(57)【要約】      （修正有）【課題】送受信型弾性表面波デバイスにおいて、多重反射によりリプルの原因を抑え、測定ノイズの低減及び高感度化を可能にする弾性表面波デバイスを提供する。【解決手段】参照チャネル１０Ｒと測定チャネル１０Ｍとを備え、各チャネル１０Ｒ、１０Ｍには、送受信型のＩＤＴ１１Ｒ、１１Ｍと、該ＩＤＴ１１Ｒ、１１Ｍからの弾性表面波を反射する反射器１２Ｒ、１２Ｍとを有し、前記参照チャネル１０Ｒの前記反射器１２Ｒで反射され前記ＩＤＴ１１Ｒにより受信される第２反射波のレベルのピークに、前記測定チャネル１０Ｍの前記反射器１２Ｍで反射され前記ＩＤＴ１１Ｍにより受信される第１反射波のレベルのピークが重なるように、前記ＩＤＴ１１Ｒと前記反射器１２Ｒ及び前記ＩＤＴ１１Ｍと前記反射器１２Ｍを配設したので、参照チャネル１０Ｒの多重反射信号と測定信号は同時に送信され、リップルのない信号が出力され、低ノイズの測定が可能となる。【選択図】図１
2020119464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照チャネルと、測定チャネルとを備え、
各チャネルには、送受信型の櫛型電極と、該櫛型電極からの弾性表面波を反射する反射器と、を有し、
前記参照チャネルにおける、前記反射器により反射され前記櫛型電極により受信される２回目の反射波である第２反射波のレベルのピークに、前記測定チャネルにおける、前記反射器により反射され前記櫛型電極により受信される１回目の反射波である第１反射波のレベルのピークが重なるように、
前記参照チャネルの前記櫛型電極と前記反射器及び前記測定チャネルの前記櫛型電極と前記反射器を配設した、
ことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記参照チャネルにおける前記第２反射波における位相と、前記測定チャネルの前記第１反射波における位相とが同相になるように、
前記参照チャネルの前記櫛型電極と前記反射器との間隔又は前記測定チャネルの前記櫛型電極と前記反射器との間隔の少なくとも一方が設定された
ことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
参照チャネルと、測定チャネルとを備え、
各チャネルには、送受信型の櫛型電極と、該櫛型電極からの弾性表面波を反射する反射器と、を有した弾性表面波デバイスの調整方法であって、
前記参照チャネルにおける、前記反射器により反射され前記櫛型電極により受信される２回目の反射波である第２反射波のレベルのピークに、前記測定チャネルにおける、前記反射器により反射され前記櫛型電極により受信される１回目の反射波である第１反射波のレベルのピークが重なるように
前記参照チャネルの櫛型電極と反射器との間隔又は前記測定チャネルの櫛型電極と反射器との間隔の少なくとも一方を調整した、
ことを特徴とする弾性表面波デバイスの調整方法。
【請求項４】
前記参照チャネルにおける前記第２反射波における位相と、前記測定チャネルの前記第１反射波における位相とが同相になるように、
前記参照チャネルの櫛型電極と反射器との間隔又は前記測定チャネルの櫛型電極と反射器との間隔の少なくとも一方を調整した
ことを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波デバイスの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振子型の弾性表面波デバイスにおいて、とくに利得を向上することができる弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、パッシブ型ワイヤレス弾性表面波温度センサは、周囲の温度変化を弾性表面波の音速の変化として捉え、測定した音速の変化量から周囲温度の変化を見積もり、温度測定を行うことで知られている。
【０００３】
ところで、ワイヤレス弾性表面波温度センサにあっては、電気信号から電波信号へ、電気信号から弾性表面波信号へ、など、信号変換時に位相がずれてしまったり、或いは電波が空間中で位相ずれが生じたりしてしまうことがあり、温度センサとしての性能が劣化することがある。
【０００４】
そのため、参照チャネルと測定チャネルの差動信号を利用することが行われている（特許文献１）。
【０００５】
図９〜図１２は、２つのチャネル（参照チャネルと測定チャネル）で、温度測定を行う弾性表面波温度センサの一例を示す。
【０００６】
図９は、弾性表面波デバイス１００を概略的に示す平面図であり、図１０は反射波のレベルを時間応答で示すグラフ図であり、図１１及び図１２は各チャネルの周波数特性を示すグラフ図である。
