a／△Ｔ≦αC1≦−αC＋2a／△Ｔなる関係を満たせば
良 いことになる。
2a／△Ｔ≦αC1≦−αC＋2a／△Ｔなる関係を満たせば
良 いことになる。
またａを△Ｔ・αS以下の値とすることによりコ
ンデンサによる温度補償の効果を発揮する。
ンデンサによる温度補償の効果を発揮する。
他の電気素子、例えばインダクタンス、抵抗で
も同様のことがなりたつが、抵抗、インダクタン
スを用いた場合、かなり大きいインピーダンス及
び大きいインピーダンス変化が要求され、又用い
る駆動電圧の周波数の因子が残る等の問題がある
ため、コンデンサを用いることが望ましい。
も同様のことがなりたつが、抵抗、インダクタン
スを用いた場合、かなり大きいインピーダンス及
び大きいインピーダンス変化が要求され、又用い
る駆動電圧の周波数の因子が残る等の問題がある
ため、コンデンサを用いることが望ましい。
以上説明したように本発明によれば、静電容量
の温度係数がバイモルフ圧電素子の変位量、静電
容量の温度係数に対し異符号であるコンデンサを
バイモルフ圧電素子に直列に接続することによ
り、複雑な電子回路を用いることなく変位量の温
度補償を行なうことができる。このようにコンデ
ンサのみで温度補償ができるため、安価かつ高信
頼に、温度によらず一定の変位量を発生する変位
発生装置を得ることができる。
の温度係数がバイモルフ圧電素子の変位量、静電
容量の温度係数に対し異符号であるコンデンサを
バイモルフ圧電素子に直列に接続することによ
り、複雑な電子回路を用いることなく変位量の温
度補償を行なうことができる。このようにコンデ
ンサのみで温度補償ができるため、安価かつ高信
頼に、温度によらず一定の変位量を発生する変位
発生装置を得ることができる。
従つて本発明を例えば固体撮像装置の偏向装置
として用いれば、温度変化に依存せず常に一定の
高精細さを保つことができる。
として用いれば、温度変化に依存せず常に一定の
高精細さを保つことができる。
以下に本発明の実施例を説明する。
第４図ａ，ｂは本発明変位発生装置を概略的に
示す回路図である。
示す回路図である。
駆動電圧Ｖは、内部インピーダンスがバイモル
フ圧電素子のインピーダンスよりも十分小さい交
流電源１によりバイモルフ圧電素子３に直列に接
続された補償用のコンデンサ２（容量C1）を介
してバイモルフ圧電素子３に印加される。本実施
例に用いたバイモルフ圧電素子はいわゆる並列接
続型であり、圧電材料からなる板材３ａ，３ｂ
（厚さ0.2mm、長さ23mm、幅５mm）を２枚積層した
もので、分極方向は板材の厚さ方向であり、その
分極方向は同一方向とする。駆動電圧は板材３
ａ、板材３ｂが接合された面を一つの電極とし、
他面をもう一方の電極として印加される。
フ圧電素子のインピーダンスよりも十分小さい交
流電源１によりバイモルフ圧電素子３に直列に接
続された補償用のコンデンサ２（容量C1）を介
してバイモルフ圧電素子３に印加される。本実施
例に用いたバイモルフ圧電素子はいわゆる並列接
続型であり、圧電材料からなる板材３ａ，３ｂ
（厚さ0.2mm、長さ23mm、幅５mm）を２枚積層した
もので、分極方向は板材の厚さ方向であり、その
分極方向は同一方向とする。駆動電圧は板材３
ａ、板材３ｂが接合された面を一つの電極とし、
他面をもう一方の電極として印加される。
このバイモルフ圧電素子の静電容量及び変位量
はともに5000ppm／℃であつた。このバイモルフ
圧電素子にあわせて、コンデンサ２の静電容量
C1の温度係数αC1が−5000ppm／℃、かつ室温に
おいてバイモルフ圧電素子３の静電容量Ｃ４と同
一のものを用いた。
はともに5000ppm／℃であつた。このバイモルフ
圧電素子にあわせて、コンデンサ２の静電容量
C1の温度係数αC1が−5000ppm／℃、かつ室温に
おいてバイモルフ圧電素子３の静電容量Ｃ４と同
一のものを用いた。
駆動電圧Ｖとしてピーク値200V、周波数30Hz
の交流電圧を加えたところ、変位量は温度によら
ずほぼ一定の値を示した。この結果を第５図に示
す。第５図から明らかなように温度−変位量特性
はほぼ一定となつていることがわかる。
の交流電圧を加えたところ、変位量は温度によら
ずほぼ一定の値を示した。この結果を第５図に示
す。第５図から明らかなように温度−変位量特性
はほぼ一定となつていることがわかる。
このように特定のコンデンサを温度補償用とし
て直列に接続するだけでバイモルフ圧電素子の変
位量の温度補償を行なうことができる。
て直列に接続するだけでバイモルフ圧電素子の変
位量の温度補償を行なうことができる。
本実施例では並列接続型のバイモルフ圧電素子
を用いたが、分極方向が互いに逆である直列接続
型を用いても同様である。また圧電材料からなる
板材は２板に限らず、１枚又は３板以上積層して
も良いことはいうまでもない。また必要に応じ金
属板等に固定して用いても同様である。
を用いたが、分極方向が互いに逆である直列接続
型を用いても同様である。また圧電材料からなる
板材は２板に限らず、１枚又は３板以上積層して
も良いことはいうまでもない。また必要に応じ金
属板等に固定して用いても同様である。
次に本発明の変位発生装置を固体撮像素子の偏
向装置として用いた場合について説明する。第６
図は固体撮像素子の偏向装置の分解斜視図であ
る。
向装置として用いた場合について説明する。第６
図は固体撮像素子の偏向装置の分解斜視図であ
る。
CCD等の固体撮像素子６１は、信号伝送路で
あるフレキシブルプリント板６２を有する第１の
基体６３に固定されている。このフレキシブルプ
リント板６２は固体撮像素子６１の変位量を大き
くするためＣ字状の形成とした。またこの固体撮
像素子６１偏向用に２組のバイモルフ圧電素子６
４ａ，６４ｂが第２の基本６５に平行に固定され
ている。このバイモルフ圧電素子６４ａ，６４ｂ
は、例えばNi板等の支持板を介して例えばPZT3
成分素の圧電材料からなる板材が接合された構造
をとる。またバイモルフ圧電素子４ａ，６４ｂの
第２の基体６５への固定部では、バイモルフ圧電
素子６４ａ，６４ｂの変位量が大きくするため、
支持板６６がスプリング作用を有するように湾曲
部６６ａが設けられている。さらに第１の基体６
３は、このバイモルフ圧電素子６４ａ，６４ｂの
それぞれのほぼ中央部に形成された固体部６７
ａ，６７ｂに固定される。さらに、第２の基体６
