(57)【要約】【課題】  従来の弾性表面波素子では、一方の櫛形電極により発生された弾性表面波は基材の平坦な表面上を他方の櫛形電極に向かい伝搬する間に上記表面上で弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に拡散し弱まってしまう。この為に弾性表面波の伝搬損失を小さくすることが出来なかった。【解決手段】  球面の周回帯の一部である円弧状帯を定義可能な３次元基材と、前記３次元基材の前記円弧状帯上に位置し、前記円弧状帯に沿って弾性表面波を励起する電気音響変換素子と、前記弾性表面波を前記円弧状帯に沿って反射する反射器を有する弾性表面波素子を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面の周回帯の一部である円弧状帯を定義可能な３次元基材と、前記３次元基材の前記円弧状帯上に位置し、前記円弧状帯に沿って弾性表面波を励起する電気音響変換素子と、前記弾性表面波を前記円弧状帯に沿って反射する反射器を有する弾性表面波素子。
【請求項２】
前記弾性表面波を前記円弧状帯に沿って多重反射する反射器を有する請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記電気音響変換素子は一方向に前記弾性表面波を励起する請求項２記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記３次元基材上に、前記電気音響変換素子と、前記反射器を複数有する請求項２記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記３次元基材上に、前記電気音響変換素子と、前記反射器を複数有する請求項３記載の弾性表面波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材と、上記基材の表面に弾性表面波を発生させる電気音響変換素子と、上記弾性表面波を反射する反射器を備えている弾性表面波素子に関係しており、より詳細には、上記基材が球面の周回帯の一部である円弧状帯を定義可能な三次元基材であり、上記円弧状帯上で励起される上記弾性表面波を上記反射器で反射する弾性表面波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材上に弾性表面波を発生させるとともに基材上に発生された弾性表面波を受信する弾性表面波素子は従来から良く知られている。弾性表面波とは、通常のバルク波と呼ばれる縦波や横波と異なり、物質表面にそのエネルギーの多くを集中して伝搬する弾性波である。弾性表面波としては、レーリー波，セザワ波，擬セザワ波，ラブ波等を例示することができ、異方性材料の表面にも存在しえる。
【０００３】
従来の弾性表面波素子では、平坦な基材上に配置された平坦な圧電体上に１対の櫛形電極が設けられている。一方の櫛形電極に高周波電流が供給されることにより、基材上で一方の櫛形電極の並んでいる方向に圧電体から弾性表面波が発生される。他方の櫛形電極は、基材上で一方の櫛形電極から発生される弾性表面波の移動方向に配置されていて上記弾性表面波を受け取る。
【０００４】
弾性表面波素子は、遅延線，発信機の為の発振素子及び共振素子，周波数を選択する為のフィルター，化学センサー，バイオセンサー，またはリモートタグ等に使用されている。
【０００５】
１対の櫛形電極の発生する弾性表面波の伝搬方向に対し直交する方向における上記弾性表面波の幅は、一般的に一方の櫛形電極の複数の電極片と他方の櫛形電極の複数の電極片とが相互に対面する長さに等しく、本願の明細書中では上記長さを電極幅と称する。弾性表面波素子において１対の櫛形電極間を伝わる弾性表面波の共振周波数の精度を高める為には、１対の櫛形電極相互間を弾性表面波が伝搬する際の伝搬損失を出来る限り小さくすることが望まれている。
【０００６】
しかしながら、通常の弾性表面波素子は１対の櫛形電極が設けられている圧電体の表面及び基材の表面が平坦であるので、一方の櫛形電極により発生された弾性表面波は基材の平坦な表面上を他方の櫛形電極に向かい伝搬する間に上記表面上で弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に拡散し弱まってしまう。この為に弾性表面波の伝搬損失を小さくすることが出来ず、ひいては弾性表面波素子における性能を高めることに限界がある。
【０００７】
このような問題解決のために、球状の基材を用いることが考えられている。この基材の周回帯に櫛形電極を設け、弾性表面波を励起させると、弾性表面波は拡散せずに多数回基材を周回する。これを利用すれば、弾性表面波の伝搬距離を従来に比較してきわめて長くすることができる（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