【０００７】
図９に示すように、弾性表面波デバイス１００は、参照チャネル１１０Ｒと測定チャネル１１０Ｍとを備え、各チャネルにはそれぞれ櫛型電極（以下ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）と略す。）１１１Ｒ、１１１Ｍと反射器１１２Ｒ、１１２Ｍとが配設されている。
【０００８】
なお、ＩＤＴ１１１Ｒと１１１Ｍとは同じ特性の素子であり、また、反射器１１２Ｒと１１２Ｍとも同じ特性の素子である。そして、参照チャネル１１０Ｒと測定チャネル１１０Ｍとは、それぞれのＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍと反射器１１２Ｒ、１１２Ｍとの間隔が異なるだけで、構成及びその作用については同じである。
【０００９】
このような各ＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍに所定の電圧の電気信号を印加すると、ＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍが励振されて、各反射器１１２Ｒ、１１２Ｍに向けて、結晶基板上に機械振動である弾性表面波が発生し、結晶基板面上を伝搬する。
【００１０】
そして、弾性表面波はそれぞれの反射器１１２Ｒ、１１２Ｍによって反射され、ＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍに戻り、ＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍを受信電極として電気機械変換されて電気信号として出力される。
【００１１】
ＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍに戻った弾性表面波は、それぞれＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍによっても反射され、再び反射器１１２Ｒ、１１２Ｍに向けて伝搬し、反射器１１２Ｒ、１１２Ｍにより２回目の反射が行われ、ＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍに戻る。
【００１２】
このように一旦励振された弾性表面波は、ＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍと反射器１１２Ｒ、１１２Ｍとの間を減衰しながら反射が繰り返され、多重反射として電気信号が出力される。
【００１３】
以下、参照チャネル１１０Ｒ、測定チャネル１１０Ｍにおいて、反射器１１２Ｒ、１１２Ｍにより反射してＩＤＴ１１１Ｒ、１１１Ｍに戻ってきた弾性表面波のうち、１回目の反射波を「第１反射波」と、２回目の反射波を「第２反射波」と、３回目の反射波を「第３反射波」等という。
【００１４】
図１０は、そのような出力信号のレベルを時間応答で示したものであり、図中、横軸（時間軸）０．３〜２．６μｓの範囲が参照チャネル１１０Ｒの応答であり、それ以降の時間範囲が主として測定チャネル１１０Ｍの応答である。
【００１５】
図中、参照チャネル１１０Ｒにおける多重反射について、０．６μｓ付近に第１反射波の、１．２μｓ付近に第２反射波の、１．７５μｓ付近に第３反射波の、２．３μｓ付近に第４反射波の信号のピークがそれぞれ現れている。
【００１６】
また、図中、測定チャネル１１０Ｍにおける多重反射について、２．８μｓ付近に第１反射波の、３．４μｓ付近に第２反射波の、４．０μｓ付近に第３反射波の信号のピークがそれぞれ現れており、そして減衰がかなり大きくなっているが、４．６μｓ付近に第４反射波を確認できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１５−８７７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図１０で分かるように出力信号の強さ（ピーク）は、第１反射波、第２反射波、第３反射波、第４反射波と徐々に減衰していくことになる。
【００１９】
すなわち、本従来例の場合、参照チャネル１１０Ｒ、測定チャネル１１０ＭのいずれにおいてもＩＤＴと反射器間の多重反射により、４つのピークが発生している。
【００２０】
本来、第１反射波のピークを捉えて出力信号とするのが最も効率的であり、感度の良い測定を行うことができるため、通常、ピークが現れる部分にゲートを設けることで、ノイズを含まない信号を出力することが行われる。
【００２１】
しかし、回路設計上の制約等でゲートに幅があると、上述の多重反射やマルチパス（２つのチャネル）の信号が乗ってしまい、弾性表面波信号にリップルが発生してしまう。
