(57)【要約】【課題】周波数に依存する弾性表面波の伝搬特性の変化から環境変化要因を計測する。【解決手段】球形状の外表面に周回経路１１が構成され、励起された弾性表面波１２が周回経路に沿って伝搬して周回する球状弾性表面波素子１と、複数の周波数の高周波信号を発生する発生器４２と、前記周回経路に対向して配置され、１つの周波数の高周波信号により弾性表面波を励起し、この励起された弾性表面波を周回経路に沿って連続的に周回させ、かつ、周回してきた弾性表面波から発生する信号を検知し出力する弾性表面波励起・検知手段２と、高周波信号の励起時及び弾性表面波の所定周回目の信号検知時に弾性表面波励起・検知手段を周回経路に接近させるように移動調節する相対距離調節手段３と、周波数の違いによる前記弾性表面波の伝搬特性の変化から所望とする環境変化を計測する制御処理系４とを備えた球状弾性表面波装置である。【選択図】図１
2011203105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも球形状の一部の外表面に周回経路が構成され、高周波バースト信号で励起されたとき、弾性表面波が前記周回経路に沿って伝搬して周回する球状弾性表面波素子と、
複数の異なる周波数の高周波バースト信号を発生する高周波バースト信号発生手段と、
前記球状弾性表面波素子の周回経路に対向して配置され、選択された前記１つの周波数の高周波バースト信号により当該周回経路に前記弾性表面波を励起し、この励起された弾性表面波を前記周回経路に沿って連続的に伝搬させて周回させるとともに、当該周回経路を周回してきた弾性表面波から発生する信号を検知し受信信号として出力する弾性表面波励起・検知手段と、
前記球状弾性表面波素子及び前記弾性表面波励起・検知手段の少なくとも何れか一方を他方に対し相対的に移動可能に支持し、前記選択された周波数の高周波バースト信号の励起時及び前記弾性表面波の所定周回目の信号検知時に前記弾性表面波励起・検知手段を前記周回経路に接近させるように移動調節する相対距離調節手段と、
この相対距離調節手段に移動調節に関する指示を与えるとともに、前記弾性表面波励起・検知手段から出力される受信信号を取り込んで前記周波数の違いによる前記弾性表面波の伝搬特性の変化から所望とする環境変化を計測する制御処理系と
を備えたことを特徴とする球状弾性表面波装置。
【請求項２】
請求項１に記載の球状弾性表面波装置において、
前記弾性表面波励起・検知手段としては、１個のすだれ状電極が形成され、異なる複数の周波数の中から選択的に印加される周波数の高周波バースト信号により当該周回経路に前記弾性表面波を励起し、この励起によって当該周回経路を周回してきた弾性表面波から発生する信号を検知することを特徴とする球状弾性表面波装置。
【請求項３】
請求項１に記載の球状弾性表面波装置において、
前記弾性表面波励起・検知手段としては、異なる複数の周波数に対応させた複数のすだれ状電極が形成され、それぞれ対応する周波数の高周波バースト信号により当該周回経路に前記弾性表面波を励起し、この励起によって当該周回経路を所要周回数にわたって周回してきた弾性表面波から発生する信号を検知することを特徴とする球状弾性表面波装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の球状弾性表面波装置において、
前記相対距離調節手段は、前記制御処理系からの制御指示に従って前記球状弾性表面波素子の周回経路に対して前記弾性表面波励起・検知手段のすだれ状電極を接近するように配置させて、前記周回経路に前記弾性表面波を励起させて周回を開始させた後に、当該弾性表面波励起・検知手段のすだれ状電極を前記周回経路から遠ざけて周回する弾性表面波に電磁気的な影響を受けないようにし、
また、前記励起した時から所定の時間経過後に前記球状弾性表面波素子の周回経路に対して前記弾性表面波励起・検知手段のすだれ状電極を接近するように配置させて周回してくる前記弾性表面波から発生する信号を検知するように、前記弾性表面波励起・検知手段のすだれ状電極を移動させることを特徴とする球状弾性表面波装置。
【請求項５】
請求項４に記載の球状弾性表面波装置において、
前記周回経路への前記弾性表面波励起・検知手段のすだれ状電極の接近距離は、前記複数の周波数のうち最も高い周波数における弾性表面波の周回経路上における波長の１／４以下の距離まで前記すだれ状電極を前記周回経路に接近させ、
また、前記周回経路から前記弾性表面波励起・検知手段のすだれ状電極を遠ざける距離は、前記複数の周波数のうち最も低い周波数における弾性表面波の周回経路上における波長の１／４以上の距離まで前記すだれ状電極を前記周回経路から遠ざけることを特徴とする球状弾性表面波装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載の球状弾性表面波装置において、
前記相対距離調節手段は、前記弾性表面波励起・検知手段を、当該周回経路の円環状の延出方向に対し交差する方向又は前記周回経路に対し前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球状弾性表面波装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載の球状弾性表面波装置において、
前記相対距離調節手段は、所定の電圧信号を受けたときに変形する材料を含むものであることを特徴とする球状弾性表面波装置。
【請求項８】
請求項１、請求項２ないし請求項７の何れか一項に記載の球状弾性表面波装置において、
前記球状弾性表面波素子の周回経路に沿って互いに所定の角度を有して複数の相対距離調節手段が対向して配置され、そのうち一方の相対距離調節手段には１つの周波数帯域に対応する前記弾性表面波励起・検知手段が支持され、他方の相対距離調節手段には他の周波数帯域に対応する前記弾性表面波励起・検知手段が支持され、
少なくとも前記弾性表面波の励起あるいは検知において互いに異なる時刻に前記弾性表面波励起・検知手段を前記周回経路に接近するようにしたことを特徴とする球状弾性表面波装置。
【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を用いて、周波数の違いによる弾性表面波の伝搬特性の変化から環境変化要因を計測する球状弾性表面波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異なる構成の幾つかの球状弾性表面波装置装置が提案されている。
【０００３】
その１つの球状弾性表面波装置は、少なくとも球形状の一部の外表面に円環状をなす領域（以下、周回経路と呼ぶ）を有し、所定の高周波信号で励起された弾性表面波が周回経路を連続的に伝搬し周回する球状弾性表面波素子と、この球状弾性表面波素子の周回経路上または周回経路に対向して配置され、前記弾性表面波を励起し、この励起された弾性表面波を周回経路に沿って連続的に周回させるとともに、この周回してくる弾性表面波から発生する信号を受信して出力する弾性表面波励起・検知手段とを備えた構成である（特許文献１）。
