(57)【要約】【課題】センサの感度を高める。【解決手段】アンテナ１０４が質問信号を受信し、ＩＤＴ１０３に供給する。ＩＤＴ１０３は質問信号を機械的な振動に変換し、圧電体１０２上に弾性表面波を励振する。この弾性表面波は圧電体１０２上を反射器１０７に向かって伝播し、反射器１０７によって反射され、ＩＤＴ１０３に到達する。ＩＤＴ１０３は到達した弾性表面波を電気信号に変換し、アンテナ１０４に供給する。アンテナ１０４はこの電気信号を応答信号として放射する。ＩＤＴ１０３の第２の電極１１２は基準電極１０６に接続されており、基準電極１０６にはインピーダンス変換器３０１が接続されている。インピーダンス変換器３０１は環境の変化に応じて基準電極１０６のインピーダンスを変化させる、この構成によって、質問信号から応答信号への変換効率が向上する。【選択図】図５
2008096359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、弾性表面波を伝播する媒体と、
前記基板の前記媒体が設けられていない部位に設けられた電位基準面としての基準電極と、
信号の受信と送信を行うアンテナと、
前記媒体上に互いに対向して設けられた第１の電極と第２の電極とからなる変換器であって、該第１の電極は前記アンテナに接続されており、該第２の電極は前記基準電極に接続されており、前記アンテナで受信された信号を前記媒体上における弾性表面波に変換する機能と、前記媒体上を伝播してきた弾性表面波を信号に変換して前記アンテナに出力する機能とを有する変換器と、
前記変換器から発せられて前記媒体上を伝播してきた弾性表面波を前記変換器へ向けて反射する反射器と、
前記基準電極に接続され、環境の変化に応じてインピーダンスが変化するインピーダンス変換手段と
を有することを特徴とするセンサ。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられ、弾性表面波を伝播する媒体と、
前記基板の前記媒体が設けられていない部位に設けられた電位基準面としての基準電極と、
信号を受信する第１のアンテナと、
信号を送信する第２のアンテナと、
前記基板上に互いに対向して設けられた第１の電極と第２の電極とからなる第１の変換器であって、該第１の電極は前記第１のアンテナに接続されており、該第２の電極は前記基準電極に接続されており、前記第１のアンテナで受信された信号を前記基板上における弾性表面波に変換する第１の変換器と、
前記基板上に互いに対向して設けられた第３の電極と第４の電極とからなる第２の変換器であって、該第３の電極は前記第２のアンテナに接続されており、該第４の電極は前記基準電極に接続されており、前記第１の変換器から発せられて前記基板上を伝播してきた弾性表面波を信号に変換して前記第２のアンテナに出力する第２の変換器と、
前記基準電極に接続され、環境の変化に応じてインピーダンスが変化するインピーダンス変換手段と
を有することを特徴とするセンサ。
【請求項３】
前記インピーダンス変換手段は、光が照射されるとインピーダンスが変化することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記インピーダンス変換手段は、温度が変化するとインピーダンスが変化することを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）の遅延を利用したＳＡＷセンサが知られている。ＳＡＷセンサは、受信した信号を弾性表面波に変換し、基板を伝播した弾性表面波を信号に変換して送信する。送信される信号は、基板上の伝播距離、基板の材質などの条件に依存してその遅延時間が定まる。この遅延時間を測定することによってＩＤ（Identification）の識別や環境の変化の検知を行うことができる。
【０００３】
このようなＳＡＷセンサの感度を高めるための技術が提案されている。例えば、特許文献１で開示された技術では、基板上で弾性表面波を反射させる反射器にインピーダンス変換器を接続している。このインピーダンス変換器は、例えば、温度変化、光の照射など環境の変化に応じてインピーダンスが変化する素子である。この構成によれば、環境の変化に応じて反射器の反射特性が変化するので、出力された信号に基づいて環境の変化を検知することができるとされている。
