JPH06281465A - 弾性表面波ジャイロスコープ - Google Patents
弾性表面波ジャイロスコープInfo
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- JPH06281465A JPH06281465A JP5068934A JP6893493A JPH06281465A JP H06281465 A JPH06281465 A JP H06281465A JP 5068934 A JP5068934 A JP 5068934A JP 6893493 A JP6893493 A JP 6893493A JP H06281465 A JPH06281465 A JP H06281465A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板表面に適当な分布形状をした電極を配置
することにより、コリオリ力の変化を電圧の変化として
検出し、回転角速度を検出可能な、高性能で、かつ小型
化された弾性表面波ジャイロスコープを提供する。 【構成】 圧電基板１０と、この圧電基板１０の中央に
配置される検出用電極１５と、この検出用電極１５の両
外側に配置される一対の駆動用電極１３，１４と、この
一対の駆動用電極１３，１４の両外側に配置される一対
の反射器用電極１１，１２とを備え、駆動用電極１３，
１４に高周波電源が接続され、駆動用電極１３，１４か
らの駆動力により弾性波が励振され、回転運動との相互
作用により生じるコリオリ力に起因し、圧電効果によっ
て生ずる表面電荷による電圧を検出用電極１５により検
出するようにしたものである。
することにより、コリオリ力の変化を電圧の変化として
検出し、回転角速度を検出可能な、高性能で、かつ小型
化された弾性表面波ジャイロスコープを提供する。 【構成】 圧電基板１０と、この圧電基板１０の中央に
配置される検出用電極１５と、この検出用電極１５の両
外側に配置される一対の駆動用電極１３，１４と、この
一対の駆動用電極１３，１４の両外側に配置される一対
の反射器用電極１１，１２とを備え、駆動用電極１３，
１４に高周波電源が接続され、駆動用電極１３，１４か
らの駆動力により弾性波が励振され、回転運動との相互
作用により生じるコリオリ力に起因し、圧電効果によっ
て生ずる表面電荷による電圧を検出用電極１５により検
出するようにしたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板に電極が形成可能
な弾性表面波ジャイロスコープに関するものである。
な弾性表面波ジャイロスコープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ジャイロスコープの種類には、コマジャ
イロ、光ファイバジャイロ、ガスレートジャイロ、振動
ジャイロなどがよく知られており、なかでも振動ジャイ
ロが、サイズ、コストの点で民生用家電製品のセンサと
して有望視されている。従来、このような分野の技術と
しては、（１）「圧電振動ジャイロスコープ」電子情報
通信学会誌、Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．１，ｐｐ３９−４
１、（２）「超音波ジャイロ」、弾性波素子技術ハンド
ブック，発行所 オーム社、Ｐ．４９１〜４９７，発行
日 平成３年１１月３０日に記載されるものがあった。
イロ、光ファイバジャイロ、ガスレートジャイロ、振動
ジャイロなどがよく知られており、なかでも振動ジャイ
ロが、サイズ、コストの点で民生用家電製品のセンサと
して有望視されている。従来、このような分野の技術と
しては、（１）「圧電振動ジャイロスコープ」電子情報
通信学会誌、Ｖｏｌ．７６，Ｎｏ．１，ｐｐ３９−４
１、（２）「超音波ジャイロ」、弾性波素子技術ハンド
ブック，発行所 オーム社、Ｐ．４９１〜４９７，発行
日 平成３年１１月３０日に記載されるものがあった。
【０００３】この種の圧電振動ジャイロスコープは、例
えば、図１０に示すように、恒弾性金属音片型振動子５
１の対向する側面に駆動用圧電磁器５２、他の対向する
側面に検出用圧電磁器５３を配置して、振動している振
動子の中心軸（ｚ軸）に、回転角速度（ω0 ）が加わる
ともとの振動方向（ｘ軸）に対し、直角方向（ｙ軸）に
回転角速度に比例したコリオリ力（Ｆc ）が生じる力学
現象を利用したものであり、駆動用圧電磁器５２を用い
てｘ軸に振動を与え、ｙ軸に設けた検出用圧電磁器５３
によってコリオリ力を電圧として検出する。
えば、図１０に示すように、恒弾性金属音片型振動子５
１の対向する側面に駆動用圧電磁器５２、他の対向する
側面に検出用圧電磁器５３を配置して、振動している振
動子の中心軸（ｚ軸）に、回転角速度（ω0 ）が加わる
ともとの振動方向（ｘ軸）に対し、直角方向（ｙ軸）に
回転角速度に比例したコリオリ力（Ｆc ）が生じる力学