５は支持台６８に固定され、フレキシブルプリン
ト板６２及びバイモルフ圧電素子６４ａ，６４ｂ
の電極は支持台６８に形成された電極に接続され
る。
あるフレキシブルプリント板６２を有する第１の
基体６３に固定されている。このフレキシブルプ
リント板６２は固体撮像素子６１の変位量を大き
くするためＣ字状の形成とした。またこの固体撮
像素子６１偏向用に２組のバイモルフ圧電素子６
４ａ，６４ｂが第２の基本６５に平行に固定され
ている。このバイモルフ圧電素子６４ａ，６４ｂ
は、例えばNi板等の支持板を介して例えばPZT3
成分素の圧電材料からなる板材が接合された構造
をとる。またバイモルフ圧電素子４ａ，６４ｂの
第２の基体６５への固定部では、バイモルフ圧電
素子６４ａ，６４ｂの変位量が大きくするため、
支持板６６がスプリング作用を有するように湾曲
部６６ａが設けられている。さらに第１の基体６
３は、このバイモルフ圧電素子６４ａ，６４ｂの
それぞれのほぼ中央部に形成された固体部６７
ａ，６７ｂに固定される。さらに、第２の基体６
５は支持台６８に固定され、フレキシブルプリン
ト板６２及びバイモルフ圧電素子６４ａ，６４ｂ
の電極は支持台６８に形成された電極に接続され
る。
以上のようにして構成された固体撮像素子の偏
向装置において、前述のごとくコンデンサを介し
て駆動電圧を印加し、バイモルフ圧電素子を振動
させることにより、温度によらず一定の変位量を
得ることができる。なお第６図中における矢印
ａ，ｂ，ｃは変位方向である。
向装置において、前述のごとくコンデンサを介し
て駆動電圧を印加し、バイモルフ圧電素子を振動
させることにより、温度によらず一定の変位量を
得ることができる。なお第６図中における矢印
ａ，ｂ，ｃは変位方向である。
このように本発明を用いた固体撮像装置の偏向
装置においては、温度によらず常に固体撮像装置
中の画素の位置を所望の位置へ移動させることが
できるため、温度によらずに常に高精細な画像信
号を得ることができる。
装置においては、温度によらず常に固体撮像装置
中の画素の位置を所望の位置へ移動させることが
できるため、温度によらずに常に高精細な画像信
号を得ることができる。
第１図乃至第３図は変位量及び静電容量の温度
特性曲線図、第４図は本発明実施例を示す回路
図、第５図は変位量の温度特性曲線図、第６図は
固体撮像素子の偏向装置の分解斜視図。 ２……コンデンサ、３……バイモルフ圧電素
子。
特性曲線図、第４図は本発明実施例を示す回路
図、第５図は変位量の温度特性曲線図、第６図は
固体撮像素子の偏向装置の分解斜視図。 ２……コンデンサ、３……バイモルフ圧電素
子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ バイモルフ圧電素子と、静電容量の温度係数
の符号が前記バイモルフ圧電素子の静電容量の温
度係数の符号に対し異符号であるコンデンサとを
直列に接続して交流駆動電圧を印加することを特
徴とした変位発生装置。 ２ 前記コンデンサの静電容量の温度係数α（C1）
が αC1＝−C1（T0）／Ｃ（T0）・αC αC：バイモルフ圧電素子の静電容量の温度係数 T0：基準温度 C1（T0）：T0におけるコンデンサの静電容量 Ｃ（T0）：T0におけるバイモルフ圧電素子の静電
容量 なる関係を満たすことを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の変位発生装置。 ３ 前記コンデンサの静電容量の温度係数が αC1＝−C1（T0）／Ｃ（T0）・αS αS：バイモルフ圧電素子の変位量の温度係数 T0：基準温度 C1（T0）：T0におけるコンデンサの静電容量 Ｃ（T0）：T0におけるバイモルフ圧電素子の静電
容量 なる関係を満たすことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の変位発生装置。 ４ 温度差△Ｔにおける許容誤差が100・ａ％で
ある時、前記コンデンサの静電容量の温度係数が −C1（T0）／Ｃ（T0）αC−ａ／△Ｔ（１＋C1
（T0）／Ｃ（T0））≦αC1≦−C1（T0）／Ｃ（T0）・α
C＋ａ／△Ｔ（１＋C1（T0）／Ｃ（T0）） なる関係を満たすことを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の変位発生装置。 ５ 前記ａが△Ｔ・αS以下の値であることを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載の変位発生装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053772A JPS59181585A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 変位発生装置 |
| US06/592,542 US4608506A (en) | 1983-03-31 | 1984-03-22 | Temperature compensated drive for a piezoelectric displacement generator |
| EP84302051A EP0124250B1 (en) | 1983-03-31 | 1984-03-27 | Displacement generation device |
| DE8484302051T DE3465649D1 (en) | 1983-03-31 | 1984-03-27 | Displacement generation device |
| CA000451008A CA1202363A (en) | 1983-03-31 | 1984-03-30 | Temperature compensated displacement generating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053772A JPS59181585A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 変位発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59181585A JPS59181585A (ja) | 1984-10-16 |