【０００４】
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の外表面に弾性表面波を周回させる周回経路を含むように形成された球形基材と、この球形基材の外表面において少なくとも周回経路に沿って周回する弾性表面波を励起可能な材料で被覆することによって形成されるか、または弾性表面波を励起可能な材料を使用して少なくとも球形状の一部に周回経路を構成する部分を外表面に含むように形成される。
【０００５】
ここで、弾性表面波の励起可能な材料としては通常圧電材料が使用されるが、球状弾性表面波素子の全体を弾性表面波の励起可能な材料を使用して形成する場合には、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、少なくとも球形状の一部に構成される周回経路は圧電性結晶材料の結晶面が外表面と交差する線上にあり、周回経路に沿う方向は当該線のほぼ延出方向である。
【０００６】
なお、圧電性結晶材料の球状弾性表面波素子は、材料コストや適合周波数を考慮し、通常は略１ｍｍ〜略１０ｍｍの径の球形状に形成されている。
【０００７】
一方、弾性表面波励起・検知手段としては、種々の構成のものがあるが、製造コスト、装置の大きさ、変換効率などを考慮し、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。
【０００８】
すだれ状電極は、一対の櫛形状端子部からなり、各櫛形状端子部を構成する複数の櫛歯状電極枝が互い違いに入り込むように対峙させた形状であって、圧電性結晶材料からなる球形基材の外表面の少なくとも球形状の一部により周回経路を構成する部分に例えばフォトリソグラフィー（写真製版）により直接形成するか、また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前記圧電性結晶材料よりなる球形基材の外表面の周回経路を構成する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フォトリソグラフィー（写真製版）により直接形成した後、球形基材の外表面に構成された周回経路の上記部分に対して、所定の隙間（励起する弾性表面波の波長の１／４以下）を有して対向するように配置される。
【０００９】
すだれ状電極としては、一対の櫛形状端子部の間に所定の周波数の高周波バースト信号を印加することにより、相互に隣接した２つの櫛歯状電極枝間のパターンや周期に対応した波長の弾性表面波を球形基材の外表面に構成される周回経路に励起させることができ、この励起された弾性表面波の幅は互いに櫛歯状電極枝の交差している幅に対応している。
【００１０】
また、すだれ状電極を構成する一対の櫛形状端子部の複数の櫛歯状電極枝の垂直な方向が、前述した如く励起された弾性表面波の波面が球形基材の外表面に構成される周回経路に沿って進行する方向となる。従って、球形基材の外表面に構成される周回経路にすだれ状電極により弾性表面波を励起させて、当該弾性表面波を周回経路に沿って伝搬させるには、すだれ状電極における一対の櫛形状端子部の複数の櫛歯状電極枝が周回経路の沿う方向に垂直に配列されていなければならない。
【００１１】
さらに、別の球状弾性表面波装置装置が提案されている（特許文献２）。  
この球状弾性表面波装置は、球状弾性表面波素子の外表面に構成される周回経路の曲率や周回経路の方向（すなわち、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（すだれ状電極の複数の電極枝が相互に入り込んで対向している部分の長さ）や周回経路に励起する弾性表面波の周波数（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設定し、周回経路を周回する弾性表面波を励起することにより、この励起された弾性表面波が素子外表面の周回経路に沿う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。
【００１２】
球状弾性表面波素子は、圧電性結晶材料よりなる球形基材の外表面の周回経路に外部環境の変化に感応する感応膜を設け、この感応膜が接する外部環境，例えばガス濃度等の変化に対応して周回経路を周回する弾性表面波の伝搬速度や減衰率が変化する。
【００１３】
そこで、すだれ状電極を用いた弾性表面波励起・検知手段は、励起された高周波バースト信号の弾性表面波が１周するのに要する時間や１周する毎の弾性表面波の強度の変化を検知することにより、外部環境、例えばガス濃度の変化を計測できるので、球状弾性表面波素子を含んで物理量の計測装置として利用することができる。
【００１４】
例えば検知対象となるガスの濃度が濃くなれば、この濃度変化に対応した感応膜の変化の影響により、周回経路に沿って周回する弾性表面波の周回速度が遅くなり、ひいては周回経路を弾性表面波が１周するのに要する時間が長くなる。また、１周する毎の弾性表面波の強度に低下が生じる。
【００１５】
従って、弾性表面波が周回経路を１周する間の周回速度の変化、弾性表面波が１周するのに要する時間の変化、弾性表面波が１周する毎の位相の遅延、さらには弾性表面波からの発生出力の強度の低下等々について微小であるが変化している。その結果、弾性表面波が周回経路を周回する周回数が増加すればするほど、前述した変化は重畳されて大きくなる。よって、弾性表面波が周回経路を多周回することにより、外部環境の変化に対応した各種信号変化の計測精度が向上する。
【００１６】
このことは、球状弾性表面波素子を使用して前述の如く外部環境の変化を計測する場合、周回経路を周回する弾性表面波の振動エネルギーが外部環境の変化以外の要因で変化することは好ましくないことは明らかである。
【００１７】
ところで、以上のように球状弾性表面波素子に適用する従来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、特許文献１の中の前者で説明したように、周回経路にすだれ状電極を直接形成すると、当該すだれ状電極により圧電性結晶材料よりなる球形基材の外表面の周回経路を伝搬する励起された弾性表面波は、外表面の周回経路に沿って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してしまう問題がある。
【００１８】
このことは、球状弾性表面波素子に適用する従来公知の弾性表面波励起・検知手段にすだれ状電極を使用する場合、特許文献１の中の後者で説明したように、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球形基材の外表面に形成される周回経路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、当該形成されたすだれ状電極を球形基材の外表面に形成される周回経路に対して所定の間隔を有して対向するように配置することが好ましい。
【００１９】