ここで、球状の基材に弾性表面波を多数回周回させる方法において、さらに以下のような課題もあげられる。球状の基材であるため、球状の球面基材を位置決めし、特定位置に櫛型電極や櫛型電極に端子を形成するなどの加工が極めて難しい。また、球状の弾性表面波素子を電気的に接続する加工も、困難となる。さらに、球状の基材が圧電性の単結晶の
場合、加工時に球状であるため結晶軸がわからなくなり、加工後に結晶方位を同定することは、極めて困難となる。
【０００９】
弾性表面波を周回させる周回帯は、球状の基材の最外周に制約される。周回帯には物理的に接触することができず保持方法が制限される。周回帯は弾性表面波を伝搬させるために表面の平坦性や清浄度などを良好にする必要があり、加工方法も制限される。同一の球状の基材に櫛形電極を複数設けて高集積化したい場合は、周回帯が最外周であることによって弾性表面波の伝搬経路が長くなり、球状基材における集積度が制限される。
【００１０】
球状の基材の同一の周回帯に、複数の櫛形電極を設け、それら複数の櫛形電極から複数の弾性表面波を同時に伝搬させた場合、各弾性表面波が干渉してしまう。さらに、ある櫛形電極から発生した弾性表面波が、別の櫛形電極で電気信号に変換されて検出されてしまうことがある。
【００１１】
球状の基材に櫛形電極を設け、弾性表面波を発生させて周回帯上に伝搬させた場合、周回ごとに弾性表面波が櫛形電極へ到達する伝搬距離は、球状の基材の最外周に制約される。そのため、櫛形電極から発生した弾性表面波が伝搬して櫛形電極へ到達する伝搬距離を、同一の球状の基材において任意に設定することができない。
【００１２】
特許文献は以下の通り。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ  ０１／４５２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、球面の周回帯の一部である円弧状帯を定義可能な三次元基材に電気音響変換素子を設け、電気音響変換素子から励起される弾性表面波を円弧状帯に設けられた反射器で反射して弾性表面波の伝搬経路を制限する弾性表面波に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項１に関する発明は、球面の周回帯の一部である円弧状帯を定義可能な三次元基材と、前記三次元基材の前記円弧状帯上に位置し、前記円弧状帯に沿って弾性表面波を励起する電気音響変換素子と、前記弾性表面波を前記円弧状帯に沿って反射する反射器を有する弾性表面波素子を提供する。
【００１５】
請求項２の発明は、前記弾性表面波を前記円弧状帯に沿って多重反射する反射器を有する請求項１記載の弾性表面波素子を提供する。
【００１６】
請求項３の発明は、前記電気音響変換素子は一方向に前記弾性表面波を励起する請求項２記載の弾性表面波素子を提供する。
【００１７】
請求項４の発明は、前記三次元基材上に、前記電気音響変換素子と、前記反射器を複数有する請求項２記載の弾性表面波素子を提供する。
【００１８】
請求項５の発明は、前記三次元基材上に、前記電気音響変換素子と、前記反射器を複数有する請求項３記載の弾性表面波素子を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の弾性表面波素子によれば、球面の周回帯の一部である円弧状帯に弾性表面波を伝搬させることで弾性表面波の拡散を防いで伝搬させつつ、反射器
で弾性表面波を反射し、伝搬経路を周回帯の一部に限定することで素子加工を容易とし、周回帯に限定されず伝搬経路の長さを自在に定義できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を参照して本発明の第一の実施の形態を説明する。
【００２１】
（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態に係る弾性表面波素子を示す実施図である。弾性表面波素子１は、三次元基材２において、外表面上の所望の位置に設置された電気音響変換素子３と反射器４を備えている。三次元基材２において、球面の周回帯の一部である円弧状帯５を定義することができる。三次元基材２は、水晶やリチウムナイオベート等の圧電材料を用いても良いし、非圧電材料、例えばガラスやセラミックの表面に圧電材料膜を設けても良い。
【００２２】
電気音響変換素子３には、一般的には櫛型電極が用いられる。櫛型電極に端子６から高周波電流を印加することで、三次元基材２に弾性表面波７が励起され、円弧状帯５に沿って伝搬する。円弧状帯５が球面曲面の一部であることから、弾性表面波７は伝搬するとともに拡散と収束が生じるが、弾性表面波６の波長と、電気音響変換素子３に櫛型電極を用いた場合の電極長さが、球面の周回帯の一部を定義される球に対して一定の比率となったとき、弾性表面波７は、進行方向に対して垂直方向には拡散せずに長距離伝搬することが、筆者らと共同発明者による特許文献１に明らかにされている。
【００２３】
