(57)【要約】【課題】球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路を周回する弾性表面波を正確に測定できる周回数を従来に比べ遥かに多くすることが出来、ひいては外部環境の測定精度を従来に比べ遥かに向上させることが出来る、球状弾性表面波装置を提供することである。【解決手段】この発明の球状弾性表面波装置は：少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されている弾性表面波周回路１０ａを外表面に含む球状弾性表面波素子１０と；上記周回路に対向して配置された弾性表面波・励起／検知手段１４と；そして、上記素子及び上記手段の少なくともいずれか一方を他方に対し相対的に移動可能に支持し、上記周回路と上記手段との間の距離を調節して上記手段により上記周回路に励起する弾性表面波の強度及び上記周回路を周回した弾性表面波を検知しそれに対応して上記手段が発する信号の強度を調整する相対距離調節手段１８と、を備えていることを特徴としている。【選択図】    図１
2010025930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されており弾性表面波が励起可能で励起された弾性表面波が上記円環の連続する方向に伝搬し周回可能な弾性表面波周回路を外表面に含む球状弾性表面波素子と；
球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路に対向して配置され、弾性表面波周回路に弾性表面波を励起し励起された弾性表面波を上記円環の連続する方向に伝搬させて周回させるとともに、弾性表面波周回路を周回してきた弾性表面波を検知して周回してきた弾性表面波に対応した受信信号を発する弾性表面波・励起／検知手段と；そして、
球状弾性表面波素子及び弾性表面波・励起／検知手段の少なくともいずれか一方を他方に対し相対的に移動可能に支持し、弾性表面波周回路と弾性表面波・励起／検知手段との間の距離を調節して弾性表面波・励起／検知手段により弾性表面波周回路に励起する弾性表面波の強度及び弾性表面波周回路を周回してきた弾性表面波を検知し周回してきた弾性表面波に対応して弾性表面波・励起／検知手段が発する受信信号の強度を変更する相対距離調節手段と、
を備えていることを特徴とする球状弾性表面波装置。
【請求項２】
相対距離調節手段は、球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段を接近して配置させ弾性表面波周回路に弾性表面波を励起させ伝搬させ上記周回を開始させた後には、弾性表面波周回路から弾性表面波・励起／検知手段を遠ざけて弾性表面波周回路を周回する弾性表面波に弾性表面波・励起／検知手段が電磁気的な影響を与えなくするとともに、励起した時から所定の時間経過後に弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段を接近して配置させ弾性表面波周回路を周回してきた弾性表面波に対応した受信信号を弾性表面波・励起／検知手段に発生させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の球状弾性表面波装置。
【請求項３】
弾性表面波・励起／検知手段は、すだれ状電極と、すだれ状電極に対し高周波信号を選択的に供給する高周波信号発生源と、を含んでおり、
相対距離調節手段は、球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段を接近して配置させ弾性表面波周回路に弾性表面波を励起させ伝搬させ上記周回を開始させる時及び励起した時から所定の時間経過後に弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段を接近して配置させ弾性表面波周回路を周回してきた弾性表面波に対応した受信信号を弾性表面波・励起／検知手段に発生させる時には弾性表面波・励起／検知手段のすだれ状電極をすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４以下の距離まで弾性表面波周回路に対し接近させ、弾性表面波周回路から弾性表面波・励起／検知手段を遠ざけることによって弾性表面波周回路上を伝搬する弾性表面波に電磁気的な作用を与えなくする時には弾性表面波・励起／検知手段のすだれ状電極をすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４以上の距離まで弾性表面波周回路から遠ざける、
ことを特徴とする請求項２に記載の球状弾性表面波装置。
【請求項４】
相対距離調節手段は、球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段を、弾性表面波周回路の円環状の延出方向に対し交差する方向又は弾性表面波周回路に対し上記少なくとも球形状の一部の半径方向に沿った方向に移動させる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の球状弾性表面波装置。
【請求項５】
相対距離調節手段は、電圧の供給により変形を生じる材料を含む、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の球状弾性表面波装置。
【請求項６】
球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路に沿った複数の位置に対向して複数の相対距離調節手段が配置されていて、１つの相対距離調節手段の弾性表面波・励起／検知手段が弾性表面波周回路に対し相互に正反対の方向に同じ速度で同じ強度で伝搬を開始する２つの弾性表面波を励起させ、２つの弾性表面波の夫々の複数の特性の中の少なくとも１つを残りの相対距離調節手段の弾性表面波・励起／検知手段により相互に異なる時間に測定する、
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の球状弾性表面波装置。
【請求項７】
球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路に沿った２つの位置に対向して２つの相対距離調節手段が配置されていて、一方の相対距離調節手段の弾性表面波・励起／検知手段が弾性表面波周回路に対し相互に正反対の方向に同じ速度で同じ強度で伝搬を開始する２つの弾性表面波を励起させ、他方の相対距離調節手段の弾性表面波・励起／検知手段が一方の弾性表面波の位相差と他方の弾性表面波の強度とを相互に異なる時間に測定する、
ことを特徴とする請求項６に記載の球状弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、球状弾性表面波装置に関係している。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されており弾性表面波が励起可能で励起された弾性表面波が上記円環の連続する方向に伝搬し周回可能な弾性表面波周回路を外表面に含む球状弾性表面波素子と；そして、球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路上に又は上記周回路に対向して配置され、弾性表面波周回路に弾性表面波を励起し励起された弾性表面波を上記円環の連続する方向に伝搬させて周回させるとともに、弾性表面波周回路を周回してきた弾性表面波を検知し周回してきた弾性表面波に対応した受信信号を発する弾性表面波・励起／検知手段と、を備えた球状弾性表面波装置は例えば特開２００５−９４６０９号公報（特許文献１）の図７などにより既に良く知られている。
【０００３】
球状弾性表面波素子は、弾性表面波を励起させることが出来ない材料を使用して少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されている部分を外表面に含むよう形成された基材の上記外表面において少なくとも上記円環状の部分を弾性表面波が励起可能な材料により被覆することにより形成されるか、又は、弾性表面波が励起可能な材料を使用して少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されている部分を外表面に含むよう形成される。
【０００４】
ここで弾性表面波が励起可能な材料としては通常圧電材料が使用され、球状弾性表面波素子の全体を弾性表面波が励起可能な材料を使用して形成する場合には圧電材料として、例えば水晶，ニオブ酸リチウム（LiNbO3）,タンタル酸リチウム（LiTaO3），ランガサイト（La3Ga5SiO14）及びこれらのファミリーの如き圧電性結晶材料が使用される。この場合には、上記少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されている部分は圧電性結晶材料の結晶面が上記外表面と交差する線上にあり、上記円環状に連続している方向は上記線のほぼ延出方向である。
【０００５】
そして、圧電性結晶材料の球状弾性表面波素子は、製造コストを考慮して、通常は略１０ｍｍ〜略１ｍｍの径の球形状にされている。
【０００６】
弾性表面波・励起／検知手段は種々の構成であることが出来、製造コスト、装置の大きさ、変換効率などを考慮して、通常はいわゆるすだれ状電極（櫛形電極とも言われる）が使用される。
【０００７】
すだれ状電極は一対の櫛形状端子部を夫々の複数の櫛歯状電極枝を交互に配置して組み合わせた形状をしていて、圧電性結晶材料の外表面の上記少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されている部分に例えばフォトリソグラフィー（写真製版）により直接形成されるか、又は圧電性結晶材料の球状弾性表面波素子とは別体のすだれ状電極支持部材の表面に圧電性結晶材料の外表面の上記部分と相似形状に形作られた部分球形状凹所の内表面に例えばフォトリソグラフィー（写真製版）により直接形成された後に圧電性結晶材料の外表面の上記部分に対し所定の隙間（励起する弾性表面波の波長の１／４以下）を介して対向して配置される。
