JP3017344B2 - 傾斜センサ - Google Patents
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＡＷ技術を利用して
微小な傾斜角を高精度で検出する傾斜センサに関する。
微小な傾斜角を高精度で検出する傾斜センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のＳＡＷ傾斜センサとして
は例えば図３に示すものが知られている。図３におい
て、１は例えば水晶基板で作られたカンチレバーであ
り、カンチレバー１の一端はセンサ筐体等の固定部２に
固定され、他端はフリーとなって重り３を装着してい
る。
は例えば図３に示すものが知られている。図３におい
て、１は例えば水晶基板で作られたカンチレバーであ
り、カンチレバー１の一端はセンサ筐体等の固定部２に
固定され、他端はフリーとなって重り３を装着してい
る。
【０００３】カンチレバー１を構成する水晶基板の上下
面の各々にはＳＡＷ共振器４ａ，４ｂを構成する電極パ
ターンが形成されている。ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの電
極パターンは、送信電極５ａ，５ｂと受信電極６ａ，６
ｂを並べ、その外側に反射器８ａ，９ａと８ｂ，９ｂの
アレイパターンを形成している。ＳＡＷ共振器４ａ，４
ｂの受信電極６ａ，６ｂの出力はアンプ１０，１１によ
り送信電極５ａ，５ｂに正帰還され、これによってＳＡ
Ｗ発振器１２ａ，１２ｂを構成し、周波数ｆ1 ，ｆ2 の
信号を発振する。
面の各々にはＳＡＷ共振器４ａ，４ｂを構成する電極パ
ターンが形成されている。ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの電
極パターンは、送信電極５ａ，５ｂと受信電極６ａ，６
ｂを並べ、その外側に反射器８ａ，９ａと８ｂ，９ｂの
アレイパターンを形成している。ＳＡＷ共振器４ａ，４
ｂの受信電極６ａ，６ｂの出力はアンプ１０，１１によ
り送信電極５ａ，５ｂに正帰還され、これによってＳＡ
Ｗ発振器１２ａ，１２ｂを構成し、周波数ｆ1 ，ｆ2 の
信号を発振する。
【０００４】ＳＡＷ発振器１２ａ，１２ｂからの発振信
号は混合器１４に入力されて周波数差（ｆ1 −ｆ2 ）が
検出され、不要成分を除くためにバンドパスフィルタ
（ＢＰＦ）１５を介して出力する。図４は傾斜センサに
おけるカンチレバー１の実際の配置を示す。即ち、傾斜
角θが零のとき、カンチレバー１は鉛直になっており、
傾斜角θが図示のように生ずると、重り３によってカン
チレバー１の右面のＳＡＷ共振器４ａの形成面には伸び
歪みを生じ、同時に左面のＳＡＷ共振器４ｂの形成面に
は圧縮歪みを生ずる。
号は混合器１４に入力されて周波数差（ｆ1 −ｆ2 ）が
検出され、不要成分を除くためにバンドパスフィルタ
（ＢＰＦ）１５を介して出力する。図４は傾斜センサに
おけるカンチレバー１の実際の配置を示す。即ち、傾斜
角θが零のとき、カンチレバー１は鉛直になっており、
傾斜角θが図示のように生ずると、重り３によってカン
チレバー１の右面のＳＡＷ共振器４ａの形成面には伸び
歪みを生じ、同時に左面のＳＡＷ共振器４ｂの形成面に
は圧縮歪みを生ずる。
【０００５】図５は図４のＳＡＷ共振器の電極パターン
を取り出して示したもので、送信電極５と受信電極６の
外側の対称位置に遅延線アレイパターンを用いた反射器
８，９が配置されている。図５のＳＡＷ共振器の共振周
波数ｆは、 ｆ＝ｍ×Ｖ／（Ｌc＋δ） （１） 但し、ｍ；高調波次数で百数十程度の値 Ｖ ；水晶基板上でのＳＡＷ伝搬速度 Ｌc；反射器間の距離 δ ；反射器内有効距離 で決まる。
を取り出して示したもので、送信電極５と受信電極６の
外側の対称位置に遅延線アレイパターンを用いた反射器
８，９が配置されている。図５のＳＡＷ共振器の共振周
波数ｆは、 ｆ＝ｍ×Ｖ／（Ｌc＋δ） （１） 但し、ｍ；高調波次数で百数十程度の値 Ｖ ；水晶基板上でのＳＡＷ伝搬速度 Ｌc；反射器間の距離 δ ；反射器内有効距離 で決まる。
【０００６】更にＳＡＷ共振器の共振周波数ｆは次式に
示す温度依存性をもつ。 ｆ＝ｆ0 ｛１−ａ（Ｔ−Ｔ0 ）2 ｝ （２） 但し、ｆ0 ；頂点温度Ｔ0 での共振周波数 ａ ；材料定数で水晶の場合は３×１０-8 程度 Ｔ ；実際の周囲温度 Ｔ0 ；頂点温度 この（２）式の頂点温度Ｔ0 は、図６に示すように、あ
る温度で共振周波数ｆがピーク値を示し、その前後の温
度では共振周波数ｆが減少する特性となり、このピーク
値の周波数をｆ0 、ピーク周波数ｆ0 の温度を頂点温度
Ｔ0 という。
示す温度依存性をもつ。 ｆ＝ｆ0 ｛１−ａ（Ｔ−Ｔ0 ）2 ｝ （２） 但し、ｆ0 ；頂点温度Ｔ0 での共振周波数 ａ ；材料定数で水晶の場合は３×１０-8 程度 Ｔ ；実際の周囲温度 Ｔ0 ；頂点温度 この（２）式の頂点温度Ｔ0 は、図６に示すように、あ