弾性表面波７が拡散せずに長距離伝搬し反射器４が存在しない場合、円弧状帯５を弾性表面波は多重周回する。反射器４には、一般的に金属ストライプを弾性表面波の波長の１／２の間隔でグレーティング構造に配置したものが用いられる。反射器４によって、弾性表面波７は反射され、円弧状帯５を多重周回せずに、円弧状帯５上において弾性表面波７の伝搬距離を任意に設定することができる。
【００２４】
弾性表面波素子８において、三次元基材９は、球面の周回帯の一部である円弧状帯１０を定義できれば、球形である必要はない。これにより、三次元基材９には、球面レンズの加工技術がそのまま転用できるほか、円弧状帯１０以外の部分を任意の計上とすることができることから素子加工や実装が容易となること、また、三次元基材９が圧電性の単結晶である場合、結晶方位を示すオリフラを設けることができるなどの利点がある。
【００２５】
電気音響変換素子１１に端子１２から高周波電流を印加することで、三次元基材９に弾性表面波１３、弾性表面波１４が励起され、円弧状帯１０に沿って伝搬する。反射器を設けていない方向に伝搬する弾性表面波１４は、必要に応じ吸音材１５を設けることで減衰することができる。弾性表面波１３は、反射器１６で反射されるため、円弧状帯１０を三次元基材９に定義することで、弾性表面波１３を拡散させずに伝搬させて、任意の伝搬距離を設定することができる。
【００２６】
以下に図２を参照して本発明の第二の実施の形態を説明する。
【００２７】
（第二の実施形態）
図２は本発明の第二の実施形態に係る弾性表面波素子を示す実施図である。
【００２８】
弾性表面波素子１７は、三次元基材２において、外表面上の所望の位置に設置された電気音響変換素子３と反射器１８と反射器１９を備えている。三次元基材２において、球面曲面の一部である円弧状帯２２を定義することができる。
【００２９】
電気音響変換素子３には、一般的には櫛型電極が用いられる。電気音響変換素子３に端子６から高周波電流を印加することで、三次元基材２に弾性表面波２０と弾性表面波２１が励起され、円弧状帯２２に沿って伝搬する。弾性表面波２０と弾性表面波２１を拡散させずに伝搬させると、弾性表面波２０は反射器１８に、弾性表面波２１は反射器１９に反射される。反射された弾性表面波２０、弾性表面波２１は、電気音響変換素子３で電気信号が励起され、さらに拡散せずに伝搬して、それぞれ次に反射器１９、反射器１８で反射される。このように、弾性表面波２０、弾性表面波２１を、伝搬方向の垂直方向に拡散することなく伝搬させ、反射器１８、反射器１９で限定される伝搬経路上を多重反射させて、長距離伝搬させることができる。
【００３０】
弾性表面波素子２３において、三次元基材２４は、球面の周回帯の一部である円弧状帯２５を定義できれば、球形である必要はない。三次元基材２４において、外表面上の所望の位置に設置された電気音響変換素子２６と反射器２７と反射器２８を備えている。
【００３１】
電気音響変換素子２６に端子２２から高周波電流を印加することで、三次元基材２４に弾性表面波２９と弾性表面波３０が励起され、円弧状帯２５に沿って伝搬する。弾性表面波２９と弾性表面波３０を拡散させずに伝搬させると、弾性表面波２９は反射器２７に、弾性表面波３０は反射器２８に反射される。反射された弾性表面波２９、弾性表面波３０は、電気音響変換素子２６で電気信号が励起され、さらに拡散せずに伝搬して、それぞれ次に反射器２８、反射器２７で反射される。このように、三次元基材２４において、球面の周回帯の一部である円弧状帯２５を設けることで、弾性表面波２９、弾性表面波３０を、反射器２７、反射器２８で限定される伝搬経路上を多重反射させて、長距離伝搬させることができる。
【００３２】
（第三の実施形態）
図３は本発明の第三の実施形態に係る弾性表面波素子を示す実施図である。
【００３３】
弾性表面波素子３１は、三次元基材２において、外表面上の所望の位置に設置された電気音響変換素子３５と反射器３２と反射器３３を備えている。三次元基材２において、球面曲面の一部である円弧状帯３４を定義することができる。
【００３４】
電気音響変換素子３５には、一般的には櫛型電極が用いられる。櫛型電極の構造を、当該分野においては周知の一方向性変換器とすることで、電気音響変換素子３５に端子６から高周波電流を印加すると、三次元基材２に弾性表面波３６が励起され、円弧状帯３４に沿って伝搬する。
【００３５】
弾性表面波３６を拡散させずに伝搬させると、弾性表面波３６は反射器３３に反射される。反射された弾性表面波３６は、拡散せずに伝搬して、反射器３２で反射される。このように、弾性表面波３６を、伝搬方向の垂直方向に拡散することなく伝搬させ、反射器３２、反射器３３で限定される伝搬経路上を多重反射させて長距離伝搬させることができる。
【００３６】
三次元基材２は、第一の実施形態、第二の実施形態同様に、球面の周回帯の一部を有すれば球形である必要は無い。
【００３７】
（第四の実施形態）