【特許文献１】特表平１１−５０４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、センサの感度を高めることのできる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板上に設けられ、弾性表面波を伝播する媒体と、前記基板の前記媒体が設けられていない部位に設けられた電位基準面としての基準電極と、信号の受信と送信を行うアンテナと、前記媒体上に互いに対向して設けられた第１の電極と第２の電極とからなる変換器であって、該第１の電極は前記アンテナに接続されており、該第２の電極は前記基準電極に接続されており、前記アンテナで受信された信号を前記媒体上における弾性表面波に変換する機能と、前記媒体上を伝播してきた弾性表面波を信号に変換して前記アンテナに出力する機能とを有する変換器と、前記変換器から発せられて前記媒体上を伝播してきた弾性表面波を前記変換器へ向けて反射する反射器と、前記基準電極に接続され、環境の変化に応じてインピーダンスが変化するインピーダンス変換手段とを有することを特徴とするセンサを提供する。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、基板と、前記基板上に設けられ、弾性表面波を伝播する媒体と、前記基板の前記媒体が設けられていない部位に設けられた電位基準面としての基準電極と、信号を受信する第１のアンテナと、信号を送信する第２のアンテナと、前記基板上に互いに対向して設けられた第１の電極と第２の電極とからなる第１の変換器であって、該第１の電極は前記第１のアンテナに接続されており、該第２の電極は前記基準電極に接続されており、前記第１のアンテナで受信された信号を前記基板上における弾性表面波に変換する第１の変換器と、前記基板上に互いに対向して設けられた第３の電極と第４の電極とからなる第２の変換器であって、該第３の電極は前記第２のアンテナに接続されており、該第４の電極は前記基準電極に接続されており、前記第１の変換器から発せられて前記基板上を伝播してきた弾性表面波を信号に変換して前記第２のアンテナに出力する第２の変換器と、前記基準電極に接続され、環境の変化に応じてインピーダンスが変化するインピーダンス変換手段とを有することを特徴とするセンサを提供する。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のセンサにおいて、前記インピーダンス変換手段は、光が照射されるとインピーダンスが変化することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のセンサにおいて、前記インピーダンス変換手段は、温度が変化するとインピーダンスが変化することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、センサの感度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態について説明する。図１（ａ）はセンサ１００の平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。図１（ｃ）は、センサ１００の裏面、すなわち、図１（ｂ）における下側の面を表す図である。
基板１０１の表面には、圧電体１０２が形成されている。圧電体１０２上には、ＩＤＴ（Inter-digital Transducer）１０３、アンテナ１０４、インピーダンス整合回路１０５、反射器１０７が設けられている。基板１０１の裏面には基準電極１０６が形成されている。
なお、アンテナ１０４、インピーダンス整合回路１０５は圧電体１０２上以外の部位に設けられていてもよい。また、インピーダンス整合回路１０５を持たない構成としてもよい。
【００１０】
圧電体１０２は、例えばＬｉＴａＯ３を用いて形成されており、電界を与えるとひずみが生じ、反対にひずみを与えると電界が生じる圧電効果を有している。