現象を利用したものであり、駆動用圧電磁器５２を用い
てｘ軸に振動を与え、ｙ軸に設けた検出用圧電磁器５３
によってコリオリ力を電圧として検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動ジャイロスコープは、以下に示すような問題点があ
った。 （１）直方体などの恒弾性金属音片型振動子を有するた
め、小型化が困難である。
振動ジャイロスコープは、以下に示すような問題点があ
った。 （１）直方体などの恒弾性金属音片型振動子を有するた
め、小型化が困難である。
【０００５】（２）直方体などの恒弾性金属音片型振動
子を有するため、支持が困難である。 （３）直立方体などの恒弾性金属音片型振動子に圧電磁
器を貼り合わせる必要があり、また、共振周波数を一致
させるためのトリミングを個別に行う必要があり、製造
上の難点があった。
子を有するため、支持が困難である。 （３）直立方体などの恒弾性金属音片型振動子に圧電磁
器を貼り合わせる必要があり、また、共振周波数を一致
させるためのトリミングを個別に行う必要があり、製造
上の難点があった。
【０００６】（４）直方体などの恒弾性金属音片型振動
子を有するため、外部の振動を拾いやすく、また、衝撃
に弱く信頼性上の難点があった。また、従来、Ｐｂ（Ｔ
ｉ，Ｚｒ）Ｏ3 、ＬｉＮｂＯ3 等の圧電基板上に、すだ
れ電極を用いて弾性表面波を励振し、フィルタ等の信号
処理に用いることが広く行われている。このように、弾
性表面波を励振することにより、この波動の伝搬媒体と
なっている圧電基板表面付近の粒子は、回転運動もしく
は一方向への振動を起こす。この時、伝搬媒体である圧
電基板が、何らかの外力などにより回転運動を伴うと、
振動している媒体にはコリオリ力が作用する。
子を有するため、外部の振動を拾いやすく、また、衝撃
に弱く信頼性上の難点があった。また、従来、Ｐｂ（Ｔ
ｉ，Ｚｒ）Ｏ3 、ＬｉＮｂＯ3 等の圧電基板上に、すだ
れ電極を用いて弾性表面波を励振し、フィルタ等の信号
処理に用いることが広く行われている。このように、弾
性表面波を励振することにより、この波動の伝搬媒体と
なっている圧電基板表面付近の粒子は、回転運動もしく
は一方向への振動を起こす。この時、伝搬媒体である圧
電基板が、何らかの外力などにより回転運動を伴うと、
振動している媒体にはコリオリ力が作用する。
【０００７】このような、このコリオリ力は、回転角速
度と、媒体の振動速度及び密度に比例した量になる。こ
のコリオリ力により生じた力は、圧電性により、電界強
度の変化となって基板表面に現れる。本発明は、基板表
面に適当な分布形状をした電極を配置することにより、
コリオリ力の変化を電圧の変化として検出し、回転角速
度を検出可能な、高性能で、かつ小型化された弾性表面
波ジャイロスコープを提供することを目的とする。
度と、媒体の振動速度及び密度に比例した量になる。こ
のコリオリ力により生じた力は、圧電性により、電界強
度の変化となって基板表面に現れる。本発明は、基板表
面に適当な分布形状をした電極を配置することにより、
コリオリ力の変化を電圧の変化として検出し、回転角速
度を検出可能な、高性能で、かつ小型化された弾性表面
波ジャイロスコープを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、弾性表面波ジャイロスコープにおいて、
弾性媒体と、該弾性媒体の表面に形成され、高周波電源
が接続される駆動用電極と、該駆動用電極からの駆動力
により弾性波が励振され、回転運動との相互作用により
生じるコリオリ力に起因し、圧電効果によって生ずる表
面電荷による電圧を検出する検出用電極とを設けるよう
にしたものである。
成するために、弾性表面波ジャイロスコープにおいて、
弾性媒体と、該弾性媒体の表面に形成され、高周波電源
が接続される駆動用電極と、該駆動用電極からの駆動力
により弾性波が励振され、回転運動との相互作用により
生じるコリオリ力に起因し、圧電効果によって生ずる表
面電荷による電圧を検出する検出用電極とを設けるよう
にしたものである。
【０００９】より具体的には、弾性表面波ジャイロスコ
ープにおいて、圧電基板と、該圧電基板の中央に配置さ
れる検出用電極と、該検出用電極の両外側に配置される
一対の駆動用電極と、該一対の駆動用電極の両外側に配
置される一対の反射器用電極とを備え、前記駆動用電極
に高周波電源が接続され、前記駆動用電極からの駆動力
により弾性表面波が励振され、回転運動との相互作用に
より生じるコリオリ力に起因し、圧電効果によって生ず
る表面電荷による電圧を検出用電極により検出するよう
にしたものである。
ープにおいて、圧電基板と、該圧電基板の中央に配置さ
れる検出用電極と、該検出用電極の両外側に配置される
一対の駆動用電極と、該一対の駆動用電極の両外側に配
置される一対の反射器用電極とを備え、前記駆動用電極
に高周波電源が接続され、前記駆動用電極からの駆動力
