JP4852240B2 - Spherical surface acoustic wave element and rotation angle measuring device - Google Patents

Spherical surface acoustic wave element and rotation angle measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP4852240B2
JP4852240B2 JP2004368101A JP2004368101A JP4852240B2 JP 4852240 B2 JP4852240 B2 JP 4852240B2 JP 2004368101 A JP2004368101 A JP 2004368101A JP 2004368101 A JP2004368101 A JP 2004368101A JP 4852240 B2 JP4852240 B2 JP 4852240B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
surface acoustic
acoustic wave
wave
spherical
propagation path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004368101A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006177674A (en
Inventor
教尊 中曽
慎吾 赤尾
一司 山中
東演 沈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Toppan Inc
Original Assignee
Tohoku University NUC
Toppan Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Toppan Inc filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2004368101A priority Critical patent/JP4852240B2/en
Publication of JP2006177674A publication Critical patent/JP2006177674A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4852240B2 publication Critical patent/JP4852240B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2462Probes with waveguides, e.g. SAW devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0423Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves

Description

本発明は、球状弾性表面波素子及び回転角度測定装置に関する。 The present invention relates to a spherical surface acoustic wave device and the rotation angle measurement equipment.

近年、弾性表面波を利用した高周波信号処理用電子デバイス、高周波フィルタ、あるいは弾性表面波の伝搬路面測定センサといった弾性表面波デバイスが実用化されつつある。   In recent years, surface acoustic wave devices such as high-frequency signal processing electronic devices using surface acoustic waves, high-frequency filters, or surface acoustic wave propagation path measurement sensors are being put into practical use.

弾性表面波デバイスは、弾性表面波の伝搬速度が電磁波に比べて非常に遅いため、信号処理デバイスとして非常に小型に作り込むことが可能である。また、電磁波を一旦、弾性表面波に変換することで、周波数フィルタ、非線型現象を利用した高調波発振素子、あるいは光と弾性波の相互作用に基づく光変調素子など、様々な信号処理デバイスに応用することが可能である。   The surface acoustic wave device can be built in a very small size as a signal processing device because the propagation speed of the surface acoustic wave is very slow compared to the electromagnetic wave. In addition, once electromagnetic waves are converted into surface acoustic waves, they can be used in various signal processing devices such as frequency filters, harmonic oscillators using nonlinear phenomena, or light modulation elements based on the interaction between light and elastic waves. It is possible to apply.

これら応用が可能なことは、弾性表面波が電気信号、電磁波、圧力、化学的な環境の変化に影響されて容易に変化する性質をもつことによる。各素子においては、通常、電気信号が弾性表面波に変換され、弾性表面波が周囲の環境と何らかの相互作用をした後、再度、電気信号に変換される。すなわち、各素子では、弾性表面波が電気信号に比べて周囲の環境に影響され易いことから、弾性表面波が電気回路の一部でのみ利用されている。   These applications are possible because surface acoustic waves have the property of being easily changed by being affected by changes in electrical signals, electromagnetic waves, pressure, and chemical environment. In each element, usually, an electric signal is converted into a surface acoustic wave, and after the surface acoustic wave has some interaction with the surrounding environment, it is converted into an electric signal again. That is, in each element, the surface acoustic wave is more susceptible to the surrounding environment than the electric signal, and therefore the surface acoustic wave is used only in a part of the electric circuit.

一方、電気信号は、弾性表面波とは異なり、伝搬経路(配線)に沿って外部からの影響を受けず、ほとんど減衰もせずに安定して伝搬し、情報を次の信号処理プロセスに伝達することが可能である。このような電気信号の安定性が、様々な電気回路の利用を促進し、今日のエレクトロニクス産業の発展に繋がっている。   On the other hand, unlike surface acoustic waves, electrical signals are not affected by the outside along the propagation path (wiring), are stably transmitted with little attenuation, and transmit information to the next signal processing process. It is possible. Such stability of electric signals promotes the use of various electric circuits and leads to the development of today's electronics industry.

また、電気信号と同様に安定している光信号を用いた光回路と呼ばれるものも提案されている。光回路は電磁波の影響を受けることなく非常に安定して、大量の情報を光ファイバにより送信可能にするものである。光回路を用いる光基板の実用化も進められており、強誘電体に光基板を作成したり、液晶を使ってスイッチを作成したり、干渉縞パターンを使って周波数フィルタ(波長フィルタ)を作成したりして、論理演算回路を構築することも提案されている。   Also, what is called an optical circuit using an optical signal that is stable like an electric signal has been proposed. An optical circuit is very stable without being affected by electromagnetic waves, and enables a large amount of information to be transmitted through an optical fiber. Optical substrates using optical circuits are also being put to practical use. Optical substrates are made of ferroelectrics, switches are made using liquid crystals, and frequency filters (wavelength filters) are made using interference fringe patterns. Thus, it has also been proposed to construct a logical operation circuit.

しかしながら、弾性表面波は、前述した通り、周囲の環境に影響され易いことから、これら電気信号や光信号とは異なり、各素子の一部でのみ用いられる状況にある。事実、弾性表面波を情報の伝達用に使った回路はほとんど実用化されていない。弾性表面波を効率良く長い距離伝搬させることが困難であることが、その原因の一つである。   However, since the surface acoustic wave is easily affected by the surrounding environment as described above, the surface acoustic wave is used only in a part of each element, unlike these electric signals and optical signals. In fact, circuits using surface acoustic waves for information transmission have hardly been put to practical use. One of the causes is that it is difficult to efficiently propagate surface acoustic waves over long distances.

そこで、弾性表面波を安定して送受するために弾性表面波の導波路が考えられている。   In view of this, a surface acoustic wave waveguide has been considered to stably transmit and receive surface acoustic waves.

しかしながら、高周波信号等の情報を載せた弾性表面波を導波路上で伝搬させた場合、電磁波よりも遥かに多様な影響を媒質の構造から受けてしまう。その結果、弾性表面波は、様々な弾性波モードに変換されて制御が難しくなる。   However, when a surface acoustic wave carrying information such as a high-frequency signal is propagated on a waveguide, the influence of the medium structure is far greater than that of an electromagnetic wave. As a result, the surface acoustic wave is converted into various elastic wave modes and is difficult to control.

また、弾性表面波は回折により拡散するが、回折現象を抑える為の導波路を平面基板上に作ることが非常に困難な状況にある。   Although surface acoustic waves are diffused by diffraction, it is very difficult to make a waveguide on a flat substrate for suppressing the diffraction phenomenon.

弾性表面波デバイスでは、導波路に限らず、スイッチやアンプ、加算回路など半導体部品で実現されている機能の多くは実現が困難である。このため、半導体部品に相当する機能を、部分的に弾性表面波を用いて実現するよりも、一旦電気信号に変換して電子回路で実現するのが通例である。   In the surface acoustic wave device, it is difficult to realize many functions realized by semiconductor components such as a switch, an amplifier, and an adder circuit as well as a waveguide. For this reason, the function corresponding to the semiconductor component is usually realized by an electronic circuit once converted into an electric signal, rather than partially using a surface acoustic wave.

また、弾性表面波デバイスでは、弾性表面波同士を相互作用させたり、弾性波の振動パターンの情報を一定時間保持(記憶)させる機能を持たせることも困難であるため、弾性表面波を情報処理や情報伝達に用いたデバイス、弾性表面波回路と呼べるものは実現されていない。   In addition, it is difficult for surface acoustic wave devices to have the function of allowing surface acoustic waves to interact with each other and holding (storing) information on vibration patterns of elastic waves for a certain period of time. And devices used for information transmission, and what can be called surface acoustic wave circuits have not been realized.

一方、弾性表面波デバイスに球状弾性表面波素子を利用したものがある。球状弾性表面波素子は圧電結晶球の表面にすだれ状電極を単独あるいは個別に形成したもので、弾性表面波の励起と検出を行う。   On the other hand, some surface acoustic wave devices utilize spherical surface acoustic wave elements. A spherical surface acoustic wave element is an interdigital electrode formed individually or individually on the surface of a piezoelectric crystal sphere, and excites and detects surface acoustic waves.

この球状弾性表面波素子を利用した弾性表面波デバイスでは、球表面に弾性表面波を周回させる事によって、実質的に非常に長い距離を伝搬させて、周回毎の伝搬速度の僅かな変化を検知することができる。   In this surface acoustic wave device using a spherical surface acoustic wave element, a surface acoustic wave circulates on the surface of a sphere, so that a very long distance is propagated and a slight change in the propagation speed for each lap is detected. can do.

また、球状弾性表面波素子の表面では、素子表面を1周回するのに必要な時間(周回時間)に比較して非常に長い時間、弾性表面波を位相情報も含めて保存することができる。更に、弾性表面波を励起する際のビーム幅を波長と球の直径によって決まる値の範囲にすることで、弾性表面波のエネルギーを殆ど拡散させずに、非常に狭い経路を伝搬させることができる。なお、ビーム幅は、弾性表面波励起手段がすだれ状電極である場合、その電極の重なり幅で設計できる。   In addition, on the surface of the spherical surface acoustic wave element, the surface acoustic wave including phase information can be stored for a very long time compared to the time required for one round of the element surface (circulation time). Furthermore, by setting the beam width when exciting the surface acoustic wave within the range determined by the wavelength and the diameter of the sphere, it is possible to propagate a very narrow path without almost diffusing the energy of the surface acoustic wave. . The beam width can be designed by the overlapping width of the electrodes when the surface acoustic wave excitation means is an interdigital electrode.

そして、弾性表面波の周回時間や、周回経路が弾性表面波の波長の整数倍になる状態を出力情報から検知して指標とし、弾性表面波の伝搬状態の変化から温度測定や周回経路上の感応膜の変化を検知するセンサを構成することもできる。  Then, the rotation time of the surface acoustic wave and the state where the circulation path is an integral multiple of the wavelength of the surface acoustic wave are detected from the output information and used as an index. A sensor that detects a change in the sensitive film can also be configured.

係るセンサには、例えば、特定のガスによって弾性表面波の伝搬速度を変える感応膜を有する球状弾性表面波素子を使用し、複数の伝搬路の弾性表面波の出力を比較する事で温度等の変動要因を校正し、特定のガスの濃度を正確に測ろうとする方法などがある。
この方法では、同一の3次元基体の上に複数のすだれ状電極を形成し、励起用の高周波信号を印加して複数の周回経路に弾性表面波を励起する必要がある。また、複数の検出手段からの出力を別個にデジタル数値化して比較する必要がある。
For such a sensor, for example, a spherical surface acoustic wave element having a sensitive film that changes the propagation speed of the surface acoustic wave by a specific gas is used, and by comparing the outputs of the surface acoustic waves of a plurality of propagation paths, the temperature etc. There is a method of calibrating the variation factor and trying to accurately measure the concentration of a specific gas.
In this method, it is necessary to form a plurality of interdigital electrodes on the same three-dimensional substrate and apply a high frequency signal for excitation to excite surface acoustic waves in a plurality of circulation paths. In addition, it is necessary to separately digitize outputs from a plurality of detection means and compare them.

また、上記のセンサ等では、複数の伝搬路を伝搬する複数の弾性表面波のエネルギーを互いに交換させて、相互作用を働かせるなどのスイッチなどが望まれている。   In the above-described sensor or the like, a switch or the like that exchanges energy of a plurality of surface acoustic waves propagating through a plurality of propagation paths to activate an interaction is desired.

一方、弾性表面波素子は、上述したようなセンサに限らず、回転や方位の変化を検知測定するためのジャイロへの利用が提案されていた(例えば、特許文献1参照。)。ここで、図20に示すように、平面型ジャイロ40は、弾性波基体41上に、定在波励起用すだれ状電極42a、42b、反射器43a,43b、弾性表面波摂動体44及び弾性表面波検出用すだれ状電極45a、45bを備えている。まず、定在波励起用すだれ状電極42a、42bは、弾性波基体41表面に弾性表面波を励起する。励起された弾性表面波は、基体表面を紙面左右方向に伝搬し、両端の反射器43a、43bで反射され、反射器43a,43b間に定在波を形成する。定在波の腹の部分では、弾性表面波摂動体44により基体垂直方向に振動成分を持った垂直振動が発生する。このとき、平面型ジャイロ40が回転すると、弾性波基体41の回転運動に応じて、定在波の腹の垂直振動がコリオリの力によって楕円状の振動に変化する。この結果、レーリー波等の進行する弾性波が発生し、弾性表面波摂動体44から定在波の経路と直交する方向に伝搬する。この弾性波を、弾性表面波検出用すだれ状電極45a又は45bにより検出する。このようなジャイロは実現されれば、機械的な構造が無く、動作が安定しており、高周波化による高感度化が容易となる。
特開平8−334330号公報
On the other hand, the surface acoustic wave element is not limited to the above-described sensor, but has been proposed to be used for a gyro for detecting and measuring changes in rotation and orientation (for example, see Patent Document 1). Here, as shown in FIG. 20, the planar gyro 40 is formed on an acoustic wave base 41 with interdigital electrodes 42 a and 42 b for standing wave excitation, reflectors 43 a and 43 b, a surface acoustic wave perturbation body 44, and an elastic surface. Wave detecting interdigital electrodes 45a and 45b are provided. First, the interdigital electrodes 42a and 42b for standing wave excitation excite surface acoustic waves on the surface of the elastic wave substrate 41. The excited surface acoustic wave propagates in the left-right direction on the surface of the substrate, is reflected by the reflectors 43a and 43b at both ends, and forms a standing wave between the reflectors 43a and 43b. In the antinode portion of the standing wave, vertical vibration having a vibration component in the vertical direction of the substrate is generated by the surface acoustic wave perturbation body 44. At this time, when the planar gyroscope 40 rotates, the vertical vibration of the antinode of the standing wave changes to an elliptical vibration by Coriolis force according to the rotational motion of the elastic wave base 41. As a result, a traveling elastic wave such as a Rayleigh wave is generated and propagates from the surface acoustic wave perturbation body 44 in a direction orthogonal to the path of the standing wave. This elastic wave is detected by the interdigital electrode 45a or 45b for detecting the surface acoustic wave. If such a gyro is realized, there is no mechanical structure, the operation is stable, and high sensitivity by high frequency becomes easy.
JP-A-8-334330

以上説明したように弾性表面波デバイスでは、弾性表面波を長い距離安定に伝搬させることは困難である。また、回路を形成する為に、複数の伝搬路を重ねた領域を設けても、弾性表面波を分岐したり、エネルギーを交換したり、他の伝搬路の弾性表面波に影響を与えることは、弾性表面波の線形性ゆえに不可能であった。すなわち、伝搬路が空間的に交わっても、弾性表面波同士は相互作用せず、互いに影響を与えることはできなかった。   As described above, in the surface acoustic wave device, it is difficult to propagate the surface acoustic wave stably over a long distance. In addition, even if an area where a plurality of propagation paths are overlapped to form a circuit, it is possible to branch a surface acoustic wave, exchange energy, or influence surface acoustic waves in other propagation paths. This was not possible due to the linearity of surface acoustic waves. In other words, even when the propagation paths intersect spatially, the surface acoustic waves do not interact with each other and cannot influence each other.

これに伴い、一方の伝搬路を伝搬する弾性表面波によって、他の伝搬路を伝搬する弾性表面波を操作するスイッチなどの如き、弾性表面波回路を構成することはできなかった。   Accordingly, a surface acoustic wave circuit such as a switch for operating the surface acoustic wave propagating in the other propagation path cannot be constituted by the surface acoustic wave propagating in one propagation path.

さらに、狭いビーム幅の弾性表面波を、所定の経路に伝搬させ、外部から摂動を加えて、新たな弾性表面波を励起して伝搬させたり、他の伝搬路に分岐させたりする機能をもった信号経路を実現することは困難であった。   Furthermore, it has the function of propagating a surface acoustic wave with a narrow beam width to a predetermined path and adding a perturbation from the outside to excite and propagate a new surface acoustic wave or branch it to another propagation path. It was difficult to realize the signal path.

一方、従来の平面型ジャイロは、弾性表面波の定在波を励起するために、2つの定在波励起用すだれ状電極42a、42b、が夫々反射器43a、43bを必要とする。そのため、反射器43a、43bによりデバイスの大型化を必然的に招いてしまう。   On the other hand, in order to excite the standing wave of the surface acoustic wave, the conventional planar gyroscope requires two standing wave excitation interdigital electrodes 42a and 42b, respectively, and reflectors 43a and 43b. For this reason, the reflectors 43a and 43b inevitably increase the size of the device.

また、平面型ジャイロは、平面基体が回転しない状態でも、特定の伝搬路に閉じ込めた弾性表面波が、伝搬路を往復する伝搬過程で弾性表面波摂動体により回折を受けるために、エネルギーを回折現象により両端方向に漏洩してしまう。   A planar gyro diffracts energy because the surface acoustic wave confined in a specific propagation path is diffracted by the surface acoustic wave perturbant in the propagation process that reciprocates along the propagation path even when the planar substrate does not rotate. Leakage occurs in both directions due to the phenomenon.

そのため、平面型ジャイロは、弾性表面波が高いエネルギー密度で伝搬している伝搬路、例えば回転による摂動により伝搬路を外れる方向にエネルギーを漏らすジャイロを作ろうとしても、感度の高いジャイロを構成することは困難である。   Therefore, a planar gyro is a highly sensitive gyro even if it is intended to create a propagation path in which surface acoustic waves propagate with a high energy density, for example, a gyro that leaks energy in a direction away from the propagation path due to perturbation due to rotation. It is difficult.

本発明は上記実情を考慮してなされたもので、安定したビーム状の弾性表面波の伝搬を可能にし、複数の伝搬路が重なる領域において弾性表面波同士の相互作用を実現でき、弾性表面波回路の実現に寄与し得る球状弾性表面波素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and enables the stable propagation of surface acoustic waves in the form of a beam, enables the interaction of surface acoustic waves in a region where a plurality of propagation paths overlap, and enables the generation of surface acoustic waves. An object of the present invention is to provide a spherical surface acoustic wave device that can contribute to the realization of a circuit.

さらに本発明の他の目的は、平面型ジャイロのようなエネルギーの漏洩を防ぎつつ、弾性表面波を利用した小型のジャイロを実現し得る球状弾性表面波素子及び回転角度測定装置を提供することを目的とする。 Still another object of the present invention is to provide while preventing energy leakage such as planar gyro, a spherical surface acoustic wave device and the rotation angle measurement equipment can achieve a compact gyro which utilizes the surface acoustic wave With the goal.