ＩＤＴ１０３は、すだれ状電極で構成された変換器である。ＩＤＴ１０３の第１の電極１１１は第２の電極１１２に向かって延びた複数の電極からなり、第２の電極１１２は第１の電極１１１に向かって延びた複数の電極からなり、第１の電極１１１から延びた複数の電極と第２の電極１１２から延びた複数の電極とが交互に配置されている。第１の電極１１１はアンテナ１０４に接続され、第２の電極１１２はスルーホール１０９を介して基準電極１０６に接地されている。つまり、基準電極１０６は、ＩＤＴ１０３の基準電位を定める電位基準面として機能し、第２の電極１１２の電位はこの基準電位にほぼ等しくなる。
【００１１】
なお、基準電極の特性インピーダンスは本来０Ωとなることが好ましいが、基板１０１の大きさの制限により、特性インピーダンスを０Ωとすることは困難であるため、数Ω以下程度になるように基準電極１０６の面積を定めることが望ましい。
上記の構成において、第１の電極１１１に電圧が印加されると、第１の電極１１１と第２の電極１１２との間に電位差が生じ、圧電体１０２にこの電位差に応じた電界が発生する。すると、圧電効果により、圧電体１０２にこの電界に応じたひずみが発生する。
【００１２】
ここで、ある周波数と振幅を有する電気信号が第１の電極１１１に入力された場合、第１の電極１１１と第２の電極１１２との間に生じる電位差は、電気信号の周波数と振幅に応じて周期的に変化する。すると、この電位差によって発生する電界も電位差の変化に応じて周期的に変化する。その結果、圧電体１０２に生じるひずみが電界の変化に応じて周期的に変化するため、圧電体１０２上に機械的な振動が発生する。この振動は弾性表面波として圧電体１０２上を伝播する。つまり、ＩＤＴ１０３は、電気信号を弾性表面波に変換する機能を有している。
【００１３】
反対に、圧電体１０２上を伝播してきた弾性表面波がＩＤＴ１０３に達した場合、圧電体１０２上におけるＩＤＴ１０３が設けられている部位にひずみが発生する。このひずみは、弾性表面波の周波数と振幅に応じて周期的に変化する。すると、圧電体１０２にはこのひずみの変化に応じて変化する電界が発生する。その結果、ＩＤＴ１０３の第１の電極１１１と第２の電極１１２との間に電界の変化に応じて周期的に変化する電位差が生じ、この電位差の変化に応じた周波数と振幅を有する電気信号が第１の電極１１１から出力される。つまり、ＩＤＴ１０３は、弾性表面波を電気信号に変換する機能を有している。
【００１４】
アンテナ１０４は、外部から届く電波信号を受信し、受信された電波信号を電気信号に変換してＩＤＴ１０３の第１の電極１１１に供給する。また、アンテナ１０４は、ＩＤＴ１０３の第１の電極１１１から供給された電気信号を電波信号に変換し、外部に放射する。
インピーダンス整合回路１０５は、例えば、平面導波路回路、インダクタやコンデンサ等の受動部品を用いた回路であり、アンテナ１０４のインピーダンスとＩＤＴ１０３のインピーダンスとを整合させる。
【００１５】
基準電極１０６は、基板１０１の裏面に露出されている。基準電極１０６は、特性インピーダンスが０Ωであることが好ましい。そのためには、露出された面の面積は数十ｃｍ２程度が必要となる。しかし、本発明のセンサ１００は小型であるため、基板１０２の大きさが限定される。そのため、基準電極１０６の面積は数ｃｍ２程度となってしまい、特性インピーダンスは０Ωとはならず、数Ω程度の値となる。
反射器１０７は例えば直方体状に形成されたシリコンである。ＩＤＴ１０３によって励振された弾性表面波が圧電体１０２上を伝播して反射器１０７に達した場合、反射器１０７はこの弾性表面波を反射し、弾性表面波は反射される前と反対方向に伝播していく。
【００１６】
上記のように構成されたセンサ１００の基本的な動作は以下のとおりである。外部の装置から放射された電波信号（以下、「質問信号」と呼ぶ）がセンサ１００に到達すると、アンテナ１０４がこの質問信号を受信し、この質問信号を電気信号に変換し、この電気信号をＩＤＴ１０３に供給する。ＩＤＴ１０３はこの電気信号を機械的な振動に変換し、圧電体１０２上に弾性表面波を励振する。この弾性表面波は圧電体１０２上を反射器１０７に向かって伝播し、反射器１０７に到達する。反射器１０７に到達した弾性表面波は反射器１０７によって反射され、ＩＤＴ１０３に到達する。ＩＤＴ１０３は到達した弾性表面波を電気信号に変換し、アンテナ１０４に供給する。アンテナ１０４はこの電気信号を電波信号（以下、「応答信号」と呼ぶ）に変換し、この応答信号を放射する。
【００１７】
図２は、送受信器２００の構成を示す図である。