【０００８】
一対の櫛形状端子部の間に所定の周波数の高周波信号をバースト状に適用することにより相互に隣接した２つの櫛歯状電極枝間の距離に対応した波長の弾性表面波を圧電性結晶材料の外表面の上記部分に励起させることが出来、励起された弾性表面波の幅は相互に隣接した２つの櫛歯状電極枝において相互に対向している部分の長さに対応している。
【０００９】
また、すだれ状電極の一対の櫛形状端子部の複数の櫛歯状電極枝が交互に配列された方向が上述した如く励起された弾性表面波の波面が圧電性結晶材料の外表面の上記部分において略進行する方向になる。従って、圧電性結晶材料の外表面の上記部分にすだれ状電極により弾性表面波を励起させ、この弾性表面波を上記部分において上記部分が円環状に連続する方向に伝搬させるには、すだれ状電極の一対の櫛形状端子部の複数の櫛歯状電極枝が上記方向に配列されるようにしなければならない。
【００１０】
例えば国際公開ＷＯ  ０１／４５２５５  Ａ１号公報（特許文献２）により知られているように、球状弾性表面波素子の外表面の上記部分の曲率や上記部分の連続する方向（即ち、励起された弾性表面波を伝搬させる方向）と直交する方向における励起する弾性表面波の幅（弾性表面波・励起／検知手段がすだれ状電極の場合にはすだれ状電極の複数の電極枝が相互に対向している部分の長さ）や上記部分に励起する弾性表面波の周波数（弾性表面波・励起／検知手段がすだれ状電極の場合にはすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期）などの所定の項目を所定の条件に設定し、上記連続する方向に向かい弾性表面波を励起させることにより、上記励起された弾性表面波を上記外表面の上記部分に沿い上記部分の連続する方向に対し交差する方向に大きく拡散させることなく繰り返し周回させることができる。
【００１１】
球状弾性表面波素子は、圧電性結晶材料の外表面の上記部分（即ち、弾性表面波周回路）に外部環境の変化に感応する感応膜を設け、上記感応膜が接する外部環境、例えばガス濃度、の変化に対応して上記周回路を周回する弾性表面波の伝搬速度や振動エネルギーの減衰率が変化し、ひいては弾性表面波・励起／検知手段からの出力で得られる上記周回路をバースト状の弾性表面波が１周するのに要する時間（位相）や１周する毎に弾性表面波の位相や強度が変化することを利用して、外部環境、例えばガス濃度、の変化を測定することに利用することが出来る。
【００１２】
例えば上記ガス濃度が濃くなれば、この濃度変化に対応した上記感応膜の変化の影響により上記周回路を周回するバースト状の弾性表面波の周回速度が遅くなり、ひいては上記周回路をバースト状の弾性表面波が１周するのに要する時間が多くなる。また、これと同じ場合に、１周する毎の弾性表面波の位相に遅延が生じ、そして強度に低下が生じる。
【００１３】
上述した如き環境の変化による、上記周回路を１周する間におけるバースト状の弾性表面波の周回速度の変化や、上記周回路をバースト状の弾性表面波が１周するのに要する時間の変化や、１周する毎の弾性表面波の位相の遅延や、そして強度の低下の夫々は微小であるが、上記周回路を弾性表面波が周回する回数が増加すればするほどこれらの変化は重畳され大きくなる。即ち、上記変化の測定精度が向上する。
【００１４】
従って、球状弾性表面波素子を使用して上述した如く外部環境の変化を測定する場合には、上記周回路を周回する弾性表面波の振動エネルギーの減衰率が上記外部環境の変化以外の要因で低下することは好ましくないことは明らかである。
【００１５】
球状弾性表面波素子において公知の弾性表面波・励起／検知手段としてすだれ状電極を使用する場合には、前述した前者の場合の如く上記部分（即ち、弾性表面波周回路）にすだれ状電極を直接形成すると、すだれ状電極により圧電性結晶材料の外表面の上記部分に励起され上記部分の上記連続する方向に伝搬する弾性表面波は、上記外表面の上記部分の上記周回路に沿い周回する間にすだれ状電極の質量による反射等の影響を受け、その度に散乱することで振動エネルギーが損失する。
【００１６】
このことは、球状弾性表面波素子において公知の弾性表面波・励起／検知手段としてすだれ状電極を使用する場合には、前述した後者の場合の如く圧電性結晶材料の球状弾性表面波素子とは別体のすだれ状電極支持部材の表面に圧電性結晶材料の外表面の上記部分と相似形状に形作られた部分球形状凹所の内表面にすだれ状電極を直接形成した後にすだれ状電極を圧電性結晶材料の外表面の上記部分に対し所定の隙間を介して対向するよう配置することが好ましいことはいうまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００５−９４６０９号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ  ０１／４５２５５  Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前述した如く、球状弾性表面波素子を使用して外部環境の変化を測定する場合に前記周回路を弾性表面波が周回する回数を増加させることが出来れば出来るほど上記変化の測定精度を向上させることが出来るが、外部環境の変化が非常に大きい場合には、上記周回路を周回する弾性表面波の振動エネルギーの減衰率が非常に大きくなり、ひいては前記周回路を弾性表面波が周回する回数が少なくなり上記変化の測定精度が低下する。
【００１９】
このような場合において上記変化の測定精度を向上させるためには、弾性表面波・励起／検知手段を介して受信する信号測定のダイナミックレンジを大きくすることが求められる。
【００２０】
上記受信信号を測定する為の測定器（例えば、デジタイザー）を大きな強度の受信信号を正確に測定可能に構成すると小さな強度の受信信号を正確に測定することが出来なくなり、またこれとは逆に、小さな強度の受信信号を正確に測定可能に構成するとともに減衰器を介在させて大きな強度の受信信号を測定可能に構成しても減衰器を介在させることで大きな強度の受信信号の測定精度は低下してしまう。
【００２１】
しかも、前述した如く圧電性結晶材料の球状弾性表面波素子の球の直径は通常は１０ｍｍ〜１ｍｍと小さく軽いので、圧電性結晶材料の球状弾性表面波素子とは別体のすだれ状電極支持部材の表面に形作られた部分球形状凹所の内表面に形成されたすだれ状電極を圧電性結晶材料の外表面の上記部分に対し所定の隙間を介して対向するよう配置することは難しい。そして、上記隙間が所定でないと、すだれ状電極は所定の強さの弾性表面波を圧電性結晶材料の球状弾性表面波素子の上記周回路に励起させることが出来ず、ひいては上記周回路を周回する弾性表面波の強度や位相を精密に検出することが出来なくなってしまう。
【００２２】
さらに、すだれ状電極を圧電性結晶材料の外表面の上記部分に対し接近させなくては弾性表面波を励起或いは検出できないが、この場合には上記部分を周回する弾性表面波は弾性表面波励起・検知手段と電磁気的に相互作用を行うためにその振動エネルギーを損失させてしまう。また、僅かであるが反射などを起こし弾性表面波の位相が乱れることになる。即ち、上記測定精度を低下させてしまう。
【００２３】
この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段を対向させる距離を精密に制御することが出来て球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路を周回する弾性表面波に対する弾性表面波・励起／検知手段による影響を出来る限り少なくすることが出来るとともに、上記周回路を周回する弾性表面波を正確に測定できる周回数を従来に比べ遥かに多くすることが出来、ひいてはこのような球状弾性表面波素子と弾性表面波・励起／検知手段とを備えた球状弾性表面波装置による外部環境の測定精度を従来に比べ遥かに向上させることが出来る、球状弾性表面波装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述した如きこの発明の目的を達成する為に、この発明に従った球状弾性表面波装置は：少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されており弾性表面波が励起可能で励起された弾性表面波が上記円環の連続する方向に伝搬し周回可能な弾性表面波周回路を外表面に含む球状弾性表面波素子と；球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路に対向して配置され、弾性表面波周回路に弾性表面波を励起し励起された弾性表面波を上記円環の連続する方向に伝搬させて周回させるとともに、弾性表面波周回路を周回してきた弾性表面波を検知して周回してきた弾性表面波に対応した受信信号を発する弾性表面波・励起／検知手段と；そして、球状弾性表面波素子及び弾性表面波・励起／検知手段の少なくともいずれか一方を他方に対し相対的に移動可能に支持し、弾性表面波周回路と弾性表面波・励起／検知手段との間の距離を調節して弾性表面波・励起／検知手段により弾性表面波周回路に励起する弾性表面波の強度及び弾性表面波周回路を周回してきた弾性表面波を検知し周回してきた弾性表面波に対応して弾性表面波・励起／検知手段が発する受信信号の強度を変更する相対距離調節手段と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
