(57)【要約】【課題】  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する。【解決手段】  球状部材１１の表面に弾性表面波を励起し、球状部材１１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。【選択図】      図１
2006177674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記伝搬路を伝搬する弾性表面波を励起するための弾性表面波励起手段と、
前記弾性表面波を前記伝搬路による伝搬方向とは異なる方向へ回折させる弾性表面波回折手段と、
前記弾性表面波回折手段により回折させた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
を有する球状弾性表面波素子であって、
前記伝搬路は、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互いに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を備え、
前記弾性表面波回折手段は、前記伝搬路の交差領域あるいは接続領域の少なくとも１箇所に形成される
ことを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項２】
弾性表面波を伝搬可能な円環状の伝搬経路からなる第１伝搬路と、
前記第１伝搬路に２箇所で交差するあるいは１箇所で接続する第２伝搬路と、
前記第１伝搬路と前記第２伝搬路とを含む球表面の少なくとも一部よりなる複数の伝搬路を有する３次元基体と、
入力される駆動信号に応じて、前記第１伝搬路を伝搬する弾性表面波を励起するための弾性表面波励起手段と、
前記第１伝搬路を伝搬する弾性表面波を前記第２伝搬路へ回折させる弾性表面波回折手段と、
前記弾性表面波回折手段により前記第２伝搬路へ回折させた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
を有する球状弾性表面波素子であって、
前記弾性表面波回折手段は、前記第１伝搬路と前記第２伝搬路とが交差する交差領域あるいは前記接続する接続領域のうち、少なくとも１箇所に形成されることを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項３】
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、前記伝搬路を伝搬する第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、
前記第１の弾性表面波に摂動を加えて前記伝搬路における伝搬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伝搬方向へ励起して伝搬させた第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
を有する球状弾性表面波素子であって、
前記伝搬路は、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互いに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を備え、
前記弾性表面波摂動手段は、前記伝搬路の交差領域あるいは接続領域の少なくとも１箇所に形成される
ことを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項４】
弾性表面波を伝搬可能な円環状の伝搬経路からなる第１伝搬路と、
前記第１伝搬路に２箇所で交差するあるいは１箇所で接続する第２伝搬路と、
前記第１伝搬路と前記第２伝搬路とを含む球表面の少なくとも一部よりなる複数の伝搬路を有する３次元基体と、
入力される駆動信号に応じて、前記第１伝搬路を伝搬する第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、
前記第１の弾性表面波に摂動を加えて前記第１伝搬路から前記第２伝搬路へ第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前記第２伝搬路へ励起して伝搬された第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
を有する球状弾性表面波素子であって、
前記弾性表面波摂動手段は、
前記第１伝搬路と前記第２伝搬路とが交差する交差領域あるいは前記接続する接続領域のうち、少なくとも１箇所に形成されることを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の球状弾性表面波素子において、
前記伝搬路の少なくとも１つは、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を備えたことを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一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及び／又は前記弾性表面波励起手段を複数備えるとき、少なくとも１組の弾性表面波検出手段及び弾性表面波励起手段は、互いに同一のすだれ状電極からなることを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項７】
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
を備えたことを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項８】
請求項７に記載の球状弾性表面波素子において、
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たことを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項９】
請求項８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球状弾性表面波素子。
【請求項１０】
請求項８または請求項９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球状弾性表面波素子。
【請求項１１】
請求項８又は請求項９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球状弾性表面波素子。
【請求項１２】
請求項８乃至請求項１１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、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複数形成され、
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球状弾性表面波素子。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２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球状弾性表面波素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３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球状弾性表面波素子。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４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球状弾性表面波素子。
【請求項１６】
請求項４乃至請求項１５のいずれか１項に記載の球状弾性表面波素子の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。
【請求項１７】
弾性表面波を伝搬可能な伝搬路を有する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第１の弾性表面波を励起する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、
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た球状弾性表面波素子の回転角度測定方法であって、
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ステップと、
前記弾性表面波励起手段により高周波信号に応じて前記伝搬路の表面に第１の弾性表面波を励起する弾性表面波励起ステップと、
前記第１の弾性表面波が前記伝搬路を伝搬中に、前記３次元基体の回転運動に応じて、前記弾性表面波摂動手段が当該伝搬中の第１の弾性表面波に摂動を加えて伝搬方向とは異なる方向へ伝搬させる摂動ステップと、
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ステップと、
前記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ステップと
を備えたことを特徴とする回転角度測定方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の回転角度測定方法において、
前記弾性表面波摂動手段は、前記弾性表面波励起手段により励起される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備えており、
前記弾性表面波励起ステップは、
前記３次元基体の表面上を互いに逆方向に周回する第１の弾性表面波を励起して、干渉させることで周回経路上の少なくとも前記構造物の存在する領域に定在波を発生させる定在波発生ステップとを含んでおり、
前記摂動ステップは、
前記腹の位置の振動に、前記３次元基体の回転運動を作用させるステップと、
前記作用により、前記腹の位置で振動している第１の弾性表面波を当該回転運動の方向に従って伝搬させるステップと