により弾性表面波が励振され、回転運動との相互作用に
より生じるコリオリ力に起因し、圧電効果によって生ず
る表面電荷による電圧を検出用電極により検出するよう
にしたものである。
【００１０】また、前記圧電基板表面に前記反射器用電
極と前記駆動用電極と前記検出用電極を一方向に配置す
る第１の電極ユニットと、前記圧電基板表面に反射器用
電極と駆動用電極と検出用電極を前記第１の電極ユニッ
トに直交する方向に配置する第２の電極ユニットを備
え、二方向の回転角速度を検出するようにしたものであ
る。
極と前記駆動用電極と前記検出用電極を一方向に配置す
る第１の電極ユニットと、前記圧電基板表面に反射器用
電極と駆動用電極と検出用電極を前記第１の電極ユニッ
トに直交する方向に配置する第２の電極ユニットを備
え、二方向の回転角速度を検出するようにしたものであ
る。
【００１１】更に、シリコン基板と、該シリコン基板に
配置される集束型駆動用電極と、前記シリコン基板に配
置される圧電材料を有する検出用電極とを備え、前記集
束型駆動用電極に高周波電源が接続され、前記集束型駆
動用電極からの駆動力により弾性表面波が励振され、回
転運動との相互作用により生じるコリオリ力に起因し、
圧電効果によって生ずる表面電荷による電圧を検出用電
極により検出するようにしたものである。
配置される集束型駆動用電極と、前記シリコン基板に配
置される圧電材料を有する検出用電極とを備え、前記集
束型駆動用電極に高周波電源が接続され、前記集束型駆
動用電極からの駆動力により弾性表面波が励振され、回
転運動との相互作用により生じるコリオリ力に起因し、
圧電効果によって生ずる表面電荷による電圧を検出用電
極により検出するようにしたものである。
【００１２】
【作用】本発明によれば、上記したように、弾性媒体表
面の弾性表面波を励振することで生ずる弾性媒体の固体
振動と、この弾性媒体の回転運動との相互作用によって
生ずるコリオリ力を、圧電効果によって誘起される表面
電荷による電圧を検出用電極により検出することによ
り、回転角速度を検出する。
面の弾性表面波を励振することで生ずる弾性媒体の固体
振動と、この弾性媒体の回転運動との相互作用によって
生ずるコリオリ力を、圧電効果によって誘起される表面
電荷による電圧を検出用電極により検出することによ
り、回転角速度を検出する。
【００１３】したがって、高性能で、かつ小型化された
弾性表面波ジャイロスコープを得ることができる。
弾性表面波ジャイロスコープを得ることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を
示す弾性表面波ジャイロスコープの電極配置を示す図、
図２は第１の実施例の変形例を示す弾性表面波ジャイロ
スコープの電極配置を示す図、図３はレイリー波の進行
波の場合の粒子変位の説明図、図４は表面波の進行波の
場合のコリオリ力の発生の説明図、図５は表面波の定在
波の場合のコリオリ力の発生の説明図である。
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を
示す弾性表面波ジャイロスコープの電極配置を示す図、
図２は第１の実施例の変形例を示す弾性表面波ジャイロ
スコープの電極配置を示す図、図３はレイリー波の進行
波の場合の粒子変位の説明図、図４は表面波の進行波の
場合のコリオリ力の発生の説明図、図５は表面波の定在
波の場合のコリオリ力の発生の説明図である。
【００１５】弾性表面波を圧電基板上に励振すると、例
えば、レイリー波の進行波の場合、図３に示すように、
媒体中の各点は楕円軸跡を描いて振動している。
えば、レイリー波の進行波の場合、図３に示すように、
媒体中の各点は楕円軸跡を描いて振動している。
【００１６】
【数１】
【００１７】と表される。したがって、図４に示すよう
に、ｚ軸回りの回転角速度Ωz があるとき、振動速度成
分ｖx に対しては、ｆcy＝−２ρ・Ωz ・ｖx のコリオ
リ力が作用する。波動は、図３に示したように、時間的
・空間的に変動しているため、このコリオリ力も時間的
・空間的に変動を伴ったものとなる。
に、ｚ軸回りの回転角速度Ωz があるとき、振動速度成
分ｖx に対しては、ｆcy＝−２ρ・Ωz ・ｖx のコリオ
リ力が作用する。波動は、図３に示したように、時間的
・空間的に変動しているため、このコリオリ力も時間的
・空間的に変動を伴ったものとなる。
【００１８】一方、表面波が定在波となっている図５に
示すような場合には、振動分布は空間に固定されたもの
となり、コリオリ力の分布も空間的には起こらず、振動
速度成分ｖx の時間変動にともなって、ｆcyの大きさの
みが弾性振動波の振動周期で変動する。同様にして、ｙ
軸の回転に対しては、振動速度成分ｖx ，ｖz の各振動
成分に対して、ｆcz，ｆcxのコリオリ力が生じ、ｘ軸の
回転では、振動速度成分ｖz に対するｆcyが生ずる。こ
のような分布力によって、圧電基板表面に生ずる分布電