信号処理部２０２は、所定の振幅および周波数を有する電気信号を生成し、アンテナ２０１に供給する。アンテナ２０１は、信号処理部２０２から供給された電気信号を電波信号に変換し、この電波信号を質問信号として放射する。また、アンテナ２０１は、センサ１００のアンテナ１０４から放射された応答信号を受信し、この応答信号を電気信号に変換して信号処理部２０２に供給する。この場合、信号処理部２０２は、アンテナ２０１から供給された電気信号を振幅測定部２０３に供給する。振幅測定部２０３は、信号処理部２０２から供給された電気信号の振幅を測定する。
【００１８】
記憶部２０４は不揮発性のメモリであり、信号の振幅の範囲を表す値を記憶している。この値は、センサ１００の基準電極１０６に人体が接触した場合にセンサ１００のアンテナ１０４から放射される応答信号の振幅の上限値および下限値である。ここで、応答信号の振幅の変化について説明する。
【００１９】
ここでは、人体の一部（例えば指先）が基準電極１０６に接触している場合を考える。この場合、人体はある値のインピーダンスを有する導体であるから、基準電極１０６に導体が接続されたのと等価な状態になる。すると、基準電極１０６のインピーダンスは人体が接触していない場合と異なる値を示すようになり、ＩＤＴ１０３の基準電位はこのインピーダンスに応じた値に変化する。
【００２０】
ＩＤＴ１０３に入力される電気信号の振幅を一定値とすれば、ＩＤＴ１０３で生成される弾性表面波の振幅は第２の電極１１２の電位によって決定される。ＩＤＴ１０３が弾性表面波を電気信号に変換する場合もまた、電気信号の振幅は第２の電極１１２の電位によって決定される。従って、基準電極１０６に人体が接触している場合、応答信号の振幅は第２の電極１１２の電位に応じた特定の値を示すようになる。この現象を利用すれば、応答信号の振幅を測定することによって、センサ１００に人体が接触しているか否かを判定することができる。
実際には応答信号の振幅にはばらつきが生じ得る。そのため、本実施形態では、予め様々な条件下で応答信号の振幅を測定し、振幅の上限値と下限値を求めておく。そして、この上限値と下限値を記憶部２０４に記憶させておく。
【００２１】
判定部２０５は、振幅測定部２０３で求められた振幅と記憶部２０４に記憶されている上限値および下限値とを比較し、振幅が上限値と下限値とで定められた範囲内であるか否かを判定する。振幅がこの範囲内である場合、後述する報知部２０６に信号（報知指示信号）を送る。この報知指示信号は、報知部２０６を動作させるための指示を表す信号である。一方、振幅が上限値を上回るか、または下限値を下回った場合、判定部２０５は報知部２０６に報知指示信号を送らない。
【００２２】
報知部２０６は、判定部２０５から送信された報知指示信号を受け取った場合に所定の処理を行う。所定の処理とは、例えば、外部の装置に対して何らかの指示を表す信号を送信する処理である。また、報知部２０６として、報知指示信号を受け取った場合に点灯するランプ、報知指示信号を受け取った場合に警報音を発するブザーなどを設けてもよい。
【００２３】
次に、センサ１００と送受信器２００との連携によって行われる動作について説明する。
センサ１００はいかなる用途に用いてもよいが、その用途としては、例えば、自動ドアを開けるためのスイッチが考えられる。以下、センサ１００を自動ドアのスイッチとして用いた例について説明する。
【００２４】
図３は、センサ１００を自動ドアのスイッチとして用いた場合の全体構成を表す図である。ドア８０またはドア８０付近の壁面８１にセンサ１００が設けられ、センサ１００との間で電波の送受信が可能な位置に送受信器２００が設けられている。
本実施形態では、センサ１００の基準電極１０６に人体が接触しているか否かを判定するために、基準電極１０６が設けられている側、すなわちセンサ１００の裏面（図１（ｃ）に示した面）を露出させてセンサ１００が設けられる。なお、図示は省略するが、センサ１００のおもて側、すなわち図１（ａ）に示した面は例えば樹脂製の筐体等で覆われており、センサ１００はこの筐体の表面をドア８０または壁面８１に接着する等の方法によって取り付けられている。
【００２５】