る温度で共振周波数ｆがピーク値を示し、その前後の温
度では共振周波数ｆが減少する特性となり、このピーク
値の周波数をｆ0 、ピーク周波数ｆ0 の温度を頂点温度
Ｔ0 という。
【０００７】次に傾斜角を検出するために２つのＳＡＷ
発振器１２ａ，１２ｂの発振周波数ｆ1，ｆ2を異ならせ
るための手法を説明する。まずＳＡＷ共振器４ａ，４ｂ
の頂点温度Ｔ10，Ｔ20とすると、頂点温度Ｔ10，Ｔ20で
共振周波数ｆ10，ｆ20をもつことから、発振周波数
ｆ1，ｆ2は、 ｆ1＝ｆ10｛１−ａ（Ｔ−Ｔ10）2−ｂθ｝ （３） ｆ2＝ｆ20｛１−ａ（Ｔ−Ｔ20）2＋ｂθ｝ （４） で与えられる。
発振器１２ａ，１２ｂの発振周波数ｆ1，ｆ2を異ならせ
るための手法を説明する。まずＳＡＷ共振器４ａ，４ｂ
の頂点温度Ｔ10，Ｔ20とすると、頂点温度Ｔ10，Ｔ20で
共振周波数ｆ10，ｆ20をもつことから、発振周波数
ｆ1，ｆ2は、 ｆ1＝ｆ10｛１−ａ（Ｔ−Ｔ10）2−ｂθ｝ （３） ｆ2＝ｆ20｛１−ａ（Ｔ−Ｔ20）2＋ｂθ｝ （４） で与えられる。
【０００８】尚、（３）（４）式のθは正確にはｓｉｎ
θであるが、傾斜角θはきわめて小さいことからｓｉｎ
θ＝θとして扱っても問題ない。従ってΔＴが小さい場
合、周波数差Ｆは、 Ｆ＝（ｆ1 −ｆ2 ） ＝Δｆ｛１−ａｔ2 ＋２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ・ｔ｝−ｂ（ｆ10＋ｆ20）θ （５） 但し、Δｆ＝ｆ10−ｆ20 ΔＴ；頂点温度の差（Ｔ10−Ｔ20） ｔ ；実温度と頂点温度との差（Ｔ−Ｔ20） となる。ここでｂは、 ｂ＝（９Ｗｘ／ＥＤ2 ｅ） （６） 但し、Ｗ；重りの重量 ｘ；重りの中心から共振器の中心までの距離 Ｅ；水晶のヤング率 Ｄ；水晶基板の厚さ ｅ；水晶基板の幅 で与えられる。
θであるが、傾斜角θはきわめて小さいことからｓｉｎ
θ＝θとして扱っても問題ない。従ってΔＴが小さい場
合、周波数差Ｆは、 Ｆ＝（ｆ1 −ｆ2 ） ＝Δｆ｛１−ａｔ2 ＋２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ・ｔ｝−ｂ（ｆ10＋ｆ20）θ （５） 但し、Δｆ＝ｆ10−ｆ20 ΔＴ；頂点温度の差（Ｔ10−Ｔ20） ｔ ；実温度と頂点温度との差（Ｔ−Ｔ20） となる。ここでｂは、 ｂ＝（９Ｗｘ／ＥＤ2 ｅ） （６） 但し、Ｗ；重りの重量 ｘ；重りの中心から共振器の中心までの距離 Ｅ；水晶のヤング率 Ｄ；水晶基板の厚さ ｅ；水晶基板の幅 で与えられる。
【０００９】図３の２つのＳＡＷ発振器１２ａ，１２ｂ
の発振周波数ｆ1 ，ｆ2 を異ならせるには、前記（１）
式から明らかなように、ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂにおけ
る反射器間距離Ｌcを変えればよい。図７は従来のＳＡ
Ｗ共振器４ａ，４ｂの電極構造を対比して示したもの
で、ＳＡＷ共振器４ａの反射器間距離Ｌc1に対し例えば
ＳＡＷ共振器４ｂの反射器間距離Ｌc2をわずかに短くす
ることで発振周波数ｆ1，ｆ2 を決める共振周波数を異
ならせている。この場合反射器８ａと８ｂ、９ａと９ｂ
の反射器内有効距離δ及び各電極アレイパターンのピッ
チｄは同一であり、変化していない。
の発振周波数ｆ1 ，ｆ2 を異ならせるには、前記（１）
式から明らかなように、ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂにおけ
る反射器間距離Ｌcを変えればよい。図７は従来のＳＡ
Ｗ共振器４ａ，４ｂの電極構造を対比して示したもの
で、ＳＡＷ共振器４ａの反射器間距離Ｌc1に対し例えば
ＳＡＷ共振器４ｂの反射器間距離Ｌc2をわずかに短くす
ることで発振周波数ｆ1，ｆ2 を決める共振周波数を異
ならせている。この場合反射器８ａと８ｂ、９ａと９ｂ
の反射器内有効距離δ及び各電極アレイパターンのピッ
チｄは同一であり、変化していない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の１つのカンチレバーの両面にＳＡＷ共振器を
形成した構造のＳＡＷ傾斜センサにあっては、２つのＳ
ＡＷ共振器の温度特性の相違に起因して差周波数Ｆに大
きな温度ドリフトが発生し、計測誤差が大きくなるとい
う問題があった。
うな従来の１つのカンチレバーの両面にＳＡＷ共振器を
形成した構造のＳＡＷ傾斜センサにあっては、２つのＳ
ＡＷ共振器の温度特性の相違に起因して差周波数Ｆに大
きな温度ドリフトが発生し、計測誤差が大きくなるとい
う問題があった。
【００１１】即ち、ＳＡＷ傾斜センサの差周波数Ｆは、
前記（５）式で与えられるが、右辺の［２ａ（ｆ10／Δ
ｆ）ΔＴ］の項の値がかなり大きな値となる。例えば実
温度ｔをｔ＝１０℃とした場合、頂点温度Ｔ10とＴ20の