| JPS6310595B2 true JPS6310595B2 (ja) | 1988-03-08 |
Family
ID=12952102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58053772A Granted JPS59181585A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 変位発生装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4608506A (ja) |
| EP (1) | EP0124250B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59181585A (ja) |
| CA (1) | CA1202363A (ja) |
| DE (1) | DE3465649D1 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4866326A (en) * | 1987-02-19 | 1989-09-12 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Driver circuit for piezoelectric actuator, and impact dot-matrix printer using the driver circuit |
| US4841191A (en) * | 1987-02-20 | 1989-06-20 | Hitachi, Ltd. | Piezoelectric actuator control apparatus |
| JPH0671324B2 (ja) * | 1987-04-03 | 1994-09-07 | オリンパス光学工業株式会社 | 撮像装置 |
| JP2508137B2 (ja) * | 1987-10-02 | 1996-06-19 | トヨタ自動車株式会社 | ピエゾアクチュエ―タ |
| JPH01118447A (ja) * | 1987-10-30 | 1989-05-10 | Brother Ind Ltd | インパクト型プリンタ |
| DE3809284A1 (de) * | 1988-03-19 | 1989-09-28 | Diehl Gmbh & Co | Steuerschaltung fuer ein piezo-stellglied |
| JPH01251965A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-06 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPH01283888A (ja) * | 1988-05-10 | 1989-11-15 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータ塔載機器の運転方法 |
| US5051646A (en) * | 1989-04-28 | 1991-09-24 | Digital Instruments, Inc. | Method of driving a piezoelectric scanner linearly with time |
| JP2672160B2 (ja) * | 1989-10-23 | 1997-11-05 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータ装置 |
| CA2020185A1 (en) * | 1990-03-05 | 1991-09-06 | Gordon Walter Culp | Electrical drive for a segmented transducer |
| EP0469193A1 (en) * | 1990-08-03 | 1992-02-05 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Temperature stabilized crystal oscillator |
| DE69211269T2 (de) * | 1991-09-24 | 1997-01-23 | Murata Manufacturing Co | Beschleunigungsmessaufnehmer |
| US5241233A (en) * | 1992-03-16 | 1993-08-31 | Rockwell International Corporation | Electric drive for a rectifying segmented transducer |
| JPH05264391A (ja) * | 1992-03-19 | 1993-10-12 | Unisia Jecs Corp | 圧力センサ |
| DE4234237C2 (de) * | 1992-10-10 | 2000-11-30 | Bosch Gmbh Robert | Temperaturkompensierter Mikroaktor |
| US5489994A (en) * | 1993-10-29 | 1996-02-06 | Eastman Kodak Company | Integrated apertures on a full frame CCD image sensor |
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| JP3233059B2 (ja) * | 1997-03-07 | 2001-11-26 | 株式会社村田製作所 | 超音波センサ |
| FR2782420B1 (fr) * | 1998-08-13 | 2003-01-17 | Sfim Ind | Perfectionnements aux moteurs a vibrations |
| DE10033751B4 (de) * | 2000-07-12 | 2004-09-16 | Lenz, Reimar, Dr. | Digitale, hochauflösende Kinofilm-Kamera |