【００２２】
図１１は、前記参照チャネル１１０Ｒにおける出力信号を周波数応答で示したグラフ図で、図１２は、前記測定チャネル１１０Ｍにおける出力信号を周波数応答で示したグラフ図である。
【００２３】
図１１及び図１２で示したとおり、いずれも中心周波数２５０ＭＨｚをピークにその近傍にリップルが生じてしまっている。このようなリップルを有する弾性表面波信号の解析では、温度センサとしての精度が劣化するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、参照チャネルと、測定チャネルとを備え、各チャネルには、送受信型の櫛型電極と、該櫛型電極からの弾性表面波を反射する反射器と、を有し、前記参照チャネルにおける、前記反射器により反射され前記櫛型電極により受信される２回目の反射波である第２反射波のレベルのピークに、前記測定チャネルにおける、前記反射器により反射され前記櫛型電極により受信される１回目の反射波である第１反射波のレベルのピークが重なるように、前記参照チャネルの前記櫛型電極と前記反射器及び前記測定チャネルの前記櫛型電極と前記反射器を配設した、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項１の発明によれば、参照チャンネルの第２反射波のピークと測定チャネルの第１反射波のピークを重ねる。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の弾性表面波デバイスにおいて、前記参照チャネルにおける前記第２反射波における位相と、前記測定チャネルの前記第１反射波における位相とが同相になるように、前記参照チャネルの前記櫛型電極と前記反射器との間隔又は前記測定チャネルの前記櫛型電極と前記反射器との間隔の少なくとも一方が設定された、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、参照チャネルと、測定チャネルとを備え、各チャネルには、送受信型の櫛型電極と、該櫛型電極からの弾性表面波を反射する反射器と、を有した弾性表面波デバイスの調整方法であって、前記参照チャネルにおける、前記反射器により反射され前記櫛型電極により受信される２回目の反射波である第２反射波のレベルのピークに、前記測定チャネルにおける、前記反射器により反射され前記櫛型電極により受信される１回目の反射波である第１反射波のレベルのピークが重なるように前記参照チャネルの櫛型電極と反射器との間隔又は前記測定チャネルの櫛型電極と反射器との間隔の少なくとも一方を調整した、ことを特徴とする。
【００２８】
請求項４の発明は、請求項３に記載の弾性表面波デバイスの調整方法において、前記参照チャネルにおける前記第２反射波における位相と、前記測定チャネルの前記第１反射波における位相とが同相になるように、前記参照チャネルの櫛型電極と反射器との間隔又は前記測定チャネルの櫛型電極と反射器との間隔の少なくとも一方を調整した、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１及び請求項３に記載の発明によれば、参照チャネルの第２反射波のレベルのピークと測定チャネルの第１反射波のレベルのピークとを重ね合わせたので、周波数特性ではリップルがなく、ノイズの発生が少ない出力信号を得ることができ、これにより、感度の良い測定を可能にすることができる。
【００３０】
請求項２及び請求項４に記載の発明によれば、前記参照チャネルにおける前記第２反射波における位相と、前記測定チャネルの前記第１反射波における位相とを同相になるように、前記参照チャネルの前記櫛型電極と前記反射器との間隔又は前記測定チャネルの前記櫛型電極と前記反射器との間隔の少なくとも一方を設定したことにより、多重反射とのマルチパスによるリップルが減少しより高感度な測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図２及び図３とともにこの発明の実施の形態１に示すもので、本図は弾性表面波デバイスを概略的に示す平面図である。
【図２】反射波のレベルを時間応答で示すグラフ図である。
【図３】測定チャネルにおける周波数特性を示すグラフ図である。
【図４】図５〜図８とともにこの発明の実施の形態２に示すもので、本図は弾性表面波デバイスを概略的に示す平面図である。
【図５】参照チャネルの反射器の位置を第１の位置とした時における、測定チャネルの位相と周波数との関係を示すグラフ図である。
【図６】参照チャネルの反射器の位置を第２の位置とした時における、測定チャネルの位相と周波数との関係を示すグラフ図である。