さらに、弾性表面波を励起して所望の物理量を計測する他の球状弾性表面波装置が提案されている（特許文献３）。  
この球状弾性表面波装置は、球状弾性表面波素子を構成する圧電性結晶材料の球形基材中に複数の周波数を励起するすだれ状電極を形成し、例えば５０ＭＨｚと１５０ＭＨｚの異なる複数の帯域の周波数を用いて周回する弾性表面波を励起し、この励起された周回してくる弾性表面波から発生する信号を各すだれ状電極で検知するものである。
【００２０】
近年、複数の周波数帯域で弾性表面波を励起／検知する計測方法を使用されており、このような球状弾性表面波素子を高調波素子と呼ばれている。
【００２１】
弾性表面波が圧電性結晶材料の球形基材の表面を伝搬（周回）する場合、周波数が大きくなると、より表面近傍の質量負荷、その質量負荷の変化、或いは感応膜の物性的な変化に対して、弾性表面波の伝搬速度や減衰定数により大きな影響を与えることを利用し、周波数の違いによる応答の違いから、表面近傍にのみ存在する変動要因による変動成分と、そうでない環境変化要因による変動成分とを分離して計測するものである。
【００２２】
通常、高い周波数成分の弾性表面波の伝搬速度の変化率と、低い周波数成分の弾性表面波の伝搬速度の変化率とがほとんど変わらない場合、本来的に周波数における依存性が小さいと判断し、専ら圧電性結晶材料の球形基材の温度依存性による変化を計測したり、あるいは、高い周波数成分の弾性表面波の伝搬速度が大きく変化している場合、表面近傍にのみ存在する変動要因、例えば表面への分子の付着を検出することが可能である。つまり、周波数の違いに基づく２つの環境変動要因による変数よりなる連立方程式を解くことで、要因を分析することができる。
【００２３】
ところで、前述するように異なる帯域の周波数を用いて、周波数に依存した弾性表面波の周回速度の変化や減衰率の変化等を計測する場合、すだれ状電極としてはダブルフィンガー電極（図２参照）を用いることが多い。ダブルフィンガー電極は、１：３：５の周波数比の弾性表面波に対して、効率よく励起し、周回速度の変化等を検出することが知られている。
【００２４】
ダブルフィンガー電極は、単一の電極パターンで複数の周波数の弾性表面波を励起することが可能である利点を持つ一方、周波数の違いに対して任意の電極枝数を持たせることができず、また、ある周波数の電極を接近する際に他の周波数の電極も接近することから、その周波数の弾性表面波に影響を与えてしまう問題点も持っている。
【００２５】
弾性表面波の周回する周回経路上に複数の周波数に対応させて複数の単純なすだれ状電極を形成する場合も有るが、励起された弾性表面波が多数回にわたってなすだれ状電極を通過しなくてはならない。特に、周波数の高い成分は、すだれ状電極パターンの存在によって大きく減衰や反射を繰り返すことから、励起された弾性表面波が多数回にわたって周回できない問題がある。
【００２６】
従って、すだれ状電極としては、低い周波数の弾性表面波成分を励起するために、球形基材の外表面に周回経路上で長い距離にわたって形成することで計測精度を上げることができるが、高い周波数の弾性表面波の場合には当該電極を通過する際に減衰してしまう問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００５−０９４６０９号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ  ０１／４５２５５号公報
【特許文献３】特開２００６−０７１４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
従って、以上のように複数の周波数帯の弾性表面波を励起し検出して球状弾性表面波素子の表面や周囲のガス環境の状態を計測する場合、複数帯域の周波数を励起可能なすだれ状電極を用いたり、あるいは周波数帯域ごとに異なるすだれ状電極を形成すると、各すだれ状電極を通過する度に弾性表面波が大きく減衰し、結果として周回経路の周回数を延ばすことができず、ひいては計測精度が低下してしまう問題がある。
【００２９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、複数の周波数帯域の高周波信号を用いて球状弾性表面波素子の周回経路に弾性表面波を励起して検知し、周波数の違いによる弾性表面波の伝搬特性の変化から環境変化を精度よく計測する球状弾性表面波装置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】
【００３０】
上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも球形状の一部の外表面に周回経路が構成され、高周波バースト信号で励起されたとき、弾性表面波が前記周回経路に沿って伝搬して周回する球状弾性表面波素子と、複数の異なる周波数の高周波バースト信号を発生する高周波バースト信号発生手段と、前記球状弾性表面波素子の周回経路に対向して配置され、選択された前記１つの周波数の高周波バースト信号により当該周回経路に前記弾性表面波を励起し、この励起された弾性表面波を前記周回経路に沿って連続的に伝搬させて周回させるとともに、当該周回経路を周回してきた弾性表面波から発生する信号を検知し受信信号として出力する弾性表面波励起・検知手段と、前記球状弾性表面波素子及び前記弾性表面波励起・検知手段の少なくとも何れか一方を他方に対し相対的に移動可能に支持し、前記選択された周波数の高周波バースト信号の励起時及び前記弾性表面波の所定周回目の信号検知時に前記弾性表面波励起・検知手段を前記周回経路に接近させるように移動調節する相対距離調節手段と、この相対距離調節手段に対して移動調節に関する指示を与えるとともに、前記弾性表面波励起・検知手段から出力される受信信号を取り込んで前記周波数の違いによる前記弾性表面波の伝搬特性の変化から所望とする環境変化を計測する制御処理系とを備えた球状弾性表面波装置である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、複数の周波数帯域の高周波信号を用いて球状弾性表面波素子の周回経路に弾性表面波を励起して検知し、周波数の違いによる弾性表面波の伝搬特性の変化から環境変化を精度よく計測できる球状弾性表面波装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る球状弾性表面波装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示す球状弾性表面波装置に用いるすだれ状電極の平面図。
【図３】同図（ａ）は球状弾性表面波素子の周回経路を伝搬して周回する弾性表面波の減衰状態を示し、同図（ｂ）は周回経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検知信号の位相を変化させていく様子を説明する図。
【図４】本発明に係る球状弾性表面波装置の動作手順を説明するフロー図。
【図５】図４に続く球状弾性表面波装置の動作手順を説明するフロー図。
【図６】複数の周波数帯域毎に用いるすだれ状電極の平面図。
【図７】本発明に係る球状弾性表面波装置の第２の実施形態を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）  
図１は本発明に係る球状弾性表面波装置の第１の実施形態を示す構成図である。  
この球状弾性表面波装置は、球状弾性表面波素子１と、弾性表面波励起・検知手段２と、相対距離調節手段３と、制御処理系４とで構成される。
【００３４】
球状弾性表面波素子１は、少なくとも球形状の一部の外表面を利用して円環状の領域（以下、周回経路と呼ぶ）１１が形成され、外部から高周波バースト信号により周回経路１１に励起された弾性表面波１２を当該周回経路１１に沿って伝搬させて多数回周回させる機能を有する。
【００３５】
この実施形態における球状弾性表面波素子１は、圧電材料の一種である水晶を使用して３．３ｍｍ径の球形状に形成され、この球形状の外表面に形成される周回経路１１は、球状弾性表面波素子１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一周するように存在している（Ｚ軸シリンダー）。
【００３６】
なお、球状弾性表面波素子１は、球形状を有しているが、例えば周回経路１１の両外側部分を平坦とし、いわゆる円盤形状とすることもできる。
【００３７】
球状弾性表面波素子１は、弾性表面波１２が周回する周回経路１１と直交する方向のうち、素子下端部外表面が支持台１３に支持されており、当該周回経路１１は水平面内に位置している。
【００３８】
弾性表面波励起・検知手段２は、球状弾性表面波素子１の周回経路１１に所望の距離を隔てて対向するよう支持体２１に支持される。この弾性表面波励起・検知手段２は、周回経路１１を周回する弾性表面波１２を励起し、この励起された弾性表面波１２を周回経路１１に沿って連続的に周回させるとともに、この周回してくる弾性表面波から発生する信号を検知して受信信号として出力する機能を有する。
【００３９】
支持体２１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１の周回経路１１に対面する表面が当該周回経路１１と相似形状の球面の一部により湾曲状に形成され、その湾曲面の曲率半径は周回経路１１の曲率半径と全く同じ３．３ｍｍに形成してもよいが、本実施形態では、３．５ｍｍとしている。なぜならば、３．３ｍｍとすれば、弾性表面波励起・検知手段２を周回経路１１に限りなく接近させることができるが、支持体２１が弾性表面波１２の周回経路１１の表面に沿って僅かでも位置がずれると、弾性表面波励起・検知手段２が周回経路１１に接触してしまう為である。つまり、支持体２１表面の湾曲面を前述したように大きな曲率半径に作成することで、以上のような接触を防ぐことができる利点がある。
【００４０】
相対距離調節手段３は、球状弾性表面波素子１と弾性表面波励起・検知手段２との少なくとも何れか一方が他方に対して相対的に移動可能に支持する構成である。本実施形態では、弾性表面波励起・検知手段２の支持体２１を移動可能に支持している。すなわち、相対距離調節手段３は、球状弾性表面波素子１と弾性表面波励起・検知手段２との間の距離を調節することにより、弾性表面波励起・検知手段２により周回経路１１に励起する弾性表面波１２の強度を変更したり、弾性表面波励起・検知手段２が周回してくる弾性表面波１２から発する信号を検知して出力する受信信号の強度を変更する。
【００４１】
ここで、相対距離調節手段３が距離を調節する理由は次の通りである。弾性表面波励起・検知手段２が複数の帯域の周波数を励起・検知するに際し、高い周波数の波長の方が短いことから、高い周波数（この例では１５０ＭＨｚ）の弾性表面波１２の波長の１／４の距離以下に接近させることが望まれる。そこで、弾性表面波励起・検知手段２を周回経路１１に接近させていくことで、当該弾性表面波励起・検知手段２に印加する高周波信号の強度を変えることなく大きな強度で弾性表面波１２を周回経路１１に励起させることや弾性表面波１２の周回回数が多くなって強度が下がっても、弾性表面波１２から相対的に大きな受信信号を得る為である。
【００４２】
逆に、弾性表面波励起・検知手段２を周回経路１１から遠ざけることで、当該弾性表面波励起・検知手段２に印加する高周波信号の強度を変えることなく、周回経路１１に励起する弾性表面波１２の強度を弱くしたり、あるいは周回経路１１における周回回数が少なくて強度が大きなままの弾性表面波１２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により、デジタイザーに過大な入力が入ることを防止し、ひいては受信信号の波形歪を防ぐことができる。
【００４３】
相対距離調節手段３は、具体的には、固定台座（図示せず）に取り付けられ、球状弾性表面波素子１の周回経路１１に対面する方向に大きく進退移動可能とする粗動相対距離調節ステージ３１と、この粗動相対距離調節ステージ３１に対して４方向の位置に移動可能に設けた４方向位置調節ステージ３２と、この４方向位置調節ステージ３２に支持され、前記球状弾性表面波素子１の周回経路１１と対面する方向に微小に進退移動可能とする微小相対距離調節手段３３とを有し、この微小相対距離調節手段３３の先端部に弾性表面波励起・検知手段２を支持する支持体２１が取り付けられている。
【００４４】
すなわち、粗動相対距離調節ステージ３１及び微小相対距離調節手段３３は、図１の紙面の左右方向に移動し、４方向位置調節ステージ３２は、紙面に直交する方向の２方向と紙面に沿った上下方向の２方向に移動する。紙面に直交する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し、紙面に沿った上下方向の２方向は、白抜きの両方向矢印により示されている。
【００４５】
微小相対距離調節手段３３は、例えば公知の圧電性操作部材（いわゆる圧電アクチュエータ）によって構成される。圧電性操作部材には、装置全体の統括制御を司る制御処理系４を構成する例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）の如き中央制御装置４１から制御信号発生器３４を介して増幅器３５の出力が印加される。
【００４６】
すなわち、圧電性操作部材は、制御信号発生器３４から増幅器３５を通して印加される直流電圧の値に応じて、０．０１ミクロンの精度で支持体２１を周回経路１１の径方向に進退移動させることができる。また、微小相対距離調節手段３３としては、増幅器３５から所定の電圧信号を受けたときに変形移動する材料部材を含めてもよい。
【００４７】