| DE10113802B4 (de) * | 2001-03-21 | 2007-10-18 | Siemens Ag | Vorrichtung zum Ansteuern eines piezoelektrischen Stellgliedes |
| JP3661602B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2005-06-15 | 株式会社村田製作所 | 圧電共振子の温度特性演算方法 |
| DE10223553B4 (de) * | 2002-05-27 | 2004-08-05 | Siemens Ag | Verfahren zur Ansteuerung eines Aktors und zugehörige Steuereinrichtung |
| DE102008030248A1 (de) * | 2008-06-25 | 2009-12-31 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Ansteuerschaltung sowie Verfahren zur Ansteuerung von Piezoeinheit, insbesondere trimorphem Piezoaktor |
| JP2010263002A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータ装置、及び、圧電アクチュエータ装置を備えた液体移送装置 |
| US9093925B2 (en) | 2011-05-03 | 2015-07-28 | University Of Science And Technology Of China | Switched capacitor charge pump driver for piezoelectric actuator |
| JP5935187B2 (ja) * | 2012-08-10 | 2016-06-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 圧電セラミックスおよびこれを用いた圧電アクチュエータ |
| EP3432372A1 (en) * | 2017-07-20 | 2019-01-23 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator structure and actuation method thereof |
| GB2567188A (en) | 2017-10-05 | 2019-04-10 | Ft Tech Uk Ltd | Fluid flow measuring device and associated method |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1840580A (en) * | 1927-07-25 | 1932-01-12 | Bell Telephone Labor Inc | Crystal-controlled oscillator |
| US2157665A (en) * | 1935-10-16 | 1939-05-09 | Telefunken Gmbh | Crystal mounting with temperature compensation |
| NL51407C (ja) * | 1937-03-16 | |||
| US3185869A (en) * | 1961-12-01 | 1965-05-25 | Endevco Corp | Transducer |
| US3646413A (en) * | 1970-09-25 | 1972-02-29 | Avco Corp | Piezoelectric-driven variable capacitor |
| AU462333B2 (en) * | 1973-04-25 | 1975-06-19 | Matsushita Electric Industrial, Co. Ltd | Record reproducing'system |
| JPS542043A (en) * | 1977-06-07 | 1979-01-09 | Murata Manufacturing Co | Temperature compensating capacitor and oscillator using same |
| JPS57208418A (en) * | 1981-06-18 | 1982-12-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Vibration sensor of engine |
-
1983
- 1983-03-31 JP JP58053772A patent/JPS59181585A/ja active Granted
-
1984
- 1984-03-22 US US06/592,542 patent/US4608506A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-03-27 DE DE8484302051T patent/DE3465649D1/de not_active Expired
- 1984-03-27 EP EP84302051A patent/EP0124250B1/en not_active Expired
- 1984-03-30 CA CA000451008A patent/CA1202363A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0124250B1 (en) | 1987-08-26 |
| DE3465649D1 (en) | 1987-10-01 |
| EP0124250A1 (en) | 1984-11-07 |
| JPS59181585A (ja) | 1984-10-16 |
| US4608506A (en) | 1986-08-26 |
| CA1202363A (en) | 1986-03-25 |
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