このように構成されたことを特徴とするこの発明に従った球状弾性表面波装置によれば、相対距離調節手段が球状弾性表面波素子及び弾性表面波・励起／検知手段の少なくともいずれか一方を他方に対し相対的に移動可能に支持し、弾性表面波周回路と弾性表面波・励起／検知手段との間の距離を調節することが出来る。従って、弾性表面波周回路と弾性表面波・励起／検知手段との間の距離を精密に制御して弾性表面波・励起／検知手段により弾性表面波周回路に励起する弾性表面波の強度及び弾性表面波周回路を周回してきた弾性表面波を検知し周回してきた弾性表面波に対応して弾性表面波・励起／検知手段が発する受信信号の強度を変更することが出来る。
【００２６】
さらに、球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段を対向させる距離を精密に制御することが出来て球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路を周回する弾性表面波に対する弾性表面波・励起／検知手段による影響を出来る限り少なくすることが出来るとともに、上記周回路を周回する弾性表面波を正確に測定できる周回数を従来に比べ遥かに多くすることが出来、ひいてはこのような球状弾性表面波素子と弾性表面波・励起／検知手段とを備えた球状弾性表面波装置による外部環境の測定精度を従来に比べ遥かに向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２の（Ａ）は、図１の球状弾性表面波装置において球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段が所定の強さの弾性表面波をバースト状に発生させ周回を開始させてから、周回開始直後の強度が少ししか減衰されていない弾性表面波と所定の多数回数周回した後の強度が大きく減衰されている弾性表面波とを検知する為に、上記弾性表面波周回路を周回する弾性表面波に何らの影響も与えないよう上記弾性表面波周回路から所定距離以上遠ざけられている弾性表面波・励起／検知手段を上記所定距離以下の２つの所定位置に移動させる時の、相対距離調節手段の微小相対距離調節手段の動作のタイミングチャートを、弾性表面波周回路に励起され周回されているバースト状の弾性表面波が周回の度に強度を減衰させる様子とともに、概略的に示す図であり；そして、  （Ｂ）は、上記（Ａ）中に図示されている如く弾性表面波周回路を所定の多数回周回した弾性表面波が、外部環境の変化に従って出力信号の位相を変化させる様子を概略的に示す図である。
【図３】図３は、図１の球状弾性表面波装置における動作の概略的なフローチャートの一部である。
【図４】図４は、図１の球状弾性表面波装置における動作の概略的なフローチャートの残部である。
【図５】図５の（Ａ）は、この発明の第２の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の構成を、球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段が所定の初期位置から弾性表面波周回路の幅方向に大きく遠ざけられている状態を概略的に示す図であり；そして、  （Ｂ）は、図５の（Ａ）中に図示されているこの発明の第２の実施の形態に従った球状弾性表面波装置において、相対距離調節手段の４方向位置微調整ステージにより球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段が所定の初期位置に正しく配置された状態を概略的に示す図である。
【図６】図６は、この発明の第３の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の構成を、球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段が所定の初期位置から弾性表面波周回路の幅方向に大きく遠ざけられている状態で概略的に示す図である。
【図７】図７は、この発明の第４の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の構成を、球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路に対し弾性表面波・励起／検知手段が所定の初期位置から弾性表面波周回路の幅方向に大きく遠ざけられている状態で概略的に示す図である。
【図８】図８は、この発明の第５の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の構成を、球状弾性表面波素子の外表面の弾性表面波周回路に対し２つの弾性表面波・励起／検知手段の夫々が所定の初期位置から弾性表面波周回路の幅方向に大きく遠ざけられている状態で概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１の実施の形態］
最初に、この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置について図１乃至図３を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置は、図１中に図示されている如く、少なくとも球形状の一部により円環状に連続して構成されており弾性表面波が励起可能で励起された弾性表面波が上記円環の連続する方向に伝搬し周回可能な弾性表面波周回路１０ａを外表面に含む球状弾性表面波素子１０を備えている。
【００３０】
この実施の形態において球状弾性表面波素子１０は、圧電材料の一種である水晶を使用して３．３ｍｍの径の球形状に形成されていて、この場合には弾性表面波周回路１０ａは、球状弾性表面波素子１０を地球とみなした時に水晶の結晶軸であるＺ軸を地軸とする赤道付近に存在している（Ｚ軸シリンダー）。この実施の形態において球状弾性表面波素子１０は球形状をしているが、球形状の一部により円環状に連続している弾性表面波周回路１０ａの両側で弾性表面波が伝搬しない部分（球状弾性表面波素子１０を地球とみなした時の北極及び南極付近）を削除した円盤形状とすることも出来る。
【００３１】
球状弾性表面波素子１０は、弾性表面波周回路１０ａの一側で弾性表面波が伝搬しない部分を支持台１２により支持されており、弾性表面波周回路１０ａは水平面内に位置している。
【００３２】
この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置はさらに、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対向して配置された弾性表面波・励起／検知手段１４を備えている。弾性表面波・励起／検知手段１４は、弾性表面波周回路１０ａに弾性表面波を励起し励起された弾性表面波を円環状の弾性表面波周回路１０ａの連続する方向に伝搬させて周回させるとともに、弾性表面波周回路１０ａを周回してきた弾性表面波を検知して周回してきた弾性表面波に対応した受信信号を発するよう構成されており、図１中において弾性表面波周回路１０ａを周回する弾性表面波は参照符号１６が付けられた矢印により概略的に示されている。
【００３３】
この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置はさらに、球状弾性表面波素子１０及び弾性表面波・励起／検知手段１４の少なくともいずれか一方を他方に対し相対的に移動可能に支持している相対距離調節手段１８を備えている。相対距離調節手段１８は、弾性表面波周回路１０ａと弾性表面波・励起／検知手段１４との間の距離を調節して弾性表面波・励起／検知手段１４により弾性表面波周回路１０ａに励起する弾性表面波１６の強度を変更したり、弾性表面波周回路１０ａを周回してきた弾性表面波１６を弾性表面波・励起／検知手段１４が検知して出力する受信信号の強度を変更する。弾性表面波・励起／検知手段１４を弾性表面波周回路１０ａに接近させることで、弾性表面波・励起／検知手段１４は、弾性表面波・励起／検知手段１４に印加する高周波信号の強度を変えることなくより大きな強度で弾性表面波を弾性表面波周回路１０ａに励起することや弾性表面波周回路１０ａにおける周回数が多く強度が小さくなった弾性表面波から相対的に大きな受信信号を得ることが可能である。逆に、弾性表面波・励起／検知手段１４を弾性表面波周回路１０ａから遠ざけることで、弾性表面波・励起／検知手段１４は、弾性表面波・励起／検知手段１４に印加する高周波信号の強度を変えることなく、弾性表面波周回路１０ａに励起する弾性表面波の強度を弱くしたり、あるいは弾性表面波周回路１０ａにおける周回数が少なく強度が大きなままの弾性表面波から減衰器を用いることなく相対的に小さな受信信号を得ることでデジタイザーに過大な入力が入ることを防止でき、受信信号の波形が歪むことを防ぐ事が出来る。
【００３４】
詳細には、この実施の形態において相対距離調節手段１８は、球状弾性表面波素子１０の円環状に延出している弾性表面波周回路１０ａの延出方向と直交する幅方向の中心を通る球状弾性表面波素子１０の径方向に沿い弾性表面波周回路１０ａに対面した位置から弾性表面波周回路１０ａから遠ざかる方向に、弾性表面波・励起／検知手段１４を支持した励起／検知手段・支持体２０，上記径方向において微小に移動可能な微小相対距離調節手段２２，上記径方向と直交するとともに相互に直交している４方向に移動可能な４方向位置調節ステージ２４，そして上記径方向に大きく移動可能な粗動相対距離調節ステージ２６をこの順に含んでいる。励起／検知手段・支持体２０は微小相対距離調節手段２２により支持され、微小相対距離調節手段２２は４方向位置調節ステージ２４により支持され、４方向位置調節ステージ２４は粗動相対距離調節ステージ２６により支持され、そして粗動相対距離調節ステージ２６は図示されていない固定台座に固定されている。
【００３５】
図１中において、図１の紙面に沿った微小相対距離調節手段２２及び粗動相対距離調節ステージ２６の夫々の移動方向（図１の紙面に沿った左右方向），そして４方向位置調節ステージ２４が移動する４方向の中の２方向（図１の紙面に沿った上下方向）は白抜きの両方向矢印により示されていて、また図１の紙面に対し直交する方向に沿った４方向位置調節ステージ２４が移動する４方向の中の残る２方向は黒点中心付き丸印及びバッテン付き丸印により示されている。