請求項1に対応する発明は、弾性表面波を伝搬可能な球表面の少なくとも一部よりなる伝搬路を有する3次元基体と、入力される駆動信号に応じて、前記伝搬路の表面に、前記球表面の直径の30分の1以下の弾性表面波の波長で、且つ、前記球表面の直径の5分の1以下の幅のビームの第1の弾性表面波を励起するための弾性表面波励起手段と、前記3次元基体の回転運動に応じて、前記第1の弾性表面波に摂動を加えて前記伝搬路による伝搬方向とは異なる方向へ、前記球表面の直径の30分の1以下の弾性表面波の波長で、且つ、前記球表面の直径の5分の1以下の幅のビームの第2の弾性表面波を励起して伝搬させる弾性表面波摂動手段と、前記弾性表面波摂動手段により異なる方向へ励起して伝搬させた前記第2の弾性表面波を検出し、検出信号を出力する弾性表面波検出手段とを備え、前記伝搬路は、連続した曲面からなる円環状の表面を有し、この円環状の表面の少なくとも一部には、前記弾性表面波を周回させるための周回経路を備え、前記弾性表面波励起手段は、互いに交差する少なくとも2つの周回経路にそれぞれ配置され、前記弾性表面波摂動手段は、前記3次元基体の3軸方向の回転運動に応じて、前記周回経路を伝搬する第1の弾性表面波に個別に摂動を加え、前記周回経路とは異なる方向に第2の弾性表面波を個別に励起して伝搬させるように当該各周回経路に少なくとも1つ形成され且つ合計で少なくとも3つ形成され、前記弾性表面波検出手段は、前記複数の弾性表面波摂動手段により励起して伝搬された第2の弾性表面波を検出するように3つの伝搬路にそれぞれ配置された、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子である。 The invention corresponding to claim 1 has a three-dimensional substrate having a propagation path composed of at least a part of a spherical surface capable of propagating surface acoustic waves, and a surface of the propagation path according to an input drive signal. A surface acoustic wave for exciting a first surface acoustic wave of a beam having a wavelength of the surface acoustic wave less than 1/30 of the diameter of the sphere surface and a width of less than 1/5 of the diameter of the sphere surface. Depending on the rotational movement of the excitation means and the three-dimensional substrate, the first surface acoustic wave is perturbed in a direction different from the propagation direction by the propagation path, and is less than 1/30 of the diameter of the spherical surface A surface acoustic wave perturbation means for exciting and propagating a second surface acoustic wave of a beam having a wavelength of the surface acoustic wave and a width equal to or less than one-fifth of the diameter of the sphere surface, and the surface acoustic wave perturbation The second surface acoustic wave that has been excited and propagated in different directions by means is detected. And a surface acoustic wave detecting means for outputting a detection signal, wherein the propagation path has an annular surface formed of a continuous curved surface, and at least a part of the annular surface includes the surface acoustic wave. The surface acoustic wave excitation means is disposed in at least two circulation paths that intersect each other , and the surface acoustic wave perturbation means is configured to rotate the three-dimensional substrate in three axial directions. Accordingly, the first surface acoustic wave propagating through the circulation path is individually perturbed, and the second surface acoustic wave is separately excited and propagated in a direction different from the circulation path. At least one is formed in the path and at least three in total, and the surface acoustic wave detection means detects the second surface acoustic wave that is excited and propagated by the plurality of surface acoustic wave perturbation means. Three Respectively disposed on the propagation path, a spherical surface acoustic wave device for propagating surface acoustic waves from one channel to another channel.

請求項に対応する発明は、請求項に対応する球状弾性表面波素子において、前記3次元基体は、互いに交わる複数の前記伝搬路と当該各伝搬路に形成された周回経路とを有し、前記弾性表面波検出手段は、前記励起された第2の弾性表面波が周回する周回経路とは異なる周回経路上に配置された、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子である。 According to a second aspect of the present invention, in the spherical surface acoustic wave element corresponding to the first aspect , the three-dimensional substrate has a plurality of the propagation paths intersecting each other and a circulation path formed in each propagation path. The surface acoustic wave detecting means propagates the surface acoustic wave from one propagation path to another propagation path, which is disposed on a circulation path different from the circulation path around which the excited second surface acoustic wave circulates. This is a spherical surface acoustic wave element.

請求項に対応する発明は、請求項1又は請求項に対応する球状弾性表面波素子において、前記弾性表面波励起手段は、前記周回経路に沿って前記第1の弾性表面波の定在波を励起し、前記弾性表面波摂動手段は、前記周回経路の一部の領域で且つ前記定在波の振幅が極大となる位置に周期的に形成され、当該振幅が極小となる位置とは密度及び/又は高さの異なる構造物からなる、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子である。 According to a third aspect of the present invention, in the spherical surface acoustic wave element corresponding to the first or second aspect , the surface acoustic wave excitation means is configured such that the first surface acoustic wave is standing along the circular path. The surface acoustic wave perturbation means excites a wave and is periodically formed at a position where the amplitude of the standing wave is maximized in a partial region of the circulation path, and the position where the amplitude is minimized. It is a spherical surface acoustic wave element that propagates a surface acoustic wave from one propagation path to another propagation path, which is composed of structures having different densities and / or heights.

請求項に対応する発明は、請求項又は請求項に対応する球状弾性表面波素子において、前記弾性表面波励起手段は、前記3次元基体の表面を互いに逆方向に周回する第1の弾性表面波を励起し、前記周回する第1の弾性表面波を干渉させることで周回経路上の少なくとも一部に定在波を発生させる機能を有し、前記弾性表面波摂動手段は、前記3次元基体の回転運動に応じて、前記定在波を構成する弾性表面波に摂動を加え、当該周回方向とは異なる方向に第2の弾性表面波を励起して伝搬させるように、前記定在波の腹の位置に密度及び/又は高さの異なる構造物を設けた、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the spherical surface acoustic wave element corresponding to the first or second aspect , the surface acoustic wave excitation means is a first circuit that circulates the surfaces of the three-dimensional substrate in opposite directions. The surface acoustic wave perturbation means has the function of generating a standing wave in at least a part of the circulation path by exciting a surface acoustic wave and causing the first surface acoustic wave to circulate to interfere with each other. The standing surface wave is perturbed according to the rotational motion of the three-dimensional substrate, and the second surface acoustic wave is excited and propagated in a direction different from the circumferential direction. This is a spherical surface acoustic wave element that propagates a surface acoustic wave from one propagation path to another propagation path, in which structures having different densities and / or heights are provided at the wave antinodes.

請求項に対応する発明は、請求項1乃至請求項のいずれか1項に対応する球状弾性表面波素子において、前記弾性表面波励起手段は、前記3次元基体の表面に接するかあるいは近接して設けられ、前記駆動信号の電界を印加するためのすだれ状電極と、このすだれ状電極から印加される電界を圧電効果により弾性表面波に変換するための圧電性材料とからなる、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the spherical surface acoustic wave element according to any one of the first to fourth aspects, the surface acoustic wave excitation means is in contact with or close to the surface of the three-dimensional substrate. Propagation consisting of an interdigital electrode for applying an electric field of the drive signal and a piezoelectric material for converting the electric field applied from the interdigital electrode into a surface acoustic wave by a piezoelectric effect. It is a spherical surface acoustic wave element that propagates a surface acoustic wave from a path to another propagation path.

請求項に対応する発明は、請求項1乃至請求項のいずれか1項に対応する球状弾性表面波素子において、前記3次元基体は、圧電性結晶である、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子である。 The invention corresponding to claim 6 is the spherical surface acoustic wave element corresponding to any one of claims 1 to 5 , wherein the three-dimensional substrate is a piezoelectric crystal, and is propagated from one propagation path to another. It is a spherical surface acoustic wave element that propagates surface acoustic waves through a road.

請求項に対応する発明は、請求項1乃至請求項のいずれか1項に対応する球状弾性表面波素子において、前記弾性表面波検出手段は、前記弾性表面波を圧電効果により電界に変換するための圧電性材料と、この電界に応じた検出信号を出力するためのすだれ状電極とからなる、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子である。 The invention corresponding to claim 7 is the spherical surface acoustic wave element corresponding to any one of claims 1 to 6 , wherein the surface acoustic wave detecting means converts the surface acoustic wave into an electric field by a piezoelectric effect. This is a spherical surface acoustic wave element that propagates a surface acoustic wave from one propagation path to another propagation path, which is composed of a piezoelectric material for the purpose and an interdigital electrode for outputting a detection signal corresponding to the electric field.

請求項8に対応する発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の球状弾性表面波素子を備えた回転角度測定装置であって、高周波信号を前記駆動信号として前記弾性表面波励起手段に入力する駆動信号入力手段と、前記駆動信号の入力後、前記3次元基体の回転運動に応じて前記摂動が弾性表面波に加わり、前記弾性表面波検出手段から出力された検出信号に基づいて、前記3次元基体の回転角度を測定する回転角度測定手段とを備えた回転角度測定装置である。 An invention corresponding to claim 8 is a rotation angle measuring device comprising the spherical surface acoustic wave element according to any one of claims 1 to 7, wherein a high-frequency signal is used as the drive signal to form the elastic surface. A drive signal input means for inputting to the wave excitation means; and a detection signal output from the surface acoustic wave detection means by the perturbation being added to the surface acoustic wave in accordance with the rotational motion of the three-dimensional substrate after the drive signal is inputted. And a rotation angle measuring device for measuring the rotation angle of the three-dimensional substrate.

<用語>
ここで、本発明において、「弾性表面波」と表記している波は、境界波、回廊波、内郭を周回する表面波、弾性表面波、漏洩弾性表面波、擬似弾性表面波、擬似漏洩弾性表面波等、表面にエネルギーを集中させて伝搬する弾性波全般を包含する。
<Terminology>
Here, in the present invention, the wave described as “surface acoustic wave” is a boundary wave, a corridor wave, a surface wave that circulates the inner shell, a surface acoustic wave, a leaky surface acoustic wave, a pseudo surface acoustic wave, a pseudo leak Includes all surface acoustic waves that propagate with concentrated energy on the surface, such as surface acoustic waves.

同様に、本発明においては、球形の境界を持つ弾性表面波素子(球状弾性境界波素子)も球形の表面あるいは境界を弾性表面波が伝搬する現象に基いた素子であれば、球状弾性表面波素子と呼ぶこととする。例えば球状弾性表面波素子は、3次元基体が球形状の素子に限らず、伝搬路が球形の表面を有していれば、半球表面しか有しない場合や、球形状の一部が平面形状など他の形状に加工されている素子をも包含する。   Similarly, in the present invention, a surface acoustic wave element having a spherical boundary (spherical boundary acoustic wave element) is a spherical surface acoustic wave as long as it is an element based on a phenomenon in which surface acoustic waves propagate on a spherical surface or boundary. It will be called an element. For example, a spherical surface acoustic wave device is not limited to a device in which a three-dimensional substrate has a spherical shape, and if the propagation path has a spherical surface, the surface may have only a hemispherical surface, or a part of the spherical shape may be a planar shape. The element processed into the other shape is also included.

なお、本明細書中、「摂動」の語は、外部からの積極的な作用(例、3次元基体の回転運動等)により弾性表面波の伝搬状態を変化させる作用を称し、外部からの積極的な作用を含まない回折体又は摂動体の構造による弾性表面波の「回折」と区別して表現している。しかしながら、実際の波の伝搬に影響を与えたり、その一部のエネルギーを用いて新たな波を励起する力学的あるいは電磁気学的な現象は種々あり、それらの種々の現象をこの2つの表現(「摂動」、「回折」)によって包含させている。このため、個別の実施においては、これらの種々の現象であれば2つの表現に包含されるので、更に2つの表現のいずれに相当するものかを調べることは不要である。   In this specification, the term “perturbation” refers to an action that changes the propagation state of a surface acoustic wave by an active action from the outside (eg, rotational movement of a three-dimensional substrate). It is distinguished from the “diffraction” of the surface acoustic wave by the structure of the diffractive body or the perturbing body that does not include a typical action. However, there are various mechanical or electromagnetic phenomena that affect the actual wave propagation or excite a new wave using a part of the energy. "Perturbation", "diffraction"). For this reason, in the individual implementation, these various phenomena are included in the two expressions, and therefore it is not necessary to investigate which of the two expressions corresponds.

<作用>
請求項に対応する発明は、3次元基体の表面に弾性表面波を励起し、励起された弾性表面波の伝搬方向とは異なる伝搬方向へ弾性表面波を伝搬させる弾性表面波摂動手段を伝搬路に備えた構成により、安定したビーム状の弾性表面波の伝搬を可能にし、複数の伝搬路が重なる領域において弾性表面波同士の相互作用を実現するので、弾性表面波回路の実現に寄与する球状弾性表面波素子を提供することができる。
<Action>
The invention corresponding to claim 1 excites surface acoustic wave perturbation means for exciting a surface acoustic wave on the surface of the three-dimensional substrate and propagating the surface acoustic wave in a propagation direction different from the propagation direction of the excited surface acoustic wave. The configuration provided in the path enables stable surface acoustic wave propagation and enables interaction between surface acoustic waves in a region where multiple propagation paths overlap, contributing to the realization of a surface acoustic wave circuit. A spherical surface acoustic wave device can be provided.

請求項に対応する発明は、前述した作用に加え、伝搬路を弾性表面波が周回可能な周回経路としているので、実質的に非常に長い距離を弾性表面波に周回させることができ、各種の検出又は測定のための弾性表面波回路に好適な球状弾性表面波素子を提供することができる。 In the invention corresponding to claim 1 , in addition to the above-described action, the propagation path is a revolving path in which the surface acoustic wave can circulate. Therefore, a substantially very long distance can be circulated by the surface acoustic wave. It is possible to provide a spherical surface acoustic wave element suitable for a surface acoustic wave circuit for detecting or measuring the above.

請求項に対応する発明は、3次元基体の表面に弾性表面波を励起し、3次元基体の回転運動に応じて摂動を加えて励起される弾性表面波を検出する構成により、従来の平面型の弾性表面波素子とは異なり、反射器を備える必要が無いので、弾性表面波を利用した小型のジャイロを実現することができる。また、球状弾性表面波素子により実現するので、平面型ジャイロのようなエネルギーの漏洩を防ぐことができる。 In the invention corresponding to claim 1 , the surface acoustic wave is excited on the surface of the three-dimensional substrate, and the surface acoustic wave excited by the perturbation according to the rotational motion of the three-dimensional substrate is detected. Unlike a type of surface acoustic wave element, since it is not necessary to provide a reflector, a small gyro using surface acoustic waves can be realized. Moreover, since it is realized by a spherical surface acoustic wave element, it is possible to prevent leakage of energy as in a planar gyro.

請求項に対応する発明は、前述した作用に加え、3次元基体が連続した曲面からなる円環状の表面を有しているため、弾性表面波の周回経路を形成することができる。励起する弾性表面波を周回させることができるため、反射器を備える必要がないので小型のジャイロ実現することができる。
また、請求項1に対応する発明は、複数の弾性表面波を発生させ、3次元基体の3軸方向の回転運動に応じて個別に弾性表面波の伝搬方向を変化及び検出させるため、3次元的な回転方位を検出でき、もって、3軸測定が可能な素子を提供することができる。
In the invention corresponding to claim 1 , in addition to the above-described action, the three-dimensional substrate has an annular surface made of a continuous curved surface, and therefore, a circulation path of the surface acoustic wave can be formed. Since it is possible to circulate the surface acoustic wave to be excited, it is not necessary to provide a reflector capable of realizing a compact gyro.
Further, the invention corresponding to claim 1 generates a plurality of surface acoustic waves, and individually changes and detects the propagation direction of the surface acoustic waves according to the rotational motion of the three-dimensional substrate in the three axial directions. Thus, it is possible to provide an element capable of detecting a general rotational orientation and capable of measuring three axes.

請求項に対応する発明は、請求項に対応する作用に加え、摂動によって励起した弾性表面波の回折波検出手段が異なる周回経路上に配置されるので、効率良く弾性表面波を検出することができる。これにより、効率良く回転量を求めることが可能となる。 In the invention corresponding to claim 2 , in addition to the action corresponding to claim 1 , the surface acoustic wave diffracted wave detecting means excited by the perturbation is arranged on different circulation paths, so that the surface acoustic wave is efficiently detected. be able to. As a result, the amount of rotation can be obtained efficiently.

請求項3,4に対応する発明は、請求項1,2に対応する作用に加え、弾性表面波を定在波にして強度を増大させると共に、弾性表面波摂動手段として密度及び/又は高さの異なる構造物を設けることで、弾性表面波の伝搬方向を変化させることができる。これにより、回転量を求めることが可能となる。 In addition to the actions corresponding to claims 1 and 2 , the invention corresponding to claims 3 and 4 increases the strength by making the surface acoustic wave a standing wave, and the density and / or height as the surface acoustic wave perturbation means. By providing a structure having different surface acoustic wave propagation directions, the propagation direction of the surface acoustic wave can be changed. As a result, the rotation amount can be obtained.

請求項に対応する発明は、請求項1〜に対応する作用に加え、弾性表面波励起手段をすだれ状電極及び圧電性材料から構成したので、効率的に弾性表面波を励起することができる。これにより、効率良く回転量を求めることが可能となる。 In the invention corresponding to claim 5 , in addition to the actions corresponding to claims 1 to 4 , since the surface acoustic wave excitation means is composed of the interdigital electrode and the piezoelectric material, the surface acoustic wave can be efficiently excited. it can. As a result, the amount of rotation can be obtained efficiently.

請求項に対応する発明は、請求項1〜に対応する作用に加え、3次元基体に圧電性結晶を用いているので、圧電性薄膜の成膜等のプロセスを用いずに伝搬路を形成することができる。これにより、素子の製造工程を容易にすることができる。 In the invention corresponding to claim 6 , in addition to the actions corresponding to claims 1 to 5 , since the piezoelectric crystal is used for the three-dimensional substrate, the propagation path is formed without using a process such as film formation of the piezoelectric thin film. Can be formed. Thereby, the manufacturing process of an element can be made easy.

請求項に対応する発明は、請求項1〜に対応する作用に加え、弾性表面波検出手段をすだれ状電極及び圧電性材料から構成したので、伝搬路による伝搬方向とは異なる方向に伝搬させた弾性表面波を効率的に検出することができる。これにより、効率良く回転量を求めることが可能となる。 In the invention corresponding to claim 7 , in addition to the actions corresponding to claims 1 to 6 , the surface acoustic wave detecting means is composed of the interdigital electrode and the piezoelectric material, so that it propagates in a direction different from the propagation direction by the propagation path. It is possible to efficiently detect the generated surface acoustic wave. As a result, the amount of rotation can be obtained efficiently.

請求項に対応する発明は、請求項1〜7に対応する作用に加え、球状弾性表面波素子の3次元基体の回転運動に応じて伝搬方向を変化させた弾性表面波を検出し、球状弾性表面波素子の回転角度を求めることができる。 In addition to the actions corresponding to claims 1 to 7 , the invention corresponding to claim 8 detects a surface acoustic wave whose propagation direction is changed according to the rotational motion of the three-dimensional substrate of the spherical surface acoustic wave element, and spherical The rotation angle of the surface acoustic wave element can be obtained.

以上説明したように本発明によれば、安定したビーム状の弾性表面波の伝搬を可能にし、複数の伝搬路が重なる領域において弾性表面波同士の相互作用を実現でき、弾性表面波回路の実現に寄与できる球状弾性表面波素子を提供することができる。   As described above, according to the present invention, a stable surface acoustic wave can be propagated, and interaction between surface acoustic waves can be realized in a region where a plurality of propagation paths overlap, thereby realizing a surface acoustic wave circuit. It is possible to provide a spherical surface acoustic wave element that can contribute to the above.

さらに本発明によれば、平面型ジャイロのようなエネルギーの漏洩を防ぎつつ、弾性表面波を利用した小型のジャイロを実現し得る弾性表面波素子及び回転角度測定装置を提供することができる。
Further according to the invention, it is possible to provide energy while preventing leakage, surface acoustic wave element and the rotation angle measurement equipment can achieve a compact gyro which utilizes the surface acoustic wave, such as a planar gyro.

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明するが、その前に本発明の前提となる球状弾性表面波素子の概要を述べる。なお、以下の説明において、同種の部分には同一の符号を付して重複した説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but before that, an outline of a spherical surface acoustic wave element which is a premise of the present invention will be described. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図21は一般的な球状弾性表面波素子の構成を示す模式図である。球状弾性表面波素子50は、弾性表面波の伝搬路を有する球状部材51、励起用すだれ状電極52を備えている。   FIG. 21 is a schematic diagram showing a configuration of a general spherical surface acoustic wave element. The spherical surface acoustic wave element 50 includes a spherical member 51 having a surface acoustic wave propagation path and an interdigital electrode 52 for excitation.