を備えたことを特徴とする球状弾性表面波素子の回転角度測定方法。
【請求項１９】
請求項１７又は請求項１８に記載の回転角度測定方法において、
前記高周波信号は高周波バースト信号であり、
前記回転角度測定ステップは、
前記高周波バースト信号の入力を停止した後に、前記検出信号を受信するステップと、受信した検出信号に基づいて、前記測定を実行するステップと
を備えたことを特徴とする回転角度測定方法。
【請求項２０】
請求項１８又は請求項１９に記載の回転角度測定方法において、
前記弾性表面波励起ステップが、前記３次元基体の表面上を互いに逆方向に周回する第１の弾性表面波を励起して、干渉させることで周回経路上の少なくとも前記構造物の存在する領域に定在波を発生させる定在波発生ステップとを含むとき、
前記定在波を前記弾性表面波励起手段あるいは前記周回経路上に形成される弾性表面波検出手段により検出し、周回検出信号を出力するステップと、
前記周回検出信号に基づいて、前記定在波の強度を測定するステップと、
この測定により得られる強度値を上昇させるように前記高周波信号の周波数を調整するステップと、
前記調整した周波数をもつ高周波信号を入力し、前記定在波を発生させるステップと
を備えたことを特徴とする回転角度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状弾性表面波素子、回転角度測定装置及び回転角度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【特許文献１】特開平８−３３４３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、回転角度測定装置及び回転角度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
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、前記伝搬路を伝搬する弾性表面波を励起するための弾性表面波励起手段と、前記弾性表面波を前記伝搬路による伝搬方向とは異なる方向へ回折させる弾性表面波回折手段と、前記弾性表面波回折手段により回折させた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有する球状弾性表面波素子であって、前記伝搬路は、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互いに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を備え、前記弾性表面波回折手段は、前記伝搬路の交差領域あるいは接続領域の少なくとも１箇所に形成される球状弾性表面波素子である。
【００２９】
請求項２に対応する発明は、弾性表面波を伝搬可能な円環状の伝搬経路からなる第１伝搬路と、前記第１伝搬路に２箇所で交差するあるいは１箇所で接続する第２伝搬路と、前記第１伝搬路と前記第２伝搬路とを含む球表面の少なくとも一部よりなる複数の伝搬路を有する３次元基体と、入力される駆動信号に応じて、前記第１伝搬路を伝搬する弾性表面波を励起するための弾性表面波励起手段と、前記第１伝搬路を伝搬する弾性表面波を前記第２伝搬路へ回折させる弾性表面波回折手段と、前記弾性表面波回折手段により前記第２伝搬路へ回折させた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有する球状弾性表面波素子であって、前記弾性表面波回折手段は、前記第１伝搬路と前記第２伝搬路とが交差する交差領域あるいは前記接続する接続領域のうち、少なくとも１箇所に形成される球状弾性表面波素子である。
【００３０】
請求項３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、前記伝搬路を伝搬する第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、前記第１の弾性表面波に摂動を加えて前記伝搬路における伝搬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伝搬方向へ励起して伝搬させた第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有する球状弾性表面波素子であって、前記伝搬路は、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互いに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を備え、前記弾性表面波摂動手段は、前記伝搬路の交差領域あるいは接続領域の少なくとも１箇所に形成される球状弾性表面波素子である。
【００３１】
請求項４に対応する発明は、弾性表面波を伝搬可能な円環状の伝搬経路からなる第１伝搬路と、前記第１伝搬路に２箇所で交差するあるいは１箇所で接続する第２伝搬路と、前記第１伝搬路と前記第２伝搬路とを含む球表面の少なくとも一部よりなる複数の伝搬路を有する３次元基体と、入力される駆動信号に応じて、前記第１伝搬路を伝搬する第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、前記第１の弾性表面波に摂動を加えて前記第１伝搬路から前記第２伝搬路へ第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前記第２伝搬路へ励起して伝搬された第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有する球状弾性表面波素子であって、前記弾性表面波摂動手段は、前記第１伝搬路と前記第２伝搬路とが交差する交差領域あるいは前記接続する接続領域のうち、少なくとも１箇所に形成される球状弾性表面波素子である。
【００３２】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に対応する球状弾性表面波素子において、前記伝搬路の少なくとも１つは、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を備えた球状弾性表面波素子である。
【００３３】
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一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及び／又は前記弾性表面波励起手段を複数備えるとき、少なくとも１組の弾性表面波検出手段及び弾性表面波励起手段は、互いに同一のすだれ状電極からなる球状弾性表面波素子である。
【００３４】
請求項７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た球状弾性表面波素子である。
【００３５】
請求項８に対応する発明は、請求項７に対応する球状弾性表面波素子において、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た球状弾性表面波素子である。
【００３６】
請求項９に対応する発明は、請求項８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球状弾性表面波素子である。
【００３７】
請求項１０に対応する発明は、請求項８または請求項９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球状弾性表面波素子である。
【００３８】
請求項１１に対応する発明は、請求項８又は請求項９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球状弾性表面波素子である。
【００３９】
請求項１２に対応する発明は、請求項８乃至請求項１１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、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複数形成され、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球状弾性表面波素子である。
【００４０】
請求項１３に対応する発明は、請求項１乃至請求項１２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球状弾性表面波素子である。
【００４１】
請求項１４に対応する発明は、請求項１乃至請求項１３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、圧電性結晶である球状弾性表面波素子である。
【００４２】
請求項１５に対応する発明は、請求項１乃至請求項１４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球状弾性表面波素子である。
【００４３】
請求項１６に対応する発明は、請求項４乃至請求項１５のいずれか１項に対応する球状弾性表面波素子の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。
【００４４】
請求項１７に対応する発明は、弾性表面波を伝搬可能な伝搬路を有する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第１の弾性表面波を励起する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、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た球状弾性表面波素子の回転角度測定方法であって、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ステップと、前記弾性表面波励起手段により高周波信号に応じて前記伝搬路の表面に第１の弾性表面波を励起する弾性表面波励起ステップと、前記第１の弾性表面波が前記伝搬路を伝搬中に、前記３次元基体の回転運動に応じて、前記弾性表面波摂動手段が当該伝搬中の第１の弾性表面波に摂動を加えて伝搬方向とは異なる方向へ伝搬させる摂動ステップと、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ステップと、前記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ステップとを備えた回転角度測定方法である。