界を圧電基板表面に形成される電極により、電圧として
検出することにより、回転角速度を検出することがで
き、新規なジャイロスコープを得ることができる。
示すような場合には、振動分布は空間に固定されたもの
となり、コリオリ力の分布も空間的には起こらず、振動
速度成分ｖx の時間変動にともなって、ｆcyの大きさの
みが弾性振動波の振動周期で変動する。同様にして、ｙ
軸の回転に対しては、振動速度成分ｖx ，ｖz の各振動
成分に対して、ｆcz，ｆcxのコリオリ力が生じ、ｘ軸の
回転では、振動速度成分ｖz に対するｆcyが生ずる。こ
のような分布力によって、圧電基板表面に生ずる分布電
界を圧電基板表面に形成される電極により、電圧として
検出することにより、回転角速度を検出することがで
き、新規なジャイロスコープを得ることができる。
【００１９】同様にして、ＢＧＳ波、ラブ波など他の表
面波での応用も可能である。次に、コリオリ力の検出方
法の例を図６を参照しながら説明する。コリオリ力は、
上記したように、
面波での応用も可能である。次に、コリオリ力の検出方
法の例を図６を参照しながら説明する。コリオリ力は、
上記したように、
【００２０】
【数２】
【００２１】となる。なお、ここで、ｉx 〜ｉz は方向
ベクトルを示している。これらを検出するには、図６の
〜に示す分極Ｐ方向と電極１の配置、及び波動２と
の関係にあればよい（波動はｚ軸方向の変位を示す）。
そこで、上記のコリオリ力ｆCZにおいては、分極Ｐは
厚み方向、コリオリ力の方向は厚み方向であり、図示さ
れている位相関係は、電極１の中心部において、ｖz ＝
０，｜ｖx ｜＝｜ωｖx ｜となり、波動２による電界は
ゼロであり、コリオリ力ｆc により、図示のような電界
３が生ずる。
ベクトルを示している。これらを検出するには、図６の
〜に示す分極Ｐ方向と電極１の配置、及び波動２と
の関係にあればよい（波動はｚ軸方向の変位を示す）。
そこで、上記のコリオリ力ｆCZにおいては、分極Ｐは
厚み方向、コリオリ力の方向は厚み方向であり、図示さ
れている位相関係は、電極１の中心部において、ｖz ＝
０，｜ｖx ｜＝｜ωｖx ｜となり、波動２による電界は
ゼロであり、コリオリ力ｆc により、図示のような電界
３が生ずる。
【００２２】上記のコリオリ力ｆCyにおいては、分極
Ｐはｙ軸方向、コリオリ力は同じくｙ軸方向、位相関係
は電極１の中心部でｕz ＝０、波動２による電界はゼ
ロ、コリオリ力により働く力は、ｘ方向の速度に対して
ｙ方向に働き、なおかつ、電極１毎に互い違いとなる。
よって、電極１間には剪断力が働き、分極Ｐ方向と相俟
って、電極１間には電位が生ずる。
Ｐはｙ軸方向、コリオリ力は同じくｙ軸方向、位相関係
は電極１の中心部でｕz ＝０、波動２による電界はゼ
ロ、コリオリ力により働く力は、ｘ方向の速度に対して
ｙ方向に働き、なおかつ、電極１毎に互い違いとなる。
よって、電極１間には剪断力が働き、分極Ｐ方向と相俟
って、電極１間には電位が生ずる。
【００２３】上記のコリオリ力ｆCXにおいては、分極
Ｐをｘ軸方向（伝搬方向）とすることで、ｘ軸方向に発
生したコリオリ力による電界３を検出できる。上記の
コリオリ力ｆCyにおいては、分極Ｐをｙ軸方向とする
と、上記と同様に、ｙ軸方向のコリオリ力が検出され
る。この場合には、上記の図と上記の図を比較する
と分かるように、上記では上記の波動２と９０度位
相がずれた（直交した状態）波動２で検出されるため、
直交検波することにより、上記とは識別される。
Ｐをｘ軸方向（伝搬方向）とすることで、ｘ軸方向に発
生したコリオリ力による電界３を検出できる。上記の
コリオリ力ｆCyにおいては、分極Ｐをｙ軸方向とする
と、上記と同様に、ｙ軸方向のコリオリ力が検出され
る。この場合には、上記の図と上記の図を比較する
と分かるように、上記では上記の波動２と９０度位
相がずれた（直交した状態）波動２で検出されるため、
直交検波することにより、上記とは識別される。
【００２４】これらは、いずれも電極１を周期構造とし
て共振器構造とすることにより、検出感度を向上させる
ことができる。以下、本発明の第１の実施例を示す弾性
表面波ジャイロスコープについて説明する。図１は本発
明の第１の実施例を示す弾性表面波ジャイロスコープの
電極配置図である。
て共振器構造とすることにより、検出感度を向上させる
ことができる。以下、本発明の第１の実施例を示す弾性
表面波ジャイロスコープについて説明する。図１は本発
明の第１の実施例を示す弾性表面波ジャイロスコープの
電極配置図である。
【００２５】図１（ｃ）に示すように、圧電基板１０の
表面上に３つのグループの電極が配置される。つまり、
最も外側にある２つは反射器用電極１１，１２、その内
側の２つが駆動用電極１３，１４、中央が検出用電極１
５である。反射器用電極１１，１２は、駆動用電極１
３，１４との適当な空間的位相関係を有しており、図１
（ａ）に示すような駆動波が励振されるように、短絡ま