【００３６】
励起／検知手段・支持体２０は溶融石英から所定の形状に形作られていて、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対面する表面が弾性表面波周回路１０ａと相似形状の球面の一部により形成された湾曲面により構成されており、湾曲面の曲率半径は弾性表面波周回路１０ａの曲率半径と全く同じ３．３ｍｍに形成することでもよいがこの実施例では、３．５ｍｍとしている。３．３ｍｍとすれば弾性表面波・励起／検知手段１４を弾性表面波周回路１０ａに限りなく接近させる事ができるが、励起／検知手段・支持体２０が弾性表面波の周回路１０ａの表面に沿い僅かでも位置がずれると弾性表面波・励起／検知手段１４を弾性表面波周回路１０ａに接触させてしまう。励起／検知手段・支持体２０の上記湾曲面を上述した如く大きな曲率半径に作成することで、このような接触を防ぐ事が出来る利点がある。
【００３７】
微小相対距離調節手段２２は、公知の圧電性操作部材（いわゆる圧電アクチュエータ）により構成されている。この圧電性操作部材には、アンプ２８を介して制御信号発生器３０が接続されていて、制御信号発生器３０はさらに球状弾性表面波装置の全体の動きを統括する例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）の如き中央制御装置３２に接続されている。この圧電性操作部材はアンプ２８を介して制御信号発生器３０から印加される直流電圧の値に応じて０．０１ミクロンの精度で励起／検知手段・支持体２０を上記径方向に移動させることが出来る。
【００３８】
この実施の形態において励起／検知手段・支持体２０の上記湾曲面には、弾性表面波・励起／検知手段１４として公知のすだれ状電極（櫛型電極ともいう）が形成されている。すだれ状電極は、上記湾曲面に１０００オングストロームの厚さのクロムの接着層を蒸着させ、その上に２０００オングストロームの厚さに金を蒸着させ、さらにフォトリソグラフィーにより所定の寸法形状にパターニングされることにより形成されていて、複数の電極枝の配列周期は略２１．３ミクロンであり周波数帯域は１５０ＭＨｚに設定されている。また、すだれ状電極は、上記湾曲面上で複数の電極枝の夫々が弾性表面波周回路１０ａの延出方向と直交する方向に延出しているとともに複数の電極枝の配列方向が上記延出方向となるように形成されている。
【００３９】
すだれ状電極には、サーキュレータ３４を介して高周波バースト信号発生器（即ち、高周波バースト信号発生源）３６が接続されており、高周波バースト信号発生器３６は中央制御装置３２に接続されている。サーキュレータ３４にはまた、増幅器３８を介してデジタイザー４０が接続されており、デジタイザー４０は中央制御装置３２に接続されている。
【００４０】
中央制御装置３２にはさらに表示装置４２も接続されている。
【００４１】
次には、上述した如く構成されているこの発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の動作について説明する。
【００４２】
この球状弾性表面波装置を外部環境の変化の測定に使用する前に、相対距離調節手段１８の４方向位置調節ステージ２４を使用して球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心に対し弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の中心（即ち、複数の電極枝においてその配列方向で相互に重複する部分の前記幅方向の中心）を一致させるとともに弾性表面波周回路１０ａに対し励起／検知手段・支持体２０の上記湾曲面が平行に対面するよう弾性表面波周回路１０ａに対する励起／検知手段・支持体２０の相対位置を調整し、さらに粗動相対距離調節ステージ２６により球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対し励起／検知手段・支持体２０の上記湾曲面（即ち、すだれ状電極）を弾性表面波周回路１０ａの近傍であるが弾性表面波周回路１０ａからすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４より大きな距離離れている所定の位置まで接近させる。
【００４３】
次に、相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して電圧を印加して相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２により球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対し励起／検知手段・支持体２０の上記湾曲面（即ち、すだれ状電極）をすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期（一般に励起する弾性表面波の波長に一致する）の１／４以内の複数の位置に配置し、これら複数の位置の夫々において高周波バースト信号発生器３６からサーキュレータ３４を介して所定の継続時間（この実施の形態では、０．３マイクロ秒）だけ所定の周波数（この実施の形態では、１５０ＭＨｚ）のバースト状高周波信号を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極に印加して弾性表面波周回路１０ａに弾性表面波１６（この実施の形態では、レーリー波）を励起させ伝搬させる。この場合、弾性表面波１６は、略３．１マイクロ秒で弾性表面波周回路１０ａを１周し、多数回周回する。ここで上記複数の位置の夫々において所定の継続時間の所定の周波数のバースト状高周波信号を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極に印加することは、弾性表面波周回路１０ａに対し上記複数の位置（即ち、弾性表面波周回路１０ａからの弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の複数の離間距離）に応じた複数の強度の上記バースト状高周波信号を印加することを意味している。
【００４４】
次に上記複数の位置の夫々において、弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極は、弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを１周する度にその時の弾性表面波１６の強度に対応した強度の受信信号を発生させ、この受信信号はサーキュレータ３４，増幅器３８，そしてデジタイザー４０及び中央制御装置３２を介して表示装置４２に表示される。
【００４５】
そして、図２には、すだれ状電極への１回のバースト状高周波信号の印加によって弾性表面波周回路１０ａに発生した弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを周回する間に弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が１回から５１回まで繰り返し受信信号を発生（即ち、出力）させていることを示している。このように繰り返される受信信号の出力を上記複数の位置の夫々において得る事ができる。
【００４６】
ここでは、周回数が増えると弾性表面波１６の強度が減衰し受信信号の強度は周回当初の１０００分の１程度の測定限界まで小さくなる様子を見る事が出来る。周回開始直後の第１の所定の周回数（この実施の形態では、５周）の受信信号と第１の所定の周回数よりも多い第２の所定の周回数（この実施の形態では、５０周）の受信信号のそれぞれの出力を最も明瞭に検知できる上記複数の位置の中の２つを選択し、それぞれの位置に弾性表面波・励起／検知手段１４を配置する為に微小相対距離調節手段２２を動作させるのに必要な微小相対距離調節手段２２に印加する２つの電圧値（ＥＶ及びＤＶ）を中央制御装置３２に記憶させる。
【００４７】
そして、この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置を、少なくとも球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａの一部をこれから測定しようとする外部環境に露出させるよう配置する。
【００４８】
図２の（Ｂ）中には、この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａの一部をこれから測定しようとする外部環境に露出させる前に上記と同じ操作を行った場合に得た５０周目の受信信号の出力波形が実線で、また外部環境に露出させた後に上記と同じ操作を行った場合に得た５０周目の受信信号の出力波形が点線で、図示されている。ここには外部環境の影響により弾性表面波周回路１０ａ上を伝搬する弾性表面波１６の伝搬速度に影響が生じて、位相の変化Ｇが生じていることが示されている。
【００４９】
なおここでは、図示の便宜上実線の波形と点線の波形の大きさ（縦方向の振幅）が同じに描かれているが、デジタイザー４０の測定可能範囲内であれば実線の波形と点線の波形の大きさ（縦方向の振幅）の差異も正確に測定可能である。
【００５０】
外部環境の実際の測定のためのこれからの、この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の動作は、図３及び図４中にフローチャートで示されている。
【００５１】
球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対し励起／検知手段・支持体２０の上記湾曲面（即ち、すだれ状電極）を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４以下の上述した２つの所定の位置の一方（以下、第１の所定位置という）に配置させるために、中央制御装置３２により相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して１つの所定の電圧値ＤＶが印加される（ＳＴ１）。