【００４５】
請求項１８に対応する発明は、請求項１７に対応する回転角度測定方法において、前記弾性表面波摂動手段は、前記弾性表面波励起手段により励起される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備えており、前記弾性表面波励起ステップは、前記３次元基体の表面上を互いに逆方向に周回する第１の弾性表面波を励起して、干渉させることで周回経路上の少なくとも前記構造物の存在する領域に定在波を発生させる定在波発生ステップとを含んでおり、前記摂動ステップは、前記腹の位置の振動に、前記３次元基体の回転運動を作用させるステップと、前記作用により、前記腹の位置で振動している第１の弾性表面波を当該回転運動の方向に従って伝搬させるステップとを備えた球状弾性表面波素子の回転角度測定方法である。
【００４６】
請求項１９に対応する発明は、請求項１７又は請求項１８に対応する回転角度測定方法において、前記高周波信号は高周波バースト信号であり、前記回転角度測定ステップは、前記高周波バースト信号の入力を停止した後に、前記検出信号を受信するステップと、受信した検出信号に基づいて、前記測定を実行するステップとを備えた回転角度測定方法である。
【００４７】
請求項２０に対応する発明は、請求項１８又は請求項１９に対応する回転角度測定方法において、前記弾性表面波励起ステップが、前記３次元基体の表面上を互いに逆方向に周回する第１の弾性表面波を励起して、干渉させることで周回経路上の少なくとも前記構造物の存在する領域に定在波を発生させる定在波発生ステップとを含むとき、前記定在波を前記弾性表面波励起手段あるいは前記周回経路上に形成される弾性表面波検出手段により検出し、周回検出信号を出力するステップと、前記周回検出信号に基づいて、前記定在波の強度を測定するステップと、この測定により得られる強度値を上昇させるように前記高周波信号の周波数を調整するステップと、前記調整した周波数をもつ高周波信号を入力し、前記定在波を発生させるステップとを備えた回転角度測定方法である。
【００４８】
なお、請求項１から３において励起された弾性表面波は1回の回折あるいは1回の摂動によって異なる方向あるいは異なる伝搬路に伝搬した後に弾性表面波検出手段で検出される必要はない。つまり、弾性表面波を励起した伝搬路と弾性表面波検出手段の存在する伝搬路との間に、複数の弾性表面波回折手段と伝搬路が介在することを本発明は除かない。
【００４９】
さらに詳しく説明すると、第１伝搬路上で弾性表面波励起手段が励起した弾性表面波を一の弾性表面波回折手段によって第２伝搬路上に伝搬させ、さらに他の弾性表面波回折手段によって第２伝搬路上から第３伝搬路上に伝搬させ、さらに他の伝搬路上に伝搬させた後に弾性表面波検出手段で検出してもよい。
【００５０】
さらに、弾性表面波回折手段、弾性表面波摂動手段、弾性表面波励起手段、弾性表面波検出手段はそれぞれ一個である必要はない。また、同一の連続した伝搬路上に夫々複数存在しても良いものとする。
【００５１】
＜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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
＜作用＞
従って、請求項１，２に対応する発明は以上のような手段を講じたことにより、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を回折させる弾性表面波回折体を伝搬路の交差領域又は接続領域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。
【００５５】
請求項３，４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体を伝搬路の交差領域又は接続領域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。
【００５６】
請求項５に対応する発明は、請求項１〜４に対応する作用に加え、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。
【００５７】
請求項６に対応する発明は、請求項１〜５に対応する作用に加え、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、構造が簡単な球状弾性表面波素子を提供することができる。
【００５８】
請求項７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。
【００５９】
請求項８に対応する発明は、請求項７に対応する作用に加え、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をを実現することができる。
【００６０】
請求項９に対応する発明は、請求項８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。
【００６１】
請求項１０，１１に対応する発明は、請求項８，９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。
【００６２】
請求項１２に対応する発明は、請求項８〜１１に対応する作用に加え、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。
【００６３】
請求項１３に対応する発明は、請求項１〜１２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。
【００６４】
請求項１４に対応する発明は、請求項１〜１３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。
【００６５】
請求項１５に対応する発明は、請求項１〜１４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。
【００６６】
請求項１６に対応する発明は、請求項４〜１５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。
【００６７】
請求項１７に対応する発明は、球状弾性表面波素子の３次元基体の回転運動に応じて摂動をうけ励起され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。また、請求項７に対応する作用と同様に、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。
【００６８】
請求項１８に対応する発明は、請求項１７に対応する作用に加え、励起される弾性表面波を定在波にしている。これにより、弾性表面波励起手段における弾性表面波の振動強度を増大させることができるので、効率良く回転量を求めることができる。
【００６９】
請求項１９に対応する発明は、請求項１７または１８に対応する作用に加え、駆動信号としての高周波バースト信号の入力を停止してから、伝搬方向を変化させた弾性表面波を測定することにより、高いＳＮ比を獲得して検出感度を向上させることができる。
【００７０】
請求項２０に対応する発明は、請求項１８，１９に対応する作用に加え、駆動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弾性表面波摂動手段の構造物に対して適切な位相で励起することができる。従って、回転角度を測定する際には、弾性表面波摂動手段における弾性表面波の振動強度を強めると共に安定させることができ、もって、測定感度と精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００７１】
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。
【００７２】
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、回転角度測定装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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ＬｉＮｂＯ３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。ＬｉＮｂＯ３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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
（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。
【００７９】
（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。
【００８０】
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。
【００８１】
続いて、本発明の各実施形態について説明する。
【００８２】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１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。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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
本実施形態では、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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
（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。
【０１０５】