球状部材51は、弾性表面波の伝搬路を有する3次元基体である。弾性表面波の伝搬路は、例えば球状のガラス部材51aの表面に圧電性材料ZnOの薄膜51bなどをスパッタ成膜して形成可能となっている。なお、球状部材51としては、圧電性結晶である水晶やLiNbO等を用いる場合、圧電性材料の薄膜51bを用いずに伝搬路を形成可能となる。水晶等の圧電性結晶は、弾性表面波の伝搬路となる特定の経路を有している。経路数はその結晶形により異なる。例えば、水晶の場合には、C軸を地軸とした赤道経路(以下、「Z軸シリンダ」という。)である。LiNbOの場合には10経路存在することが確認されている。また、BSO結晶と呼ばれる結晶の場合は4経路が存在する。 The spherical member 51 is a three-dimensional substrate having a surface acoustic wave propagation path. The propagation path of the surface acoustic wave can be formed, for example, by sputtering a thin film 51b of a piezoelectric material ZnO on the surface of a spherical glass member 51a. As the spherical member 51, in the case of using quartz or LiNbO 3 which is a piezoelectric crystal, a propagation path can be formed without using the thin film 51b of the piezoelectric material. Piezoelectric crystals such as quartz have a specific path serving as a propagation path for surface acoustic waves. The number of paths varies depending on the crystal form. For example, in the case of quartz, it is an equator path (hereinafter referred to as “Z-axis cylinder”) with the C axis as the ground axis. In the case of LiNbO 3 , it has been confirmed that 10 paths exist. In the case of a crystal called a BSO crystal, there are four paths.

励起用すだれ状電極52は、高周波信号源から一定周波数のRF(高周波)信号が印加されることにより、球状部材51表面の伝搬路に弾性表面波を励起可能となっている。   The interdigital electrodes 52 for excitation can excite surface acoustic waves in the propagation path on the surface of the spherical member 51 by applying an RF (high frequency) signal of a constant frequency from a high frequency signal source.

以上のような球状弾性表面波素子は、励振される弾性表面波が球状部材の直径に沿って帯状に多重周回することを利用した素子である。そして、以下の(i),(ii)に述べるように使用することが可能である。   The spherical surface acoustic wave element as described above is an element utilizing the fact that the excited surface acoustic wave circulates in a strip shape along the diameter of the spherical member. And it can be used as described in the following (i) and (ii).

(i)球状弾性表面波素子では、弾性表面波の回折効果と球状部材の幾何学的な特性のバランスを調整することにより、弾性表面波の位相波面を維持したまま伝搬させることができる。すなわち、弾性表面波をビームとして伝搬可能となっている。特に、3次元基体が球状部材で等方性を有する場合、周回経路のあらゆる場所で弾性表面波の位相波面を周回経路に垂直にするように設定可能である。この設定条件の算出方法は既によく知られている。但し、以下の各実施形態では、必ずしもこのように設定する必要はなく、ある程度ビームの幅が変化してもよい。   (I) The spherical surface acoustic wave element can be propagated while maintaining the phase wavefront of the surface acoustic wave by adjusting the balance between the diffraction effect of the surface acoustic wave and the geometric characteristics of the spherical member. That is, the surface acoustic wave can be propagated as a beam. In particular, when the three-dimensional substrate is a spherical member and isotropic, it can be set so that the phase wavefront of the surface acoustic wave is perpendicular to the circulation path at any location of the circulation path. The calculation method of this setting condition is already well known. However, in the following embodiments, it is not always necessary to make this setting, and the beam width may change to some extent.

(ii)励起用すだれ状電極として一方向性すだれ状電極を用いない場合、すだれ状電極に対して略垂直な両方向に弾性表面波が励起される。そのため、発生した弾性表面波は、球状部材の表面を周回し、定在波を形成可能となる。なお、すだれ状電極は、伝搬する弾性表面波を電気エネルギーとして測定回路に漏出するが、弾性表面波がすだれ状電極を通過する際に失う電気エネルギーは殆ど無い。そのため、数十回以上もしくは数百回程度、弾性表面波を伝搬路に周回させ続けることができる。さらに、弾性表面波が1周回する時間よりも長い時間にわたって高周波信号を入力すれば、その間は定在波を増幅しつつ発生させることが可能となる。以下の各実施形態は、大振幅を作り易い観点から定在波を形成する場合(励起用すだれ状電極として一方向性すだれ状電極を用いない場合)を例に挙げて説明する。但し、定在波は本発明に必須ではなく、一方向性すだれ状電極を用いてもよいことは言うまでもない。   (Ii) When a unidirectional interdigital electrode is not used as the excitation interdigital electrode, surface acoustic waves are excited in both directions substantially perpendicular to the interdigital electrode. Therefore, the generated surface acoustic wave circulates around the surface of the spherical member and can form a standing wave. The interdigital electrode leaks the propagating surface acoustic wave to the measurement circuit as electric energy, but there is almost no electric energy lost when the surface acoustic wave passes through the interdigital electrode. Therefore, the surface acoustic wave can be continuously circulated around the propagation path several tens of times or several hundred times. Furthermore, if a high frequency signal is input for a time longer than the time for which the surface acoustic wave makes one round, the standing wave can be generated while being amplified during that time. Each of the following embodiments will be described by taking as an example a case where a standing wave is formed from the viewpoint of easily generating a large amplitude (a case where a unidirectional interdigital electrode is not used as an excitation interdigital electrode). However, the standing wave is not essential to the present invention, and it goes without saying that a unidirectional interdigital electrode may be used.

以上により、本発明の各実施形態の前提となる一般的な球状弾性表面波素子の説明を終了する。   This is the end of the description of the general spherical surface acoustic wave element that is the premise of each embodiment of the present invention.

続いて、本発明の各参考例及び各実施形態について説明する。 Subsequently, each reference example and each embodiment of the present invention will be described.

<第1参考例
図1は本発明の第1参考例に係る球状弾性表面波素子の回転角度測定装置の構成を示す模式図である。この回転角度測定装置は、球状弾性表面波素子10、高周波信号源20、信号強度測定部21A、21Bを備えている。
<First Reference Example >
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a rotational angle measuring device for a spherical surface acoustic wave device according to a first reference example of the present invention. This rotational angle measuring device includes a spherical surface acoustic wave element 10, a high-frequency signal source 20, and signal intensity measuring units 21A and 21B.

ここで、球状弾性表面波素子10は、球状部材11、定在波励起用すだれ状電極12、弾性表面波摂動体13、検出用すだれ状電極14A、14Bを備えている。   Here, the spherical surface acoustic wave element 10 includes a spherical member 11, a standing wave excitation interdigital electrode 12, a surface acoustic wave perturbation body 13, and detection interdigital electrodes 14 </ b> A and 14 </ b> B.

球状部材11は、弾性表面波を伝搬可能な伝搬路を有する3次元基体であり、ここでは、直径10mmの水晶(圧電性結晶)を使用している。伝搬路は連続した曲面からなる円環状の表面を有し、この円環状の表面に、励起用すだれ状電極12により発生した弾性表面波を周回させるための周回経路を備えている。   The spherical member 11 is a three-dimensional substrate having a propagation path capable of propagating a surface acoustic wave, and here, a quartz crystal (piezoelectric crystal) having a diameter of 10 mm is used. The propagation path has an annular surface made of a continuous curved surface, and a circular path for circulating the surface acoustic wave generated by the interdigital transducer 12 is provided on the annular surface.

定在波励起用すだれ状電極12は、球状部材11の表面に接して設けられ、高周波信号源20から入力される一定周波数のRF信号(駆動信号)に応じて、RF信号の電界を球状部材11表面の伝搬路に印加するものであり、球状部材11表面に弾性表面波を励起して伝搬させる機能をもっている。詳しくは、定在波励起用すだれ状電極12は、球状部材11である水晶のz軸シリンダ上に形成され、励起する弾性表面波を左右両方向に励起するので定在波SAW1として発生させる。なお、定在波SAW1は球表面を1周回する帯状のビームとして伝搬されるが、完全なビームに作りこむ必要は無い。ビームの幅がある程度変化しても回転角度の測定には大きな影響がないからである。例えばビームの幅が球状部材11全体に拡散して素子の固定が困難になるか、又はビームの集中によって非線形効果を起こす等の支障が無ければ良い。これらの条件を満たす弾性表面波素子を設計するには、定在波励起用すだれ状電極12により励起される弾性表面波の波長を、球状部材11の直径の30分の1以下にすることが望ましい。また定在波励起用すだれ状電極12の重なり幅(あるいは定在波励起用すだれ状電極12により励起された直後の弾性表面波のビーム波のビーム幅)は、球状部材11の直径の5分の1以下にすることが望ましい。   The interdigital electrode 12 for standing wave excitation is provided in contact with the surface of the spherical member 11, and the electric field of the RF signal is applied to the spherical member in accordance with a constant frequency RF signal (driving signal) input from the high-frequency signal source 20. 11 is applied to the propagation path of the surface, and has a function of exciting and propagating the surface acoustic wave on the surface of the spherical member 11. More specifically, the interdigital electrode 12 for standing wave excitation is formed on the z-axis cylinder of quartz that is the spherical member 11 and excites the surface acoustic wave to be excited in both the left and right directions, so that it is generated as the standing wave SAW1. The standing wave SAW1 is propagated as a belt-like beam that goes around the surface of the sphere, but it is not necessary to create a complete beam. This is because even if the beam width changes to some extent, there is no significant effect on the measurement of the rotation angle. For example, it is sufficient that the width of the beam diffuses throughout the spherical member 11 and it is difficult to fix the element, or there is no trouble such as causing a nonlinear effect due to the concentration of the beam. In order to design a surface acoustic wave element that satisfies these conditions, the wavelength of the surface acoustic wave excited by the interdigital electrode 12 for exciting the standing wave should be set to 1/30 or less of the diameter of the spherical member 11. desirable. The overlapping width of the interdigital electrode 12 for standing wave excitation (or the beam width of the surface acoustic wave beam immediately after being excited by the interdigital electrode 12 for standing wave excitation) is 5 minutes of the diameter of the spherical member 11. It is desirable to make it 1 or less.

弾性表面波摂動体13は、球状部材11の回転運動に応じて、弾性表面波の定在波SAW1を伝搬路による伝搬方向とは異なる方向へ伝搬させるものであり、具体的には定在波SAW1の腹の位置に、例えば球状部材11よりも大きな密度を持つ金厚膜を配列した構造物である。この弾性表面波摂動体13は以下のように作成可能である。すなわち、周回経路上に金クロム膜(金300nm、クロム50nm程度)の膜を形成し、次に、定在波SAW1の腹位置のパターンを残すようにフォトリソグラフィプロセスにより金膜及びクロム膜をエッチングして作成する。このフォトリソグラフィプロセスは、球表面上に焦点を持つ光学系が既に開発されており、容易に実施可能である。なお、球状部材11が回転運動した際に、摂動弾性表面波SAW2を効率的に励起する観点から、弾性表面波摂動体13は可能な限り密度の大きい材料で作成することが望ましい。   The surface acoustic wave perturbation body 13 propagates the standing wave SAW1 of the surface acoustic wave in a direction different from the propagation direction of the propagation path according to the rotational motion of the spherical member 11, and specifically, the standing wave. For example, a thick gold film having a density higher than that of the spherical member 11 is arranged at the position of the antinode of the SAW 1. This surface acoustic wave perturbation body 13 can be produced as follows. That is, a film of a gold chrome film (gold 300 nm, chromium 50 nm or so) is formed on the circulation path, and then the gold film and the chrome film are etched by a photolithography process so as to leave a pattern of the antinodes of the standing wave SAW1. And create. This photolithography process can be easily carried out because an optical system having a focal point on the sphere surface has already been developed. From the viewpoint of efficiently exciting the perturbation surface acoustic wave SAW2 when the spherical member 11 rotates, it is desirable that the surface acoustic wave perturbation body 13 is made of a material having as high a density as possible.

検出用すだれ状電極14A、14B(弾性表面波検出手段)は、弾性表面波摂動体13により異なる方向へ伝搬した弾性表面波SAW2を、球状部材11の圧電効果により検出して検出信号を信号強度測定部21A,21Bに出力可能とするものである。検出用すだれ状電極14A、14Bは、異なる方向に伝搬した弾性表面波SAW2の進行方向であって、弾性表面波の定在波SAW1の周回帯を挟んだ位置にそれぞれ形成される。すなわち、異なる方向へ伝搬した弾性表面波SAW2は必ずしも周回する必要はない。   The detection interdigital electrodes 14A and 14B (surface acoustic wave detection means) detect the surface acoustic wave SAW2 propagated in different directions by the surface acoustic wave perturbation body 13 by the piezoelectric effect of the spherical member 11, and detect the signal intensity. It is possible to output to the measurement units 21A and 21B. The detection interdigital electrodes 14A and 14B are formed in the traveling direction of the surface acoustic wave SAW2 propagating in different directions and at positions sandwiching the circulation band of the standing wave SAW1 of the surface acoustic wave. That is, the surface acoustic wave SAW2 propagated in different directions does not necessarily have to go around.

一方、高周波信号源20は、一定の周波数のRF信号を出力し、得られたRFバースト信号を定在波励起用すだれ状電極に印加する信号源である。RF信号内の正弦波の周期は、弾性表面波が球状部材11の周回経路を1周するのに要する周回時間Tcの整数分の1としている。これにより、RFバースト信号を周回時間Tcより長い時間印加することで、振動振幅の大きな弾性表面波とそれによる振幅の大きな定在波を励起可能としている。   On the other hand, the high-frequency signal source 20 is a signal source that outputs an RF signal having a constant frequency and applies the obtained RF burst signal to the interdigital electrode for standing wave excitation. The period of the sine wave in the RF signal is set to 1 / integer of the round time Tc required for the surface acoustic wave to make one round of the round path of the spherical member 11. Thereby, by applying the RF burst signal for a time longer than the circulation time Tc, it is possible to excite a surface acoustic wave having a large vibration amplitude and a standing wave having a large amplitude.

信号強度測定部21A、21Bは、それぞれ検出用すだれ状電極14A、14Bから出力された検出信号に基づいて、検出信号の強度から球状部材11の回転角度を測定するものである。検出信号として、回転の角速度に略比例した強度の信号を観測し、時間積分することで回転角度を測定する。   The signal intensity measuring units 21A and 21B measure the rotation angle of the spherical member 11 from the intensity of the detection signal based on the detection signals output from the detection interdigital electrodes 14A and 14B, respectively. As a detection signal, an intensity signal substantially proportional to the angular velocity of rotation is observed, and the rotation angle is measured by time integration.

なお、以上のような球状弾性表面波素子10は、図2に示すように作成しても良い。すだれ状電極は、圧電材料に電界を及ぼして弾性波を励起、あるいは圧電材料の発生する電界を電気的に受信すればよいものである。そこで、球状部材11に近接するモールド用基材30の空隙部分に球状部材11に対向させて、すだれ状電極31を形成した構造を用いてもよい。このような構造の製造方法は、半導体やマイクロマシン技術によって確立されている。別個に凹面に形成したすだれ状電極を3次元基体に接近させて実現することも可能である。周回経路の物理的な構造を作る必要がないので、弾性表面波の伝搬を反射がより少なく減衰も小さくすることができる。   The spherical surface acoustic wave element 10 as described above may be formed as shown in FIG. The interdigital electrode only needs to apply an electric field to the piezoelectric material to excite an elastic wave or to electrically receive an electric field generated by the piezoelectric material. Therefore, a structure in which the interdigital electrode 31 is formed so as to be opposed to the spherical member 11 in the gap portion of the mold base 30 close to the spherical member 11 may be used. A manufacturing method of such a structure is established by a semiconductor or micromachine technology. It is also possible to realize the interdigital electrode formed separately on the concave surface by approaching the three-dimensional substrate. Since it is not necessary to create a physical structure of the circulation path, the propagation of the surface acoustic wave is less reflected and less attenuated.

次に、以上のように構成された球状弾性表面波素子の回転角度測定装置による回転角度測定方法を説明する。   Next, a rotation angle measurement method using the rotation angle measurement device for the spherical surface acoustic wave element configured as described above will be described.

高周波信号源20は、一定の周波数のRF信号を発生して出力することにより、RFバースト信号を励起用すだれ状電極12に入力する。このRFバースト信号内の正弦波の周期は、励起される弾性表面波SAW1が球状部材11の周回経路を1周するのに要する周回時間Tcの整数分の1となるように調整し、RFバースト信号全体を周回時間Tc以上に長い時間印加する。   The high frequency signal source 20 generates and outputs an RF signal having a constant frequency, thereby inputting the RF burst signal to the interdigital transducer 12 for excitation. The period of the sine wave in the RF burst signal is adjusted so that the excited surface acoustic wave SAW1 is 1 / integer of the circulation time Tc required for one round of the circulation path of the spherical member 11, and the RF burst The entire signal is applied for a time longer than the circulation time Tc.

励起用すだれ状電極12に、RF信号が印加されると、図3に周辺構成を省略しながら示すように、球状部材11の表面上を互いに逆方向に周回する弾性表面波SAW11,SAW12が励起される。   When an RF signal is applied to the interdigital transducer 12 for excitation, surface acoustic waves SAW11 and SAW12 that circulate in opposite directions on the surface of the spherical member 11 are excited as shown in FIG. Is done.

ここで、弾性表面波SAW11,SAW12は、周回する弾性表面波SAW11,SAW12同士を干渉させることで周回経路上に定在波SAW1を形成するように設定されている。定在波SAW1は、周回経路上で相対する周回方向からの弾性表面波のそれぞれの位相が等しくなる位置が腹となり、振幅が大きくなる。また、腹の位置から位相が90度ずれる位置では節となり、相対する周回方向からの弾性表面波SAW11,SAW12の干渉により、互いに打ち消されて振幅はゼロとなる。なお、多重周回する際に、3次元基体が等方性を有していても、あるいは結晶体のような異方性を有していても、1周回にかかる時間は一定である。そのため、定在波を形成し得るとともに、定在波SAW1の腹及び節の位置は不変である。   Here, the surface acoustic waves SAW11 and SAW12 are set to form a standing wave SAW1 on the circuit path by causing the surface acoustic waves SAW11 and SAW12 to rotate to interfere with each other. In the standing wave SAW1, the position where the respective phases of the surface acoustic waves from the opposite circulation directions on the circuit path are equal becomes antinode, and the amplitude increases. In addition, a node is formed at a position where the phase is shifted by 90 degrees from the antinode position, and is canceled by the interference of the surface acoustic waves SAW11 and SAW12 from the opposite circulation directions, and the amplitude becomes zero. Note that the time required for one round is constant even when the three-dimensional substrate is isotropic or has anisotropy like a crystal during multiple rounds. Therefore, a standing wave can be formed, and the positions of the antinodes and nodes of the standing wave SAW1 are unchanged.

一方、弾性表面波摂動体13の金厚膜は、図4に示すように、定在波SAW1の腹の位置に形成される。ここで、球状部材11表面は、定在波SAW1の1/2周期毎に、位置(a)と(b)とを交替するように振動する。弾性表面波摂動体13は、微細な振動重りの機能を実現している。   On the other hand, the thick gold film of the surface acoustic wave perturbation body 13 is formed at the antinode of the standing wave SAW1, as shown in FIG. Here, the surface of the spherical member 11 vibrates so as to alternate between positions (a) and (b) every ½ period of the standing wave SAW1. The surface acoustic wave perturbation body 13 realizes a fine vibration weight function.

そして、この定在波SAW1を構成する弾性表面波SAW11,SAW12は、周回周期Tc毎に励起用すだれ状電極12を通過して球状部材11の表面を周回する。なお、弾性表面波SAW11,SAW12は、まとめて図1にSAW1と表す。   Then, the surface acoustic waves SAW11 and SAW12 constituting the standing wave SAW1 pass through the interdigital transducer 12 for each circulation cycle Tc and circulate around the surface of the spherical member 11. The surface acoustic waves SAW11 and SAW12 are collectively represented as SAW1 in FIG.