たは開放状態（図は短絡状態）で用いられる。
表面上に３つのグループの電極が配置される。つまり、
最も外側にある２つは反射器用電極１１，１２、その内
側の２つが駆動用電極１３，１４、中央が検出用電極１
５である。反射器用電極１１，１２は、駆動用電極１
３，１４との適当な空間的位相関係を有しており、図１
（ａ）に示すような駆動波が励振されるように、短絡ま
たは開放状態（図は短絡状態）で用いられる。
【００２６】２箇所に配置された駆動用電極１３，１４
により、高周波電源の出力を印加することにより、２つ
の反射器の間にレイリー波の定在波が励振される。この
波の振動周波数は、駆動用電極１３，１４及び反射器用
電極１１，１２のピッチで決まり、概ね１０〜１００Ｍ
Ｈｚである。微細加工により、１〜数ＧＨｚまで可能で
ある。
により、高周波電源の出力を印加することにより、２つ
の反射器の間にレイリー波の定在波が励振される。この
波の振動周波数は、駆動用電極１３，１４及び反射器用
電極１１，１２のピッチで決まり、概ね１０〜１００Ｍ
Ｈｚである。微細加工により、１〜数ＧＨｚまで可能で
ある。
【００２７】励振されているレイリー波と回転運動との
相互作用によるコリオリ力により励起されるレイリー波
は、検出用電極１５により電気的に検出される。この検
出用電極１５は、ピッチが駆動用電極１３，１４によっ
て励振される波動の波長の１／２と同じで、配置されて
いる電極の位置が９０°空間的位置がずれている。これ
により、コリオリ力によって励振される波動が効率よく
検出される。
相互作用によるコリオリ力により励起されるレイリー波
は、検出用電極１５により電気的に検出される。この検
出用電極１５は、ピッチが駆動用電極１３，１４によっ
て励振される波動の波長の１／２と同じで、配置されて
いる電極の位置が９０°空間的位置がずれている。これ
により、コリオリ力によって励振される波動が効率よく
検出される。
【００２８】更に、駆動用電極１３，１４に継がれる高
周波電源のインピーダンスを０もしくは無限大とするこ
とにより、駆動用電極１３，１４は検出波に対して反射
器として機能するので、検出感度が著しく高くなること
が予想される。上記したジャイロスコープの電極配置で
は、同一平面上で一方向の回転角速度を検出するのみで
あるが、同一平面上で二方向の回転角速度を検出するよ
うに構成することもできる。
周波電源のインピーダンスを０もしくは無限大とするこ
とにより、駆動用電極１３，１４は検出波に対して反射
器として機能するので、検出感度が著しく高くなること
が予想される。上記したジャイロスコープの電極配置で
は、同一平面上で一方向の回転角速度を検出するのみで
あるが、同一平面上で二方向の回転角速度を検出するよ
うに構成することもできる。
【００２９】以下、この点について説明する。図２は本
発明の第１の実施例の変形例を示す弾性表面波ジャイロ
スコープの電極配置図である。この例では、図１で示し
た弾性表面波ジャイロスコープの電極配置、つまり、圧
電基板１０の表面上に３つのグループの電極が配置され
る。つまり、最も外側には２つは反射器用電極１１，１
２、その内側の２つに駆動用電極１３，１４、中央に検
出用電極１５を配置する。
発明の第１の実施例の変形例を示す弾性表面波ジャイロ
スコープの電極配置図である。この例では、図１で示し
た弾性表面波ジャイロスコープの電極配置、つまり、圧
電基板１０の表面上に３つのグループの電極が配置され
る。つまり、最も外側には２つは反射器用電極１１，１
２、その内側の２つに駆動用電極１３，１４、中央に検
出用電極１５を配置する。
【００３０】このような一方向のジャイロスコープの電
極配置に加えて、これに直交するように、同様の電極配
置を行う。つまり、最も外側には２つは反射器用電極２
１，２２、その内側の２つが駆動用電極２３，２４、中
央が検出用電極２５を配置する。すなわち、前記圧電基
板１０表面に前記反射器用電極１１，１２と前記駆動用
電極１３，１４と前記検出用電極１５を一方向に配置す
る第１の電極ユニットＡと、前記圧電基板表面１０に反
射器用電極２１，２２と駆動用電極２３，２４と検出用
電極２５を前記第１の電極ユニットＡに直交する方向に
配置する第２の電極ユニットＢを備え、二方向の回転角
速度を検出する。
極配置に加えて、これに直交するように、同様の電極配
置を行う。つまり、最も外側には２つは反射器用電極２
１，２２、その内側の２つが駆動用電極２３，２４、中
央が検出用電極２５を配置する。すなわち、前記圧電基
板１０表面に前記反射器用電極１１，１２と前記駆動用
電極１３，１４と前記検出用電極１５を一方向に配置す
る第１の電極ユニットＡと、前記圧電基板表面１０に反
射器用電極２１，２２と駆動用電極２３，２４と検出用
電極２５を前記第１の電極ユニットＡに直交する方向に
配置する第２の電極ユニットＢを備え、二方向の回転角
速度を検出する。
【００３１】このように構成することにより、モノリシ