【図７】参照チャネルの反射器の位置を第３の位置とした時における、測定チャネルの位相と周波数との関係を示すグラフ図である。
【図８】位相合成後の測定チャネルの周波数特性を示すグラフ図である。
【図９】図１０〜図１２とともに、従来の弾性表面波デバイスを説明するもので、本図は弾性表面波デバイスを概略的に示す平面図である。
【図１０】反射波のレベルを時間応答で示すグラフ図である。
【図１１】図１２とともに従来の弾性表面波デバイスの各チャネルの周波数特性を示すグラフ図で、本図は参照チャネルにおける周波数特性を示す。
【図１２】測定チャネルにおける周波数特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、この発明を図示した各実施の形態に基づいて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１〜図３は、この実施の形態１に係る弾性表面波デバイス１を示すもので、図１は弾性表面波デバイスの構成を概略的に示す平面図であり、図２は反射波のレベルを時間応答で示すグラフ図であり、図３は測定チャネルにおける周波数応答を示すグラフ図である。
【００３４】
弾性表面波デバイス１は、上記背景技術で説明した弾性表面波デバイス１００とほぼ同じ構成であり、参照チャネル１０Ｒと測定チャネル１０Ｍとを備え、各チャネルにはそれぞれＩＤＴ１１Ｒ、１１Ｍと反射器１２Ｒ、１２Ｍとが配設されている点も同様である。
【００３５】
背景技術で説明した弾性表面波デバイス１００と実施の形態１における弾性表面波デバイス１とが相違する点は、参照チャネル１０ＲにおけるＩＤＴ１１Ｒと反射器１２Ｒとの間の間隔（Ｄｒ）である。
【００３６】
即ち、この実施の形態１に係る弾性表面波デバイス１の参照チャネル１０ＲにおけるＩＤＴ１１Ｒと反射器１２Ｒとの間の間隔（Ｄｒ）が、測定チャネル１０ＭにおけるＩＤＴ１１Ｍと反射器１２Ｍとの間の間隔（Ｄｍ）のほぼ１／２に設定されている。
【００３７】
そして、上記弾性表面波デバイス１で、各ＩＤＴ１１Ｒ、１１Ｍに所定の電圧の電気信号を印加すると、ＩＤＴ１１Ｒ、１１Ｍが励振されて、各反射器１２Ｒ、１２Ｍに向けて、結晶基板上に機械振動である弾性表面波が発生し、結晶基板面上を伝搬し、上記した背景技術における弾性表面波デバイス１００と同様に、各チャネル１０Ｒ、１０Ｍで、ＩＤＴ１１Ｒ、１１Ｍと反射器１２Ｒ、１２Ｍとの間で弾性表面波の反射が繰り返される。
【００３８】
このとき、参照チャネル１０ＲにおけるＩＤＴ１１Ｒと反射器１２Ｒとの間の間隔（Ｄｒ）と、測定チャネル１０ＭにおけるＩＤＴ１１Ｍと反射器１２Ｍとの間の間隔（Ｄｍ）のとの関係が
Ｄｒ＝１／２×Ｄｍ
に設定されているため、参照チャネル１０Ｒの方が早く、測定チャネル１０Ｍに比較して１／２の時間で第１反射波がＩＤＴ１１Ｒに到達することになる。
【００３９】
そして、参照チャネル１０Ｒにおいては第２反射波がＩＤＴ１１Ｒに戻ってくるタイミングと同時に測定チャネル１０ＭのＩＤＴ１１Ｍに第１反射波が戻ってくることになる。
【００４０】
これにより、この実施の形態１に係る弾性表面波デバイス１にあっては、参照チャネル１０Ｒにおける第２反射波と測定チャネル１０Ｍにおける第１反射波を、同時にＩＤＴ１１Ｒ、１１Ｍで受信することができ、これにより、参照チャネル１０Ｒと測定チャネル１０Ｍとで現れる両出力信号が重ね合わさるようになっている。
【００４１】
この結果、図２に示すように、参照チャネル１０Ｒおよび測定チャネル１０Ｍの信号が観測される時間軸２．０〜３．７μｓの範囲においても、１つのピークが発生することになる。
【００４２】
さらに、周波数応答は、図３に示すように、２５０ＭＨｚを中心にリップルなどが発生することなく、単峰の特性が得られる。
【００４３】
この実施の形態１に係る弾性表面波デバイス１によれば、その出力信号の周波数特性は帯域内にリップルが発生することがないため信号の解析精度を高めることができ、感度の良い低ノイズのセンサを提供することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
図４〜図８は、この実施の形態２に係る弾性表面波デバイス１Ａを示すもので、図４は弾性表面波デバイスの構成を概略的に示す平面図であり、図５〜図７は位相をずらすために参照チャネル１０Ｒ側の反射器１２ＲとＩＤＴ１１Ｒとの間の間隔を微調整した３つの弾性表面波デバイス１Ａにおける位相と周波数の関係を示すグラフ図であり、図８は位相合成後の周波数特性を示すグラフ図である。
【００４５】
この実施の形態２では、参照チャネル１０Ｒ側の反射器１２ＲとＩＤＴ１１Ｒとの間の間隔を微調整した点で実施の形態１と構成が異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。