温度差ΔＴに対する［２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ］の項の
値は、例えばΔＴ＝１℃で ［２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ］＝１．５×１０-3 となってしまい、温度ドリフトが大きいために計測誤差
が大きくなる。
前記（５）式で与えられるが、右辺の［２ａ（ｆ10／Δ
ｆ）ΔＴ］の項の値がかなり大きな値となる。例えば実
温度ｔをｔ＝１０℃とした場合、頂点温度Ｔ10とＴ20の
温度差ΔＴに対する［２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ］の項の
値は、例えばΔＴ＝１℃で ［２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ］＝１．５×１０-3 となってしまい、温度ドリフトが大きいために計測誤差
が大きくなる。
【００１２】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、温度ドリフトを抑えて計測精度を飛
躍的に向上することのできるＳＡＷ技術を用いた傾斜セ
ンサを提供することを目的とする。
てなされたもので、温度ドリフトを抑えて計測精度を飛
躍的に向上することのできるＳＡＷ技術を用いた傾斜セ
ンサを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。尚、図面中の符号を併せ
て示す。まず本発明は、一端を固定し他端をフリーにし
て重り３を装着した圧電基板で作られたカンチレバー１
と、カンチレバー１の表裏両面に各々形成された共振周
波数の異なる一対のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂと、ＳＡＷ
共振器４ａ，４ｂの出力を正帰還して共振周波数に一致
する周波数ｆ1 ，ｆ2 の信号を発振する一対のＳＡＷ発
振器１２ａ，１２ｂと、一対のＳＡＷ発振器１２ａ，１
２ｂの周波数差Ｆ（＝ｆ1 −ｆ2 ）を検出する混合器１
４と、混合器１４から出力された周波数差Ｆに基づいて
カンチレバー１の鉛直軸に対する傾斜角θを検出する傾
斜センサを対称とする。
本発明は次のように構成する。尚、図面中の符号を併せ
て示す。まず本発明は、一端を固定し他端をフリーにし
て重り３を装着した圧電基板で作られたカンチレバー１
と、カンチレバー１の表裏両面に各々形成された共振周
波数の異なる一対のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂと、ＳＡＷ
共振器４ａ，４ｂの出力を正帰還して共振周波数に一致
する周波数ｆ1 ，ｆ2 の信号を発振する一対のＳＡＷ発
振器１２ａ，１２ｂと、一対のＳＡＷ発振器１２ａ，１
２ｂの周波数差Ｆ（＝ｆ1 −ｆ2 ）を検出する混合器１
４と、混合器１４から出力された周波数差Ｆに基づいて
カンチレバー１の鉛直軸に対する傾斜角θを検出する傾
斜センサを対称とする。
【００１４】このような傾斜センサにつき本発明にあっ
ては、一対のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂは、圧電基板上に
送信電極５ａ，５ｂの電極アレイ及び受信電極６ａ，６
ｂの電極アレイを配列すると共に送信電極５ａ，５ｂ及
び受信電極６ａ，６ｂの外側の対称位置に反射器８ａ，
８ｂと９ａ，９ｂのアレイパターンを形成した構造を有
し、一方のＳＡＷ共振器４ａにおける反射器間距離
Ｌc1、反射器内有効距離δ1 及びアレイピッチｄ1 に対
し、他方のＳＡＷ共振器４ｂにおける反射器間距離
Ｌc2、反射器内有効距離δ2 及びアレイピッチｄ2 を規
定の周波数差Ｆが得られる寸法比Ｋをもつ相似パターン
とし、一対のＳＡＷ共振器間の頂点温度Ｔ10，Ｔ20の差
ΔＴを零又は最小に抑えたことを特徴とする。
ては、一対のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂは、圧電基板上に
送信電極５ａ，５ｂの電極アレイ及び受信電極６ａ，６
ｂの電極アレイを配列すると共に送信電極５ａ，５ｂ及
び受信電極６ａ，６ｂの外側の対称位置に反射器８ａ，
８ｂと９ａ，９ｂのアレイパターンを形成した構造を有
し、一方のＳＡＷ共振器４ａにおける反射器間距離
Ｌc1、反射器内有効距離δ1 及びアレイピッチｄ1 に対
し、他方のＳＡＷ共振器４ｂにおける反射器間距離
Ｌc2、反射器内有効距離δ2 及びアレイピッチｄ2 を規
定の周波数差Ｆが得られる寸法比Ｋをもつ相似パターン
とし、一対のＳＡＷ共振器間の頂点温度Ｔ10，Ｔ20の差
ΔＴを零又は最小に抑えたことを特徴とする。
【００１５】更に本発明の傾斜センサにあっては、一対
のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの反射器間距離Ｌc と反射器
内有効距離δとの構成比（Ｌc ／δ）を、この構成比Ｌ
c ／δの変化に対し頂点温度Ｔ0 の変化が最小となる変
曲点又はその近傍の値に設定したことを特徴とする。
のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの反射器間距離Ｌc と反射器
内有効距離δとの構成比（Ｌc ／δ）を、この構成比Ｌ
c ／δの変化に対し頂点温度Ｔ0 の変化が最小となる変
曲点又はその近傍の値に設定したことを特徴とする。
【００１６】
【作用】このような構成を備えた本発明の傾斜センサに
あっては、カンチレバーを構成する圧電基板の両面に設
けるＳＡＷ共振器の電極パターンとして、一方のパター
ンに対し他方のパターンを例えばＫ＝０．９９９６とい
った倍率の相似パターンとすることで、発振周波数を異
ならせるために反射器間距離Ｌc を変えても、２つのＳ
ＡＷ共振器の構成比（Ｌc ／δ）を同じにすることがで
き、構成比（Ｌc／δ）が同じであれば頂点温度も同じ
になるために、頂点温度差ΔＴを零もしくは極く小さな
値とすることができる。
あっては、カンチレバーを構成する圧電基板の両面に設
けるＳＡＷ共振器の電極パターンとして、一方のパター
ンに対し他方のパターンを例えばＫ＝０．９９９６とい
った倍率の相似パターンとすることで、発振周波数を異
ならせるために反射器間距離Ｌc を変えても、２つのＳ
ＡＷ共振器の構成比（Ｌc ／δ）を同じにすることがで
き、構成比（Ｌc／δ）が同じであれば頂点温度も同じ
になるために、頂点温度差ΔＴを零もしくは極く小さな
値とすることができる。
【００１７】その結果、周波数差Ｆは、 Ｆ＝（ｆ1 −ｆ2 ） ＝Δｆ（１−ａｔ2 ）＋ｂ（ｆ10＋ｆ20）θ となって前記（５）式の［２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ・
ｔ］の項がなくなることとなり、温度特性の相違による
計測誤差を生じないか、ごく僅かで済ますことができ、
１／１００度オーダーの傾斜角の検出精度が達成でき
る。
ｔ］の項がなくなることとなり、温度特性の相違による
計測誤差を生じないか、ごく僅かで済ますことができ、
１／１００度オーダーの傾斜角の検出精度が達成でき
る。
【００１８】また実際の製造過程にあっては、２つのＳ
ＡＷ共振器を相似パターンとしても、製造過程での電極
の厚みや幅にばらつきを生じ、頂点温度を同じにするこ
とは困難になる。そこで本発明にあっては、ＳＡＷ共振
器の動作特性として、一対のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの
反射器間距離Ｌc と反射器内有効距離δとの構成比（Ｌ
c ／δ）を変えた場合、頂点温度がほとんど変化しない
点があることに着目し、この点又はその近傍の値となる
ように構成比（Ｌc ／δ）を設定することにより、製造
過程で電極パターンの形状に寸法的なばらつきが生じて
も、頂点温度の変化を最小限に抑え、結果として温度誤
差のきわめて少ない傾斜センサを製造できる。
ＡＷ共振器を相似パターンとしても、製造過程での電極
の厚みや幅にばらつきを生じ、頂点温度を同じにするこ
とは困難になる。そこで本発明にあっては、ＳＡＷ共振
器の動作特性として、一対のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの
反射器間距離Ｌc と反射器内有効距離δとの構成比（Ｌ
c ／δ）を変えた場合、頂点温度がほとんど変化しない
点があることに着目し、この点又はその近傍の値となる
ように構成比（Ｌc ／δ）を設定することにより、製造
過程で電極パターンの形状に寸法的なばらつきが生じて
も、頂点温度の変化を最小限に抑え、結果として温度誤
差のきわめて少ない傾斜センサを製造できる。
【００１９】
【実施例】本発明ではＳＡＷ傾斜センサのカンチレバー
として例えば水晶基板を採用しているが、図１は水晶基
板の両面のそれぞれに形成されるＳＡＷ共振器の電極配
置を対比して示した実施例構成図である。図１におい
て、４ａ，４ｂはＳＡＷ共振器であり、図３に示したよ
うに固定部２に一端を支持され、他端に重り３を装着し
てフリーとした水晶基板で構成されるカンチレバー１の
両側の面のそれぞれに形成される。
として例えば水晶基板を採用しているが、図１は水晶基
板の両面のそれぞれに形成されるＳＡＷ共振器の電極配
置を対比して示した実施例構成図である。図１におい
て、４ａ，４ｂはＳＡＷ共振器であり、図３に示したよ
うに固定部２に一端を支持され、他端に重り３を装着し
てフリーとした水晶基板で構成されるカンチレバー１の
両側の面のそれぞれに形成される。
【００２０】一方のＳＡＷ共振器４ａは送信電極５ａと
受信電極６ａを所定間隔を隔てて配置し、送信電極５ａ