ックな圧電基板上の同一平面上で二方向の回転角速度を
検出することができる。次に、本発明の第２の実施例を
示す弾性表面波ジャイロスコープについて説明する。図
７は本発明の第２の実施例を示す弾性表面波ジャイロス
コープの電極配置を示す平面図、図８はその検出電極部
の横断面図である。
ックな圧電基板上の同一平面上で二方向の回転角速度を
検出することができる。次に、本発明の第２の実施例を
示す弾性表面波ジャイロスコープについて説明する。図
７は本発明の第２の実施例を示す弾性表面波ジャイロス
コープの電極配置を示す平面図、図８はその検出電極部
の横断面図である。
【００３２】これらの図に示すように、シリコン基板３
０上に集束型駆動電極３１を形成し、表面波の駆動に
は、この集束型駆動電極３１を用い、この焦点付近に検
出用の圧電材料３２をスパッタ等の方法により付け、圧
電材料３２の両端に検出用電極３３，３４を形成し、検
出用電極３３は接地し、検出用電極３４をシリコン基板
３０に集積される電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲ
ート（Ｇａｔｅ）とすることにより、電子回路との集積
化、一体化を図る。
０上に集束型駆動電極３１を形成し、表面波の駆動に
は、この集束型駆動電極３１を用い、この焦点付近に検
出用の圧電材料３２をスパッタ等の方法により付け、圧
電材料３２の両端に検出用電極３３，３４を形成し、検
出用電極３３は接地し、検出用電極３４をシリコン基板
３０に集積される電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲ
ート（Ｇａｔｅ）とすることにより、電子回路との集積
化、一体化を図る。
【００３３】図９は本発明の第２の実施例の弾性表面波
ジャイロスコープの検出電極部の変形例を示す横断面図
である。この例では、シリコン基板上に集束型駆動電極
を形成する点は同じであるが、この焦点付近にまず、接
地される検出用電極４３を形成し、その上に検出用の圧
電材料４２をスパッタ等の方法により付け、圧電材料４
２の上部に検出用電極４４を形成し、この検出用電極４
４をシリコン基板４０に集積される電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）のゲート（Ｇａｔｅ）とすることにより、
電子回路との集積化、一体化を図る。
ジャイロスコープの検出電極部の変形例を示す横断面図
である。この例では、シリコン基板上に集束型駆動電極
を形成する点は同じであるが、この焦点付近にまず、接
地される検出用電極４３を形成し、その上に検出用の圧
電材料４２をスパッタ等の方法により付け、圧電材料４
２の上部に検出用電極４４を形成し、この検出用電極４
４をシリコン基板４０に集積される電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）のゲート（Ｇａｔｅ）とすることにより、
電子回路との集積化、一体化を図る。
【００３４】このように、シリコン基板上４０では、検
出用電極４４は検出用電子回路と一体化することによ
り、より小型化されるとともに、高性能化を図ることが
できる。この方法によれば、前記した検出方法〜の
方法がすべて適用可能である。このようにして構成され
る弾性表面波ジャイロスコープは、自動車のナビゲーシ
ョンシステムや４輪操舵（４ＷＳ）、アンチロックブレ
ーキ（ＡＢＳ）をはじめ、ＶＲＴカメラの手振れ補正、
土木建設機械ロボット、ラジコン分野などの姿勢制御や
医療分野、計測機器分野はもとより、小型である点を生
かして、超小型ロボット等に搭載に好適である。
出用電極４４は検出用電子回路と一体化することによ
り、より小型化されるとともに、高性能化を図ることが
できる。この方法によれば、前記した検出方法〜の
方法がすべて適用可能である。このようにして構成され
る弾性表面波ジャイロスコープは、自動車のナビゲーシ
ョンシステムや４輪操舵（４ＷＳ）、アンチロックブレ
ーキ（ＡＢＳ）をはじめ、ＶＲＴカメラの手振れ補正、
土木建設機械ロボット、ラジコン分野などの姿勢制御や
医療分野、計測機器分野はもとより、小型である点を生
かして、超小型ロボット等に搭載に好適である。
【００３５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００３６】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、弾性媒体と、該弾性媒体の表面に形成され、高
周波電源が接続される駆動用電極と、該駆動用電極から
の駆動力により弾性波が励振され、回転運動との相互作
用により生じるコリオリ力に起因し、圧電効果によって
生ずる表面電荷による電圧を検出する検出用電極とを具
備するジャイロスコープを得ることができるので、従来
の、「（１）直方体などの恒弾性金属音片型振動子を有
するため小型化が困難、（２）直方体などの恒弾性金属