ドア８０の駆動装置８２は、ドア８０を開閉するためのモータ８３、外部からの信号を受信する受信部８４、赤外線や超音波等を用いてドア８０付近の物体を検知するセンサ８５、モータ８３の回転を制御する制御部８６を備えている。送受信器２００の報知部２０６と駆動装置８２の受信部８４とは信号線８７で接続されている。
【００２６】
図４は、送受信器２００の動作のフローを表す図である。ここでは、ドア８０が開かれていない状態であるとする。
まず、ステップＡ０１では、送受信器２００の信号処理部２０２が所定の周波数と振幅を有する電気信号を生成し、生成された電気信号をアンテナ２０１に供給する。アンテナ２０１は、信号処理部２０２から供給された電気信号を電波信号に変換し、この電波信号を質問信号として放射する。
【００２７】
質問信号が放射されると、センサ１００の内部で以下に示す処理が行われる。
まず、アンテナ１０４が質問信号を受信し、この質問信号を電気信号に変換し、この電気信号をＩＤＴ１０３に供給する。ＩＤＴ１０３は、アンテナ１０４から供給された電気信号を機械的な振動に変換し、圧電体１０２上に弾性表面波を励振する。この弾性表面波は、圧電体１０２上を伝播し、反射器１０７に到達する。反射器１０７に到達した弾性表面波は反射器１０７によって反射され。反射された弾性表面波は圧電体１０２上を伝播し、ＩＤＴ１０３に到達する。ＩＤＴ１０３は、到達した弾性表面波を電気信号に変換し、この電気信号をアンテナ１０４に供給する。そして、アンテナ１０４が、ＩＤＴ１０３から供給された電気信号を電波信号に変換し、この電波信号を応答信号として放射する。
【００２８】
次に、ステップＡ０２では、送受信器２００のアンテナ２０１が、センサ１００のアンテナ１０４から放射された応答信号を受信し、この応答信号を電気信号に変換する。そして、この電気信号を信号処理部２０２を介して振幅測定部２０３に供給する。
ステップＡ０３では、振幅測定部２０３はアンテナ２０１から供給された電気信号の振幅を測定する。
【００２９】
ステップＡ０４では、判定部２０５が、振幅測定部２０３で求められた振幅を記憶部２０４に記憶されている上限値および下限値と比較し、振幅が上限値と下限値とで定められる範囲内であるか否かを判定する。振幅がこの範囲内である場合（ステップＡ０４：ＹＥＳ）、ステップＡ０５に進む。一方、振幅が上限値を上回るか、または下限値を下回った場合（ステップＡ０４：ＮＯ）、ステップＡ０１に戻る。ここで、センサ１００の電極１０６に人体が接触している場合には振幅が記憶部２０４に記憶されている上限値と下限値とで定められる範囲内となり、人体が接触していない場合には振幅は上限値を上回るか、または下限値を下回る。
【００３０】
ステップＡ０５では、判定部２０５は報知部２０６に報知指示信号を送信する。報知指示信号を受け取ると、報知部２０６は、駆動装置８２のモータ８３を駆動させることの指示を表す信号（駆動指示信号）を生成し、信号線８７を介して駆動装置８２に送信する。
駆動装置８２の受信部８４は、送受信器２００の報知部２０６から送信された駆動指示信号を受信する。すると、制御部８６がモータ８３を回転させてドア８０を開ける。ドア８０が開けられると、センサ８５が出入口を通過する物体（人間や物）を検知する。制御部８６はセンサ８５によって出入口を監視し、物体が検知されなくなってから一定時間経過するとモータ８３を回転させてドア８０を閉じる。
【００３１】
送受信器２００は、ステップＡ０１から始まりステップＡ０４またはステップＡ０５を経てステップＡ０１に戻る動作を一定時間間隔で繰り返し行う。これによって、センサ１００に人体が接触したか否かが監視され、センサ１００に人体が接触した場合にドアが開かれる。
以上が、センサ１００と送受信器２００との連携によって行われる動作である。
【００３２】
上述のとおり、本発明は、ＩＤＴ１０３の基準電位を定める基準電極１０６のインピーダンスを変化させるものである。ＩＤＴ１０３は、質問信号から弾性表面波への変換、および、伝播されてきた弾性表面波から応答信号への変換という２回の変換を行う。基準電極１０６のインピーダンスを変化させて２回の変換を行うので、質問信号から応答信号への変換効率が従来のセンサと比べて高くなる。よって、感度の高いセンサを提供することができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５（ａ）はセンサ３００の平面図、図５（ｂ）はセンサ３００の裏面を表す平面図である。本実施形態において第１実施形態と同じ構成要素については第１実施形態と同じ符号を用いて表している。