及び受信電極６ａの外側の対称位置に反射器８ａ，９ａ
を形成している。ここで、ＳＡＷ共振器４ａの反射器８
ａと９ａの間の反射器間距離はＬc1であり、また各反射
器８ａ，９ａにおける反射器内有効距離はδ1 となって
いる。
受信電極６ａを所定間隔を隔てて配置し、送信電極５ａ
及び受信電極６ａの外側の対称位置に反射器８ａ，９ａ
を形成している。ここで、ＳＡＷ共振器４ａの反射器８
ａと９ａの間の反射器間距離はＬc1であり、また各反射
器８ａ，９ａにおける反射器内有効距離はδ1 となって
いる。
【００２１】一方、反対面側に形成される他方のＳＡＷ
共振器４ｂについても、送信電極５ｂと受信電極６ｂの
外側の対称位置に反射器８ｂ，９ｂを形成しており、反
射器８ｂと９ｂ間の反射器間距離はＬc2であり、また反
射器８ｂ，９ｂにおける反射器内有効距離はδ2 として
いる。図１のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂにあっては、両者
の電極パターンを相似パターンとしている。即ち、ＳＡ
Ｗ共振器４ａのパターン寸法をＰ１とすると、他方のＳ
ＡＷ共振器４ｂのパターン寸法Ｐ２はパターン寸法Ｐ１
に１より僅かに大きいか或いは僅かに小さい倍率Ｋを掛
け合わせた値であり、両者の間には Ｐ１＝Ｋ×Ｐ２ の寸法関係があり、即ち両者は相似パターンとなってい
る。
共振器４ｂについても、送信電極５ｂと受信電極６ｂの
外側の対称位置に反射器８ｂ，９ｂを形成しており、反
射器８ｂと９ｂ間の反射器間距離はＬc2であり、また反
射器８ｂ，９ｂにおける反射器内有効距離はδ2 として
いる。図１のＳＡＷ共振器４ａ，４ｂにあっては、両者
の電極パターンを相似パターンとしている。即ち、ＳＡ
Ｗ共振器４ａのパターン寸法をＰ１とすると、他方のＳ
ＡＷ共振器４ｂのパターン寸法Ｐ２はパターン寸法Ｐ１
に１より僅かに大きいか或いは僅かに小さい倍率Ｋを掛
け合わせた値であり、両者の間には Ｐ１＝Ｋ×Ｐ２ の寸法関係があり、即ち両者は相似パターンとなってい
る。
【００２２】更に具体的にＳＡＷ共振器４ａ，４ｂにお
ける電極間距離Ｌc1，Ｌc2、反射器内有効距離δ1 ，δ
2 、及び電極ピッチｄ1 ，ｄ2 について見ると、次の関
係式が成立している。 Ｌc1＝Ｋ・Ｌc2 δ1 ＝Ｋ・δ2 （７） ｄ1 ＝Ｋ・ｄ2 このように２つのＳＡＷ共振器４ａ，４ｂを相似パター
ンとすることで両者の頂点温度Ｔ10，Ｔ20を同じにする
ことができ、前記（５）式における温度ドリフト項 ２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ を零とできる。
ける電極間距離Ｌc1，Ｌc2、反射器内有効距離δ1 ，δ
2 、及び電極ピッチｄ1 ，ｄ2 について見ると、次の関
係式が成立している。 Ｌc1＝Ｋ・Ｌc2 δ1 ＝Ｋ・δ2 （７） ｄ1 ＝Ｋ・ｄ2 このように２つのＳＡＷ共振器４ａ，４ｂを相似パター
ンとすることで両者の頂点温度Ｔ10，Ｔ20を同じにする
ことができ、前記（５）式における温度ドリフト項 ２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ を零とできる。
【００２３】図２は本発明で用いるＳＡＷ共振器につい
て、反射器間距離Ｌc と反射器内有効距離δとの構成比
（Ｌc ／δ）に対する頂点温度Ｔ0 の関係を示した特性
図である。この図２の特性図は本願発明者等がＳＡＷ傾
斜センサにおける温度ドリフトの問題を解決するため、
ＳＡＷ傾斜センサの動作機能を実現するシュミレータを
作成し、このシュミレータを使用して構成比（Ｌc ／
δ）を変えて頂点温度Ｔ0 の変動を検討した際に発見さ
れ、更に理論的な検討を行って図２に示す特性が得られ
ることを確認できた。
て、反射器間距離Ｌc と反射器内有効距離δとの構成比
（Ｌc ／δ）に対する頂点温度Ｔ0 の関係を示した特性
図である。この図２の特性図は本願発明者等がＳＡＷ傾
斜センサにおける温度ドリフトの問題を解決するため、
ＳＡＷ傾斜センサの動作機能を実現するシュミレータを
作成し、このシュミレータを使用して構成比（Ｌc ／
δ）を変えて頂点温度Ｔ0 の変動を検討した際に発見さ
れ、更に理論的な検討を行って図２に示す特性が得られ
ることを確認できた。
【００２４】図２の特性から明らかなように、横軸に示
す反射器間距離Ｌc と反射器内有効距離δの構成比（Ｌ
c ／δ）の変化に対し、頂点温度Ｔ0 は略正弦カーブと
なるように周期的に変化することが分かった。この図２
の特性から次のことが判る。まず図７に示した従来パタ
ーンにあっては、反射器間距離Ｌc のみを変えて反射器
有効距離をδを変えていないため、構成比（Ｌc ／δ）
がＳＡＷ共振器毎に異なり、その結果、頂点温度に相違
を生ずることになる。
す反射器間距離Ｌc と反射器内有効距離δの構成比（Ｌ