音片型振動子を有するため支持が困難、（３）直方体な
どの恒弾性金属音片型振動子に圧電磁器を貼り合わせる
必要があり、また、共振周波数を一致させるためのトリ
ミングを個別に行う必要がある。（４）直方体などの恒
弾性金属音片型振動子を有するため、外部の振動を拾い
やすく、また、衝撃に弱く信頼性上の難点がある。」と
いった問題点を悉く解決することができ、新規にして、
高性能で、かつ小型化を図ることができる弾性表面波ジ
ャイロスコープを提供することができる。
よれば、弾性媒体と、該弾性媒体の表面に形成され、高
周波電源が接続される駆動用電極と、該駆動用電極から
の駆動力により弾性波が励振され、回転運動との相互作
用により生じるコリオリ力に起因し、圧電効果によって
生ずる表面電荷による電圧を検出する検出用電極とを具
備するジャイロスコープを得ることができるので、従来
の、「（１）直方体などの恒弾性金属音片型振動子を有
するため小型化が困難、（２）直方体などの恒弾性金属
音片型振動子を有するため支持が困難、（３）直方体な
どの恒弾性金属音片型振動子に圧電磁器を貼り合わせる
必要があり、また、共振周波数を一致させるためのトリ
ミングを個別に行う必要がある。（４）直方体などの恒
弾性金属音片型振動子を有するため、外部の振動を拾い
やすく、また、衝撃に弱く信頼性上の難点がある。」と
いった問題点を悉く解決することができ、新規にして、
高性能で、かつ小型化を図ることができる弾性表面波ジ
ャイロスコープを提供することができる。
【００３７】更に、同一基板表面において互いに直交す
るように電極ユニットを配置することにより、同一平面
上で二方向の回転角速度を検出することができる。
るように電極ユニットを配置することにより、同一平面
上で二方向の回転角速度を検出することができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示すジャイロスコープ
の電極配置を示す図である。
の電極配置を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の変形例を示すジャイロ
スコープの電極配置を示す図である。
スコープの電極配置を示す図である。
【図３】レイリー波の進行波の場合の粒子変形の説明図
である。
である。
【図４】表面波の進行波の場合のコリオリ力の発生の説
明図である。
明図である。
【図５】表面波の定在波のコリオリ力の発生の説明図で
ある。
ある。
【図６】本発明のコリオリ力の検出方法の例を示す図で
ある。
ある。
【図７】本発明の第２の実施例を示すジャイロスコープ
の電極配置を示す平面図である。
の電極配置を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示すジャイロスコープ
の検出電極部の横断面図である。
の検出電極部の横断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例を示すジャイロスコープ
の検出電極部の変形例を示す横断面図である。
の検出電極部の変形例を示す横断面図である。
【図１０】従来の振動ジャイロスコープの構成を示す斜
視図である。
視図である。
１ 電極 ２ 波動 ３ 電界 １０ 圧電基板 １１，１２，２１，２２ 反射器用電極 １３，１４，２３，２４ 駆動用電極 １５，２５，３３，３４，４３，４４ 検出用電極 ３０，４０ シリコン基板 ３１ 集束型駆動電極 ３２，４２ 圧電材料
Claims (6)
- 【請求項１】（ａ）弾性媒体と、（ｂ）該弾性媒体の表
面に形成され、高周波電源が接続される駆動用電極と、
（ｃ）該駆動用電極からの駆動力により弾性波が励振さ
れ、回転運動との相互作用により生じるコリオリ力に起
因し、圧電効果によって生ずる表面電荷による電圧を検
出する検出用電極とを具備することを特徴とする弾性表
面波ジャイロスコープ。 - 【請求項２】 前記弾性媒体は圧電基板であることを特
徴とする請求項１記載の弾性表面波ジャイロスコープ。 - 【請求項３】（ａ）圧電基板と、（ｂ）該圧電基板の中
央に配置される検出用電極と、（ｃ）該検出用電極の両
外側に配置される一対の駆動用電極と、（ｄ）該一対の
駆動用電極の両外側に配置される一対の反射器用電極と
を備え、（ｅ）前記駆動用電極に高周波電源が接続さ
れ、前記駆動用電極からの駆動力により弾性表面波が励
振され、回転運動との相互作用により生じるコリオリ力
に起因し、圧電効果によって生ずる表面電荷による電圧
を検出用電極により検出することを特徴とする弾性表面
波ジャイロスコープ。 - 【請求項４】 前記圧電基板表面に前記反射器用電極と
前記駆動用電極と前記検出用電極を一方向に配置するこ
とを特徴とする請求項３記載の弾性表面波ジャイロスコ
ープ。 - 【請求項５】 前記圧電基板表面に前記反射器用電極と
前記駆動用電極と前記検出用電極を一方向に配置する第