【００５２】
所定の継続時間の所定の周波数のバースト状高周波信号を高周波バースト信号発生器３６からサーキュレータ３４を介して弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極に印加し、すだれ状電極が上記電圧値ＤＶに応じた所定の距離（第一の所定の距離と呼ぶ）を介して対面している球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対し所定の強度で弾性表面波１６を励起し、弾性表面波周回路１０ａに沿い伝搬させ、周回を開始させる。バースト状高周波信号を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極に印加した直後に、弾性表面波・励起／検出手段１４が弾性表面波周回路１０ａ上を伝搬する弾性表面波１６に影響を与えないように、微小相対距離調節手段２２に対する電圧値ＤＶの印加を停止し、弾性表面波・励起／検出手段１４を弾性表面波周回路１０ａから複数の電極枝の配列周期の１／４以上離れた初期位置に移動させる（ＳＴ２）。
【００５３】
弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを５周回する時刻まで待機する。上記時刻はこの実施の形態の場合、弾性表面波１６の励起開始から、３．１（μ秒）×５周＝１５．５（μ秒）である（ＳＴ３）。
【００５４】
５周回した弾性表面波１６からの受信信号を検知する為に適した弾性表面波周回路１０ａに対する弾性表面波・励起／検出手段１４の距離にするために、即ち弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４以下の上述した２つの所定の位置の他方（以下、第２の所定位置という）に配置させるために、微小相対距離調節手段２２に電圧ＥＶを印加する（ＳＴ４）。
【００５５】
弾性表面波周回路１０ａを５周回した弾性表面波１６を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が検知し、検知した弾性表面波１６の強度に対応した受信信号を発生させ、発生した受信信号をサーキュレータ３４，増幅器３８，そしてデジタイザー４０を介して中央制御装置３２により表示装置４２に表示させる（ＳＴ５）。
【００５６】
中央演算装置３２が、５周目の受信信号が所定の強度範囲であるかを確認する（ＳＴ６）。
【００５７】
５周目の受信信号が所定の強度範囲を超えた場合、弾性表面波周回路１０ａを周回する弾性表面波１６を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が検知しなくなる所定の時間経過後（ＳＴ７）に、再び、上述したステップＳＴ１，ＳＴ２，そしてＳＴ３を行なう。
【００５８】
ステップＳＴ４では、前回のステップＳＴ４において中央制御装置３２が相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して印加した１つの所定の電圧値ＥＶよりも所定量だけ弱い電圧値（更新された電圧値ＥＶ）を印加し、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対する弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の距離を所定の値だけ大きくする。この結果、今回の再度のステップＳＴ１において所定の継続時間の所定の周波数のバースト状高周波信号を高周波バースト信号発生器３６からサーキュレータ３４を介して弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極に前回と同じ所定の強度で印加して十分強力な弾性表面波を励起しながら、今回の再度のステップＳＴ５において５周回目の弾性表面波１６を検知する際には、すだれ状電極が前回の検知の際の所定の距離よりも所定量だけ長い距離（第二の所定の距離と呼ぶ）を介して弾性表面波周回路１０ａに対面しているので５周目の弾性表面波１６からの受信信号の出力がデジタイザー４０の測定許容範囲を超えることが防止でき、上記出力の測定結果が不正確になることを防ぐ事が出来る。
【００５９】
ステップＳＴ６において上述したのとは逆に、５周目の受信信号が所定の強度範囲より小さい場合には、ステップＳＴ７を経由し再度のステップＳＴ１乃至ステップＳＴ３を経過した後の再度のステップＳＴ４において、前回のステップＳＴ４において中央制御装置３２により相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して印加した１つの所定の電圧値ＥＶの値よりも所定量だけ強くし、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対する弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の距離を所定の値だけ近づける事も可能であるのはいうまでも無い。
【００６０】
ステップＳＴ６において５周目の受信信号が所定の強度範囲にあることが確認された場合、弾性表面波周回路１０ａを周回する弾性表面波１６を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が検知しなくなる所定の時間（例えば１ミリ秒）経過後（ＳＴ８）に、前述したステップＳＴ１乃至ステップＳＴ５と同じ内容を有したステップＳＴ９乃至ステップＳＴ１４を行う。
【００６１】
即ち、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対し励起／検知手段・支持体２０の上記湾曲面（即ち、すだれ状電極）を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４以下の上述した２つの所定の位置の一方（以下、第１の所定位置という）に配置させるために、中央制御装置３２により相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して１つの所定の電圧値ＤＶが印加される（ＳＴ９）。
【００６２】
次に、所定の継続時間の所定の周波数のバースト状高周波信号を高周波バースト信号発生器３６からサーキュレータ３４を介して弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極に前回のステップＳＴ２の場合と同じ所定の強度で印加し、すだれ状電極が前回の所定の距離（第一の所定の距離）と同じ所定の距離を介して対面している球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対し前回と同じ所定の強度の弾性表面波１６を励起し（ＳＴ１０）、弾性表面波周回路１０ａに沿い伝搬させ、周回を開始させる。
【００６３】
その後に、弾性表面波・励起／検出手段１４が弾性表面波周回路１０ａ上を伝搬する弾性表面波１６に影響を与えないように、微小相対距離調節手段２２に対する所定の電圧値ＤＶの印加を停止させ、弾性表面波・励起／検出手段１４を弾性表面波周回路１０ａから離間させる（第三の所定の距離と呼ぶ）弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４以上離れた初期位置に移動させる（ＳＴ１１）。
【００６４】
弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを５周回する時刻まで待機する。上記時刻はこの実施の形態の場合、弾性表面波１６の励起開始から、３．１（μ秒）×５周＝１５．５（μ秒）である（ＳＴ１２）。
【００６５】
５周回した弾性表面波１６からの受信信号を検知する為に適した弾性表面波周回路１０ａに対する弾性表面波・励起／検出手段１４の距離にするために、即ち弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４以下の上述した２つの所定の位置の他方（第２の所定位置）に配置させるために、微小相対距離調節手段２２に電圧値ＥＶを印加する（ＳＴ１３）。
【００６６】
そして、弾性表面波周回路１０ａを周回する５周目の弾性表面波１６を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が検知し、検知した弾性表面波１６の強度に対応した受信信号を発生させ、発生した受信信号を、サーキュレータ３４，増幅器３８，そしてデジタイザー４０を介して受け取った中央制御装置３２はその位相を計測する（ＳＴ１４）。
【００６７】
５周目の弾性表面波１６の強度に対応した受信信号を弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極からサーキュレータ３４，増幅器３８，そしてデジタイザー４０を介して受け取った中央制御装置３２は相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して印加していた電圧値ＥＶを無くす（ＳＴ１５）。
【００６８】
この結果として、相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２は、励起／検知手段・支持体２０の湾曲面上の弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極を、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａから弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４を超えて遠ざかった前述した初期位置へと移動させる（ＳＴ１５）。