このような状態で、素子が取付けられた外部対象の回転運動に応じて球状弾性表面波素子10が回転運動をすると、弾性表面波摂動体13の金厚膜の振動とは異なる方向に慣性力が作用する。この慣性力は、一般的にはコリオリ力と呼ばれる。そして、この慣性力が金厚膜の振動に作用すると、振動していた定在波の腹が楕円状に振動し、弾性表面波SAW1とは異なる方向に、例えば弾性表面波SAW2が励起される。ここで励起される弾性表面波SAW2はレーリー波である。レーリー波においては、図5に示すように、固体材料の表面近傍では、材料の変位が縦長の楕円状となり、変位最上点における表面の変位方向とレーリー波の伝搬方向は逆になる。但し、本発明はレーリー波に限るものではなく、3次元基体表面にエネルギーを集中して伝搬するものであればよい。   In this state, when the spherical surface acoustic wave element 10 rotates according to the rotational movement of the external object to which the element is attached, the inertial force is in a direction different from the vibration of the thick gold film of the surface acoustic wave perturbing body 13. Works. This inertial force is generally called Coriolis force. When this inertial force acts on the vibration of the gold thick film, the antinode of the oscillating standing wave vibrates in an elliptical shape, and for example, the surface acoustic wave SAW2 is excited in a direction different from the surface acoustic wave SAW1. . The surface acoustic wave SAW2 excited here is a Rayleigh wave. In the Rayleigh wave, as shown in FIG. 5, near the surface of the solid material, the displacement of the material becomes a vertically long ellipse, and the displacement direction of the surface at the uppermost displacement point and the propagation direction of the Rayleigh wave are reversed. However, the present invention is not limited to Rayleigh waves, as long as energy is concentrated and propagated to the surface of the three-dimensional substrate.

いずれにしても、球状弾性表面波素子10の回転運動に応じて、弾性表面波SAW1が弾性表面波伝搬体13を通過する毎に、弾性表面波SAW1の伝搬方向とは異なる方向に、レーリー波等の弾性表面波SAW2が励起される。この弾性表面波SAW2は回転運動の向きにより、検出用すだれ状電極14A又は14Bに受信される。受信されると、対応する信号強度測定部21A又は21Bに弾性表面波SAW2の検出信号が出力される。   In any case, every time the surface acoustic wave SAW1 passes through the surface acoustic wave propagation body 13 according to the rotational motion of the spherical surface acoustic wave element 10, a Rayleigh wave is generated in a direction different from the propagation direction of the surface acoustic wave SAW1. A surface acoustic wave SAW2 is excited. The surface acoustic wave SAW2 is received by the detection interdigital electrode 14A or 14B depending on the direction of the rotational motion. When received, the detection signal of the surface acoustic wave SAW2 is output to the corresponding signal intensity measurement unit 21A or 21B.

信号強度測定部21A又は21Bは、この検出信号に基づいて、検出信号の強度から球状弾性表面波素子の回転角度を測定することができる。   Based on the detection signal, the signal intensity measuring unit 21A or 21B can measure the rotation angle of the spherical surface acoustic wave element from the intensity of the detection signal.

なお、本発明において、3次元基体の回転による摂動によって異なる方向に伝搬する弾性表面波の検出信号は、3次元基体の回転速度に応じた強度で出力される性質を有し、3次元基体の静的な空間上の方位にしたがって出力(強度)を変えるものではない。なお、回転した角度は回転速度を時間で積分して求めている。 In the present invention, the detection signal of the surface acoustic wave propagating in different directions due to the perturbation due to the rotation of the three-dimensional substrate has a property of being output with an intensity corresponding to the rotation speed of the three-dimensional substrate, and It does not change the output (intensity) according to the direction in static space. The rotated angle is obtained by integrating the rotational speed with time.

ここで、上述した回転角度の測定手順について図6のタイムチャートを用いて詳細に説明する。なお、図6の横軸は時間、縦軸は信号強度を表す。   Here, the measurement procedure of the rotation angle described above will be described in detail with reference to the time chart of FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents signal intensity.

参考例では、励起用RF信号を切断後に異なる方向に伝搬した弾性表面波を検出することで、SN比を向上させている。 In this reference example , the SN ratio is improved by detecting surface acoustic waves that have propagated in different directions after cutting the excitation RF signal.

励起用RF信号が弾性表面波摂動体13で励起する弾性表面波SAW2の周波数は、定在波励起用RF信号に少なくとも含まれる周波数である。そのため、定在波励起用RF信号が検出用すだれ状電極14Aおよび14B、あるいはその信号線から入り雑音化する。そこで、SN比を向上させるために以下の手順(i)〜(iii)で測定を行う。   The frequency of the surface acoustic wave SAW2 that the excitation RF signal is excited by the surface acoustic wave perturbation body 13 is a frequency that is at least included in the standing wave excitation RF signal. For this reason, the standing wave excitation RF signal enters the detection interdigital electrodes 14A and 14B or their signal lines to generate noise. Therefore, in order to improve the SN ratio, measurement is performed by the following procedures (i) to (iii).

(i)まず図6(a)に示すように、一定時間、RF信号を印加して定在波を励起する(時刻t1〜)。この場合、周回経路を弾性表面波SAW1が周回する周回時間TcがRF信号の周期の整数倍であることが望ましい。励起するRFバースト信号の信号周期を周回時間Tcより長くすることで定在波の振幅強度を増すことが可能だからである。   (I) First, as shown in FIG. 6A, an RF signal is applied for a predetermined time to excite a standing wave (time t1). In this case, it is desirable that the circulation time Tc in which the surface acoustic wave SAW1 circulates in the circulation path is an integral multiple of the period of the RF signal. This is because the amplitude intensity of the standing wave can be increased by making the signal period of the RF burst signal to be excited longer than the circulation time Tc.

(ii)次に、励起用RF信号を切断する(時刻t2)。本参考例の場合は、周回経路上にわたり弾性表面波のエネルギーが蓄えられ、励起用RF信号を切断した後にも定在波が存在する。これにより、励起用RF信号の切断後に、検出用すだれ状電極14A又は14Bから出力される検出信号を回転角度の測定対象として強度測定することが可能となる。但し、図6(b)に示すように、弾性表面波SAW1の定在波の強度は時間とともに指数関数的に減衰する。 (Ii) Next, the excitation RF signal is disconnected (time t2). In the case of the present reference example , the energy of the surface acoustic wave is stored over the circulation path, and the standing wave exists even after the excitation RF signal is cut. As a result, after the excitation RF signal is cut off, it is possible to measure the intensity of the detection signal output from the detection interdigital electrode 14A or 14B as the rotation angle measurement target. However, as shown in FIG. 6B, the intensity of the standing wave of the surface acoustic wave SAW1 decays exponentially with time.

(iii)次に、図6(c)に示すような時刻t0〜t3までの球状部材11の回転運動に応じて、図6(d)に示すように、異なる方向へ伝搬した弾性表面波SAW2の検出信号が検出用すだれ状電極から信号強度測定部21Aもしくは21Bに出力される。   (Iii) Next, according to the rotational motion of the spherical member 11 from time t0 to t3 as shown in FIG. 6C, the surface acoustic wave SAW2 propagated in different directions as shown in FIG. 6D. Is output from the detection interdigital electrode to the signal intensity measuring unit 21A or 21B.

この検出信号は、回転速度が一定であった場合でも、定在波の強度の減衰に応じて時間的に減衰して観測される。しかしながら、信号強度測定部21A,21Bは、図6(d)の矢印aに示すように、最も振幅の大きな時刻の値を検出信号の強度として採用すれば良い。さらに高精度測定をするために、弾性表面波SAW1の定在波の強度をもって検出信号の強度を校正すれば、定在波の強度の変動を測定結果に影響させないようにすることが可能となる。また、検出信号の振幅を校正するだけではなく、校正後の振幅を時間で積分することによって、さらに回転角度を高精度に測定することができる。   Even when the rotation speed is constant, the detection signal is observed with time decay according to the attenuation of the standing wave intensity. However, the signal intensity measuring units 21A and 21B may adopt the value of the time with the largest amplitude as the intensity of the detection signal, as indicated by an arrow a in FIG. If the intensity of the detection signal is calibrated with the standing wave intensity of the surface acoustic wave SAW1 in order to perform higher-precision measurement, it becomes possible to prevent the fluctuation of the standing wave intensity from affecting the measurement result. . In addition to calibrating the amplitude of the detection signal, the rotation angle can be measured with higher accuracy by integrating the calibrated amplitude with time.

上述したように本参考例によれば、球状部材11の表面に弾性表面波SAW1を励起し、球状部材11の回転運動に応じて、弾性表面波SAW1の伝搬方向とは異なる方向へ伝搬した弾性表面波SAW2を検出する構成により、従来の平面型の弾性表面波ジャイロとは異なり、反射器を備える必要が無いので、弾性表面波を利用した小型のジャイロを実現することができる。また、球状弾性表面波素子により実現するので、平面型ジャイロのようなエネルギーの漏洩を防ぐことができる。 As described above, according to the present reference example , the surface acoustic wave SAW 1 is excited on the surface of the spherical member 11, and the elasticity that propagates in a direction different from the propagation direction of the surface acoustic wave SAW 1 according to the rotational motion of the spherical member 11. Unlike the conventional planar surface acoustic wave gyro, the configuration for detecting the surface wave SAW2 eliminates the need for a reflector, and thus a small gyro using surface acoustic waves can be realized. Moreover, since it is realized by a spherical surface acoustic wave element, it is possible to prevent leakage of energy as in a planar gyro.

また、球状部材11が連続した曲面からなる円環状の表面を有しているため、弾性表面波を周回経路上で周回させることができ、素子を小型にすることができる。また、励起される弾性表面波を定在波にして強度を増大させると共に、弾性表面波摂動体13として質量の異なる物質を配列した構造物を設けることで、効率良く弾性表面波の伝搬方向を変化させることができる。これにより、効率良く回転角度を求めることができる。   Further, since the spherical member 11 has an annular surface made of a continuous curved surface, the surface acoustic wave can be circulated on the circulation path, and the element can be reduced in size. In addition, the surface acoustic wave to be excited is made to be a standing wave to increase the intensity, and the surface acoustic wave perturbing body 13 is provided with a structure in which substances having different masses are arranged, so that the propagation direction of the surface acoustic wave can be efficiently changed. Can be changed. Thereby, a rotation angle can be calculated | required efficiently.

また、球状弾性表面波素子では、励起する弾性表面波の波長を、球状部材の直径により決まる条件で励起することにより、回折させずにビーム状に伝搬させて検出用のすだれ状電極により検出することができる。そのため、従来の平面型ジャイロの課題であった、「弾性表面波の“回折”が検出用すだれ状電極に出力され、3次元基体の回転による摂動によって励起される弾性表面波の信号が埋もれてしまい、SN比の低下として計測を困難にする現象」を防ぐことが可能となる。   In addition, in the surface acoustic wave device, the surface acoustic wave to be excited is excited under the condition determined by the diameter of the spherical member, and is propagated in a beam shape without being diffracted and detected by the interdigital electrode for detection. be able to. Therefore, the problem of conventional planar gyros, “surface wave“ diffraction ”is output to the interdigital electrodes for detection, and the surface wave signals excited by the perturbation due to the rotation of the three-dimensional substrate are buried. Therefore, it is possible to prevent a phenomenon that makes measurement difficult due to a decrease in the SN ratio.

また、検出用すだれ状電極を、弾性表面波摂動体に対して、3次元基体の反対側近辺に設置することで、回転に伴い発生する検出信号のSNを相対的に大きくすることも可能である。 It is also possible to relatively increase the SN of the detection signal generated with the rotation by installing the interdigital electrode for detection near the opposite side of the three-dimensional substrate with respect to the surface acoustic wave perturbed body. is there.

<第の実施形態>
図7は本発明の第の実施形態に係る回転角度測定装置に適用される球状弾性表面波素子の構成を示す模式図であり、図1と同一部分には同一符号を付し、変形した部分にはアルファベットの添字を付して、ここでは異なる部分について主に述べる。なお、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
<First embodiment>
FIG. 7 is a schematic view showing a configuration of a spherical surface acoustic wave element applied to the rotation angle measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. The parts are marked with alphabetic subscripts, and the different parts are mainly described here. In the following embodiments, the same description is omitted.

本実施形態は、第1参考例の変形例であり、図7(a)に示すように、互いに直交する3つの回転軸x,y,zの6つの回転方向(検出方位x1,x2,y1,y2,z1,z2)に対する回転角度を検出可能とする観点から、図7(b)に示すように、球状部材11が、互いに直交する2本の伝搬路A,Bと当該各伝搬路A,B上に形成された周回経路とを有している。各周回経路には弾性表面波摂動体13x,13y,13zが少なくとも1つ形成され且つ合計で3つ形成されている。また、各弾性表面波摂動体13x,13y,13zを挟むように、対応する添字x,y,zをもつ検出用すだれ状電極14x1,x2,y1,y2,z1,z2が伝搬路A,B上の周回経路とは異なる周回経路上に配置されている。なお、検出方位x1,x2は、x軸を回転中心にして球状部材11が回転した際に、2通りの回転方向に対応している。他の検出方位y1,y2,z1,z2も同様である。 This embodiment is a modification of the first reference example , and as shown in FIG. 7A, there are six rotation directions (detection directions x1, x2, y1) of three rotation axes x, y, z orthogonal to each other. , Y2, z1, z2) from the viewpoint of being able to detect the rotation angle, as shown in FIG. 7B, the spherical member 11 includes two propagation paths A, B orthogonal to each other and the respective propagation paths A. , B and a circulation path formed on B. At least one surface acoustic wave perturbation body 13x, 13y, 13z is formed in each circulation path, and a total of three are formed. Further, the detection interdigital electrodes 14x1, x2, y1, y2, z1, and z2 having the corresponding subscripts x, y, and z are propagated along the propagation paths A and B so as to sandwich the surface acoustic wave perturbations 13x, 13y, and 13z. It arrange | positions on the circumference path different from the upper circumference path. The detection orientations x1 and x2 correspond to two rotation directions when the spherical member 11 rotates around the x axis. The same applies to the other detection directions y1, y2, z1, and z2.

ここで、球状弾性表面波素子10は、球状部材11、定在波励起用すだれ状電極12A、12B、弾性表面波摂動体13x、13y、13z、および検出用すだれ状電極14x1、14x2、14y1、14y2、14z1、14z2を備えている。   Here, the spherical surface acoustic wave element 10 includes a spherical member 11, interdigital electrodes 12A and 12B for exciting standing waves, surface acoustic wave perturbations 13x, 13y, and 13z, and interdigital electrodes for detection 14x1, 14x2, and 14y1, 14y2, 14z1, and 14z2.

球状部材11は、複数の周回経路を有している。本実施形態においては、定在波励起用すだれ状電極12A、12Bが、それぞれ弾性表面波を伝搬路A、Bに励起している。   The spherical member 11 has a plurality of circulation paths. In this embodiment, the interdigital electrodes 12A and 12B for exciting the standing wave excite the surface acoustic waves in the propagation paths A and B, respectively.

定在波励起用すだれ状電極12A,12Bは、それぞれ伝搬路A,B上に弾性表面波の定在波SAW1A、SAW1B(図示せず)を励起するものである。   The interdigital electrodes 12A and 12B for exciting the standing wave excite standing waves SAW1A and SAW1B (not shown) of the surface acoustic waves on the propagation paths A and B, respectively.

弾性表面波摂動体13xは、球状部材11のx軸の回転運動に応じて、個別に弾性表面波を検出用すだれ状電極14x1又は14x2に向けて伝搬するように、伝搬路A上の定在波SAW1Aの腹の位置に配置される厚膜である。   The surface acoustic wave perturbation body 13x is stationary on the propagation path A so that the surface acoustic wave is individually propagated toward the interdigital electrodes 14x1 or 14x2 for detection according to the rotational movement of the spherical member 11 on the x axis. It is a thick film arranged at the position of the antinode of the wave SAW1A.

弾性表面波摂動体13yは、球状部材11のy軸の回転運動に応じて、個別に弾性表面波を検出用すだれ状電極14y1又は14y2に向けて伝搬するように、伝搬路A上の定在波SAW1Aの腹の位置に配置される厚膜である。   The surface acoustic wave perturbation body 13y is stationary on the propagation path A so that the surface acoustic wave propagates individually toward the interdigital electrodes 14y1 or 14y2 for detection according to the rotational movement of the spherical member 11 in the y-axis. It is a thick film arranged at the position of the antinode of the wave SAW1A.

弾性表面波摂動体13zは、球状部材11のz軸の回転運動に応じて、個別に弾性表面波を検出用すだれ状電極14z1又は14z2に向けて伝搬するように、伝搬路B上の定在波SAW1Bの腹の位置に配置される厚膜である。   The surface acoustic wave perturbation body 13z is stationary on the propagation path B so that the surface acoustic wave is individually propagated toward the interdigital electrodes 14z1 or 14z2 for detection according to the rotational movement of the spherical member 11 in the z-axis. It is a thick film disposed at the position of the antinode of the wave SAW1B.

なお、本来は伝搬路A上に13zを形成することが望ましいが、伝搬路A上に複数の弾性表面波摂動体を形成することは安定した定在波を励起する観点から好ましくないので、少しずらした位置に形成している。   Originally, it is desirable to form 13z on the propagation path A, but forming a plurality of surface acoustic wave perturbations on the propagation path A is not preferable from the viewpoint of exciting a stable standing wave. It is formed at a shifted position.

検出用すだれ状電極14x1、14x2は、それぞれ弾性表面波SAW2x1,SAW2x2を検出して検出信号を信号強度測定部21A,21Bに出力するものである。検出用すだれ状電極14y1、14y2並びに14z1、14z2は、14x1、14x2と同様の機能を有し、異なる方向に伝搬した弾性表面波SAW2y1,SAW2y2,SAW2z1,SAW2z2を検出して図示しない信号強度測定部に出力可能となっている。   The detection interdigital electrodes 14x1 and 14x2 detect surface acoustic waves SAW2x1 and SAW2x2, respectively, and output detection signals to the signal intensity measuring units 21A and 21B. Interdigital electrodes for detection 14y1, 14y2 and 14z1, 14z2 have the same functions as 14x1, 14x2, and detect surface acoustic waves SAW2y1, SAW2y2, SAW2z1, SAW2z2 propagated in different directions, and signal intensity measuring units not shown Can be output.

一方、高周波信号源20と信号強度測定部21A,21B,…は図示していないが、第1参考例と同様に構成される。すなわち、高周波信号源20は、定在波励起用すだれ状電極12A,12Bにそれぞれ一定周波数のRF信号を印加可能となっている。また、信号強度測定部21A,21B,…は、それぞれ検出用すだれ状電極14x1,14x2,14y1,14y2,14z1,14z2から出力された検出信号に基づいて、対応する添字x1〜z2の回転方向x1,x2,y1,y2,z1,z2の回転角度を測定可能となっている。すなわち、信号強度測定部21A,21B,…は、検出用すだれ状電極14x1,…,14z2毎に1台ずつ設けられ、計6台が配置されている。 On the other hand, the high-frequency signal source 20 and the signal intensity measuring units 21A, 21B,... Are not shown, but are configured in the same manner as in the first reference example . That is, the high-frequency signal source 20 can apply an RF signal having a constant frequency to the interdigital electrodes 12A and 12B for standing wave excitation. Further, the signal intensity measuring units 21A, 21B,... Are respectively rotated based on the detection signals output from the detection interdigital electrodes 14x1, 14x2, 14y1, 14y2, 14z1, and 14z2, and the rotation directions x1 of the corresponding suffixes x1 to z2. , X2, y1, y2, z1, z2 can be measured. That is, one signal intensity measuring unit 21A, 21B,... Is provided for each detection interdigital electrode 14x1,.

次に、以上のように構成された球状弾性表面波素子の回転角度測定装置による回転角度測定方法を説明する。   Next, a rotation angle measurement method using the rotation angle measurement device for the spherical surface acoustic wave element configured as described above will be described.