【００４６】
この実施の形態２にかかる弾性表面波デバイス１Ａは、上述の通り、参照チャネル１０Ｒにおける反射器１２ＲとＩＤＴ１１Ｒとの間の間隔を微調整したもので、その調整の量をλ／１６（λ＝音速における波長）とした。
【００４７】
先ず、参照チャネル１０ＲにおけるＩＤＴ１１Ｒと反射器１２Ｒとの間の間隔（Ｄｒ）が、測定チャネル１０ＭにおけるＩＤＴ１１Ｍと反射器１２Ｍとの間の間隔（Ｄｍ）の１／２に設定して、弾性表面波デバイス１Ａを製作した（この状態を（ｂ）とする）。具体的には、Ｄｒ＝２．３７１５ｍｍであり、このときの参照チャネル１０Ｒにおける第２反射波の位相と周波数の関係及び、測定チャネル１０Ｍにおける第１反射波の位相と周波数の関係は図６に示す特性となる。
【００４８】
次に、（ｂ）の状態から、参照チャネル１０ＲのＩＤＴ１１Ｒと反射器１２Ｒとの間の間隔を＋λ／１６＝＋０．００１ｍｍ分、微調整して製作した（この状態を（ａ）とする）。具体的には、Ｄｒ＝２．３７２５ｍｍであり、このときの参照チャネル１０Ｒにおける第２反射波の位相と周波数の関係及び、測定チャネル１０Ｍにおける第１反射波の位相と周波数の関係は図５に示す特性となる。
【００４９】
さらに、（ｂ）の状態から、参照チャネル１０ＲのＩＤＴ１１Ｒと反射器１２Ｒとの間の間隔を−λ／１６＝−０．００１ｍｍ分、微調整して製作した（この状態を（ｃ）とする）。具体的には、Ｄｒ＝２．３７０５ｍｍであり、このときの参照チャネル１０Ｒにおける第２反射波の位相と周波数の関係及び、測定チャネル１０Ｍにおける第１反射波の位相と周波数の関係は図７に示す特性となる。
【００５０】
なお、このλ／１６は、参照チャネル１０Ｒにおいては、第２反射波であるため、λ／１６×４＝９０°の位相のずれとして現れている。
【００５１】
これら図５〜図７で示すように、Ｄｒ＝２．３７１５ｍｍ（図６）の時に位相合成（位相差＝０°）することができ、位相合成後の周波数特性は図８のとおり、位相差＝０°のときに信号レベルが最も大きくなり、検出がし易くなるという利点がある。
【００５２】
このように、実施の形態２にあっては、大まかには、
Ｄｒ＝１／２×Ｄｍ
の関係ではあるが、参照チャネル１０ＲのＩＤＴ１１Ｒと反射器１２Ｒとの間の間隔をλ／１６ずつ、微調整して、前記測定チャネルの前記第１反射波における位相と、前記参照チャネルにおける前記第２反射波における位相とを同相になるようにすることにより、多重反射とのマルチパスによるリップルが減少しより高感度な測定を行うことができる。
【００５３】
なお、この実施の形態２にあっては、参照チャネル１０ＲのＩＤＴ１１Ｒと反射器１２Ｒとの間の間隔をλ／１６ずつ、微調整したものを示したが、本発明はこれに限らず、測定チャネル１０Ｍ側のＩＤＴ１１Ｍと反射器１２Ｍとの間の間隔をλ／１６ずつ、微調整するようにしても良い。
【００５４】
また、ＩＤＴ１１Ｒ、１１Ｍと反射器１２Ｒ、１２Ｍとの間隔の微調整はλ／１６に限ることもなく、前記測定チャネルの前記第１反射波における位相と、前記参照チャネルにおける前記第２反射波における位相とを同相になるようにすることができればよい。
【００５５】
さらに、この発明における測定チャネルが検出する物理量は、上述の温度変化に限られず、例えば、圧力や加速度等も得られる。
【００５６】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１                弾性表面波デバイス
１０Ｒ            参照チャネル
１１Ｒ            ＩＤＴ（櫛型電極）
１２Ｒ            反射器
１０Ｍ            測定チャネル
１１Ｍ            ＩＤＴ（櫛型電極）
１２Ｍ            反射器
１Ａ              弾性表面波デバイス
【図１】
2020119464.tif 000003
【図２】
2020119464.tif 000004
【図３】
2020119464.tif 000005
【図４】
2020119464.tif 000006
【図５】
2020119464.tif 000007
【図６】
2020119464.tif 000008
【図７】
2020119464.tif 000009
【図８】
2020119464.tif 000010
【図９】
2020119464.tif 000011
【図１０】
2020119464.tif 000012
【図１１】
2020119464.tif 000013
【図１２】
2020119464.tif 000014