【００６９】
この初期位置の弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極は、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａを前述した如く周回している弾性表面波１６からは何の影響も受けず、従って上記周回している弾性表面波１６に対応して受信信号を発生させることがない。このことは、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａを前述した如く周回している弾性表面波１６は、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａから弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の複数の電極枝の配列周期の１／４以上遠ざけられた上述した初期位置に配置された弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極からは何の影響も受けないということを意味している。
【００７０】
この実施の形態の球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａの直径は前述した如く３．３ｍｍであり、前述した第１の所定の位置の弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極から弾性表面波周回路１０ａに適用された１５０ＭＨｚのバースト状高周波信号により弾性表面波周回路１０ａに励起された弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを１周するのに要する時間は略３．１マイクロ秒である。
【００７１】
この実施の形態において、公知の圧電性操作部材により構成されている微小相対距離調節手段２２は、弾性表面波・励起／検知手段１４を前述した初期位置と第１の所定位置との間で移動させるのに略１０マイクロ秒を必要としており、略１０マイクロ秒の間には弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを略３周する。従って、上記フローチャートに記載する動作を正確に行うことが困難な場合があるが、その場合でも上記略１０マイクロ秒の間に弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを周回する間に、弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が弾性表面波周回路１０ａを周回する弾性表面波１６に電磁気的な影響を与えるのを少なくする効果がある。
【００７２】
次に、弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを周回開始後に５０周するまでに必要な略１５５マイクロ秒（略３．１マイクロ秒／１周×５０周）の経過後（ＳＴ１６）に、前述した初期位置から前述した第１の所定の位置へと弾性表面波・励起／検知手段１４を移動させるために、中央制御装置３２は相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して電圧値ＤＶを印加する（ＳＴ１７）。
【００７３】
第１の所定位置に再度配置された弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極は、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａを周回中の弾性表面波１６を再度検知し、検知した弾性表面波１６に対応した受信信号を発生させ、発生した受信信号を、サーキュレータ３４，増幅器３８，そしてデジタイザー４０を介して受け取った中央制御装置３２によりその位相を計測させる（ＳＴ１８）。
【００７４】
なお何周目の弾性表面波であるかは、弾性表面波・励起／検知手段１４が弾性表面波１６を励起させ周回を開始させた時点からの経過時間により知ることが出来る。
【００７５】
ステップＳＴ１７においては、ステップＳＴ１０において弾性表面波周回路１０ａに弾性表面波・励起／検知手段１４により弾性表面波１６が励起されてから弾性表面波周回路１０ａを５０周した弾性表面波１６を弾性表面波・励起／検知手段１４が検知する時に、ステップＳＴ１３において５周目の弾性表面波１６を検知する為に前述した初期位置から前述した第２の所定の位置へと弾性表面波・励起／検知手段１４を移動させるために中央制御装置３２が相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して印加した所定の値の電圧値ＤＥよりも大きな電圧値ＤＶを中央制御装置３２が相対距離調節手段１８の微小相対距離調節手段２２に対し制御信号発生器３０からアンプ２８を介して印加することで、弾性表面波・励起／検出手段１４のすだれ状電極をステップＳＴ１３の場合よりも弾性表面波周回路１０ａにさらに接近させるので、周回に伴い強度が減衰して弱くなった弾性表面波１６を十分な強度で検知測定する事が可能になる（ＳＴ１７）。
【００７６】
その後、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａを周回する弾性表面波１６がなくなるか、又は第１の所定位置に配置された弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が検知した弾性表面波１６の強度が小さくなる、のに十分な所定の時間（例えば、１ミリ秒）の経過後（ＳＴ１９）に、何回の外部環境の変化の測定が行なわれたかを中央演算装置３２が判断する（ＳＴ２０）。上記のステップＳＴ１０からステップＳＴ１９を繰り返して行い、強度が減衰している５０周回目の弾性表面波１６からの受信信号を大きな出力で得るだけでなく、さらに平均化できることから精度よく求め表示することが出来る。
【００７７】
この実施の形態に従った球状弾性表面波装置を使用した測定を、外部環境の変化の下で行えば、外部環境の変化が例えば、５周目の弾性表面波１６における出力信号の強度や位相に対する、精度良く測定できる５０周回目の弾性表面波１６からの出力信号における強度の変化や位相の変化として計測され、特に５周回目のような周回数が小さく強度が大きな出力信号の強度や位相を正確に計測できることで、１周回あたりの弾性表面波１６の減衰率を正確に求める事ができることは明らかである。位相についても、５周回目の位相と５０周回目の位相との差が、弾性表面波を励起するために印加する高周波信号の位相が不安定な場合でも精度よく計測できることから周回する弾性表面波の伝搬速度の計測をより正確に行う事が出来る。
【００７８】
図１乃至図４を参照しながら上述した如く構成され動作するこの発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置では、弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａを周回している弾性表面波１６の減衰に影響を与える前述した第１あるいは第２の所定位置と弾性表面波周回路１０ａを周回している弾性表面波１６に影響を与えない前述した初期位置との間を移動する間は弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極から弾性表面波１６が僅かの影響を受けるとはいうものの、前述した初期位置に配置された後は弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が弾性表面波周回路１０ａを周回している弾性表面波１６に影響を与えない。
【００７９】
従って、弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを５周してから５０周するまで弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極が弾性表面波周回路１０ａを周回している弾性表面波１６に大きな影響を与える前述した第１の所定位置（弾性表面波１６を励起したり、周回中の減衰によって強度の弱くなった弾性表面波１６を大きな出力で検出するために弾性表面波・励起／検知手段１４を弾性表面波周回路１０ａに大きく接近させた状態。微小相対位置調節手段２２への印加電圧がＤＶ）に常時配置されている場合に比べ、この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性表面波装置では弾性表面波周回路１０ａを周回している弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを５周してから５０周するまでに弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極から影響を受ける程度が遥かに少ない。
【００８０】
この実施の形態において、外部環境の変化の程度の測定に使用した弾性表面波１６の５０周の中で弾性表面波１６が弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極により何等かの影響を受けるのは、すだれ状電極が上述した如く前述した第１あるいは第２の所定位置と前述した初期位置との間を移動する間であり、この間に弾性表面波１６が弾性表面波周回路１０ａを周回する回数は６周のみであり、その割合は（６周÷５０周）×１００％＝１２％である。
【００８１】
［第２の実施の形態］
次に、この発明の第２の実施の形態に従った球状弾性表面波装置を図５を参照しながら説明するが、第２の実施の形態において図１乃至図４を参照しながら前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置の構成部材と同じ構成部材には前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置の同じ構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８２】
第２の実施の形態に従った球状弾性表面波装置が図１乃至図４を参照しながら前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置と異なっているのは、相対距離調節手段１８’の構成である。この相対距離調節手段１８’では、微小相対距離調節手段２２が公知の圧電性操作部材により４方向位置を調整可能に構成されている４方向位置微調整ステージ５０を介して固定部材５２に固定されている。４方向位置微調整ステージ５０は微小相対距離調節手段２２と同様に図１中に図示されているアンプ２８及び制御信号発生器３０を介して中央制御装置３２に接続され、中央制御装置３２によりその動作を制御される。４方向位置微調整ステージ５０は、弾性表面波・励起／検知手段１４を支持した励起／検知手段・支持体２０及び微小相対距離調節手段２２を、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａの円環状の延出方向の沿った２方向及び上記延出方向と直交する弾性表面波周回路１０ａの幅方向に沿った２方向に移動させることが出来る。上記４方向は、図５の（Ａ）及び（Ｂ）の夫々では、紙面に沿った上下方向と紙面に対し直交する２方向である。
【００８３】
図５の（Ａ）では、４方向位置微調整ステージ５０により弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心位置から上記幅方向の一方に弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極状電極の中心が、弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心からずれていて弾性表面波周回路１０ａの表面に正しく対向されておらず、従って、弾性表面波・励起／検知手段１４を弾性表面波周回路１０ａに対し前述した初期位置に配置させることが出来ない状態が示されている。水晶により形成された球状弾性表面波素子１０の外表面に規定される弾性表面波周回路１０ａ（Ｚ軸シリンダー）に弾性表面波を励起し伝搬させるために弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極に印加されたバースト状高周波信号の周波数が前述した如く１５０ＭＨｚの場合、すだれ状電極の複数の櫛歯状電極枝の配列周期の１／４以下の距離にすだれ状電極を弾性表面波周回路１０ａに接近させれば弾性表面波周回路１０ａに２１μｍ程度の波長の弾性表面波１６を励起させ伝搬させることが出来、この時の配列周期の１／４の長さは略５μｍである。
【００８４】
つまり、弾性表面波周回路１０ａに対し弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極により所望の弾性表面波１６を常に精密に励起するには弾性表面波周回路１０ａに対する弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の位置決めをマイクロメートル単位で行わなくてはならない。しかし、本願の発明に従った球状弾性表面波装置のように弾性表面波・励起／検知手段が球状弾性表面波素子の弾性表面波周回路に対向している場合には、実際の球状弾性表面波装置の組立工程で上述した位置決めを行うことは容易ではない。
【００８５】
そして、図５の（Ｂ）では、４方向位置微調整ステージ５０を使用して弾性表面波周回路１０ａに対し前述した如く弾性表面波・励起／検知手段１４が正しく対向させた状態を示している。
【００８６】
４方向位置微調整ステージ５０は、小型で非常に高い動作精度と剛性とを有している必要があるので、例えば圧電アクチュエータを利用した公知の位置調節機構であることが好ましい。あるいは公知のＭＥＭＳ（マイクロマシン技術を用いた動作機構）を用いた位置調節機構であることも可能である。この実施の形態では、電圧の印加によって直方体形状を平行四辺形形状に歪ませる部材を上記機構に使用している。
【００８７】
中央制御装置を介して電気的に高速に精密に制御出来る小型の位置調節機構を使用することで、球状弾性表面波素子１０と弾性表面波周回路１０ａに対向して配置される弾性表面波・励起／検知手段１４とを含む球状弾性表面波装置の複数を集積して使用する場合にも複数の球状弾性表面波装置の集積の全体を小型に構成できるし、例えば球状弾性表面波装置に大きな外力が作用すると予想される事態が発生した場合に、弾性表面波周回路１０ａに弾性表面波・励起／検知手段１４が接触してこれらが破損することを防ぐようにすることが出来ることは明白である。
【００８８】
図５の（Ａ）中に図示されている位置から４方向位置微調整ステージ５０により弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心位置に向かい弾性表面波・励起／検知手段１４が上記幅方向に沿い移動され、弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心位置に対し弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の中心が位置した弾性表面波・励起／検知手段１４の初期位置の状態を図５の（Ｂ）が示している。
【００８９】
図５の（Ｂ）中に図示されている初期位置に弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極を位置させてから、圧電アクチュエータで構成された微小相対位置調節手段２２を動作させる事により、すだれ状電極をその複数の電極枝の配列周期の１／４以下の距離の前述した第１の所定位置又は第２の所定位置に配置して弾性表面波周回路１０ａに弾性表面波１６を励起して伝搬させたり、弾性表面波周回路１０ａを周回する弾性表面波１６を検知することができる。
【００９０】
［第３の実施の形態］
次に、この発明の第３の実施の形態に従った球状弾性表面波装置を図６を参照しながら説明するが、第３の実施の形態において図１乃至図４を参照しながら前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置の構成部材と同じ構成部材には前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置の同じ構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９１】
第３の実施の形態に従った球状弾性表面波装置が図１乃至図４を参照しながら前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置と異なっているのは、相対距離調節手段１８’’の構成である。この相対距離調節手段１８’’では、微小相対距離調節手段２２が公知の圧電性操作部材（圧電アクチュエータ）により２方向位置を調整可能に構成されている２方向位置微調整ステージ５４を介して４方向位置調整ステージ２４に支持されていて、４方向位置調整ステージ２４は固定部材５６に固定されている。２方向位置微調整ステージ５４は微小相対距離調節手段２２と同様に図１中に図示されているアンプ２８及び制御信号発生器３０を介して中央制御装置３２に接続され、中央制御装置３２によりその動作を制御される。２方向位置微調整ステージ５４は、弾性表面波・励起／検知手段１４を支持した励起／検知手段・支持体２０及び微小相対距離調節手段２２を、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａの円環状の延出方向と直交する弾性表面波周回路１０ａの幅方向に沿った２方向に移動させることが出来る。上記２方向は、図６では、紙面に沿った上下方向である。
【００９２】
そして、２方向位置微調整ステージ５４は、弾性表面波・励起／検知手段１４を図６中に図示されている位置から弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心位置に向かい上記幅方向に沿い移動させ、弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心位置に対し弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の中心を一致させることができる。
【００９３】
とはいうものの、圧電性結晶材料を使用した球状弾性表面波素子１０においては、通常は圧電性結晶材料の結晶面が圧電性結晶材料の表面と交差する円環状の交線に沿っていると考えられている弾性表面波周回路１０ａを周回する弾性表面波１６が、実際は圧電性結晶材料の弾性異方性によって上記交線に対し僅かに蛇行する現象がある。その場合、弾性表面波１６を弾性表面波周回路１０ａにおいてより効率的に周回させるには上記蛇行線に対しすだれ状電極の中心を一致させるよう球状弾性表面波素子１０の外表面において幾何学的な最大外周円である上記交線から上記交線に対し交差する方向にすだれ状電極の中心を若干ずらして配置しなくてはならない。その際にも、２方向位置微調整ステージ５４により、上記蛇行線に対しすだれ状電極の中心を一致させるよう球状弾性表面波素子１０の外表面において幾何学的な最大外周円である上記交線から上記交線に対し交差する方向にすだれ状電極の中心を若干ずらして配置することが容易に出来る。
【００９４】
［第４の実施の形態］
次に、この発明の第４の実施の形態に従った球状弾性表面波装置を図７を参照しながら説明するが、第４の実施の形態において図１乃至図４を参照しながら前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置の構成部材と同じ構成部材には前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置の同じ構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】