いま、図示しない高周波信号源からRF信号が定在波励起用すだれ状電極12A,12Bに入力されたとする。   Now, it is assumed that an RF signal is inputted to the interdigital electrodes 12A and 12B for standing wave excitation from a high-frequency signal source (not shown).

定在波励起用すだれ状電極12A,12Bは、入力されたRF信号に応じてそれぞれ伝搬路A,B上に弾性表面波の定在波SAW1A、SAW1B(図示せず)を励起する。   The interdigital electrodes 12A and 12B for exciting the standing waves excite the standing waves SAW1A and SAW1B (not shown) of the surface acoustic waves on the propagation paths A and B, respectively, according to the input RF signals.

この状態で、球状弾性表面波素子10がx軸を中心軸としてx1又はx2方向に回転すると、この回転運動に応じて、弾性表面波摂動体13xが弾性表面波SAW1Aを検出用すだれ状電極14x1又は14x2に向けて伝搬方向を変化させる。   In this state, when the spherical surface acoustic wave element 10 rotates in the x1 or x2 direction with the x axis as the central axis, the surface acoustic wave perturbation body 13x detects the surface acoustic wave SAW1A in accordance with this rotational motion. Alternatively, the propagation direction is changed toward 14 × 2.

例えばx軸を中心にx1方向に回転すると、弾性表面波が検出用すだれ状電極14x1の方向に伝搬する。検出用すだれ状電極14x1は、異なる方向に伝搬した弾性表面波を検出して検出信号を信号強度測定部21Aに出力する。信号強度測定部21Aは、この検出信号に基づいて、x1方向の回転角度を測定することができる。   For example, when rotating in the x1 direction around the x axis, the surface acoustic wave propagates in the direction of the detection interdigital electrode 14x1. The detection interdigital electrode 14x1 detects surface acoustic waves propagated in different directions and outputs a detection signal to the signal intensity measurement unit 21A. The signal intensity measuring unit 21A can measure the rotation angle in the x1 direction based on the detection signal.

同様にx軸を中心にx2方向に回転すると、弾性表面波SAW1Aが検出用すだれ状電極14x2の方向に伝搬する。検出用すだれ状電極14x2は検出信号を信号強度測定部21Bに出力し、信号強度測定部21Bにより、x2方向の回転角度を測定することができる。   Similarly, when rotating in the x2 direction around the x axis, the surface acoustic wave SAW1A propagates in the direction of the detection interdigital electrode 14x2. The detection interdigital electrode 14x2 outputs a detection signal to the signal intensity measuring unit 21B, and the signal intensity measuring unit 21B can measure the rotation angle in the x2 direction.

以下同様に、球状弾性表面波素子10の回転軸x,y,zを中心とした回転運動に応じて、回転方向x1,x2,y1,y2,z1,z2に沿った回転角度を検出することができる。   Similarly, the rotation angle along the rotation directions x1, x2, y1, y2, z1, and z2 is detected in accordance with the rotational motion around the rotation axes x, y, and z of the spherical surface acoustic wave element 10. Can do.

上述したように本実施形態によれば、第1参考例の効果に加え、複数の弾性表面波を発生させ、球状部材11の3軸方向の回転運動に応じて個別に弾性表面波を励起及び検出させるため、3次元的な回転方向を検出でき、もって、3軸測定が可能な素子を提供することができる。詳しくは、2つの伝搬路A、Bを利用することで、3軸全ての方位について回転角度を検出することができる。3次元でのあらゆる回転は、x軸、y軸、z軸の3つの回転に独立に検出可能である。また周回経路が垂直でない場合でも、計算によってそれぞれの方位の回転量を求めることが可能である。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first reference example , a plurality of surface acoustic waves are generated, and the surface acoustic waves are individually excited according to the rotational movement of the spherical member 11 in the three axial directions. Therefore, it is possible to provide a device that can detect a three-dimensional rotation direction and can perform three-axis measurement. Specifically, by using the two propagation paths A and B, the rotation angle can be detected for all three axes. Any rotation in three dimensions can be detected independently of the three rotations of the x, y, and z axes. Even when the circulation path is not vertical, the rotation amount of each direction can be obtained by calculation.

なお、上記実施形態において、球状部材11の表面に漏出する弾性表面波のクロストークを避けるために、定在波励起用すだれ状電極12Aと12Bには互いに異なる周波数をもつRF信号を印加することが望ましい。   In the above embodiment, in order to avoid crosstalk of surface acoustic waves leaking to the surface of the spherical member 11, RF signals having different frequencies are applied to the interleaved electrodes 12A and 12B for standing wave excitation. Is desirable.

また、上記実施形態においては8個のすだれ状電極12A〜B,14x1〜14z2を用いている。このように多数のすだれ状電極を形成することを防ぐために、図8に示す構成にすることが可能である。この構成では、前述した定在波励起用すだれ状電極12A,12Bを省略し、検出用すだれ状電極14y1,14y2、14z1,14z2をそれぞれ伝搬路A又はB上に配置することにより、検出用すだれ状電極14y1,14y2、14z1,14z2に、定在波励起用すだれ状電極の機能を持たせている。詳しくは伝搬路A,Bの交点に弾性表面波摂動体13yzを形成し、この弾性表面波摂動体13yzを四方から挟むように、検出用すだれ状電極14y1,14y2、14z1,14z2を伝搬路A,B上に配置している。これにより、例えば検出用のすだれ状電極14y1に高周波信号を印加して定在波を励起して、弾性表面波摂動体13yzで異なる方向へ励起して伝搬させた後に、異なる方向に伝搬した弾性表面波を検出用すだれ状電極14z1または14z2で検出することが可能となる。すなわち、図8に示す構成にすることで、定在波励起専用のすだれ状電極12A,12Bを省略できることから、形成するすだれ状電極の個数を6つに減らすことが可能となるので、製造プロセスを簡略化できる。   In the above embodiment, eight interdigital electrodes 12A to 12B and 14x1 to 14z2 are used. In order to prevent such a large number of interdigital electrodes from being formed, the configuration shown in FIG. 8 can be employed. In this configuration, the above described standing wave excitation interdigital electrodes 12A and 12B are omitted, and the detection interdigital electrodes 14y1, 14y2, 14z1, and 14z2 are arranged on the propagation path A or B, respectively. The electrodes 14y1, 14y2, 14z1, and 14z2 have the function of interdigital electrodes for standing wave excitation. Specifically, a surface acoustic wave perturbation body 13 yz is formed at the intersection of the propagation paths A and B, and the detection interdigital electrodes 14 y 1, 14 y 2, 14 z 1, and 14 z 2 are connected to the propagation path A so as to sandwich the surface acoustic wave perturbation body 13 yz from four directions. , B. Thus, for example, a high-frequency signal is applied to the interdigital electrode 14y1 for detection to excite a standing wave, which is excited and propagated in different directions by the surface acoustic wave perturbation body 13yz and then propagated in different directions. The surface wave can be detected by the interdigital electrode 14z1 or 14z2 for detection. That is, with the configuration shown in FIG. 8, since the interdigital electrodes 12A and 12B dedicated to standing wave excitation can be omitted, the number of interdigital electrodes to be formed can be reduced to six. Can be simplified.

なお、本実施形態では、伝搬路Aに対して垂直に伝搬路Bを有する構成とし、各伝搬路A,Bに弾性表面波を励起して周回させたが、水晶の場合は伝搬路Bの周回に伴う減衰が大きい。そのため、ニオブ酸リチウム(LiNbO)やタンタル酸リチウムを球状部材11として使用する方が、より好ましい。 In this embodiment, the propagation path B is perpendicular to the propagation path A, and surface acoustic waves are excited and circulated in the propagation paths A and B. However, in the case of quartz, the propagation path B Attenuation accompanying laps is large. Therefore, it is more preferable to use lithium niobate (LiNbO 3 ) or lithium tantalate as the spherical member 11.

<第の実施形態>
図9は本発明の第の実施形態に係る球状弾性表面波素子に適用される弾性表面波摂動体の構成を示す模式図である。
<Second Embodiment>
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a surface acoustic wave perturbation body applied to a spherical surface acoustic wave element according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態は、第1参考例又は第の実施形態の変形例であり、弾性表面波摂動体13として「質量形成」及び/又は「質量欠損」を利用したものである。 The present embodiment is a modification of the first reference example or the first embodiment, and uses “mass formation” and / or “mass defect” as the surface acoustic wave perturbing body 13.

ここで、弾性表面波摂動体13は、弾性表面波の周回経路の一部の領域で且つ定在波の腹の位置に周期的に形成され、定在波の節の位置とは密度及び/又は高さの異なる構造物から構成される。例えば弾性表面波摂動体13は、球状部材11とは異なる弾性定数を有する材質によって伝搬路に形成される。これは球状部材11あるいはその表面に形成された圧電膜のエッチングによる穴や溝によって形成してもよく、逆に部材上に凸形状の構造物を形成してもよい。   Here, the surface acoustic wave perturbation body 13 is periodically formed in a partial region of the circumferential path of the surface acoustic wave and at the position of the antinode of the standing wave. Or it is comprised from the structure from which height differs. For example, the surface acoustic wave perturbation body 13 is formed in the propagation path by a material having an elastic constant different from that of the spherical member 11. This may be formed by holes or grooves by etching of the spherical member 11 or the piezoelectric film formed on the surface thereof, or conversely, a convex structure may be formed on the member.

具体的には弾性表面波摂動体13は、図9(a)〜(c)に示すように、凸型構造、凹型構造又は複合型構造により形成可能となっている。   Specifically, as shown in FIGS. 9A to 9C, the surface acoustic wave perturbing body 13 can be formed by a convex structure, a concave structure, or a composite structure.

図9(a)に示す凸型構造の場合、ある回転操作に対して質量形成部13aに摂動が加わるものである。   In the case of the convex structure shown in FIG. 9A, perturbation is applied to the mass forming unit 13a with respect to a certain rotation operation.

図9(b)に示す凹型構造の場合、質量欠損部13bにより、ある回転操作に対して凸型構造の場合とは逆位相に摂動が加わるものである。ここで、凹型構造の質量欠損部13bは以下の手順(i)〜(iii)で作成可能である。   In the case of the concave structure shown in FIG. 9B, the mass defect portion 13b adds a perturbation to a phase opposite to that of the convex structure for a certain rotation operation. Here, the mass defect 13b having a concave structure can be created by the following procedures (i) to (iii).

(i)水晶球等の球状部材11の表面に、定在波の腹位置を露出させるようにレジストをパターニングする。   (I) A resist is patterned on the surface of the spherical member 11 such as a crystal sphere so that the antinode position of the standing wave is exposed.

(ii)フッ酸処理により、球状部材11の露出した腹位置をエッチングする。   (Ii) The exposed belly position of the spherical member 11 is etched by hydrofluoric acid treatment.

(iii)レジストの剥離により、ディンプル状の拡散パターンを形成して質量欠損部13bを作成する。なお、この方法では、異種材料を形成するプロセスが不要となる。   (Iii) A dimple-like diffusion pattern is formed by peeling off the resist to create the mass defect portion 13b. In this method, a process for forming a different material is not required.

図9(c)に示す複合型構造の場合、凸型構造と凹型構造とを重ね合わせて形成される。   In the case of the composite structure shown in FIG. 9C, the convex structure and the concave structure are overlapped.

以上のような質量形成部13aと質量欠損部13bの配置は、詳しくは図10に代表させて示す通りである。すなわち、紙面の横方向に沿った1つの弾性表面波(励起波)においては、低い位置の腹には質量欠損部13bが配置され、高い位置の腹には質量形成部13aが配置される。換言すると、質量形成部13aは、1つの弾性表面波に関し、1波長λ毎に1つずつ配置される。質量欠損部13bも同様に、1つの弾性表面波に関し、1波長λ毎に1つずつ配置される。なお、各部13a,13bは、いずれも定在波の節位置には配置されない。   The arrangement of the mass forming portion 13a and the mass defect portion 13b as described above is as shown in FIG. That is, in one surface acoustic wave (excitation wave) along the horizontal direction of the paper surface, the mass defect portion 13b is disposed on the antinode of the low position, and the mass forming portion 13a is disposed on the antinode of the high position. In other words, the mass forming portion 13a is arranged one for each wavelength λ with respect to one surface acoustic wave. Similarly, one mass defect portion 13b is arranged for each wavelength λ with respect to one surface acoustic wave. In addition, each part 13a, 13b is not arrange | positioned in the node position of a standing wave.

一方、紙面の縦方向においては、質量形成部13aを、λ’の間隔で1つずつ配置する。同様に、質量欠損部13bを、λ’の間隔で1つずつ配置する。このように配置をすると、紙面の縦方向に沿って1波長λ’の弾性表面波(レーリー波)が励起される。   On the other hand, in the vertical direction of the paper surface, the mass forming portions 13a are arranged one by one at intervals of λ ′. Similarly, the mass defect portions 13b are arranged one by one at intervals of λ ′. With this arrangement, a surface acoustic wave (Rayleigh wave) having one wavelength λ ′ is excited along the vertical direction of the paper surface.

また、質量形成部13aと質量欠損部13bは、図示するように、励起した弾性表面波及び摂動によって異なる方向に励起する弾性表面波の各弾性表面波に関し、互いに半波長(λ/2),(λ’/2)の間隔で格子状に配置されており、半波長毎に摂動効果を生成可能となっている。   In addition, as shown in the figure, the mass forming part 13a and the mass defect part 13b are related to the surface acoustic wave excited and the surface acoustic wave excited in a different direction by perturbation with respect to each other at half wavelength (λ / 2), They are arranged in a lattice pattern at intervals of (λ ′ / 2), and a perturbation effect can be generated for each half wavelength.

以上のような構成によれば、第1参考例又は第の実施形態の効果に加え、弾性表面波摂動体13として密度や高さの異なる物質からなる質量形成部13aや質量欠損部13bを配列した構造物を設けることで、摂動によって効率良く弾性表面波を励起することができる。これにより、効率良く回転角度を求めることが可能となる。また、特に複合型構造の場合、半波長毎に摂動効果を生成できるので、摂動によって励起する弾性表面波の信号強度をより一層、増加させることができる。 According to the above configuration, in addition to the effects of the first reference example or the first embodiment, the mass forming portion 13a and the mass defect portion 13b made of substances having different densities and heights are used as the surface acoustic wave perturbing body 13. By providing the arranged structure, the surface acoustic wave can be efficiently excited by perturbation. Thereby, it becomes possible to obtain | require a rotation angle efficiently. In particular, in the case of a composite structure, since a perturbation effect can be generated for each half wavelength, the signal intensity of the surface acoustic wave excited by the perturbation can be further increased.

<第の実施形態>
図11は本発明の第の実施形態に係る球状弾性表面波素子に適用される弾性表面波摂動体の構成を示す平面図である。
< Third Embodiment>
FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a surface acoustic wave perturbation body applied to a spherical surface acoustic wave element according to a third embodiment of the present invention.

本実施形態は、第1参考例又は第1から第の実施形態の変形例であり、摂動によって励起される弾性表面波を斜め方向に励起する観点から、図11に示すように、励起用の弾性表面波の伝搬方向dに対し、弾性表面波摂動体13の質量形成部13aが角度θだけ斜め方向に配列されている。 This embodiment is a modification of the first reference example or the first to second embodiments, and from the viewpoint of exciting a surface acoustic wave excited by perturbation in an oblique direction, as shown in FIG. With respect to the propagation direction d of the surface acoustic wave, the mass forming portions 13a of the surface acoustic wave perturbing body 13 are arranged in an oblique direction by an angle θ.

このように形成された弾性表面摂動体13は、弾性表面波SAW1を周回方向から角度θだけ斜め方向に伝搬する。また、前述同様に質量形成部13aの間に質量欠損部13bを配置し、図12に示すような複合型の弾性表面波摂動体13を構成すれば、質量欠損部13bの分だけ更に効率的に弾性表面波を摂動により励起することが可能となる。   The thus formed elastic surface perturbation body 13 propagates the surface acoustic wave SAW1 in an oblique direction by an angle θ from the circulation direction. Further, if the mass defect portion 13b is arranged between the mass forming portions 13a as described above to form the composite surface acoustic wave perturbation body 13 as shown in FIG. 12, the mass defect portion 13b is more efficient. In addition, the surface acoustic wave can be excited by perturbation.

以上のような構造によれば、第1参考例又は第1〜第の実施形態の効果に加え、斜め方向に弾性表面波を励起することができるので、球状部材11の各すだれ状電極と周回経路の配置を自由に設計することが可能となる。例えば図13に示すように、LiNbO等の結晶からなる球状部材11Lでも容易に球状弾性表面波素子10の回転角度測定装置を作成することができる。LiNbO結晶では弾性表面波の周回経路がその結晶形により特定される。例えばZ軸シリンダとなるSAW1の周回帯と、Z軸シリンダに傾斜したSAW2の周回帯とは、結晶形により特定される。そのため、弾性表面波の定在波SAW1の伝搬経路に対して垂直以外の方向に、弾性表面波SAW2を伝搬する必要が生じる。このような場合、本実施形態で述べた弾性表面波摂動体13を用いることで、弾性表面波の伝搬路に沿って、弾性表面波を摂動により励起させることができる。 According to the above structure, in addition to the effects of the first reference example or the first and second embodiments, the surface acoustic wave can be excited in an oblique direction, so that each interdigital electrode of the spherical member 11 It is possible to freely design the arrangement of the circulation path. For example, as shown in FIG. 13, a rotation angle measuring device for the spherical surface acoustic wave element 10 can be easily created even with a spherical member 11L made of a crystal such as LiNbO 3 . In the LiNbO 3 crystal, the circulation path of the surface acoustic wave is specified by the crystal form. For example, the orbital zone of SAW1 serving as the Z-axis cylinder and the orbital zone of SAW2 inclined to the Z-axis cylinder are specified by the crystal form. For this reason, it is necessary to propagate the surface acoustic wave SAW2 in a direction other than perpendicular to the propagation path of the standing wave SAW1 of the surface acoustic wave. In such a case, by using the surface acoustic wave perturbation body 13 described in the present embodiment, the surface acoustic wave can be excited by the perturbation along the propagation path of the surface acoustic wave.

また、弾性表面波摂動体によって伝搬方向を変化させた弾性表面波を、他の伝搬路に伝搬させる場合には、伝搬方向の変化後の弾性表面波をビームとして伝搬するように弾性表面波摂動体を設計することにより、変化後の弾性表面波のエネルギーを拡散させることがなく、大きな信号として取り出す事が可能となる。そのため、従来の平面型ジャイロの課題であった、「弾性表面波の“回折”が検出用すだれ状電極に出力され、平面基体の回転による摂動によって励起される弾性表面波の信号が埋もれてしまい、SN比の低下として計測を困難にする現象」を防ぐことが可能となる。   In addition, when a surface acoustic wave whose propagation direction has been changed by a surface acoustic wave perturbant is propagated to another propagation path, the surface acoustic wave perturbation is performed so that the surface acoustic wave after the change of the propagation direction is propagated as a beam. By designing the body, it is possible to take out as a large signal without diffusing the energy of the surface acoustic wave after the change. For this reason, the problem of conventional planar gyros, “surface diffraction of surface acoustic waves” is output to the interdigital electrodes for detection, and the signals of surface acoustic waves excited by perturbations due to the rotation of the planar substrate are buried. It is possible to prevent a phenomenon that makes measurement difficult as the SN ratio decreases.

さらに、3次元基体の回転に伴い励起された弾性表面波の振動周期が、周回経路を周回するのに要する周回時間の整数分の1である場合は、より安定に弾性表面波のエネルギーを伝搬路に維持する事が可能となる。この条件を満たすためには、3次元基体の回転に伴い励起される弾性表面波の周回時間を調節するための薄膜を周回経路上に形成すればよい。   Furthermore, when the vibration period of the surface acoustic wave excited with the rotation of the three-dimensional substrate is 1 / integer of the lap time required to circulate the circulatory path, the surface acoustic wave energy is more stably propagated. It can be maintained on the road. In order to satisfy this condition, a thin film for adjusting the circulation time of the surface acoustic wave excited along with the rotation of the three-dimensional substrate may be formed on the circulation path.