本実施形態の第１実施形態と異なる点について説明する。
【００３４】
センサ３００の裏面において、基準電極１０６にはフォトダイオード３０１の一方の端子が接続されており、フォトダイオード３０１のもう一方の端子には電極３０２が接続されている。フォトダイオード３０１に対して光が照射されるとフォトダイオード３０１が起電力を発生する。すると、基準電極１０６と電極３０２との間に電位差が生じ、図５（ｂ）に示した向きの接続の場合、基準電極１０６の電位が電極３０２の電位よりも高くなる。つまり、光が照射されていない場合に比べてＩＤＴ１０３の基準電位が高くなり、基準電位が特定の値を示すようになる。
【００３５】
その結果、送受信器２００から送信された質問信号をセンサ３００が受信した場合、センサ３００から放射される応答信号の振幅は光が照射されていない場合に比べて小さくなる。本実施形態では、センサ３００に光が照射されているか否かを応答信号の振幅によって判別する。
【００３６】
本実施形態においても、第１実施形態に示した送受信器２００を用いるが、本実施形態では、フォトダイオード３０１に光が照射されている場合にセンサ３００から放射される応答信号の振幅の上限値と下限値を予め測定しておき、求められた上限値及び下限値を記憶部２０４に記憶させておく。
【００３７】
このように構成されたセンサ３００によれば、センサ３００に光が照射されている場合、センサ３００から送信される応答信号の振幅は上記の上限値と下限値で定められる範囲内の値を示すようになる。すると、送受信器２００の判定部２０５が、センサ３００に光が照射されたと判定し、報知指示信号を報知部２０６に送信する。そして、報知指示信号を受け取った報知部２０６が報知のための処理を行う。
なお、フォトダイオード３０１を図５（ｂ）に示したのと逆方向に接続してもよい。
本実施形態ではインピーダンス変換器（ここではフォトダイオード３０１）が、基準電極１０６のＩＤＴ１０３とは逆側に接続されているため、インピーダンス変換器が基準電極１０６とＩＤＴ１０３の間に設けられている場合と比べ、インピーダンス変換器の実装位置の精度が低くてもセンサの性能のばらつきを抑えることができる。よって、センサの作製が容易である。また、インピーダンス変換器によるアンテナ１０４から第１の電極１１１までの電力損失を抑えることができるため効率良く信号を伝達することができる。
【００３８】
＜変形例＞
以上説明した形態に限らず、本発明は種々の形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形した形態でも実施可能である。
【００３９】
＜変形例１＞
第１実施形態では、人体の接触の有無を判定するセンサの例を示したが、人体以外の物の接触を判定するセンサを構成することも可能である。
図６は、センサ４００の構成を表す図である。本変形例において第１実施形態と同じ構成要素については第１実施形態と同じ符号を用いて表している。センサ４００は、第１実施形態のセンサ１００と、センサ１００を内部に収容する筐体４０１を有している。図６は、筐体４０１を基板１０１に平行に切断して内部を露出させた様子を示す図である。基準電極１０６には筐体４０１の外部へ延びる導線４０２の一端が接続されており、筐体４０１の外部において導線４０２の他端には電極４０３が接続されている。導線４０２は、導線４０２に水がかからないようにビニル等の樹脂（図示省略）で被覆されている。また、筐体４０１はその内部に水が浸入しないように密閉されている。
【００４０】
図７は、水槽９０に取り付けられたセンサ４００を表す図である。水槽９０の上縁部付近に筐体４０１が取り付けられ、導線４０２は水槽９０の底部に向かって延びるように設けられ、電極４０３は検知すべき水位に対応する高さで水槽９０の壁面に取り付けられている。
水槽９０に蛇口９１から水が注がれると、水位が徐々に上昇していく。水面が電極４０３の下端に達すると、導体である水が電極４０３に接触することによって第１実施形態と同様に電位基準面のインピーダンスが変化する。すると、基準電位が変化するため、送受信器２００からの信号に対してセンサ４００が放射する応答信号の振幅が特定の値を示すようになる。
【００４１】
本変形例では、電極４０３に水が接触している場合にセンサ４００から放射される応答信号の振幅の上限値および下限値を予め測定しておき、この上限値と下限値を送受信器２００の記憶部２０４に記憶させておく。また、本変形例では、報知部２０６は報知指示信号を受け取った場合に警報音を発するブザーである。この送受信器２００をセンサ４００との間で電波信号の送受信が可能な距離に設ける。
この構成によれば、送受信器２００から一定時間間隔で電波信号が放射され、センサ４００からの応答信号の振幅が上限値と下限値とで定められる範囲内である場合にブザーが警報音を発するので、水位が所定の高さに達したか否かを判定することができる。
【００４２】
＜変形例２＞
第２実施形態では、フォトダイオードによって電位基準面のインピーダンスを変化させる例を示したが、インピーダンス変換器として機能する他の素子を基準電極１０６と電極３０２の間に接続するようにしてもよい。例えば、サーミスタ、熱電対など温度変化によって基準電極１０６のインピーダンスを変化させることのできる素子をインピーダンス変換器として用いれば、温度変化を検知するセンサを構成することができる。また、ひずみゲージをインピーダンス変換器として用いれば、ひずみの変化を検知するセンサを構成することができる。
【００４３】
＜変形例３＞
本発明は、ＳＡＷセンサに限らず、電位基準面を有するセンサであればいかなるものにも適用可能である。図８は、本発明を適用したＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ５００の等価回路を表す図である。ＲＦＩＤタグ５００は、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ５１０を有している。ＩＣチップ５１０には、ＲＦＩＤタグ５００を一意に識別するためのＩＤが記憶されている。ＩＣチップ５１０の一方の端子５１１はアンテナ素子５２１に、もう一方の端子５１２はインピーダンス変換器５２２に接続されており、アンテナ素子５２１は不平衡給電アンテナとして機能する。
【００４４】
このＲＦＩＤタグ５００は、外部から所定の電波信号を受信した場合にＩＣチップ５１０に記憶されているＩＤを表す応答信号を端子５１１からアンテナ素子５２１に出力する。この応答信号の振幅は、インピーダンス変換器５２２のインピーダンスの変化に応じた値を示す。
ここで、インピーダンス変換器５２２として、例えば、第２実施形態で示したのと同様にフォトダイオード３０１と電極３０２を端子５１２に接続してもよいし、サーミスタ、熱電対、ひずみゲージ等を用いてもよい。また、端子５１２に電極を接続し、この電極を第１実施形態で示した基準電極として機能させるようにしてもよい。
このように構成されたＲＦＩＤタグ５００によれば、物体の接触や環境の変化に応じて応答信号の振幅が変化するので、物体の接触や環境の変化を判定するためのセンサとして用いることができる。
【００４５】
＜変形例４＞
図９は、２つのＳＡＷセンサを組み合わせたセンサ６００の構成を表す図である。センサ６００は、基板６１１、６２１を有し、基板６１１、６２１の図９に示されている面に圧電体が形成されている。基板６１１上には、ＩＤＴ６１２、反射器６１３が設けられ、基板６２１上には、ＩＤＴ６２２、反射器６２３が設けられている。ＩＤＴ６１２、６２２の構成は上述のＩＤＴ１０３と同様であり、反射器６１３、６２３は上述の反射器１０７と同様である。ＩＤＴ６１２の電極６１５はインピーダンス整合回路６１７を介してアンテナ６０５に接続され、ＩＤＴ６２２の電極６２５はインピーダンス整合回路６２７を介してアンテナ６０５に接続されている。ＩＤＴ６１２の電極６１６は、スルーホール６１９を介してインピーダンス変換器６１４に接続されている。一方、ＩＤＴ６２２の電極６２６は、スルーホール６２９を介して基準電極６２４に接続されている。基板６１１と６２１とは、共通の基板上に互いに接しないように設けられている。基板６１１、ＩＤＴ６１２、反射器６１３、インピーダンス変換器６１４、インピーダンス整合回路６１７、アンテナ６０５によって第１センサ６１０が構成されており、一方で、基板６２１、ＩＤＴ６２２、反射器６２３、電極６２４、インピーダンス整合回路６２７、アンテナ６０５によって第２センサ６２０が構成されている。
【００４６】
ここで、インピーダンス変換器６１４は、例えば、上記の変形例で示したサーミスタ、熱電対、ひずみゲージ、あるいは第２実施形態で示したフォトダイオード３０１でもよい。あるいは、第１実施形態で示した電位基準面として機能する電極でもよい。つまり、第１センサ６１０は、物体の接触や環境の変化に応じて応答信号の振幅が特定の値を示すように構成されていればよい。
一方、第２センサ６２０は従来知られているＳＡＷセンサ、すなわち、基板６２１上を伝播する弾性表面波の遅延によりＩＤを識別することのできるセンサとしての機能を有する。
【００４７】
この場合、ＩＤＴ６１２と反射器６１３との距離をｄ１、ＩＤＴ６２２と反射器６２３との距離をｄ２とすると、ｄ１とｄ２を異ならせることによって第１センサ６１０と第２センサ６２０とで弾性表面波の遅延時間を異ならせることができるから、第１センサ６１０からの応答信号と第２センサ６２０からの応答信号とを送受信器２００で区別することができる。
このように、第１センサ６１０、第２センサ６２０を組み合わせれば、ＩＤの識別とともに、物体の接触や環境の変化を検知することができる。
【００４８】
＜変形例５＞
第１実施形態では、ＩＤＴ１０３で励振された弾性表面波を反射器１０７で反射し、反射された弾性表面波をＩＤＴ１０３で電気信号に変換する構成としているが、反射器１０７の代わりにもう１つのＩＤＴを設けてもよい。図１０は、このように構成されたセンサ７００を表す図である。第１実施形態と同一の構成要素は同一の符号で表している。センサ７００は、圧電体１０２上にＩＤＴ１０３、アンテナ１０４、インピーダンス整合回路１０５、基準電極１０６が設けられ、ＩＤＴ１０３に対向する位置にＩＤＴ７０３が設けられ、ＩＤＴ７０３の電極７１１にアンテナ７０４が接続されている。ＩＤＴ７０３の電極７１２は、スルーホール７０９を介して基準電極１０６に接続されている。この構成によれば、ＩＤＴ１０３で励振された弾性表面波が圧電体１０２上を伝播し、ＩＤＴ７０３に到達し、ＩＤＴ７０３によって電気信号に変換される。基準電極１０６のインピーダンスが変化した場合、ＩＤＴ１０３、７０３の基準電位は特定の値を示すようになり、応答信号の振幅が変化する。つまり、センサ７００は第１実施形態のセンサ１００と同様の機能を有する。
また、第２実施形態および他の変形例においても、反射器をＩＤＴで置き換えることが可能である。
【００４９】
＜変形例６＞
上記の実施形態および変形例では基板の裏面に基準電極を設けた例を示したが、図１１に示すセンサ８００のように、基準電極１０６を基板１０１のおもて側に設けるようにしてもよい。なお、同図において１０８はインピーダンス変換器である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】センサ１００の構成を表す図である。
【図２】送受信器２００の構成を示す図である。
【図３】自動ドアの全体構成を表す図である。
【図４】送受信器２００の動作のフローを表す図である。
【図５】センサ３００の構成を表す図である。
【図６】センサ４００の構成を表す図である。
【図７】水槽９０に取り付けられたセンサ４００を表す図である。
【図８】ＲＦＩＤタグ５００の等価回路を表す図である。
【図９】センサ６００の構成を表す図である。
【図１０】センサ７００の構成を表す図である。
【図１１】センサ８００の構成を表す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００…センサ，１０１…基板，１０２…圧電体，１０３…ＩＤＴ、１０４…アンテナ、１０５…インピーダンス整合回路、１０６…基準電極，１０７…反射器，１０９…スルーホール、１１１…第１の電極，１１２…第２の電極，２００…送受信器，２０１…アンテナ，２０２…信号処理部，２０３…振幅測定部，２０４…記憶部，２０５…判定部，２０６…報知部，８０…ドア，８１…壁面，８２…駆動装置，３００…センサ，３０１…フォトダイオード，３０２…電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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