１の電極ユニットと、前記圧電基板表面に反射器用電極
と駆動用電極と検出用電極を前記第１の電極ユニットに
直交する方向に配置する第２の電極ユニットを備え、二
方向の回転角速度を検出することを特徴とする請求項３
記載の弾性表面波ジャイロスコープ。 - 【請求項６】（ａ）シリコン基板と、（ｂ）該シリコン
基板に配置される集束型駆動用電極と、（ｃ）前記シリ
コン基板に配置される圧電材料を有する検出用電極とを
備え、（ｄ）前記集束型駆動用電極に高周波電源が接続
され、前記集束型駆動用電極からの駆動力により弾性表
面波が励振され、回転運動との相互作用により生じるコ
リオリ力に起因し、圧電効果によって生ずる表面電荷に
よる電圧を検出用電極により検出することを特徴とする
弾性表面波ジャイロスコープ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5068934A JPH06281465A (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 弾性表面波ジャイロスコープ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5068934A JPH06281465A (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 弾性表面波ジャイロスコープ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281465A true JPH06281465A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=13387994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5068934A Pending JPH06281465A (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 弾性表面波ジャイロスコープ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06281465A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6003370A (en) * | 1996-05-30 | 1999-12-21 | Minolta Co., Ltd. | Elastic surface wave gyroscope |
| JP2010501834A (ja) * | 2006-08-23 | 2010-01-21 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 回転センサ |
| US7900512B2 (en) | 2006-07-25 | 2011-03-08 | Denso Corporation | Angular rate sensor |
-
1993
- 1993-03-29 JP JP5068934A patent/JPH06281465A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6003370A (en) * | 1996-05-30 | 1999-12-21 | Minolta Co., Ltd. | Elastic surface wave gyroscope |
| US6237414B1 (en) | 1996-05-30 | 2001-05-29 | Minolta Co., Ltd. | Elastic surface wave gyroscope |
| US7900512B2 (en) | 2006-07-25 | 2011-03-08 | Denso Corporation | Angular rate sensor |
| US8256289B2 (en) | 2006-07-25 | 2012-09-04 | Denso Corporation | Angular rate sensor |
| DE102007034759B4 (de) * | 2006-07-25 | 2016-02-25 | Denso Corporation | Winkelgeschwindigkeitssensor |
| JP2010501834A (ja) * | 2006-08-23 | 2010-01-21 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 回転センサ |
| US8393214B2 (en) | 2006-08-23 | 2013-03-12 | Epcos Ag | Rotating motion sensor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021001 |