<第の実施形態>
図14は本発明の第の実施形態に係る球状弾性表面波素子の回転角度測定装置の構成を示す模式図である。
< Fourth Embodiment>
FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of a rotational angle measuring device for a spherical surface acoustic wave element according to the fourth embodiment of the present invention.

本実施形態は、第1参考例又は第1から第の実施形態の変形例であり、高周波信号源20sのRF信号の周波数を調整することで弾性表面波の共振状態を維持し、常に十分な強度の定在波を発生させるものである。 The present embodiment is a modification of the first reference example or the first to third embodiments, and the resonance state of the surface acoustic wave is maintained by adjusting the frequency of the RF signal of the high-frequency signal source 20s, which is always sufficient. A standing wave with a high intensity is generated.

この回転角度測定装置は、球状弾性表面波素子10、高周波信号源20s、切換部22、切換スイッチ23、弾性表面波強度測定部24、共振状態判断部25、周波数調整部26及び図示しない信号強度測定部を備えている。   This rotational angle measuring device includes a spherical surface acoustic wave element 10, a high frequency signal source 20s, a switching unit 22, a changeover switch 23, a surface acoustic wave intensity measuring unit 24, a resonance state determining unit 25, a frequency adjusting unit 26, and a signal intensity (not shown). A measuring unit is provided.

ここで、球状弾性表面波素子10における定在波励起用すだれ状電極12sは、球状部材11の表面に接して設けられ、高周波信号源20sから切換スイッチ23を介して入力される一定周波数のRF信号(駆動信号)に応じて、RF信号の電界を球状部材11表面の伝搬路に印加し、球状部材11の表面上を互いに逆方向に周回する弾性表面波SAW11、SAW12を励起する機能を持っている。   Here, the interdigital electrode 12 s for standing wave excitation in the spherical surface acoustic wave element 10 is provided in contact with the surface of the spherical member 11, and a constant frequency RF input from the high frequency signal source 20 s via the changeover switch 23. According to the signal (driving signal), an RF signal electric field is applied to the propagation path on the surface of the spherical member 11 to excite surface acoustic waves SAW11 and SAW12 that circulate in opposite directions on the surface of the spherical member 11. ing.

また、定在波励起用すだれ状電極12sは、定在波を発生可能なRF信号の周波数を調べる際には、周回する弾性表面波SAW11とSAW12の合成波SAW1(図示せず)を検出し、周回検出信号を切換スイッチ23を介して弾性表面波強度測定部24に出力する機能を持っている。   Further, the interdigital electrode 12s for standing wave excitation detects a synthetic wave SAW1 (not shown) of the circulating surface acoustic waves SAW11 and SAW12 when examining the frequency of the RF signal that can generate a standing wave. The loop detection signal is output to the surface acoustic wave intensity measurement unit 24 via the changeover switch 23.

一方、高周波信号源20sは、一定の周波数のRF信号を断続的に出力し、得られたRFバースト信号を切換スイッチ23を介して定在波励起用すだれ状電極12sに印加する信号源である。また、高周波信号源20sは、周波数調整部26によりRF信号の周波数が制御されており、周波数を微調整可能な観点から、例えばデジタル信号発生器を用いることが好ましい。   On the other hand, the high-frequency signal source 20 s is a signal source that intermittently outputs an RF signal having a constant frequency and applies the obtained RF burst signal to the interdigital electrode 12 s for standing wave excitation via the changeover switch 23. . The high frequency signal source 20s is controlled by the frequency adjustment unit 26, and it is preferable to use, for example, a digital signal generator from the viewpoint of fine adjustment of the frequency.

切換部22は、切換スイッチ23の接続又は絶縁を制御する機能を持っている。   The switching unit 22 has a function of controlling connection or insulation of the changeover switch 23.

切換スイッチ23は、切換部22に制御され、定在波励起用すだれ状電極12sを高周波信号源20s又は弾性表面波強度測定部24に接続するか、両者20s,24から絶縁する。   The changeover switch 23 is controlled by the changeover unit 22 to connect the interdigital electrode 12s for standing wave excitation to the high-frequency signal source 20s or the surface acoustic wave intensity measurement unit 24, or to insulate from both 20s and 24.

弾性表面波強度測定部24は、定在波励起用すだれ状電極12sから切換スイッチ23を介して入力された周回検出信号に基づいて、弾性表面波SAW1の強度を測定する機能と、得られた強度測定値を共振状態判断部25に出力する機能とを有し、例えばデジタルオシロスコープが使用可能となっている。   The surface acoustic wave intensity measurement unit 24 has a function of measuring the intensity of the surface acoustic wave SAW1 based on the circumference detection signal input from the interleaved electrode 12s for standing wave excitation via the changeover switch 23, and the obtained For example, a digital oscilloscope can be used.

共振状態判断部25は、弾性表面波強度測定部24から出力された強度測定値に基いて、RF信号の周波数を調整するか否かを判断する機能と、調整する旨の判断結果に応じて周波数調整部26を制御する機能とをもっている。共振状態判断部25は、ここでは電子計算機を用いており、GPIB等を用いて周波数調整部26にRF信号の周波数変更の指示を出す。周波数変更の指示は、速やかに共振状態を得る観点から、周波数を増加方向又は減少方向に変更させた際に、前回の強度測定値よりも今回の強度測定値が上昇したとき、次回の変更も同じ方向に出すことが好ましい。   Based on the intensity measurement value output from the surface acoustic wave intensity measurement unit 24, the resonance state determination unit 25 determines whether or not to adjust the frequency of the RF signal and the determination result indicating the adjustment. And a function of controlling the frequency adjusting unit 26. The resonance state determination unit 25 uses an electronic computer here, and issues an instruction to change the frequency of the RF signal to the frequency adjustment unit 26 using GPIB or the like. The instruction to change the frequency is to promptly obtain a resonance state.When the frequency is changed in the increasing or decreasing direction, and the current intensity measurement value increases from the previous intensity measurement value, the next change is also made. It is preferable to put out in the same direction.

周波数調整部26は、共振状態判断部25に制御され、高周波信号源20sのRF信号の周波数を調整する。なお、高周波信号源20sと周波数調整部26はデジタル部品を用いて一体に構成することも可能である。   The frequency adjustment unit 26 is controlled by the resonance state determination unit 25 and adjusts the frequency of the RF signal of the high-frequency signal source 20s. Note that the high-frequency signal source 20s and the frequency adjusting unit 26 can be integrally configured using digital parts.

続いて、弾性表面波の共振状態とその測定方法について説明する。なお、球状弾性表面波素子の回転角度の測定方法については、第1参考例及び第1から第の実施形態までと同様であるので省略し、共振状態の周波数に調整する方法を主に説明する。 Next, the resonance state of the surface acoustic wave and the measurement method will be described. Note that the method for measuring the rotation angle of the spherical surface acoustic wave element is the same as in the first reference example and the first to third embodiments, and is omitted, and a method of adjusting to the resonance frequency is mainly described. To do.

ここで、「共振状態」とは、弾性表面波が球状弾性表面波素子の周回経路を周回する時間が、弾性表面波の振動周期の整数倍にある状態をいう。共振状態では、1周回よりも長い時間だけ高周波信号を印加すると、互いに逆向きに伝搬する弾性表面波をそれぞれ増幅でき、結果として、強い定在波を励起することが可能となる。理由は、既に周回している弾性表面波と同じ位相で、弾性表面波の振動を増幅する電界を定在波励起用すだれ状電極に印加することになるからである。   Here, the “resonant state” means a state in which the time for which the surface acoustic wave circulates around the circular path of the spherical surface acoustic wave element is an integral multiple of the vibration period of the surface acoustic wave. In the resonance state, when a high frequency signal is applied for a time longer than one round, surface acoustic waves propagating in opposite directions can be amplified, and as a result, a strong standing wave can be excited. The reason is that an electric field that amplifies the vibration of the surface acoustic wave is applied to the interdigital electrode for standing wave excitation in the same phase as the surface acoustic wave that has already circulated.

一方、共振状態から外れた場合、すなわち共振状態を作ることが出来ない周波数を定在波励起用すだれ状電極に印加すると、周回中の弾性表面波に対して異なる位相の弾性表面波が印加され、既に存在している弾性表面波が打ち消されてしまう。そのため、共振状態から外れた場合、摂動によって異なる方向に励起させた弾性表面波を検出するのに十分な強度の定在波を形成することができなくなる。   On the other hand, when the frequency is not within the resonance state, that is, when a frequency at which the resonance state cannot be created is applied to the interdigital electrode for standing wave excitation, the surface acoustic wave having a different phase is applied to the surface acoustic wave in circulation. The surface acoustic wave that already exists is canceled out. For this reason, when the resonance state is deviated, it is impossible to form a standing wave having a sufficient strength to detect a surface acoustic wave excited in a different direction by perturbation.

このような共振状態は、周囲の温度や湿度、表面状態等に影響を受ける。例えば温度によって弾性表面波SAW1の周回速度(周波数)が変わることで共振状態が破られる。逆に弾性表面波SAW1の周波数(周期)を調整することで共振状態を維持することが可能となる。また、弾性表面波SAW1の周波数はRF信号の周波数により変更する。すなわち、RF信号の周波数を変更することにより、共振状態を維持する弾性表面波SAW1の周波数を調整することが可能となる。     Such a resonance state is affected by the ambient temperature, humidity, surface condition, and the like. For example, the resonance state is broken by changing the circumferential speed (frequency) of the surface acoustic wave SAW1 depending on the temperature. Conversely, the resonance state can be maintained by adjusting the frequency (period) of the surface acoustic wave SAW1. The frequency of the surface acoustic wave SAW1 is changed according to the frequency of the RF signal. That is, by changing the frequency of the RF signal, the frequency of the surface acoustic wave SAW1 that maintains the resonance state can be adjusted.

共振状態では定在波の強度が強いことから、弾性表面波SAW1の強度I’を測定することで共振状態であるか否かを判断可能である。すなわち、周回する弾性表面波の強度を弾性表面波強度測定部24で測定し、得られた測定強度を予め設定した共振状態での基準強度と比較する。測定強度が基準強度よりも低いとき、共振状態から外れたと判断する。共振状態から外れると、高周波信号源20sの出力するRF信号の周波数を変更し、再度、弾性表面波の強度を測定する。測定強度が基準強度と等しくなるまで、RF信号の周波数の変更を繰り返すことで、共振状態を検知することが可能となる。   Since the intensity of the standing wave is strong in the resonance state, it can be determined whether or not the resonance state is obtained by measuring the intensity I ′ of the surface acoustic wave SAW1. That is, the intensity of the circulating surface acoustic wave is measured by the surface acoustic wave intensity measuring unit 24, and the obtained measurement intensity is compared with a reference intensity in a preset resonance state. When the measured intensity is lower than the reference intensity, it is determined that the resonance state has been lost. When deviating from the resonance state, the frequency of the RF signal output from the high-frequency signal source 20s is changed, and the intensity of the surface acoustic wave is measured again. It is possible to detect the resonance state by repeatedly changing the frequency of the RF signal until the measurement intensity becomes equal to the reference intensity.

また、共振状態に近づくと、弾性表面波の測定強度値は上昇し、共振状態では最大値を示すことになる。そのため、共振状態を維持する方法は、前述した基準強度と比較する方法に限らず、測定強度値が上昇する向きにRF信号の周波数を掃引し、弾性表面波の測定強度値が最大になるように当該周波数を制御する方式としても良い。   Further, when approaching the resonance state, the measured intensity value of the surface acoustic wave increases, and shows a maximum value in the resonance state. Therefore, the method of maintaining the resonance state is not limited to the method of comparing with the above-described reference intensity, but the frequency of the RF signal is swept in the direction in which the measured intensity value increases so that the measured intensity value of the surface acoustic wave is maximized. Alternatively, a method for controlling the frequency may be used.

また、定在波用すだれ状電極12sを、図15に示すように、定在波励起用のすだれ状電極12tと、励起波の強度検出用のすだれ状電極12uとして分離してもよい。これにより切換部22および切換スイッチ23を省略でき、構成を単純化できる。また、弾性表面波を連続的に励起し検出できる利点を有する。あるいは、図15に示す装置を変形し、強度検出用のすだれ状電極12uを高周波発信器20s又は弾性表面波強度測定部24に切換接続する構成にしてもよい。この変形例では、定在波励起のときには2つのすだれ状電極12t,12uを共に駆動し、共振状態を検出するときには図15に示すように強度検出用のすだれ状電極12uを用いればよい。   Alternatively, the standing wave interdigital electrode 12s may be separated into a standing wave excitation interdigital electrode 12t and an excitation wave intensity detecting interdigital electrode 12u as shown in FIG. Thereby, the switching part 22 and the changeover switch 23 can be omitted, and the configuration can be simplified. Further, it has an advantage that surface acoustic waves can be excited and detected continuously. Alternatively, the apparatus shown in FIG. 15 may be modified so that the interdigital electrode 12u for intensity detection is switched and connected to the high-frequency transmitter 20s or the surface acoustic wave intensity measuring unit 24. In this modification, the two interdigital electrodes 12t and 12u are driven together during standing wave excitation, and the interdigital electrode 12u for intensity detection may be used as shown in FIG. 15 when detecting the resonance state.

次に、以上のように構成された回転角度測定装置において、共振状態を維持し、十分な強度の定在波を発生させる手順について図16のフローチャートを用いて説明する。なお、回転角度測定装置は、図14に示したものを用いる。   Next, a procedure for maintaining a resonance state and generating a standing wave with sufficient strength in the rotation angle measuring apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. The rotation angle measuring device shown in FIG. 14 is used.

始めに、周波数調整部26は、高周波信号源20sのRF信号の周波数を調整する(s1)。次に、切換部22は切換スイッチ23を制御し、球状弾性表面波素子10と高周波信号源20sを接続する(s2)。高周波信号源20sは、一定の周波数のRF信号を発生して断続的に出力することにより、RFバースト信号を励起用すだれ状電極12sに入力する。   First, the frequency adjustment unit 26 adjusts the frequency of the RF signal of the high-frequency signal source 20s (s1). Next, the switching unit 22 controls the changeover switch 23 to connect the spherical surface acoustic wave element 10 and the high-frequency signal source 20s (s2). The high frequency signal source 20s generates an RF signal having a constant frequency and intermittently outputs the RF signal, thereby inputting the RF burst signal to the interdigital electrode 12s for excitation.

定在波励起用すだれ状電極12sは、球状部材11の表面上を互いに逆方向に周回する弾性表面波SAW11、SAW12を励起し、周回する弾性表面波SAW11とSAW12を干渉させることで周回経路上の少なくとも一部に定在波SAW1を発生させる(s3)。   The interdigital electrode 12s for standing wave excitation excites the surface acoustic waves SAW11 and SAW12 that circulate in opposite directions on the surface of the spherical member 11, and causes the surface acoustic waves SAW11 and SAW12 to circulate to interfere with each other. The standing wave SAW1 is generated in at least a part of (S3).

次に、切換部22は、切換スイッチ23を制御し、球状弾性表面波素子10と弾性表面波強度測定部24を接続する(s4)。これにより、定在波励起用すだれ状電極12sが、周回する弾性表面波SAW1を検出し、周回検出信号を弾性表面波強度測定部24に出力する。   Next, the switching unit 22 controls the changeover switch 23 to connect the spherical surface acoustic wave element 10 and the surface acoustic wave intensity measuring unit 24 (s4). Thereby, the interdigital electrode 12s for standing wave excitation detects the surface acoustic wave SAW1 that circulates, and outputs a circulatory detection signal to the surface acoustic wave intensity measuring unit 24.

弾性表面波強度測定部24は、周回検出信号に基いて、弾性表面波SAW1の強度を測定し(s5)、得られた測定強度値I'を共振状態判断部25に出力する。   The surface acoustic wave intensity measurement unit 24 measures the intensity of the surface acoustic wave SAW1 based on the rotation detection signal (s5), and outputs the obtained measurement intensity value I ′ to the resonance state determination unit 25.

共振状態判断部25は、測定強度値I'に基づいて、RF信号の周波数を調整するか否かを判断する。判断においては、周回検出信号の測定強度値I’と予め設定された共振状態での弾性表面波の基準強度値Iとを比較する。   The resonance state determination unit 25 determines whether or not to adjust the frequency of the RF signal based on the measured intensity value I ′. In the determination, the measured intensity value I ′ of the rotation detection signal is compared with the reference intensity value I of the surface acoustic wave in a preset resonance state.

比較の結果、測定強度値I’と基準強度値Iが等しければ共振状態であると判断し、処理を終了する(s6=Yes)。また、測定強度値I’が基準強度値Iより低ければ共振状態ではないと判断し、測定強度値I’を上昇させるように、周波数調整部26にRF信号の周波数変更の指示を出す(s6=No)。   As a result of the comparison, if the measured intensity value I ′ and the reference intensity value I are equal, it is determined that the resonance state exists, and the process is terminated (s6 = Yes). Further, if the measured intensity value I ′ is lower than the reference intensity value I, it is determined that the resonance state is not established, and an instruction to change the frequency of the RF signal is issued to the frequency adjustment unit 26 so as to increase the measured intensity value I ′ (s6). = No).

以上のようなRF信号の周波数の変更を、弾性表面波SAW1が共振状態になるまで繰り返す。これにより、調整した周波数をもつRF信号を入力し、十分な強度をもつ定在波を発生させることができる。   The change of the frequency of the RF signal as described above is repeated until the surface acoustic wave SAW1 enters a resonance state. Thereby, an RF signal having the adjusted frequency can be input, and a standing wave having sufficient intensity can be generated.

上述したように本実施形態によれば、第1参考例又は第1から第の実施形態の効果に加え、高周波信号源20sのRF信号の周波数を調整することで弾性表面波の共振状態を維持し、常に十分な強度の定在波を発生させることができる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first reference example or the first to third embodiments, the resonance state of the surface acoustic wave is adjusted by adjusting the frequency of the RF signal of the high-frequency signal source 20s. It is possible to maintain and always generate a standing wave with sufficient intensity.

また、RF信号の周波数の調整により、効率的に定在波を励起できるため、弾性表面波摂動体13の腹の位置での振動振幅を大きくすることができる。従って、回転角度を測定する際には、摂動により励起される弾性表面波の強度を強めることができ、もって、測定感度を向上させることができる。   Further, since the standing wave can be efficiently excited by adjusting the frequency of the RF signal, the vibration amplitude at the antinode of the surface acoustic wave perturbing body 13 can be increased. Therefore, when measuring the rotation angle, the intensity of the surface acoustic wave excited by the perturbation can be increased, and the measurement sensitivity can be improved.

<第の実施形態>
図17は本発明の第の実施形態に係る球状弾性表面波素子の構造を示す模式図である。
< Fifth Embodiment>
FIG. 17 is a schematic diagram showing the structure of a spherical surface acoustic wave device according to the fifth embodiment of the present invention.

また、以下の説明中、すだれ状電極の数は一例であり、本発明は伝搬路の数に対応させてすだれ状電極の数を変化させた形態をも包含する。   Further, in the following description, the number of interdigital electrodes is an example, and the present invention includes a form in which the number of interdigital electrodes is changed in accordance with the number of propagation paths.

球状弾性表面波素子110は、弾性表面波を伝搬可能な複数の伝搬路120A〜120Dを有する球状部材11X上に、すだれ状電極130A〜130Dと、弾性表面波摂動体140A〜140Dを有している。   The spherical surface acoustic wave element 110 includes interdigital electrodes 130A to 130D and surface acoustic wave perturbations 140A to 140D on a spherical member 11X having a plurality of propagation paths 120A to 120D capable of propagating surface acoustic waves. Yes.