c ／δ）の変化に対し、頂点温度Ｔ0 は略正弦カーブと
なるように周期的に変化することが分かった。この図２
の特性から次のことが判る。まず図７に示した従来パタ
ーンにあっては、反射器間距離Ｌc のみを変えて反射器
有効距離をδを変えていないため、構成比（Ｌc ／δ）
がＳＡＷ共振器毎に異なり、その結果、頂点温度に相違
を生ずることになる。
【００２５】これに対し本発明にあっては、図１に示し
たように２つのＳＡＷ共振器４ａ，４ｂを相似パターン
とすることで、反射器間距離がＬc1，Ｌc2と異なっても
反射器内有効距離δ1 ，δ2 との間の構成比（Ｌc1／δ
1 ）と（Ｌc2／δ2 ）は等しく、図２の横軸の位置は変
化しないことになる。このため、図１に示した本発明の
ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂにあっては、図２の特性曲線上
の任意の１点で頂点温度が決まり、当然に頂点温度Ｔ10
＝Ｔ20となる。
たように２つのＳＡＷ共振器４ａ，４ｂを相似パターン
とすることで、反射器間距離がＬc1，Ｌc2と異なっても
反射器内有効距離δ1 ，δ2 との間の構成比（Ｌc1／δ
1 ）と（Ｌc2／δ2 ）は等しく、図２の横軸の位置は変
化しないことになる。このため、図１に示した本発明の
ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂにあっては、図２の特性曲線上
の任意の１点で頂点温度が決まり、当然に頂点温度Ｔ10
＝Ｔ20となる。
【００２６】このように、相似パターンによって２つの
ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの頂点温度Ｔ10，Ｔ20が等しく
なれば、頂点温度差ΔＴ＝０となり、従って前記（５）
式は Ｆ＝Δｆ（１−ａｔ2 ）＋ｂ（ｆ10＋ｆ20）θ （８） となり、温度ドリフト項 ２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ を無くすことができる。
ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの頂点温度Ｔ10，Ｔ20が等しく
なれば、頂点温度差ΔＴ＝０となり、従って前記（５）
式は Ｆ＝Δｆ（１−ａｔ2 ）＋ｂ（ｆ10＋ｆ20）θ （８） となり、温度ドリフト項 ２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ を無くすことができる。
【００２７】次に本発明の第２実施例を説明する。本発
明の第２実施例にあっては、図１に示したように２つの
ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂを相似パターンとすると同時
に、その反射器間距離と反射器内有効記距離の構成比
（Ｌc ／δ）の値を図２の特性曲線における山部のＡ点
あるいはその近傍の値、もしくは谷部のＢ点またはその
近傍の値とする。
明の第２実施例にあっては、図１に示したように２つの
ＳＡＷ共振器４ａ，４ｂを相似パターンとすると同時
に、その反射器間距離と反射器内有効記距離の構成比
（Ｌc ／δ）の値を図２の特性曲線における山部のＡ点
あるいはその近傍の値、もしくは谷部のＢ点またはその
近傍の値とする。
【００２８】この特性曲線における点Ａ，Ｂ及びその近
傍にあっては、構成比（Ｌc ／δ）の変動に対し頂点温
度のシフト量が少ないことが明らかである。このよう
に、反射器間距離と反射器内有効距離の構成比（Ｌc ／
δ）を点Ａ，Ｂまたはその近傍の値となるように決める
ことで、図１に示したＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの電極パ
ターンを製造する際に生ずる厚さ，幅等の寸法的なばら
つきによる頂点温度Ｔ10，Ｔ20の差ΔＴを最小限に抑え
ることができる。
傍にあっては、構成比（Ｌc ／δ）の変動に対し頂点温
度のシフト量が少ないことが明らかである。このよう
に、反射器間距離と反射器内有効距離の構成比（Ｌc ／
δ）を点Ａ，Ｂまたはその近傍の値となるように決める
ことで、図１に示したＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの電極パ
ターンを製造する際に生ずる厚さ，幅等の寸法的なばら
つきによる頂点温度Ｔ10，Ｔ20の差ΔＴを最小限に抑え
ることができる。
【００２９】即ち、設計段階で同じ構成比（Ｌc ／δ）
が得られる相似パターンの寸法設定を行っていても、水
晶基板の両面に図１に示すそれぞれの電極パターンを形
成する製造段階にあっては、様々な要因により電極の厚
さ，幅等に必ずばらつきを生じてしまう。このように電
極パターンの寸法関係にばらつきを生ずるとパターンの
相似性が崩れ、結果として両者の頂点温度Ｔ10，Ｔ20に