前記制御処理系４は、中央制御装置４１からの周波数選択指令に基づき、２つの周波数（５０ＭＨｚと１５０ＭＨｚ）の高周波バースト信号を選択的に発生する高周波バースト信号発生器４２と、この高周波バースト信号発生器４２から所定の時間だけ、第1の周波数（例えば１５０ＭＨｚ）の高周波バースト信号を弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極に印加して周回経路１１に弾性表面波１２（この実施形態では、レーリー波）を励起させて伝搬させ、かつ、周回してくる弾性表面波１２から発生する信号をすだれ状電極で検知して出力される信号を取り込んで出力するサーキュレータ４３と、このサーキュレータ４３からの信号を所定増幅度で増幅する増幅器４４と、所定の手順に従って装置全体の動作を制御し、かつ、増幅器４４で増幅後の信号をデジタイザー４５を介して取り込んで周波数帯域の違いによる弾性表面波の伝搬特性の変化から所望とする環境変化を計測する中央制御装置４１と、表示部４６とを備えている。
【００４８】
図２は支持体２１の湾曲面に形成する弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａを示す図である。
【００４９】
弾性表面波励起・検知手段２としては、複数の周波数（５０ＭＨｚと１５０ＭＨｚ）を励起・検知可能なダブルフィンガー電極と呼ばれるタイプのすだれ状電極２ａが形成される。このすだれ状電極２ａは、前記湾曲面に１０００オングストロームの厚さのクロム接着層を蒸着させ、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ンニングすることにより形成される。このすだれ状電極２ａの複数の電極枝のライン部分とスペース部分の幅は略２１．３ミクロンであって、周波数帯域は５０ＭＨｚと１５０ＭＨｚとに設定されている。
【００５０】
また、支持体２１の湾曲面上で複数の電極枝の夫々が仮想的に表す周回経路１１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前記延出方向となるように形成されている。
【００５１】
次に、以上のような球状弾性表面波装置の動作手順について、図４及び図５を参照して説明する。  
先ず、球状弾性表面波装置で外部環境の変化を計測する前に、相対距離調節手段３の４方向位置調節ステージ３２を使用して球状弾性表面波素子１の周回経路１１の幅方向の中心に対し、すだれ状電極２ａ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、周回経路１１に対し支持体２１の湾曲面が平行に対面するよう当該周回経路１１に対する支持体２１の相対位置を調整する。さらに、粗動相対距離調節ステージ３３により球状弾性表面波素子１の周回経路１１に対し支持体２１の湾曲面（即ち、すだれ状電極２ａ）を周回経路１１の近傍であるが、詳細には周回経路１１からすだれ状電極２ａの励起する高い側の周波数（１５０ＭＨｚ）の弾性表面波１２の波長の１／４以下の距離に接近させる。因みに、この例では、７．１ミクロンよりも短い位置である３ミクロンまで接近させる。
【００５２】
以上のような位置設定は、中央制御装置４１からの励起・検知制御指示を出し、４方向位置調節ステージ３２や粗動相対距離調節ステージ３３等の位置を制御し、すだれ状電極２ａが周回経路１１の所望の距離に接近させることにより、励起・検知できる状態を生成する。
【００５３】
次に、中央制御装置４１からの信号発生指令に基づき、高周波バースト信号発生器４２からサーキュレータ４３を介して所定の時間（本実施形態では、０．３マイクロ秒）だけ、１５０ＭＨｚの周波数の高周波バースト信号を送出し、弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａに印加して周回経路１１に弾性表面波１２を励起させて伝搬させる。このとき、弾性表面波１２は、略３．１マイクロ秒で周回経路１１を１周し、多数回周回する。
【００５４】
ここで、所定の時間だけ、所定の周波数の高周波バースト信号を弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａに印加することは、周回経路１１に対し複数の位置（即ち、周回経路１１からのすだれ状電極２ａの複数の離間距離）に応じた複数の強度を持つ前記高周波バースト信号を印加することを意味している。
【００５５】
図３は周回経路１１を周回していくごとに弾性表面波の強度が減衰していく様子（同図ａ）及び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（同図ｂ）を概略的に表す図である。
【００５６】
即ち、図３（ａ）には、弾性表面波１２が周回経路１１に沿って５０回周回したときの当該弾性表面波１２の信号強度の減衰状態を表している。一方、図３（ｂ）は、球状弾性表面波素子１の周回経路１１を外部環境に露出させる前に、当該周回経路１１を周回する弾性表面波１２が５０周回したときの受信信号の出力波形を実線で表し、また、球状弾性表面波素子１の周回経路１１を外部環境に露出させた後に、当該周回経路１１を周回する弾性表面波１２が５０周回したときの受信信号の出力波形を点線で表したものである。
【００５７】
図３（ｂ）から明らかなように、外部環境の影響により周回経路１１上を伝搬する弾性表面波１２の伝搬速度に影響が生じ、位相の変化Ｇが生じていることが判る。
【００５８】
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４５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。
【００５９】
次に、外部環境の実際の測定を実施する場合の球状弾性表面波装置の動作順序について、図４及び図５を参照して説明する。
【００６０】
先ず、中央制御装置４１からすだれ状電極２ａを所定の位置の一方(以下、第１の所定位置と呼ぶ)に配置させるため、位置決め指令を制御信号発生器３４に送出する。制御信号発生器３４は、増幅器３５を通して１つの所定の電圧値ＤＶを微小相対距離調節手段３３に印加する。なお、このとき、粗動相対距離調節ステージ３１や前述した４方向位置調節ステージ３２の初期設定により、すだれ状電極２ａが周回経路１１と対面する初期位置に設定されている。
【００６１】
そこで、微小相対距離調節手段３３は、所定の電圧値ＤＶが印加されると、その電圧値ＤＶに応じて、高い側の周波数の高周波バースト信号に対応すべく周回経路１１の径方向に微小距離移動し、球状弾性表面波素子１の周回経路１１に対し、支持体２１表面の湾曲面に形成される弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａを第１の所定位置に設定する（ＳＴ１）。
【００６２】
しかる後、中央制御装置４１からの信号発生指令のもとに、高周波バースト信号発生器４２から所定の継続時間だけ所定の周波数（例えば１５０ＭＨｚ）の高周波バースト信号が発生し、サーキュレータ４３を介して弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａに印加する。その結果、すだれ状電極２ａが電圧値ＤＶに応じた所定の距離（第1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１の周回経路１１に対し所定の強度で弾性表面波１２を励起し、周回経路１１に沿って伝搬させ、周回を開始させる。
【００６３】
高周波バースト信号を弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａに印加して前述した所定の継続時間経過後、当該すだれ状電極２ａが周回経路１１上を伝搬する弾性表面波１２に影響を与えないように、微小相対距離調節手段３３に印加していた電圧値ＤＶを停止させ、すだれ状電極２ａを周回経路１１から初期位置に移動させる（ＳＴ２）。
【００６４】
そして、弾性表面波１２が周回経路１１を５周回する時刻まで待機する。本実施の形態では、上記時刻は、弾性表面波１２の励起開始から、３．１（μ秒）×５周＝１５．５（μ秒）である（ＳＴ３）。
【００６５】
さらに、５周回した弾性表面波１２からの受信信号を検知するに適した距離に配置するため、中央制御装置４１から位置決め指令を制御信号発生器３４に送出する。制御信号発生器３４は増幅器３５を介して所定の電圧値ＥＶを微小相対距離調節手段３３に印加する（ＳＴ４）。その結果、電圧値ＥＶに応じて、球状弾性表面波素子１の周回経路１１に対し、支持体２１表面の湾曲面に形成される弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａを所定の位置の他方（以下、第２の所定位置と呼ぶ）に移動させ、弾性表面波１２からの受信信号を検知するに適した距離に配置する（ＳＴ４）。
【００６６】
周回経路１１を５周回した弾性表面波１２が到達したとき、当該弾性表面波１２から発生する信号を弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａで検知し、受信信号として出力する。この出力された受信信号は、サーキュレータ４３、増幅器４４、さらにデジタイザー４５を介して中央制御装置４１に送られる。この中央制御装置４１は、外部環境の変化を把握するために必要な処理を行った後、表示部４６に表示させる（ＳＴ５）。
【００６７】
中央制御装置４１は、５周目の受信信号が所定の強度範囲内にあるか否かを確認する（ＳＴ６）。ここで、５周目の受信信号が所定の強度範囲を超えた場合、周回経路１１を周回する弾性表面波１２を弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａで検知しなくなる所定の時間後（ＳＴ７）、再び、ステップＳＴ１に戻り、前述した一連の処理を繰り返し実行する。
【００６８】
このとき、ステップＳＴ４では、前回のステップＳＴ４にて中央制御装置４１が相対距離調整手段３の微小相対距離調節手段３３に対し、制御信号発生器３４から増幅器３５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１の周回経路１１に対する弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａの距離を所定の値だけ大きくする。
【００６９】
この結果、今回のステップＳＴ１において所定の継続時間だけ高周波バースト信号発生器４２から所定の周波数の高周波バースト信号を発生しサーキュレータ４３を介して弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａに前回と同じ所定の強度で印加し、十分に強力な弾性表面波１２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１２を検知する際には、すだれ状電極２ａが前回検知の際の所定の距離よりも所定量だけ長い距離（第２の所定の距離と呼ぶ）を介して周回経路１１と対面しているので、５周回目の弾性表面波１２からの受信信号の出力がデジタイザー４５の測定許容範囲を超えることが防止でき、受信信号の出力の測定結果が不正確になることを防ぐことができる。
【００７０】
ステップＳＴ６において前述したのとは逆に５周回目の受信信号が所定の強度範囲より小さい場合、同様にステップＳＴ７を経由してステップＳＴ１に戻って再度ステップＳＴ４へと移行する。このとき、ステップＳＴ４では、前回のステップＳＴ４において相対距離調節手段３の微小相対距離調節手段３３に対し、制御信号発生器３４から増幅器３５を介して印加される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１の周回経路１１に対する弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａの距離を所定の値だけ近づけることも可能であるのはいうまでもない。
【００７１】
ところで、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、弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａが周回経路１１を周回する弾性表面波１２を検知しなくなる所定の時間（例えば１ミリ秒）経過後（ＳＴ８）、前述したステップＳＴ１〜ステップＳＴ５と同じ内容を有したステップＳＴ９〜ステップＳＴ１４の処理を行う。
【００７２】
即ち、球状弾性表面波素子１の周回経路１１に対し、支持体２１表面の湾曲面に形成される弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａの前述した２つの所定の位置の一方である第１の所定位置に配置させるため、中央制御装置４１から位置決め指令を制御信号発生器３４に送出する。その結果、制御信号発生器３４から増幅器３５を介して１つの所定の電圧値ＤＶが微小相対距離調節手段３３に印加される（ＳＴ９）。
【００７３】
次に、所定の継続時間だけ、高周波バースト信号発生器４２から所定の周波数の高周波バースト信号を発生し、サーキュレータ４３を介して弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａに前回のステップＳＴ２の場合と同じ所定の強度で印加される。その結果、すだれ状電極２ａが前回の所定の距離（第１の所定の距離）と同じ所定の距離を有して対面している球状弾性表面波素子１の周回経路１１に対し、前回と同じ所定の強度の弾性表面波１２を励起し（ＳＴ１０）、周回経路１１に沿って伝搬させ、周回を開始させる。
【００７４】
その後、中央制御装置４１は、弾性表面波励起・検知手段２が周回経路１１上を伝搬する弾性表面波１２に影響を与えないように、制御信号発生器３４を通して微小相対距離調節手段３３に対する所定の電圧値ＤＶを停止させ、弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａを周回経路１１から離れた初期位置（第３の所定の距離と呼ぶ）に移動させる（ＳＴ１１）。
【００７５】
ここで、弾性表面波１２が周回経路１１を５周回する時刻まで待機する。本実施形態では、この時刻は、弾性表面波１２の励起開始から、３．１（μ秒）×５周＝１５．５（μ秒）である（ＳＴ１２）。
【００７６】
さらに、５周回した弾性表面波１２からの受信信号を検知するに適した距離に配置するため、中央制御装置４１から位置決め指令を制御信号発生器３４に送出する。制御信号発生器３４は増幅器３５を介して所定の電圧値ＥＶを出力し、微小相対距離調節手段３３に印加する（ＳＴ１３）。
【００７７】
周回経路１１を５周回した弾性表面波１２が到達したとき、当該弾性表面波１２から発生する信号を弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａで検知し、受信信号として出力する。この出力された受信信号は、サーキュレータ４３、増幅器４４、さらにデジタイザー４５を介して中央制御装置４１に送られる。中央制御装置４１は、少なくとも受け取った受信信号の位相を計測し、さらに計測対象とする外部環境の変化に応じた信号に処理して表示部４６に表示する（ＳＴ１４）。
【００７８】
中央制御装置４１は、５周目の受信信号を受け取って必要な処理を行った後、相対距離調節手段３の微小相対距離調節手段３３に対し制御信号発生器３４を通して既に印加している電圧値ＥＶを停止させる。つまり、電圧値を０Ｖに設置する（ＳＴ１５）。
【００７９】
その結果、相対距離調節手段３の微小相対距離調節手段３３は、支持体２１の湾曲面上に形成された弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａを、球状弾性表面波素子１の周回経路１１から予め定める初期位置に移動させる（ＳＴ１５）。
【００８０】
その結果、弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａは、周回経路１１を周回している弾性表面波１２からは何の影響も受けず、周回している弾性表面波１２から受信信号を検知することがない。このことは、周回経路１１を周回している弾性表面波１２は、周回経路１１から十分に遠ざけられている初期位置に存在する弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａから何の影響も受けないことを意味する。
【００８１】
本実施の形態では、前述したように球状弾性表面波素子１の周回経路１１の直径は３．３ｍｍであり、また１５０ＭＨｚの高周波バースト信号によって周回経路１１に励起された弾性表面波１２が周回経路１１を１周するのに要する時間は略３．１マイクロ秒である。
【００８２】
そこで、本発明装置において、弾性表面波１２が周回経路１１を周回開始後、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）を経過した後（ＳＴ１６）、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２のすだれ状電極２ａを移動させるために、中央制御装置４１は相対距離調節手段３の微小相対距離調節手段３３に対し、制御信号発生器３４から増幅器３５を介して電圧値ＤＶを印加する（ＳＴ１７）。
【００８３】
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２のすだれ状電極２ａは、球状弾性表面波素子１の周回経路１１を周回中の弾性表面波１２を再度検知し、その検知した弾性表面波１２に対応した受信信号を発生させ、サーキュレータ４３、増幅器３５、デジタイザー４５を通して中央制御装置４１に送られる。
【００８４】
中央制御装置４１は、少なくともデジタイザー４５から受け取った受信信号の位相を計測する（ＳＴ１８）。
【００８５】
なお、中央制御装置４１ないし弾性表面波励起・検知手段２は、弾性表面波１２を励起して周回を開始させた時点からの経過時間により何周目の弾性表面波１２であるかを知ることができる。
【００８６】
また、ステップＳＴ１３では、５周目の弾性表面波１２を検知するために、弾性表面波励起・検知手段２を初期位置から第２の所定の位置に移動させるため、中央制御装置４１から制御信号発生器３４及び増幅器３５を通して所定の電圧値ＤＥを微小相対距離調節手段３３に印加したが、ステップＳＴ１７では、５０周目の弾性表面波１２を検知するために、中央制御装置４１から制御信号発生器３４及び増幅器３５を通して所定の電圧値ＤＥよりも大きな電圧値ＤＶを微小相対距離調節手段３３に印加し、弾性表面波励起・検知手段２をステップＳＴ１３よりも周回経路１１にさらに接近させるので、周回数の増加に伴って強度が減衰して弱くなった弾性表面波１２を十分な強度で検知し、受信信号として中央制御装置４１に送ることができる。
【００８７】
その後、中央制御装置４１は、球状弾性表面波素子１の周回経路１１を周回する弾性表面波１２が無くなるか、又は第１の所定の位置に配置された弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａが検知した弾性表面波１２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）、何周回目の外部環境の変化の計測が行われたかを判断する（ＳＴ２０）。
【００８８】
所定の周回数の計測が行われていない場合、ステップＳＴ１０に戻り、同様の処理を繰り返し実行し、強度が減衰している５０周回目の弾性表面波１２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良く求めて表示することができる。
【００８９】
従って、本発明の実施形態によれば、以上のような球状弾性表面波装置を用いて、外部環境の変化の下で弾性表面波励起・検知手段２のすだれ状電極２ａで検知した受信信号を計測するようにすれば、外部環境の変化が例えば５周目の弾性表面波１２における出力信号の強度や位相と比較し、５０周回目の弾性表面波１２における出力信号の強度や位相を精度よく計測できる。その結果、５０周回目の弾性表面波１２における出力信号の強度や位相を用いて、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、ひいては１周回目当りの弾性表面波１２の減衰率を正確に求めること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１２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。これにより、周回する弾性表面波１２の伝搬速度の計測をより正確に行うことができる。
【００９０】
以上述べた外部環境の変化の計測は、１５０ＭＨｚの周波数の高周波バースト信号を用いて、弾性表面波１２を励起・検知する際の具体的な動作について説明したが、引き続き、５０ＭＨｚの周波数の高周波バースト信号を用いて、同様に外部環境の変化の計測を行う。
【００９１】
一般に、弾性表面波１２が周回経路１１を１周回するに必要な時間は大きく変わらないが、弾性表面波１２の周波数が低くなると、周回に伴う弾性表面波１２の強度の減衰が小さくなるために、例えば１５０ＭＨｚにおける５０周回目の信号計測と同様の精度を得るためには、略３．１マイクロ秒（１周）×１５０周＝略４５６マイクロ秒の時間にわたって弾性表面波１２を伝搬して計測するようにすれば、位相計測の精度を上げることができる。