球状部材11Xは、弾性表面波を伝搬可能な伝搬路120A〜120Dを有する3次元基体である。球状部材11Xとしては、LiNbO3等の結晶からなる球状部材11Lを用いてもよい。   The spherical member 11X is a three-dimensional substrate having propagation paths 120A to 120D capable of propagating surface acoustic waves. As the spherical member 11X, a spherical member 11L made of a crystal such as LiNbO 3 may be used.

伝搬路120A〜120Dは、任意の2本が互いに2箇所で交差する2つの交差領域あるいは1箇所で接続する1つの接続領域を共有する複数本の伝搬経路である。   The propagation paths 120 </ b> A to 120 </ b> D are a plurality of propagation paths that share two crossing areas where two arbitrary lines cross each other at two places or a single connection area connected at one place.

ここで、2つの伝搬路が交わる際に、それらの伝搬路がともに周回経路である場合には、伝搬路が「交差する」という。一方、2つの伝搬路が交わる際に、少なくともいずれかの伝搬路が周回経路でない場合には、伝搬路が「接続する」という。   Here, when two propagation paths intersect with each other, if the propagation paths are both circular paths, the propagation paths are said to “cross”. On the other hand, when two propagation paths intersect, if at least one of the propagation paths is not a circular path, the propagation path is said to be “connected”.

伝搬路120A,120Bは、弾性表面波が周回可能な連続した曲面からなる周回経路であり、伝搬路120Aと伝搬路120Bは互いに交差している。   Propagation paths 120A and 120B are circulation paths composed of continuous curved surfaces capable of circulating surface acoustic waves, and propagation paths 120A and 120B intersect each other.

また、伝搬路120C,120Dは、弾性表面波が周回しない伝搬路であり、伝搬路120A,120Bに接続している。   The propagation paths 120C and 120D are propagation paths in which surface acoustic waves do not circulate, and are connected to the propagation paths 120A and 120B.

すだれ状電極130A〜130Dは、伝搬路120A〜120D上に形成され、入力される駆動信号に応じて、伝搬路120A〜120Dの表面に弾性表面波を励起するとともに、弾性表面波摂動体140A〜140Dにより伝搬方向を変化させた弾性表面波を検出し、検出信号を出力するものである。   The interdigital electrodes 130A to 130D are formed on the propagation paths 120A to 120D, and excite surface acoustic waves on the surfaces of the propagation paths 120A to 120D according to the input drive signals, and the surface acoustic wave perturbations 140A to 140D. A surface acoustic wave whose propagation direction is changed by 140D is detected, and a detection signal is output.

弾性表面波摂動体140A〜140Dは、すだれ状電極130A〜130Dが励起した弾性表面波に摂動を加え、当該弾性表面波をそれぞれ伝搬路120A〜120Dによる伝搬方向とは異なる方向へ伝搬させる機能を有するものである。また、第の実施形態において、弾性表面波摂動体は弾性表面波回折体に置き換えても良いものとする。すなわち、入力される弾性表面波に対して出力される弾性表面波を異なる方向へ伝搬させる機能を有するものであれば、弾性表面波摂動体と弾性表面波回折体は区別しない。その際、弾性表面波摂動体による第1の弾性表面波から第2の弾性表面波を励起するという作用は、弾性表面波回折体による第1の弾性表面波が回折されて伝搬するという作用に置き換えるものとする。 The surface acoustic wave perturbations 140A to 140D have a function of perturbing the surface acoustic waves excited by the interdigital electrodes 130A to 130D and propagating the surface acoustic waves in directions different from the propagation directions of the propagation paths 120A to 120D, respectively. I have it. In the fifth to sixth embodiments, the surface acoustic wave perturbation body may be replaced with a surface acoustic wave diffractive body. That is, the surface acoustic wave perturbant and the surface acoustic wave diffractor are not distinguished from each other as long as they have a function of propagating the surface acoustic wave output to the input surface acoustic wave in different directions. At this time, the action of exciting the second surface acoustic wave from the first surface acoustic wave by the surface acoustic wave perturbing body is the action that the first surface acoustic wave by the surface acoustic wave diffractor is diffracted and propagates. Shall be replaced.

ここで、弾性表面波摂動体140A、140B、140Dは、伝搬路120Aと伝搬路120Cの接続領域、伝搬路120Bと伝搬路120Cの接続領域、伝搬路120Bと伝搬路120Dの接続領域にそれぞれ形成され、弾性表面波摂動体140Cは、伝搬路120Aと伝搬路120Bの交差領域に形成される。なお、伝搬路120A,120Bは、図17の紙面裏側にも図示しない交差領域を有する(2つの周回経路は2箇所で交差する)。
次に、本実施形態に係る弾性表面波素子110の動作について述べる。
Here, the surface acoustic wave perturbations 140A, 140B, and 140D are formed in a connection region between the propagation path 120A and the propagation path 120C, a connection region between the propagation path 120B and the propagation path 120C, and a connection region between the propagation path 120B and the propagation path 120D, respectively. Thus, the surface acoustic wave perturbation body 140C is formed in the intersection region of the propagation path 120A and the propagation path 120B. Note that the propagation paths 120A and 120B also have a crossing region (not shown) on the back side of the paper in FIG. 17 (the two circular paths intersect at two points).
Next, the operation of the surface acoustic wave element 110 according to this embodiment will be described.

ここでは、簡単のために、すだれ状電極130Cにより励起された弾性表面波SAWq1とSAWq2を例にとって説明するが、他のすだれ状電極が同様の役割を果たしても良いことは言うまでもない。   Here, for the sake of simplicity, the surface acoustic waves SAWq1 and SAWq2 excited by the interdigital electrode 130C will be described as an example, but it goes without saying that other interdigital electrodes may play the same role.

始めに、すだれ状電極130Cに高周波信号を印加し、すだれ状電極130Cの両側から伝搬路120C上を双方向に伝搬するように、それぞれ弾性表面波SAWq1とSAWq2を励起する。   First, a high frequency signal is applied to the interdigital electrode 130C, and the surface acoustic waves SAWq1 and SAWq2 are excited so as to propagate in both directions on the propagation path 120C from both sides of the interdigital electrode 130C.

弾性表面波SAWq1は、伝搬路120C上を伝搬し、接続領域に形成された弾性表面波摂動体140Aにより、伝搬方向を変化させられ、伝搬路120Aを伝搬する。一方、弾性表面波SAWq2は、伝搬路120C上を伝搬し、接続領域に形成された弾性表面波摂動体140Bにより、伝搬方向を変化させられ伝搬路120Bを伝搬する。   The surface acoustic wave SAWq1 propagates on the propagation path 120C, the propagation direction is changed by the surface acoustic wave perturbation body 140A formed in the connection region, and propagates through the propagation path 120A. On the other hand, the surface acoustic wave SAWq2 propagates on the propagation path 120C, and propagates through the propagation path 120B with the propagation direction changed by the surface acoustic wave perturbation body 140B formed in the connection region.

そして、弾性表面波SAWq1は伝搬路120Aを周回し、弾性表面波SAWq2は伝搬路120Bを周回するようになる。このとき、2つの弾性表面波SAWq1,SAWq2は、交差領域の弾性表面波摂動体140C上で相互作用し、互いにエネルギーをやり取りする。   The surface acoustic wave SAWq1 goes around the propagation path 120A, and the surface acoustic wave SAWq2 goes around the propagation path 120B. At this time, the two surface acoustic waves SAWq1 and SAWq2 interact on the surface acoustic wave perturbation body 140C in the intersecting region and exchange energy with each other.

この結果、例えば弾性表面波SAWq1,SAWq2の干渉出力を一方の伝搬路上のすだれ状電極から出力する加算回路を構成することができる。   As a result, for example, an adder circuit that outputs the interference output of the surface acoustic waves SAWq1 and SAWq2 from the interdigital electrode on one propagation path can be configured.

同様に、例えば伝搬路120Bを周回する弾性表面波SAWq2が弾性表面波摂動体140Dを通過するとき、他の伝搬路120Dからの弾性表面波を弾性表面波摂動体140Dに伝搬させ、弾性表面波摂動体140D上で2つの弾性表面波を相互作用(干渉)させることにより、周回中の弾性表面波SAWq2の伝搬をオフ操作するスイッチ、減衰させる減衰器、あるいは増幅するアンプ等を構成することができる。   Similarly, for example, when the surface acoustic wave SAWq2 that circulates in the propagation path 120B passes through the surface acoustic wave perturbation body 140D, the surface acoustic wave from the other propagation path 120D is propagated to the surface acoustic wave perturbation body 140D, and the surface acoustic wave By interacting (interfering) two surface acoustic waves on the perturbing body 140D, a switch for turning off propagation of the surface acoustic wave SAWq2 during circulation, an attenuator for attenuating, or an amplifier for amplifying can be configured. it can.

上述したように、本実施形態によれば、伝搬路の接続領域あるいは交差領域に、励起された弾性表面波を伝搬方向とは異なる伝搬方向へ伝搬させる弾性表面波摂動体を備えた構成により、安定したビーム状の弾性表面波の伝搬を可能にし、複数の伝搬路が重なる領域において弾性表面波同士の相互作用を実現するので、弾性表面波回路の実現に寄与する弾性表面波素子を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the configuration including the surface acoustic wave perturbation body that propagates the excited surface acoustic wave in a propagation direction different from the propagation direction in the connection region or the intersection region of the propagation path, Provided is a surface acoustic wave device that contributes to the realization of a surface acoustic wave circuit because it enables stable surface acoustic wave propagation and realizes interaction between surface acoustic waves in a region where a plurality of propagation paths overlap. be able to.

これにより、例えば弾性表面波を介した信号伝達システムを実現する球状弾性表面波システムが実現可能となる。   Thereby, for example, a spherical surface acoustic wave system that realizes a signal transmission system via surface acoustic waves can be realized.

<第の実施形態>
図18は本発明の第の実施形態に係る球状弾性表面波素子の構造を示す模式図である。
< Sixth Embodiment>
FIG. 18 is a schematic diagram showing the structure of a spherical surface acoustic wave device according to the sixth embodiment of the present invention.

本実施形態は、第の実施形態の変形例であり、弾性表面波摂動体140A1〜140D1に、弾性表面波の伝搬方向を変化させる機能に加え、外部の制御手段からの指示を受け、時間的に変化する摂動を弾性表面波に与える機能を有するものである。時間的に変化する摂動を弾性表面波に与える機能は、例えば、電気信号により振動する振動子等である。この振動子は、例えば図2の類型として、球状部材11Xに近接して接触するモールド用基材の空隙部分に弾性表面波摂動体140A1〜140D1に対向させてすだれ状電極を形成した構造が使用可能となっている。但し、振動子に限らず、球状部材11Xの回転運動により、時間的に変化する摂動を弾性表面波に与えてもよいことは言うまでもない。 This embodiment is a modification of the fifth embodiment. In addition to the function of changing the propagation direction of surface acoustic waves, the surface acoustic wave perturbations 140A1 to 140D1 receive instructions from external control means, It has a function of giving a perturbation that changes with time to a surface acoustic wave. The function of giving a time-dependent perturbation to a surface acoustic wave is, for example, a vibrator that vibrates with an electric signal. For example, as the type shown in FIG. 2, this vibrator has a structure in which interdigital electrodes are formed facing the surface acoustic wave perturbations 140A1 to 140D1 in the gap portion of the mold base material that is in close contact with the spherical member 11X. It is possible. However, it goes without saying that the surface acoustic wave may be perturbed with time by the rotational movement of the spherical member 11X.

他の構成要素の構造については、第の実施形態と同様であるので説明を省略する。 Since the structure of other components is the same as that of the fifth embodiment, the description thereof is omitted.

次に、本実施形態に係る弾性表面波素子110の動作について述べる。   Next, the operation of the surface acoustic wave element 110 according to this embodiment will be described.

ここでは、簡単のために、すだれ状電極130Aとすだれ状電極130Bにより励起された弾性表面波SAWp1とSAWp2を例にとって説明するが、他のすだれ状電極が同様の役割を果たしても良いことは言うまでもない。   Here, for the sake of simplicity, the surface acoustic waves SAWp1 and SAWp2 excited by the interdigital electrode 130A and the interdigital electrode 130B will be described as an example, but it goes without saying that other interdigital electrodes may play the same role. Yes.

始めに、すだれ状電極130Aにより弾性表面波SAWp1を励起し、すだれ状電極130Bにより弾性表面波SAWp2を励起する。   First, the surface acoustic wave SAWp1 is excited by the interdigital electrode 130A, and the surface acoustic wave SAWp2 is excited by the interdigital electrode 130B.

弾性表面波SAWp1は伝搬路120Aを周回し、弾性表面波SAWp2は伝搬路120Bを周回する。   The surface acoustic wave SAWp1 goes around the propagation path 120A, and the surface acoustic wave SAWp2 goes around the propagation path 120B.

次に、弾性表面波摂動体140C1は、外部からの指示を受け、時間的変化する摂動を弾性表面波SAWp1に与える。これにより、弾性表面波摂動体140C1は、弾性表面波SAWp1とエネルギーの授受を行い、弾性表面波SAWp1を伝搬路120Bの伝搬方向に伝搬させる。   Next, the surface acoustic wave perturbation body 140C1 receives an instruction from the outside, and applies a time-varying perturbation to the surface acoustic wave SAWp1. As a result, the surface acoustic wave perturbation body 140C1 exchanges energy with the surface acoustic wave SAWp1, and propagates the surface acoustic wave SAWp1 in the propagation direction of the propagation path 120B.

伝搬路120Bを伝搬する弾性表面波SAWp1は、予め伝搬路120Bを伝搬していた弾性表面波SAWp2と合成され、弾性表面波SAWpとなって伝搬する。   The surface acoustic wave SAWp1 that propagates through the propagation path 120B is combined with the surface acoustic wave SAWp2 that has previously propagated through the propagation path 120B, and propagates as the surface acoustic wave SAWp.

上述したように、本実施形態によれば、2つの伝搬路120A,120B間の交差領域に外部からの指示により、時間的に変化する摂動を与えることにより、2つの伝搬路120Aと120Bを伝搬する弾性表面波SAWp1とSAWp2が互いに影響を与え合うシステムを実現することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the two propagation paths 120A and 120B are propagated by giving a perturbation that changes with time in accordance with an instruction from the outside to the intersection region between the two propagation paths 120A and 120B. It is possible to realize a system in which the surface acoustic waves SAWp1 and SAWp2 that influence each other influence each other.

また、弾性表面波の伝搬路を接続して信号処理や加工を行う電子部品は、例えば非線型素子があげられるが、周回経路上に形成すれば2次元平面では困難だった接続を可能にする。   An electronic component that performs signal processing and processing by connecting a propagation path of a surface acoustic wave is, for example, a non-linear element, but if it is formed on a circular path, it enables connection that is difficult on a two-dimensional plane. .

これは、電子回路に相当する弾性表面波の回路システムであり、接続領域や交差領域は、この場合スイッチに相当する機能を有するものである。   This is a surface acoustic wave circuit system corresponding to an electronic circuit, and the connection region and the intersection region have a function corresponding to a switch in this case.

すなわち、本実施形態では、複数の伝搬路の交差領域あるいは接続領域に形成された弾性表面波摂動体が、複数の伝搬路を伝搬する弾性表面波と、エネルギーの授受を行う機能、スイッチ機能を有している。   That is, in this embodiment, a surface acoustic wave perturbation body formed in an intersection region or a connection region of a plurality of propagation paths has a function to transfer energy to and from a surface acoustic wave propagating through a plurality of propagation paths, and a switching function. Have.

<第2参考例
図19は本発明の第2参考例に係る球状弾性表面波素子の構造を示す模式図である。
< Second Reference Example >
FIG. 19 is a schematic diagram showing the structure of a spherical surface acoustic wave device according to a second reference example of the present invention.

参考例は、第の実施形態の変形例であり、単一のすだれ状電極130Aを用いて、複数の伝搬路を伝搬する弾性表面波を励起するとともに、検出するものである。 This reference example is a modification of the fifth embodiment and uses a single interdigital electrode 130A to excite and detect a surface acoustic wave propagating through a plurality of propagation paths.

弾性表面波回折体140C2は、伝搬路120A上を伝搬する弾性表面波を分岐させて伝搬路120B上にも伝搬させる機能と、分岐後に伝搬路120Bを周回した弾性表面波を反射して元の伝搬路120A上に伝搬させる機能とを有するものであり、具体的には、はしご型の反射電極パターンである。   The surface acoustic wave diffractor 140C2 reflects a surface acoustic wave that circulates the propagation path 120B after branching by reflecting a surface acoustic wave that propagates on the propagation path 120B by branching the surface acoustic wave that propagates on the propagation path 120A. It has a function of propagating on the propagation path 120A, and is specifically a ladder-type reflective electrode pattern.

弾性表面波を分岐する際には、弾性表面波回折体140C2のパターン形状の変更によって制御させることができる。弾性表面回折体140C2のパターンの線素数を変化させることで、能動的にコントロールすることができる。   The branching of the surface acoustic wave can be controlled by changing the pattern shape of the surface acoustic wave diffractor 140C2. It can be actively controlled by changing the number of line elements of the pattern of the elastic surface diffractive body 140C2.

なお、弾性表面波回折体140C2は、前述した弾性表面波摂動体13と同一構造物を用いる。また、それ以外にも、交差領域あるいは接続領域に、局所的な熱分布を生成して弾性的な性質が不連続な質点などを形成して設けてもよい。   The surface acoustic wave diffraction body 140C2 uses the same structure as the surface acoustic wave perturbation body 13 described above. In addition, a local heat distribution may be generated in a crossing region or a connection region to form a mass point having a discontinuous elastic property.

他の構成要素の構造については、第の実施形態と同様であるので説明を省略する。 Since the structure of other components is the same as that of the fifth embodiment, the description thereof is omitted.

次に、本参考例に係る弾性表面波素子の動作について述べる。 Next, the operation of the surface acoustic wave element according to this reference example will be described.

始めに、すだれ状電極130Aにより弾性表面波SAWr1を励起する。   First, the surface acoustic wave SAWr1 is excited by the interdigital electrode 130A.

励起された弾性表面波SAWr1は、伝搬路120Aを周回し、弾性表面波回折体140C2に到達する。   The excited surface acoustic wave SAWr1 goes around the propagation path 120A and reaches the surface acoustic wave diffractor 140C2.

ここで、弾性表面波回折体140C2は、弾性表面波SAWr1を、周回経路120Aを伝搬する弾性表面波SAWr4と、周回経路120Cを伝搬する弾性表面波SAWr2に分岐する。   Here, the surface acoustic wave diffractor 140C2 splits the surface acoustic wave SAWr1 into a surface acoustic wave SAWr4 that propagates in the circular path 120A and a surface acoustic wave SAWr2 that propagates in the circular path 120C.

分岐されて周回経路120Aを伝搬する弾性表面波SAWr4は、すだれ状電極130Aに到達して検出される。   The surface acoustic wave SAWr4 branched and propagating through the circulation path 120A reaches the interdigital electrode 130A and is detected.

また、周回経路120Cを伝搬する弾性表面波SAWr2は、弾性表面波回折体140C2により、再び周回経路120Aを弾性表面波SAWr3として伝搬し、すだれ状電極130Aに到達して検出される。   Further, the surface acoustic wave SAWr2 propagating through the circular path 120C propagates again as the surface acoustic wave SAWr3 through the surface acoustic wave diffractor 140C2, and reaches the interdigital electrode 130A and is detected.

上述したように本参考例によれば、単一のすだれ状電極140Aを用いて、複数の伝搬路を伝搬する弾性表面波を励起するとともに、検出しており、弾性表面波を分岐させて伝搬させることが可能となる。 As described above, according to the present reference example , a single interdigital electrode 140A is used to excite and detect a surface acoustic wave propagating through a plurality of propagation paths, and the surface acoustic wave is branched and propagated. It becomes possible to make it.