温度差ΔＴを生じ、温度ドリフト項を除いたり小さくす
ることができなくなる。
が得られる相似パターンの寸法設定を行っていても、水
晶基板の両面に図１に示すそれぞれの電極パターンを形
成する製造段階にあっては、様々な要因により電極の厚
さ，幅等に必ずばらつきを生じてしまう。このように電
極パターンの寸法関係にばらつきを生ずるとパターンの
相似性が崩れ、結果として両者の頂点温度Ｔ10，Ｔ20に
温度差ΔＴを生じ、温度ドリフト項を除いたり小さくす
ることができなくなる。
【００３０】これに対し図２の点Ａ，Ｂあるいはその近
傍の値の構成比（Ｌc ／δ）となるように反射器間距
離，反射器内有効距離、更に電極ピッチを決めておくこ
とで、製造段階で電極パターンに厚さや幅のばらつきが
起きても、図２の特性から明らかなように点Ａ，Ｂ及び
その近傍では構成比（Ｌc ／δ）が変わってもそれ程頂
点温度はシフトせず、製造時のばらつきによる頂点温度
差ΔＴを最小限に抑え、結果的に前記（３）式の温度ド
リフト項 ２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ を極く小さい値にして傾斜角の計測精度を向上すること
ができる。
傍の値の構成比（Ｌc ／δ）となるように反射器間距
離，反射器内有効距離、更に電極ピッチを決めておくこ
とで、製造段階で電極パターンに厚さや幅のばらつきが
起きても、図２の特性から明らかなように点Ａ，Ｂ及び
その近傍では構成比（Ｌc ／δ）が変わってもそれ程頂
点温度はシフトせず、製造時のばらつきによる頂点温度
差ΔＴを最小限に抑え、結果的に前記（３）式の温度ド
リフト項 ２ａ（ｆ10／Δｆ）ΔＴ を極く小さい値にして傾斜角の計測精度を向上すること
ができる。
【００３１】図１に示した本発明のＳＡＷセンサに用い
るＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの特性としては、例えば発振
周波数ｆ1 ，ｆ2 として１９６ＭＨｚ帯を使用し、両者
の差周波数Ｆ＝８０ｋＨｚとした場合、反射器間距離Ｌ
c1とＬc2の間には Ｌc1＝０．９９９６×Ｌc2 Ｌc2＝１９９１μｍ となる。この相似パターンのＳＡＷ共振器を作成して頂
点温度Ｔ10，Ｔ20を求めたところ、Ｔ10＝２．９８℃、
Ｔ20＝２．８８℃となり、頂点温度差ΔＴを０．１℃に
抑え込むことができた。
るＳＡＷ共振器４ａ，４ｂの特性としては、例えば発振
周波数ｆ1 ，ｆ2 として１９６ＭＨｚ帯を使用し、両者
の差周波数Ｆ＝８０ｋＨｚとした場合、反射器間距離Ｌ
c1とＬc2の間には Ｌc1＝０．９９９６×Ｌc2 Ｌc2＝１９９１μｍ となる。この相似パターンのＳＡＷ共振器を作成して頂
点温度Ｔ10，Ｔ20を求めたところ、Ｔ10＝２．９８℃、
Ｔ20＝２．８８℃となり、頂点温度差ΔＴを０．１℃に
抑え込むことができた。
【００３２】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、２つのＳＡＷ共振器を相似パターンとすることで両
者の頂点温度を同一にし、多周波数の検出における温度
ドリフトを除去または最小限に抑えて傾斜角の測定精度
を向上できる。更に、電極パターンにおける反射器間距
離と反射器内有効距離との構成比を頂点温度の変動の少
ない点またはその近傍の値とすることで、相似パターン
をもつＳＡＷセンサの製造段階で生ずる電極パターンの
厚さや幅のばらつきに対し頂点温度差を最小に抑え、微
細な相似電極パターンを形成する製造段階での歩留まり
を大幅に向上できる。
ば、２つのＳＡＷ共振器を相似パターンとすることで両
者の頂点温度を同一にし、多周波数の検出における温度
ドリフトを除去または最小限に抑えて傾斜角の測定精度
を向上できる。更に、電極パターンにおける反射器間距
離と反射器内有効距離との構成比を頂点温度の変動の少
ない点またはその近傍の値とすることで、相似パターン
をもつＳＡＷセンサの製造段階で生ずる電極パターンの
厚さや幅のばらつきに対し頂点温度差を最小に抑え、微
細な相似電極パターンを形成する製造段階での歩留まり
を大幅に向上できる。
【図１】本発明の一実施例を２つのＳＡＷ共振器の電極
パターンの対比により示した実施例構成図
パターンの対比により示した実施例構成図
【図２】本発明の原理となる反射間距離と反射器内有効
距離の構成比に対する頂点温度のシフト量の関係を示し
た特性図
距離の構成比に対する頂点温度のシフト量の関係を示し
た特性図
【図３】傾斜センサの構造説明図
【図４】傾斜センサに用いるカンチレバーの取付状態を
示した説明図
示した説明図
【図５】傾斜センサに用いるＳＡＷ共振器の電極パター
ンの説明図
ンの説明図
【図６】ＳＡＷ共振器の共振周波数と温度との関係を示
した特性図
した特性図
【図７】従来のＳＡＷ共振器における共振周波数を異な
らせるための寸法関係を示した説明図
らせるための寸法関係を示した説明図
１：カンチレバー（水晶基板） ２：固定部 ３：重り ４ａ，４ｂ：ＳＡＷ共振器 ５ａ，５ｂ：送信電極 ６ａ，６ｂ：受信電極 ８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ：反射器 １０，１１：アンプ １２ａ，１２ｂ：ＳＡＷ発振器 １４：混合器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 秀樹 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 特開 昭63−184071（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−222511（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 9/00 - 9/36 G01B 7/30
Claims (2)
- 【請求項１】一端を固定し他端をフリーにして重りを装
着した圧電基板で作られたカンチレバーと、該カンチレ
バーの表裏両面に各々形成された共振周波数の異なる一
対のＳＡＷ共振器と、該ＳＡＷ共振器の出力を正帰還し
て前記共振周波数に一致する周波数（ｆ1 ，ｆ2 ）の信
号を発振する一対のＳＡＷ発振器と、該一対のＳＡＷ発
振器の発振信号の周波数差（Ｆ）を検出する混合器と、
該混合器から出力された周波数差（Ｆ）に基づいて前記
カンチレバーの傾斜角θを検出する傾斜センサに於い
て、 前記一対のＳＡＷ共振器は、前記圧電基板上に送信電極
アレイ及び受信電極アレイを配列すると共に該送信電極
及び受信電極の外側に反射器アレイを形成した構造を有
し、一方のＳＡＷ共振における反射器間距離（Ｌc1）、
反射器内有効距離（δ1 ）及びアレイピッチ（ｄ1 ）に
対し他方のＳＡＷ共振器における反射器間距離
（Ｌc2）、反射器内有効距離（δ2 ）及びアレイピッチ
（ｄ2 ）を規定の周波数差（Ｆ）が得られる寸法比
（Ｋ）をもつ相似パターンとし、一対のＳＡＷ共振器間
の頂点温度（Ｔ10，Ｔ20）の差（ΔＴ）を零又は最小に
抑えたことを特徴とする傾斜センサ。 - 【請求項２】請求項１記載の傾斜センサに於いて、前記
一対のＳＡＷ共振器の反射器間距離（Ｌc ）と反射器内
有効距離（δ）との構成比（Ｌc ／δ）を、該構成比
（Ｌc／δ）の変化に対し頂点温度（Ｔ0 ）の変化が最
小となる変曲点又はその近傍の値に設定したことを特徴
とする傾斜センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3310629A JP3017344B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 傾斜センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3310629A JP3017344B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 傾斜センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05141969A JPH05141969A (ja) | 1993-06-08 |
| JP3017344B2 true JP3017344B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=18007561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3310629A Expired - Fee Related JP3017344B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 傾斜センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3017344B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4984539B2 (ja) * | 2006-01-17 | 2012-07-25 | セイコーエプソン株式会社 | 傾斜センサおよび傾き角度の測定方法 |
| JP6604238B2 (ja) * | 2016-03-03 | 2019-11-13 | Ｔｄｋ株式会社 | 弾性波センサ |
-
1991
- 1991-11-26 JP JP3310629A patent/JP3017344B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05141969A (ja) | 1993-06-08 |
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