第４の実施の形態に従った球状弾性表面波装置が図１乃至図４を参照しながら前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置と異なっているのは、相対距離調節手段１８’’’の構成である。この相対距離調節手段１８’’’では、弾性表面波・励起／検知手段１４を支持している励起／検知手段・支持体２０が図６を参照しながら前述した第３の実施の形態の球状弾性表面波装置の相対距離調節手段１８’’において使用されていた２方向位置微調整ステージ５４のみにより固定部材５８に直接固定されているとともに、球状弾性表面波素子１０の支持体１２が微小相対距離調節手段２２及び４方向位置調節ステージ２４’を介して図示されていない固定部材に固定されていることである。これら２方向位置微調整ステージ５４及び微小相対距離調節手段２２の何れもが公知の圧電性操作部材（圧電アクチュエータ）により構成されていて、中央制御装置３２に接続され、中央制御装置３２によりその動作を制御される。
【００９６】
この実施の形態では、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａの幅方向における弾性表面波・励起／検知手段１４の位置が２方向位置微調整ステージ５４により微調節され、また球状弾性表面波素子１０の半径方向における弾性表面波周回路１０ａの外表面に対する弾性表面波・励起／検知手段１４の離間距離が微小相対距離調節手段２２により微調節される。
【００９７】
［第１乃至４の実施の形態の変形例］
図１乃至図７を参照しながら前述した第１乃至第４の実施の形態に従った球状弾性表面波装置の夫々では、弾性表面波・励起／検知手段１４は１つのすだれ状電極のみを含んでいて、このすだれ状電極をサーキュレータ３４を介して高周波バースト信号発生器３６と増幅器３８及びデジタイザー４０とに選択的に接続させていた。しかし、弾性表面波・励起／検知手段１４に２つのすだれ状電極を含ませ、サーキュレータ３４を無くし、一方のすだれ電極を高周波バースト信号発生器３６に接続して球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに対し弾性表面波１６を励起させる専用として使用し、他方のすだれ状電極を増幅器３８及びデジタイザー４０に接続して球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａを周回している弾性表面波１６を検知する専用として使用することも出来る。このような球状弾性表面波装置は送受分離型球状弾性表面波装置と呼ばれている。
【００９８】
［第５の実施の形態］
次に、この発明の第５の実施の形態に従った球状弾性表面波装置を図８を参照しながら説明するが、第５の実施の形態において図１乃至図４を参照しながら前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置の構成部材と同じ構成部材には前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置の同じ構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９９】
第５の実施の形態に従った球状弾性表面波装置が図１乃至図４を参照しながら前述した第１の実施の形態の球状弾性表面波装置と異なっているのは、第１の実施の形態の球状弾性表面波装置において使用されていた相対距離調節手段１８とは異なる構成の相対距離調節手段１８’’を複数、この場合は２個、使用していることである。複数、この場合は２個、の相対距離調節手段１８’’の夫々は、図６を参照しながら前述した第３の実施の形態に従った球状弾性表面波装置において使用されている相対距離調節手段１８’’と同じ構成を有しており、１個の球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに沿った相互に異なる複数、この場合は２個、の位置に対向している。
【０１００】
ここで相互に異なる位置は、弾性表面波周回路１０ａ上で相互に正反対の位置、即ち１８０度の回転角位置、を含まない。
【０１０１】
この相対距離調節手段１８’’では、微小相対距離調節手段２２が公知の圧電性操作部材（圧電アクチュエータ）により２方向位置を調整可能に構成されている２方向位置微調整ステージ５４を介して４方向位置調整ステージ２４に支持されていて、４方向位置調整ステージ２４は固定部材５６に固定されている。２方向位置微調整ステージ５４は微小相対距離調節手段２２と同様に図１中に図示されているアンプ２８及び制御信号発生器３０を介して中央制御装置３２に接続され、中央制御装置３２によりその動作を制御される。２方向位置微調整ステージ５４は、弾性表面波・励起／検知手段１４を支持した励起／検知手段・支持体２０及び微小相対距離調節手段２２を、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａの円環状の延出方向と直交する弾性表面波周回路１０ａの幅方向に沿った２方向に移動させることが出来る。上記２方向は、図８では、紙面に対し直交する方向である。
【０１０２】
そして、２方向位置微調整ステージ５４は、弾性表面波・励起／検知手段１４を図８中に図示されている位置から弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心位置に向かい上記幅方向（図８では、紙面に対し直交する方向）に沿い移動させ、弾性表面波周回路１０ａの幅方向の中心位置に対し弾性表面波・励起／検知手段１４のすだれ状電極の中心を一致させることができる。
【０１０３】
とはいうものの、圧電性結晶材料を使用した球状弾性表面波素子１０においては、通常は圧電性結晶材料の結晶面が圧電性結晶材料の表面と交差する円環状の交線に沿っていると考えられている弾性表面波周回路１０ａを周回する弾性表面波１６が、実際は圧電性結晶材料の弾性異方性によって上記交線に対し僅かに蛇行する現象がある。その場合、弾性表面波１６を弾性表面波周回路１０ａにおいてより効率的に周回させるには上記蛇行線に対しすだれ状電極の中心を一致させるよう球状弾性表面波素子１０の外表面において幾何学的な最大外周円である上記交線から上記交線に対し交差する方向にすだれ状電極の中心を若干ずらして配置しなくてはならない。その際にも、２方向位置微調整ステージ５４により、上記蛇行線に対しすだれ状電極の中心を一致させるよう球状弾性表面波素子１０の外表面において幾何学的な最大外周円である上記交線から上記交線に対し交差する方向にすだれ状電極の中心を若干ずらして配置することが容易に出来る。
【０１０４】
この実施の形態では、１つの弾性表面波・励起／検知手段１４により弾性表面波周回路１０ａに励起され相互に正反対の方向に同じ速度で同じ強度で伝搬を開始する２つの弾性表面波１６，１６′の夫々の複数の特性の中の少なくとも１つを相互に異なる時間に測定できる。この場合には、一方向に向かい伝搬した弾性表面波１６の１つの特性、例えば位相差（遅延時間）と、他方向に向かい伝搬した弾性表面波１６′の１つの特性、例えば強度と、を他の１つの弾性表面波・励起／検知手段１４により時間差を伴って相互に干渉させることなく精密に測定することが出来る。
【０１０５】
なぜならば、複数、この場合は２個、の相対距離調節手段１８’’が１個の球状弾性表面波素子１０の弾性表面波周回路１０ａに沿った相互に異なる、弾性表面波周回路１０ａ上で相互に正反対の位置、即ち１８０度の回転角位置、を含まない複数、この場合は２個、の位置に対向しているので、１つの弾性表面波・励起／検知手段１４により弾性表面波周回路１０ａに励起され相互に正反対の方向に同じ速度で同じ強度で伝搬を開始する２つの弾性表面波１６，１６′の中の一方向に向かい伝搬した一方の弾性表面波１６が他の１つの弾性表面波・励起／検知手段１４に到達する時間と、２つの弾性表面波１６，１６′の中の他方向に向かい伝搬した他方の弾性表面波１６′が他の１つの弾性表面波・励起／検知手段１４に到達する時間と、に差が生じるからである。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
この発明に従った球状弾性表面波装置は、外部環境の変化、例えばガス濃度の変化、を測定する為に使用することが出来る。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…球状弾性表面波素子、１０ａ…弾性表面波周回路、１２…支持台、１４…弾性表面波・励起／検知手段、１６，１６′…弾性表面波、１８…相対距離調節手段、２０…励起／検知手段・支持体、２２…微小相対距離調節手段、２４…４方向位置調節ステージ、２６…粗動相対距離調節ステージ、２８…アンプ、３０…制御信号発生器、３２…中央制御装置、３４…サーキュレータ、３６…高周波バースト信号発生器、３８…増幅器、４０…デジタイザー、４２…表示装置、１８’… 相対距離調節手段、５０…４方向位置微調整ステージ、５２…固定部材、１８’’… 微小相対距離調節手段、５４…２方向位置微調整ステージ、５６…固定部材、１８’’’… 相対距離調節手段、２４’… ４方向位置調節ステージ、５８…固定部材。
【図１】
2010025930.tif 000003
【図２】
2010025930.tif 000004
【図３】
2010025930.tif 000005
【図４】
2010025930.tif 000006
【図５】
2010025930.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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