図４は本発明の第四の実施形態に係る弾性表面波素子を示す実施図である。
【００３８】
弾性表面波素子３７は、三次元基材２において、外表面上の所望の位置に設置された電気音響変換素子３と反射器３８と反射器３９、電気音響変換素子４０と反射器４１と反射
器４２を備えている。三次元基材２において、球面の周回帯の一部である円弧状帯３４と円弧状帯４３を定義することができる。
【００３９】
電気音響変換素子３、電気音響変換素子４０に端子６、端子４４から高周波電流を印加することで、三次元基材２に弾性表面波８と弾性表面波４５、弾性表面波４６と弾性表面波４７が励起され、円弧状帯３４と円弧状帯４３に沿って伝搬する。弾性表面波８と弾性表面波４５は、それぞれ反射器３８、反射器３９で多重反射する。弾性表面波４６と弾性表面波４７は、それぞれ反射器４１、反射器４２で多重反射する。このように同一基材で、多数の電気音響変換素子から反射器間で限定される伝搬経路上を多重反射させて、長距離伝搬させることができる。
【００４０】
三次元基材２は、第一の実施形態、第二の実施形態、第三の実施形態同様に、球面の周回帯の一部を有すれば球形である必要は無い。
【００４１】
（第五の実施形態）
図５は本発明の第五の実施形態に係る弾性表面波素子を示す実施図である。
【００４２】
弾性表面波素子４８は、三次元基材２において、外表面上の所望の位置に設置された電気音響変換素子４９と反射器５０と反射器５１、電気音響変換素子５２と反射器５３と反射器５４を備えている。電気音響変換素子４９と電気音響変換素子５２には、当該分野においては周知の一方向性変換器とすることで、それぞれ一方向に弾性表面波５５、弾性表面波５６が励起される。三次元基材２において、球面曲面の一部である円弧状帯５７と円弧状帯５８を定義することができる。
【００４３】
電気音響変換素子４９、電気音響変換素子５２に端子５９、端子６０から高周波電流を印加することで、三次元基材２に弾性表面波５５、弾性表面波５６が励起され、円弧状帯５７と円弧状帯５８に沿って伝搬する。弾性表面波５５は、反射器５０、反射器５１で多重反射する。弾性表面波５６は、反射器５３、反射器５４で多重反射する。このように同一球状で、多数の電気音響変換素子から反射器間で限定される伝搬経路上を多重反射させて、長距離伝搬させることができる。
【００４４】
三次元基材２は、第一の実施形態、第二の実施形態、第三の実施形態、第四の実施形態同様に、球面の周回帯の一部を有すれば球形である必要は無い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかわる弾性表面波素子を示すもので、（イ）は三次元基材が球形の場合、（ロ）は球形でない場合の斜視図である。
【図２】本発明の第二の実施形態にかかわる弾性表面波素子を示すもので、（イ）は三次元基材が球形の場合、（ロ）は球形でない場合の斜視図である。
【図３】本発明の第三の実施形態にかかわる弾性表面波素子を示す斜視図である。
【図４】本発明の第四の実施形態にかかわる弾性表面波素子を示す斜視図である。
【図５】本発明の第五の実施形態にかかわる弾性表面波素子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・弾性表面波素子
２・・・三次元基材
３・・・電気音響変換素子
４・・・反射器
５・・・円弧状帯
６・・・端子
７・・・弾性表面波
８・・・弾性表面波素子
９・・・三次元基材
１０・・・円弧状帯
１２・・・電気音響変換素子
１３・・・端子
１４・・・弾性表面波
１５・・・弾性表面波
１６・・・吸音材
１７・・・反射器
１８・・・反射器
１９・・・反射器
２０・・・弾性表面波
２１・・・弾性表面波
２２・・・円弧状帯
２３・・・弾性表面波素子
２４・・・三次元基材
２５・・・円弧状帯
２６・・・電気音響変換素子
２７・・・反射器
２８・・・反射器
２９・・・弾性表面波
３０・・・弾性表面波
３１・・・弾性表面波素子
３２・・・反射器
３３・・・反射器
３４・・・円弧状帯
３５・・・電気音響変換素子
３６・・・弾性表面波
３７・・・弾性表面波素子
３８・・・反射器
３９・・・反射器
４０・・・電気音響変換素子
４１・・・反射器
４２・・・反射器
４３・・・円弧状帯
４４・・・端子
４５・・・弾性表面波
４６・・・弾性表面波
４７・・・弾性表面波
４８・・・弾性表面波素子
４９・・・電気音響変換素子
５０・・・反射器
５１・・・反射器
５２・・・電気音響変換素子
５３・・・反射器
５４・・・反射器
５５・・・弾性表面波
５６・・・弾性表面波
５７・・・円弧状帯
５８・・・円弧状帯
５９・・・端子
６０・・・端子
【図１】
2008236607.tif 000003
【図２】
2008236607.tif 000004
【図３】
2008236607.tif 000005
【図４】
2008236607.tif 000006
【図５】
2008236607.tif 000007