（ii）次に、励起用ＲＦ信号を切断する（時刻ｔ２）。本実施形態の場合は、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。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
上述したように本実施形態によれば、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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
＜第２の実施形態＞
図７は本発明の第２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。
【０１１３】
本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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の実施形態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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
上述したように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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（ＬｉＮｂＯ３）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。
【０１３４】
＜第３の実施形態＞
図９は本発明の第３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。
【０１３５】
本実施形態は、第１又は第２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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
（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。
【０１４１】
（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。
【０１４２】
（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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
以上のような構成によれば、第１又は第２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。
【０１４８】
＜第４の実施形態＞
図１１は本発明の第４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。
【０１４９】
本実施形態は、第１から第３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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
以上のような構造によれば、第１〜第３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、ＬｉＮｂＯ３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。ＬｉＮｂＯ３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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
＜第５の実施形態＞
図１４は本発明の第５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。
【０１５５】
本実施形態は、第１から４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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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から第４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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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）。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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）。
【０１７９】
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。
【０１８０】
上述したように本実施形態によれば、第１から第４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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
＜第６の実施形態＞
図１７は本発明の第６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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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６〜７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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
＜第７の実施形態＞
図１８は本発明の第７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。
【０２０２】
本実施形態は、第６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。
【０２０３】
他の構成要素の構造については、第６の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
＜第８の実施形態＞
図１９は本発明の第８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。
【０２１５】
本実施形態は、第６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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
他の構成要素の構造については、第６の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０２２０】
次に、本実施形態に係る弾性表面波素子の動作について述べる。
【０２２１】
始めに、すだれ状電極１３０Ａにより弾性表面波ＳＡＷｒ１を励起する。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
上述したように本実施形態によれば、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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【図面の簡単な説明】
【０２３２】
【図１】本発明の第１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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。。
【図６】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。
【図７】本発明の第２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。
【図８】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。
【図９】本発明の第３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。
【図１０】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。
【図１１】本発明の第４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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】本発明の第５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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】本発明の第６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。
【図１８】本発明の第７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。
【図１９】本発明の第７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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【符号の説明】
【０２３３】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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