また、伝搬路を弾性表面波が周回可能な周回経路としているので、弾性表面波を分岐させて周回させておくことが可能な弾性表面波素子を提供することができる。   In addition, since the propagation path is a circulation path around which the surface acoustic wave can circulate, it is possible to provide a surface acoustic wave element capable of branching and circulating the surface acoustic wave.

これにより、2つの伝搬路120A,120B(周回経路)の弾性表面波の伝搬状態の違いを、すだれ状電極130Aからの検出信号の強度や周波数応答、及び位相変化から検知することが可能となる。すなわち、2つの伝搬路120A,120Bの伝搬状態の変化を検知する素子を構成することが可能となる。   Thereby, it is possible to detect the difference in the propagation state of the surface acoustic wave between the two propagation paths 120A and 120B (circular path) from the intensity, frequency response, and phase change of the detection signal from the interdigital electrode 130A. . That is, it is possible to configure an element that detects a change in the propagation state of the two propagation paths 120A and 120B.

また、周囲のガス濃度に応じて弾性表面波の伝搬速度を変化させる感応膜を、伝搬路120A,120B(共に周回経路)の一方に付ければ、2つの伝搬路120A,120Bの弾性表面波の伝搬状態の差に基づく出力の位相変化を利用したセンサ等に利用することも可能である。   Further, if a sensitive film that changes the propagation speed of the surface acoustic wave according to the surrounding gas concentration is attached to one of the propagation paths 120A and 120B (both of the circulation paths), the surface acoustic wave of the two propagation paths 120A and 120B It is also possible to use it for a sensor using the phase change of the output based on the difference in propagation state.

さらに、弾性表面波検出手段と弾性表面波励起手段を同一のすだれ状電極とした構成にしているので、構造が簡単な弾性表面波素子を提供することができる。   Furthermore, since the surface acoustic wave detection means and the surface acoustic wave excitation means are configured as the same interdigital electrode, a surface acoustic wave element having a simple structure can be provided.

なお、本願発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明の第1参考例に係る球状弾性表面波素子の回転角度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the rotation angle measuring apparatus of the spherical surface acoustic wave element which concerns on the 1st reference example of this invention. 同実施形態におけるすだれ状電極の変形構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the deformation | transformation structure of the interdigital electrode in the embodiment. 同実施形態における定在波を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the standing wave in the same embodiment. 同実施形態における定在波と弾性表面波摂動体を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the standing wave and the surface acoustic wave perturbation body in the embodiment. 同実施形態におけるレーリー波を説明するための模式図である。。It is a schematic diagram for demonstrating the Rayleigh wave in the same embodiment. . 同実施形態における測定手順を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the measurement procedure in the embodiment. 本発明の第の実施形態に係る回転角度測定装置に適用される球状弾性表面波素子の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the spherical surface acoustic wave element applied to the rotation angle measuring apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 同実施形態における回転角度測定装置に適用される球状弾性表面波素子の変形例の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the modification of the spherical surface acoustic wave element applied to the rotation angle measuring apparatus in the embodiment. 本発明の第の実施形態に係る球状弾性表面波素子に適用される弾性表面波摂動体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the surface acoustic wave perturbation body applied to the spherical surface acoustic wave element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態における弾性表面波摂動体の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the surface acoustic wave perturbation body in the embodiment. 本発明の第の実施形態に係る球状弾性表面波素子に適用される弾性表面摂動体の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the surface acoustic wave perturbation body applied to the spherical surface acoustic wave element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 同実施形態における弾性表面摂動体(複合型)の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the elastic surface perturbation body (composite type) in the embodiment. 同実施形態における適用例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the application example in the same embodiment. 本発明の第の実施形態に係る球状弾性表面波の回転角度測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the rotation angle measuring apparatus of the spherical surface acoustic wave which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 同実施形態における回転角度測定装置の変形例の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the modification of the rotation angle measuring apparatus in the embodiment. 同実施形態における定在波を発生させるまでの手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the procedure until the standing wave in the embodiment is generated. 本発明の第の実施形態に係る弾性表面波素子の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the surface acoustic wave element concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第の実施形態に係る弾性表面波素子の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the surface acoustic wave element which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第2参考例に係る弾性表面波素子の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the surface acoustic wave element which concerns on the 2nd reference example of this invention. 従来の平面型の弾性表面波素子を用いたジャイロを示す模式図である。It is a schematic diagram showing a gyro using a conventional planar surface acoustic wave element. 一般的な球状弾性表面波素子の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a general spherical surface acoustic wave element.

符号の説明Explanation of symbols

10,110…球状弾性表面波素子、11…球状部材、12,12A,12B・・・定在波励起用すだれ状電極、13,13x〜13z,140A〜140D・・・弾性表面波摂動体、140C2・・・弾性表面波回折体、13a…質量形成部、13b…質量欠損部、14A,14B,14x1〜14z2・・・検出用すだれ状電極、20…高周波信号源、21A,21B…信号強度測定部、22…切換部、23…切換スイッチ、120A〜120D伝搬路、130A〜130D・・・すだれ状電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110 ... Spherical surface acoustic wave element, 11 ... Spherical member, 12, 12A, 12B ... Interdigital electrode for standing wave excitation, 13, 13x-13z, 140A-140D ... Surface acoustic wave perturbation body, 140C2 ... Surface acoustic wave diffractor, 13a ... Mass forming part, 13b ... Mass defect part, 14A, 14B, 14x1-14z2 ... Interdigital electrodes for detection, 20 ... High frequency signal source, 21A, 21B ... Signal intensity Measurement unit, 22 ... switching unit, 23 ... changeover switch, 120A to 120D propagation path, 130A to 130D ... interdigital electrode.

Claims (8)

弾性表面波を伝搬可能な球表面の少なくとも一部よりなる伝搬路を有する3次元基体と、
入力される駆動信号に応じて、前記伝搬路の表面に、前記球表面の直径の30分の1以下の弾性表面波の波長で、且つ、前記球表面の直径の5分の1以下の幅のビームの第1の弾性表面波を励起するための弾性表面波励起手段と、
前記3次元基体の回転運動に応じて、前記第1の弾性表面波に摂動を加えて前記伝搬路による伝搬方向とは異なる方向へ、前記球表面の直径の30分の1以下の弾性表面波の波長で、且つ、前記球表面の直径の5分の1以下の幅のビームの第2の弾性表面波を励起して伝搬させる弾性表面波摂動手段と、
前記弾性表面波摂動手段により異なる方向へ励起して伝搬させた前記第2の弾性表面波を検出し、検出信号を出力する弾性表面波検出手段と
を備え、
前記伝搬路は、
連続した曲面からなる円環状の表面を有し、
この円環状の表面の少なくとも一部には、前記弾性表面波を周回させるための周回経路を備え、
前記弾性表面波励起手段は、互いに交差する少なくとも2つの周回経路にそれぞれ配置され、
前記弾性表面波摂動手段は、前記3次元基体の3軸方向の回転運動に応じて、前記周回経路を伝搬する第1の弾性表面波に個別に摂動を加え、前記周回経路とは異なる方向に第2の弾性表面波を個別に励起して伝搬させるように当該各周回経路に少なくとも1つ形成され且つ合計で少なくとも3つ形成され、
前記弾性表面波検出手段は、前記複数の弾性表面波摂動手段により励起して伝搬された第2の弾性表面波を検出するように3つの伝搬路にそれぞれ配置されたことを特徴とする、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子。
A three-dimensional substrate having a propagation path composed of at least a part of a spherical surface capable of propagating surface acoustic waves;
According to the input drive signal, the surface of the propagation path has a surface acoustic wave wavelength equal to or less than 1/30 of the diameter of the sphere surface and a width equal to or less than 1/5 of the diameter of the sphere surface. Surface acoustic wave excitation means for exciting the first surface acoustic wave of the beam of
In accordance with the rotational movement of the three-dimensional substrate, the first surface acoustic wave is perturbed to a direction different from the propagation direction by the propagation path, and the surface acoustic wave has a diameter of 1/30 or less of the spherical surface. A surface acoustic wave perturbation means for exciting and propagating a second surface acoustic wave of a beam having a wavelength equal to or less than one fifth of the diameter of the sphere surface;
A surface acoustic wave detecting means for detecting the second surface acoustic wave excited and propagated in a different direction by the surface acoustic wave perturbation means and outputting a detection signal;
The propagation path is
It has an annular surface consisting of a continuous curved surface,
At least a part of the annular surface is provided with a circulation path for circulating the surface acoustic wave,
The surface acoustic wave excitation means is disposed in at least two circular paths that intersect each other ,
The surface acoustic wave perturbation means individually perturbs the first surface acoustic wave propagating through the circular path in accordance with the rotational movement of the three-dimensional substrate in three axial directions, and in a direction different from the circular path. At least one and a total of at least three are formed in each of the circumferential paths so as to individually excite and propagate the second surface acoustic wave;
The surface acoustic wave detecting means is arranged in each of three propagation paths so as to detect the second surface wave propagated by being excited by the plurality of surface acoustic wave perturbing means. A spherical surface acoustic wave element that propagates surface acoustic waves from one propagation path to another.
請求項に記載の球状弾性表面波素子において、
前記3次元基体は、互いに交わる複数の前記伝搬路と当該各伝搬路に形成された周回経路とを有し、
前記弾性表面波検出手段は、前記励起された第2の弾性表面波が周回する周回経路とは異なる周回経路上に配置されたことを特徴とする、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子。
The spherical surface acoustic wave device according to claim 1 ,
The three-dimensional substrate has a plurality of the propagation paths intersecting each other and a circulation path formed in each propagation path,
The surface acoustic wave detecting means is arranged on a circuit path different from a circuit path around which the excited second surface acoustic wave circulates. A spherical surface acoustic wave device that propagates waves.
請求項1又は請求項に記載の球状弾性表面波素子において、
前記弾性表面波励起手段は、前記周回経路に沿って前記第1の弾性表面波の定在波を励起し、
前記弾性表面波摂動手段は、前記周回経路の一部の領域で且つ前記定在波の振幅が極大となる位置に周期的に形成され、当該振幅が極小となる位置とは密度及び/又は高さの異なる構造物からなることを特徴とする、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子。
In the spherical surface acoustic wave device according to claim 1 or 2 ,
The surface acoustic wave excitation means excites a standing wave of the first surface acoustic wave along the circular path,
The surface acoustic wave perturbation means is periodically formed at a position where the amplitude of the standing wave is maximized in a partial region of the circulation path, and the position where the amplitude is minimized is the density and / or high A spherical surface acoustic wave element for propagating a surface acoustic wave from one propagation path to another propagation path, comprising a structure having a different thickness.
請求項又は請求項に記載の球状弾性表面波素子において、
前記弾性表面波励起手段は、
前記3次元基体の表面を互いに逆方向に周回する第1の弾性表面波を励起し、
前記周回する第1の弾性表面波を干渉させることで周回経路上の少なくとも一部に定在波を発生させる機能を有し、
前記弾性表面波摂動手段は、
前記3次元基体の回転運動に応じて、前記定在波を構成する弾性表面波に摂動を加え、当該周回方向とは異なる方向に第2の弾性表面波を励起して伝搬させるように、前記定在波の腹の位置に密度及び/又は高さの異なる構造物を設けたことを特徴とする、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子。
In the spherical surface acoustic wave device according to claim 1 or 2 ,
The surface acoustic wave excitation means includes
Exciting a first surface acoustic wave that circulates in opposite directions around the surface of the three-dimensional substrate;
Having a function of generating a standing wave in at least a part of the circulation path by causing the first surface acoustic wave to circulate to interfere with each other;
The surface acoustic wave perturbation means is
In accordance with the rotational motion of the three-dimensional substrate, the surface acoustic wave constituting the standing wave is perturbed, and the second surface acoustic wave is excited and propagated in a direction different from the circulation direction. A spherical surface acoustic wave element for propagating a surface acoustic wave from one propagation path to another propagation path, wherein a structure having a different density and / or height is provided at the antinode of the standing wave.
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の球状弾性表面波素子において、
前記弾性表面波励起手段は、
前記3次元基体の表面に接するかあるいは近接して設けられ、前記駆動信号の電界を印加するためのすだれ状電極と、
このすだれ状電極から印加される電界を圧電効果により弾性表面波に変換するための圧電性材料とからなることを特徴とする、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子。
The spherical surface acoustic wave device according to any one of claims 1 to 4 ,
The surface acoustic wave excitation means includes
An interdigital electrode provided in contact with or in proximity to the surface of the three-dimensional substrate for applying an electric field of the drive signal;
Spherical elasticity for propagating surface acoustic waves from one propagation path to another propagation path, characterized by comprising a piezoelectric material for converting the electric field applied from this interdigital electrode into surface acoustic waves by the piezoelectric effect Surface wave device.
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の球状弾性表面波素子において、
前記3次元基体は、圧電性結晶であることを特徴とする、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子。
The spherical surface acoustic wave device according to any one of claims 1 to 5 ,
The spherical surface acoustic wave element for propagating a surface acoustic wave from one propagation path to another propagation path, wherein the three-dimensional substrate is a piezoelectric crystal.
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の球状弾性表面波素子において、
前記弾性表面波検出手段は、
前記弾性表面波を圧電効果により電界に変換するための圧電性材料と、
この電界に応じた検出信号を出力するためのすだれ状電極とからなることを特徴とする、ある伝搬路から他の伝搬路に弾性表面波を伝搬させる球状弾性表面波素子。
The spherical surface acoustic wave device according to any one of claims 1 to 6 ,
The surface acoustic wave detection means includes
A piezoelectric material for converting the surface acoustic wave into an electric field by the piezoelectric effect;
A spherical surface acoustic wave element for propagating a surface acoustic wave from one propagation path to another propagation path, comprising interdigital electrodes for outputting a detection signal corresponding to the electric field.
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の球状弾性表面波素子を備えた回転角度測定装置であって、
高周波信号を前記駆動信号として前記弾性表面波励起手段に入力する駆動信号入力手段と、
前記駆動信号の入力後、前記3次元基体の回転運動に応じて前記摂動が弾性表面波に加わり、前記弾性表面波検出手段から出力された検出信号に基づいて、前記3次元基体の回転角度を測定する回転角度測定手段と
を備えたことを特徴とする回転角度測定装置。
A rotation angle measuring device comprising the spherical surface acoustic wave element according to any one of claims 1 to 7,
Drive signal input means for inputting a high-frequency signal to the surface acoustic wave excitation means as the drive signal;
After the driving signal is input, the perturbation is applied to the surface acoustic wave according to the rotational motion of the three-dimensional substrate, and the rotation angle of the three-dimensional substrate is determined based on the detection signal output from the surface acoustic wave detecting means. A rotation angle measuring device comprising rotation angle measuring means for measuring.
JP2004368101A 2004-12-20 2004-12-20 Spherical surface acoustic wave element and rotation angle measuring device Expired - Fee Related JP4852240B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004368101A JP4852240B2 (en) 2004-12-20 2004-12-20 Spherical surface acoustic wave element and rotation angle measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004368101A JP4852240B2 (en) 2004-12-20 2004-12-20 Spherical surface acoustic wave element and rotation angle measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006177674A JP2006177674A (en) 2006-07-06
JP4852240B2 true JP4852240B2 (en) 2012-01-11

Family

ID=36731932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004368101A Expired - Fee Related JP4852240B2 (en) 2004-12-20 2004-12-20 Spherical surface acoustic wave element and rotation angle measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4852240B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4899687B2 (en) * 2006-07-25 2012-03-21 株式会社デンソー Surface acoustic wave angular velocity sensor
JP4816299B2 (en) * 2006-07-25 2011-11-16 株式会社デンソー Surface acoustic wave angular velocity sensor
US7900512B2 (en) 2006-07-25 2011-03-08 Denso Corporation Angular rate sensor
JP4872576B2 (en) * 2006-09-28 2012-02-08 凸版印刷株式会社 Spherical surface acoustic wave device, driving method thereof, temperature measuring device
JP5135838B2 (en) * 2007-03-23 2013-02-06 凸版印刷株式会社 Surface acoustic wave device
JP5050620B2 (en) * 2007-04-13 2012-10-17 株式会社デンソー Surface acoustic wave angular velocity sensor and manufacturing method thereof
JP5093593B2 (en) * 2008-03-17 2012-12-12 凸版印刷株式会社 Spherical surface acoustic wave device
JP5141318B2 (en) * 2008-03-17 2013-02-13 凸版印刷株式会社 Spherical surface acoustic wave device
JP5532697B2 (en) * 2008-06-19 2014-06-25 凸版印刷株式会社 Spherical surface acoustic wave device
WO2023176761A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 株式会社Gaianixx Element, electronic device, electronic apparatus, and system

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4384409A (en) * 1980-10-18 1983-05-24 The Bendix Corporation Surface acoustic wave gyroscope
JPS60123711A (en) * 1983-12-08 1985-07-02 Ngk Spark Plug Co Ltd Rotary-angle detecting method
JPH08334330A (en) * 1995-06-06 1996-12-17 Res Dev Corp Of Japan Wave gyroscope and rotational angular velocity-detecting method using the gyroscope
JP3445749B2 (en) * 1998-12-04 2003-09-08 シャープ株式会社 Angular velocity sensor
US6516665B1 (en) * 1999-06-17 2003-02-11 The Penn State Research Foundation Micro-electro-mechanical gyroscope
WO2001045255A1 (en) * 1999-12-17 2001-06-21 Toppan Printing Co., Ltd. Saw device
JP4604335B2 (en) * 2000-11-01 2011-01-05 凸版印刷株式会社 Spherical boundary wave element

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006177674A (en) 2006-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6143430B2 (en) Vibration gyro with bias correction function
US9052194B2 (en) Extension-mode angular velocity sensor
JP4852240B2 (en) Spherical surface acoustic wave element and rotation angle measuring device
US10281277B1 (en) Phononic travelling wave gyroscope
JPH0312695B2 (en)
CN112857351A (en) Double-ring type micromechanical gyroscope structure with wide range and high precision
JP2003115743A (en) Surface acoustic wave element, electric signal processing apparatus employing surface acoustic wave element and environment assessment apparatus employing electric signal processing apparatus
Fu et al. Development of wireless, batteryfree gyroscope based on one-port SAW delay line and double resonant antenna
US7170213B2 (en) Surface acoustic wave element, electric signal processing apparatus using the surface acoustic wave element, environment evaluating apparatus using the electric signal processing apparatus, and analyzing method using the surface acoustic wave element
US3533014A (en) Gas ring laser using oscillating radiation scattering sources within the laser cavity
US4790657A (en) Ring laser gyroscope curved blade flexure and support ring assembly and method
US4199990A (en) Elastic surface wave accelerometer
JPH08334330A (en) Wave gyroscope and rotational angular velocity-detecting method using the gyroscope
JP2002026688A (en) Spherical surface acoustic wave element
Fu et al. Implementation of wireless battery-free microgyrosensor by utilizing one-port SAW delay line and an antenna with double resonant frequencies
JP3974766B2 (en) Surface acoustic wave device
Singh Piezoelectric gyro sensor technology
JP4604335B2 (en) Spherical boundary wave element
JPH0743264B2 (en) Integrated optic interferometric fiber gyroscope module
Mahmoud et al. Acousto-optic gyroscope with improved sensitivity and 100 second stability in a small form factor
JPS62135719A (en) Method and device for measuring number of revolution by sagnac interferometer
JPH04151512A (en) Optical fiber gyro
CN116592864B (en) All-solid-state surface acoustic wave gyroscope based on phonon crystal
US11898844B2 (en) Shear wave methods, systems, and gyroscope
JPH09210694A (en) Ultrasonic fiber gyro sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080425

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110404

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110524

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20110524

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20110524

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110708

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110930

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111018

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111024

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141028

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees