(57)【要約】【課題】圧電性基板１２の表面に、電気信号を弾性表面波に変換するインターデジタル電極１４を形成し、弾性表面波の導波路を構成した弾性表面波共振子において、複数の共振点を設けるとともに、その共振特性を調整可能とする。【解決手段】複数のモード和で表わされる関数に対応した形状に、インターデジタル電極１４における交差幅をアポダイズすることにより、電極の外周形状を規定するとともに、総和する各振動モード中における着目次数の振動モード分布の大きさを変更可能とする。【選択図】　図１
2004104541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性基板（１２）の表面に、電気信号を弾性表面波に変換するインターデジタル電極（１４）と、該インターデジタル電極（１４）の両側にあって前記弾性表面波を反射する反射器（１６）とを形成することにより、弾性表面波の導波路を構成した弾性表面波共振子において、
前記インターデジタル電極（１４）の交差部分で区画される外周形状が、
前記導波路で規定される横方向の振動モードであって、複数次数の振動モード分布を総和したモード和振動分布の一部または全部に基づいてアポダイズされることを特徴とする弾性表面波共振子。
【請求項２】
前記モード和振動分布におけるプラス部分とマイナス部分とは、互いに位相を反転して電気信号が供給される請求項１記載の弾性表面波共振子。
【請求項３】
前記各次数の振動モード分布は、最大値を略同一に相対化したのちに総和する請求項２記載の弾性表面波共振子。
【請求項４】
前記各次数の振動モード分布は、最大値を略同一に相対化するとともに、着目する１または複数の次数における最大値を、他の振動モード分布とは異なった値に設定したのちに総和される請求項２記載の弾性表面波共振子。
【請求項５】
前記インターデジタル電極（１４）の交差部分で区画される外周形状は、
前記モード和振動分布と、その高さ方向に反転した曲線とで包囲される形状に対応して構成される請求項３または４記載の弾性表面波共振子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電性基板の表面に弾性表面波励振用のインターデジタル電極と２つの反射器とが形成された弾性表面波共振子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の弾性表面波共振子は、共振点を１つのみ備えた共振特性のものが一般的であった。また本発明者は以前、特許文献１において、弾性表面波共振子におけるインターデジタル電極の交差幅を着目次数についての一般変成比が最大となる重み関数に従ってアポダイズする構成を提案したが、この構成にあっても共振点は依然として１つのみであった。
【特許文献１】
特開平９−２７０６６７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記した特許文献１の構成を更に研究した結果、従来は１つであった着目次数を複数に増加するとともに、その複数のモードの和で表される関数に基づいてインターデジタル電極の交差幅をアポダイズすると、共振点が複数に増加することを知見した。
【０００４】
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであって、複数の共振点を有する表面弾性波共振子を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明は更に、総和する振動モード分布の最大値のうち、着目する次数のものを他と異ならせることにより、共振特性を調整可能とした表面弾性波共振子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる弾性表面波共振子１０は、図４にその全体的な構成を概略的に示す如く、圧電性基板１２の表面に、電気信号を弾性表面波に変換するインターデジタル電極１４と、そのインターデジタル電極１４の両側にあって、インターデジタル電極１４から発生された弾性表面波を反射する反射器１６とを形成することにより、２つの反射器１６・１６間に弾性表面波の導波路２６を構成している。
【０００７】
本発明にあっては更に、インターデジタル電極１４の交差部分で区画される外周形状にその特徴を有する。すなわち、導波路２６で規定される横方向の振動モードであって、図２に例示する様に複数の次数の振動モード分布を総和すると、図３の実線の様なモード和振動分布が形成されるので、そのモード和振動分布の全部または一部に基づいて図１の様にインターデジタル電極１４における電極指１８ａ・１８ｂの交差幅をアポダイズするのである。
【０００８】
その際、図３および図７で例示するモード和振動分布におけるプラス部分とマイナス部分とは、互いに位相を反転して電気信号が供給される。
【０００９】
なお、上記した各次数の振動モード分布は、図２の様に全ての振動モード分布における最大値を略同一に相対化することも可能であるし、図６の様に着目する１または複数の次数における振動モード分布の最大値を他とは異なった値に設定したのちに総和することもできる。
【００１０】
またインターデジタル電極１４の交差部分で区画される外周形状は、図３および図７において実線で例示する如く、振動モード分布の総和により求めたモード和振動分布と、破線で例示するその高さ方向に反転した曲線とで包囲される形状に対応して構成されることが好ましい。
【００１１】
【発明の効果】
本発明は上記の如く、複数の振動モードの和で表わされる関数に対応した形状にインターデジタル電極１４における交差幅をアポダイズすることにより、図５の様な明確に分離した複数の共振特性を有する表面弾性波振動子が構成できる。
【００１２】
ここで、総和する各振動モード分布の最大値を図２の様に略同一に相対化すると、形成される各共振点の共振特性は図５の様に互いに略揃ったものとすることができる。一方、総和する各振動モード分布の大きさを図６の様に変更すると、図１０の様に各共振点ごとに異なった共振特性が構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる弾性表面波共振子１０における基本的な構成は従来と略同様であって、図４に示す如く、水晶や圧電セラミック等の圧電性材料からなる圧電性基板１２の表面中央にインターデジタル電極１４を形成するとともに、そのインターデジタル電極１４を挟んで両側に反射器１６を形成した構成を持つ。
【００１４】
インターデジタル電極１４は、図１の様にそれぞれが複数の電極指１８ａ・１８ｂ・・・を持つ１対の櫛形の電極から構成され、その各電極指１８ａ・１８ｂを相互に交差させた状態で対向配置された形状を持ち、電気信号を弾性表面波に変換するための変換器としての機能を果たす。
【００１５】
また反射器１６はグレーティング形式であって、横方向に伸びる多数のストリップ電極１７・１７・・・を、例えば弾性表面波波長λの２分の１のピッチで縦方向に連続的に配置するとともに、導波路２６の両側を縦方向に伸びる２本の電極１９・１９で、各ストリップ電極１７を互いに接続した構造を持つ。
【００１６】
本発明は上記した構成にあって、インターデジタル電極１４における電極形状、特に１対の櫛形電極における各電極指１８ａ・１８ｂにおける相互の交差幅を決定するための手順に特徴を有する。
【００１７】
より具体的には、着目する次数の対称モードおよび反対称モードにおける振動モード分布を２あるいはそれ以上足し合わせた形状から、目的とするインターデジタル電極１４の交差幅を決定する。
【００１８】
なお、対称モードおよび反対称モードの振動モード分布関数φＳｉ（ｘ）およびφＡｉ（ｘ）は、例えばこの種のモデルにおける公知の波動方程式を、適宜の境界条件を設定して解くことによって算出することができ、
対称モードに対しては、
φＳｉ（ｘ）＝Ａｃｏｓ（ｋｘｓｉ・ｘ）・ｅ−ｊ（βｓｉ・ｚ−ωｔ）　・・・（１）
反対称モードに対しては、
φＡｉ（ｘ）＝Ｂｓｉｎ（ｋｘａｉ・ｘ）・ｅ−ｊ（βａｉ・ｚ−ωｔ）　・・・（２）
で表わすことができる。
【００１９】
ここで、ｘは導波路の幅方向への位置、ｚは導波路伝搬方向への位置を表わし、ωは共振周波数の角速度、ｋｘｓｉ＝（ｋｓ２−βｓｉ２）１／２、ｋｘａｉ＝（ｋｓ２−βａｉ２）１／２、ｋｓ＝ω／ｖｓ、βｓｉ＝ω／ｖｓｉ、βａｉ＝ω／ｖａｉであり、ｖｓは周期的摂動構造での音速である。
【００２０】
また、ｖｓｉは対称モードの、ｖａｉは反対称モードの弾性表面波の導波路中での速度であって、電極の厚み、電極材料および圧電性基板の種類等の条件から波動方程式を解くことによって得られる速度分散曲線から求めることができる。したがって（１）式および（２）式におけるｘ方向の伝搬定数（ｋｘｓｉ・ｋｘａｉ）はモード、次数によって異なる値をとる。
【００２１】
上記の様にして、例えば第１次の対称モードＳ０における振動モード分布を求めると、図２において実線で示する様な、半周期分の余弦曲線における左右の両端が立ち上がった形状となる。また、第１次の反対称モードＡ１における振動モード分布は、図２において破線で示する様な正弦曲線の一部となる。更に第２次の対称モードＳ２における振動モード分布は、図２の一点鎖線で示すごとく、１．５周期分の余弦曲線における左右両端が切除された形状となる。
【００２２】
更に、３つの曲線における最大値を図２に示す様に１に相対化して和を取るとモード和振動分布が求まるが、図３において実線で示す様に、座標軸のプラス側に伸びる大きな山状の曲線ａと、マイナス側に伸びる小さな山状の曲線ｂとから構成される。
【００２３】
ここで、求めたモード和振動分布が図３に示す曲線にあっては、同図において破線で示す縦軸方向に反転した曲線を加えることによって、略楕円状の閉じた２つの曲線ＡおよびＢが構成される。そこでこの閉じた曲線ＡおよびＢに対応した形状を、図４に示す如く、本発明におけるインターデジタル電極１４の交差部分で区画される外周形状を決定するために使用する。
【００２４】
より具体的には、図１に例示する如く、インターデジタル電極１４を形成する領域を挟んで両側にプラス極の電極２０を設ける一方、中央部分を縦断して細帯状のマイナス極の電極２２を設ける。そして、プラス極の電極２０から伸びる電極指１８ａとマイナス極の櫛形電極２２から伸びる電極指１８ｂとの交差位置の外周が、上記した２つの閉曲線Ａ・Ｂにおける外周形状に相似する形状となる様に交差幅を決定するのである。
【００２５】
ところで、大きい曲線ａは図３における縦軸のプラス方向に伸び、小さい曲線ｂはマイナス方向に伸びる。そこで、圧電性基板１２上に形成されるインターデジタル電極１４にあっても、小さい閉曲線Ｂに対応する部分に負のアポタイズを施すため、大きい閉曲線Ａとは位相が逆転するようにプラス極およびマイナス極を逆に接続している。なお、大きい閉曲線Ａと小さい閉曲線Ｂは、例示した様に中央部分に揃えて配置することが好ましいが、縦方向にずらせて配置することも可能である。
【００２６】
以上の構成により、先ず電極２０・２０および１９・１９によって、図４において破線で示す圧電性基板１２上における導波路２６の境界が決まる。ここで、その導波路２６内に設けたストリップラインの配列構造部分における弾性表面波の伝搬速度は他よりも小さいため、弾性表面波は導波路２６に集中する。ストリップラインの配列構造部分でモード和振動分布に対応したエネルギーが弾性表面波に供給される。この様にして、インターデジタル電極１４により励振されて発生された弾性表面波はその両側に向けて縦方向に伝搬し、反射器１６で繰り返し反射させることによって定在波を形成する。
【００２７】
なお、インターデジタル電極１４が存在しない部分には、図１において破線で示すごとく、何れかの電極２０または２２に接続され、且つ、他の電位の電極指１８ａまたは１８ｂとは交差しないダミーの電極２４を形成することができる。
【００２８】
また、上記した例では３つのモードを足し合わせた例を示したが、２つまたは４つ以上の対称および反対称振動モードを利用する場合にあっても同様に、各次数の振動モード分布を求めたのち、それらの和をとることによって必要な曲線が求まる。
【００２９】
更に図２では、足し合わせる振動モード分布における最大値を全て１に相対化したが、図６の様に各モード分布に重みを付けて足し合わせることもできる。また図３および図７では、足し合わせて求めたモード和振動分布曲線と反転した曲線とで閉曲線を形成し、その形状をインターデジタル電極１４の外周形状としたがこれに限らず、モード和振動分布の一部のみ利用するなど、適宜変更して実施できる。
【００３０】
【実施例】
圧電性基板１２として、図１における縦方向長さが５ｍｍ、横方向長さが２ｍｍのＳＴカット水晶板を用い、その表面にインターデジタル電極１４と反射器１６とを形成した。
【００３１】
そしてこの例では、インターデジタル電極１４により発生される弾性表面波の波長λを１０μｍとし、電極の膜厚を０．０２５λ、導波路２６の幅を２０λに設定するとともに、インターデジタル電極１４は電極指１８ａ・１８ｂを１１５対、反射器１６は片側を１１０本とした。
【００３２】
更に、図２において実線で示す第１次の対称モードＳ０と、破線で示す第１次の反対称モードＡ１と、一点鎖線で示す第２次の対称モードＳ２とに着目し、それらの最大値を１に相対化した３つのモード分布を足し合わせた図３に示すモード和振動分布を圧電性基板１２上における弾性表面波の振動分布と考え、更にその振動分布に対応した振動エネルギーを圧電性基板１２に対して与えることができる図１に例示する電極構成を採用した。
【００３３】
図５は、その様にして具体的に構成した図１に示す弾性表面波振動子１０における共振特性を示すものであって、足し合わせた３つの振動モードに対応して、略等しい３つの共振点を有することが確かめられた。
【００３４】
【他の実施例】
他の条件を上記した実施例と同一にする一方、図６において破線で示すごとく、足し合わせる振動モード分布の内の第１次の反対称モードＡ１に着目し、その分布の最大値を１．０から０．３に減少させた。かかる３つの振動モード分布の総和から求まるモード和振動分布は、図７の様に、１つの大きなプラス部分ａ１と、２つの小さいマイナス部分ｂ１・ｂ２とから構成される。
【００３５】
そこで、実線で示すモード和振動分布を上下反転した図７の破線で示す曲線を加え、３つの閉曲線Ａ１・Ｂ１およびＢ３を描き、それを図８で示す如く、圧電性基板１２上に電極指１８で形成されるインターデジタル電極１４の外周形状とした。
【００３６】
このインターデジタル電極１４の構成を具体化したものが図９である。かかる例では、圧電性基板１２上に形成される形状はＡ１・Ｂ１およびＢ３の３つあるので、電極２０・２３が導波路２６の両側に２つあるのに対し、導波路２６内に設ける細帯状の電極２１・２２は２本備え、各電極２０・２１・２２・２３がプラスおよびマイナスと交互に並ぶ様にする。
【００３７】
更に、プラス極の電極２０・２１から伸びる電極指１８ａとマイナス極の電極２２・２３から伸びる電極指１８ｂとの交差位置の外周が、上記した２つの閉曲線Ａ１・Ｂ１およびＢ２における外周形状と相似する形状となる様に交差幅を決定するとともに、閉曲線Ａ１とＢ１・Ｂ２とでは、その位相が反転するように接続することも同様である。
【００３８】
図１０は、その様にして具体的に構成した図９に示す弾性表面波振動子１０における共振特性を示すものであって、足し合わせた３つの振動モードに対応して３つの共振点を有するが、着目次数の振動モードに対応した共振点の特性が、振動モード分布の最大値の変更に対応して変形されることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を３つの共振点を持つ弾性表面波共振子に実施した一例を示す平面図である。
【図２】足し合わせる３つの振動モード分布の一例を示すグラフである。
【図３】図２に示す３つの曲線を足し合わせたモード和振動分布を示すグラフである。
【図４】形成されるインターデジタル電極の外形状を模式的に示す説明図である。
【図５】図１に例示する弾性表面波共振子の共振特性を示すグラフである。
【図６】足し合わせる３つの振動モード分布における最大値が互いに異なる場合における図２に類似したグラフである。
【図７】図６に示す３つの曲線を足し合わせたモード和振動分布を示すグラフである。
【図８】図７で示すモード和振動分布を使用して形成されるインターデジタル電極の外形状を模式的に示す説明図である。
【図９】図８に示す電極形状を持つ弾性表面波共振子の平面図である。
【図１０】図９に例示する弾性表面波共振子の共振特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　弾性表面波共振子
１２　圧電性基板
１４　インターデジタル電極
１６　反射器
１８　電極指
２０・２１　プラス極の電極
２２・２３　マイナス極の電極
２４　ダミーの電極
２６　導波路
【図１】
2004104541.tif 000003
【図２】
2004104541.tif 000004
【図３】
2004104541.tif 000005
【図４】
2004104541.tif 000006
【図５】
2004104541.tif 000007
【図６】
2004104541.tif 000008
【図７】
2004104541.tif 000009
【図８】
2004104541.tif 000010
【図９】
2004104541.tif 000011
【図１０】
2004104541.tif 000012