【００９２】
５０ＭＨｚの周波数の高周波バースト信号を用いたときの周回経路１１に対する弾性表面波励起・検知手段２の距離は１５０ＭＨｚの周波数の高周波バースト信号のときによりも距離的に離してよいが、その距離は計測する信号を十分なＳＮ比で得られるように変えればよい。
【００９３】
中央制御装置４１は、前述した２つの周波数の夫々について、基準とする表面状態及び表面に異物が付着した状態での弾性表面波速度や減衰定数を計測することができ、また、得られた例えば位相速度の変化率から温度環境変化の要因と表面に異物が付着した要因を求めることができる。
【００９４】
なお、５０ＭＨｚの周波数について弾性表面波１２の周回速度と減衰（強度）を計測する動作手順は、１５０ＭＨｚの周波数の時と同様に図４、図５に従って行うことが可能であるが、さらに短時間に計測することが可能である。つまり、高周波バースト信号発生器４２においては、５０ＭＨｚと１５０ＭＨｚの２つの周波数成分の高周波バースト信号を生成し、５０ＭＨｚと１５０ＭＨｚの２つの周波数の弾性表面波を同時に圧電性結晶球（水晶）表面上に励起して伝搬させることができる。
【００９５】
その後、５周回目の時点ですだれ状電極２ａを短時間（１周回に相当する時間程度）圧電性結晶球（水晶）表面に接近させて２つの周波数の弾性表面波の信号を計測し、しかる後、１５０ＭＨｚ成分信号のみが通過できるフィルターを通した信号を１５０ＭＨｚ成分信号の計測結果として測定し、同時並行的に５０ＭＨｚ成分信号のみが通過できるフィルターを通した信号を５０ＭＨｚ成分信号の計測結果として測定することができる。
【００９６】
次に、５０周回目の時点で再びですだれ状電極２ａを短時間（１周回に相当する時間程度）圧電性結晶球（水晶）表面に接近させ、１５０ＭＨｚの周波数成分を通すフィルターを介して１５０ＭＨｚの周波数成分の弾性表面波の強度と位相を計測して再びすだれ状電極２ａを離間する。次に、５０ＭＨｚの周波数成分による弾性表面波の１５０周回目の信号を計測する為に再度すだれ状電極２ａを圧電性結晶球（水晶）表面に接近させ、そのときの出力の５０ＭＨｚの周波数成分のみを抽出し、弾性表面波の強度と位相とを計測してもよい。この計測方法では、同時に複数の周波数による弾性表面波を周回できるために高速に計測できる利点がある。
【００９７】
また、本発明装置では、複数の周波数帯の弾性表面波１２を励起するためにダブルフィンガー電極を用いたが、例えば図６に示すように５０ＭＨｚの弾性表面波１２を励起検出するすだれ状電極２ｂと、１５０ＭＨｚの弾性表面波１２を励起検出するすだれ状電極２ｃとを並設するように形成することもできる。
【００９８】
（第２の実施形態）
図７は本発明に係る球状弾性表面波装置の第２の実施形態を示す構成図である。なお、同図において、図１と同一の構成部分には同一符号を付してその重複する説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。
【００９９】
この球状弾性表面波装置では、第1の実施形態で使用されている相対距離調節手段３とほぼ同じ構成を有する複数の相対距離調節手段３'、３"を用いられる。図では、球状弾性表面波素子１の周回経路１１に対し、２個の相対距離調節手段３'、３"が互いに９０度の角度を有して対向するよう配置されている。
【０１００】
各相対距離調節手段３'、３"は、それぞれ固定部材３６、４方向位置調節ステージ３２、２方向位置微調節ステージ３７、微小相対距離調節手段３３の順序で調節可能に連結され、各微小相対距離調節手段３３先端部にそれぞれ弾性表面波励起・検知手段２'、２"を形成する支持体２１が取り付けられている。
【０１０１】
弾性表面波励起・検知手段２'としては図６示すようなすだれ状電極２ｂが形成されており、その中心周波数は５０ＭＨｚである。もう一方の弾性表面波励起・検知手段２"としては、図６に示すようなすだれ状電極２ｃが形成され、その中心周波数は１５０ＭＨｚである。つまり、互いに異なる２つの周波数である５０ＭＨｚと１５０ＭＨｚのそれぞれのすだれ状電極２ｂ、２ｃが独立したタイミングで圧電性結晶球に接近し、弾性表面波１２の励起と検知を行うものである。
【０１０２】
このように周波数毎にそれぞれ独立したすだれ状電極２ｂ、２ｃの接近や離間を行うことの利点は、複数の周波数帯域を持ったすだれ状電極２ｂ、２ｃを用いた場合、すだれ状電極２ｃを球状弾性表面波素子１に接近して１５０ＭＨｚの周波数成分の励起を行う場合、同時に５０ＭＨｚの周波数のすだれ状電極２ｂが球状弾性表面波素子１に接近することがない点である。すだれ状電極２ｂ、２ｃは、圧電性結晶球に接触していなくとも、電気的な相互作用により、周回中の弾性表面波１２の伝搬に影響を与えてしまう。特に、５０ＭＨｚの弾性表面波成分と１５０ＭＨｚの周波数成分では、前述したように検知・計測する周回数が異なる為に、高い周波数成分を検出する際に低い周波数成分の弾性表面波１２が影響を受けることを避けることが望まれる。
【０１０３】
本実施形態の例では、５０ＭＨｚのすだれ状電極２ｂと１５０ＭＨｚのすだれ状電極２ｃとを独立して移動させつつ励起・検知できることから、例えば１５０ＭＨｚ周波数の弾性表面波１２を検知する場合に５０ＭＨｚ周波数のすだれ状電極２ｃを接近したとしても、それに影響を与えることを避けることができる。
【０１０４】
また、本実施形態では、図示はしないが、５０ＭＨｚと１５０ＭＨｚの周波数の高周波バースト信号を生成するバースト信号発生器やその周波数の励起に基づく弾性表面波１２の信号を検出して増幅する増幅器、信号処理手段をそれぞれ別個に独立に作ることもできるし、あるいは一個の装置に両方の役割を果させることも可能である。
【０１０５】
なお、本実施形態では、図７に示すように複数の弾性表面波励起・検知手段２'、２"は、直交するように配置したが、１２０度の角度を有して各弾性表面波励起・検知手段を配置することもできる。
【０１０６】
その他、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【符号の説明】
【０１０７】
１…球状弾性表面波素子、２、２'、２"…弾性表面波励起・検知手段、２ａ，２ｂ，２ｃ…すだれ状電極、３…相対距離調節手段、４…制御処理系、１１…周回経路、１２…弾性表面波、１３…支持台、２１…支持体、３１…粗動相対距離調節ステージ、３２…４方向位置調節ステージ、３３…微小相対距離調節手段、３６…固定部材、３７…２方向位置微調節ステージ、４１…中央制御装置、４２…高周波バースト信号発生器、４３…サーキュレータ、４４…増幅器、４５…デジタイザー、４６…表示部。
【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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