(57)【要約】【課題】圧電性基板１０上に、外周形状の一部または全部を、複数次数の振動モード分布を総和したモード分布に対応した形状に構成した入力電極１４と出力電極１５とからなる電極１１を所定の間隙１６を設けて配設した圧電フィルタ１２にあって、減衰特性を任意に設計変更可能とする。【解決手段】入力電極１４と出力電極１５における外周形状を、着目する次数の振動モード分布の和に対応した形状に構成する際、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最大値を、他の振動モード分布とは異なった値に設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性基板（１０）上に入力電極（１４）と出力電極（１５）からなる電極（１１）を備えるとともに、該電極（１１）における外周形状の一部または全部を、複数種類の振動モード分布を総和したモード分布に対応した形状に構成した圧電フィルタであって、
前記各振動モード分布が、最大値を略同一に相対化されるとともに、着目する１または複数の振動モード分布における最大値を、他の振動モード分布とは異なった値に設定されたのちに総和されることを特徴とする圧電フィルタ。
【請求項２】
前記総和される振動モード分布は、１次の対称モードＳ０と、１次の反対称モードＡ１の２つであって、両者の最大値を互いに異なった値とすることを特徴とする請求項１記載の圧電フィルタ。
【請求項３】
前記入力電極（１４）と出力電極（１５）の下面側または上面側の少なくとも何れか一方の全面に亘って、絶縁部材からなる絶縁層（１３）を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の圧電フィルタ。
【請求項４】
前記絶縁層（１３）は、前記電極（１１）の下面側と、前記入力電極（１４）と出力電極（１５）間の間隙（１６）とに連続して、圧電性基板（１０）上に形成される請求項３記載の圧電フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電性基板上に入出力電極を備えた圧電フィルタであって、特に電極の外周形状を振動モード分布に対応させて形成したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常この種の圧電フィルタは、その入力電極と出力電極の外周形状がともに矩形状のものが一般的である。また本出願人は、対称モードと反対称モードの振動モード分布を総和したモード和振動分布に基づいて電極形状を構成することにより、矩形状の電極で発生することが避けられなかったスプリアスが軽減できることを示した（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２８０８７３号公報
【０００４】
【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、従来は総和する対称および反対称の振動モード分布における最大値を図２において実線で示す様に両者ともに同一に設定していたが、図２の破線あるいは一点鎖線で例示する如く、着目する振動モード分布の最大値を他方より小さくするとともに、その２つのモードの和で表される関数に基づいて図１の様に入出力電極の形状を決定すると、その最大値を小さくさせた割合に応じて、フィルタとしての減衰特性も変化できることを知見した。
【０００５】
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであって、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、減衰特性を調整可能とした圧電フィルタ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】
本発明にかかる圧電フィルタ１２は、図１にその全体的な構成を概略的に示すごとく、水晶の様な圧電性基板１０上に入力電極１４と出力電極１５からなる電極１１を備えるとともに、その電極１１における外周形状の一部または全部を、複数種類の振動モード分布を総和したモード分布に対応した形状に構成したものである。
【０００７】
本発明にあっては更に、総和すべき各振動モード分布が、最大値を略同一に相対化されるとともに、着目する１または複数の振動モード分布における最大値を、他の振動モード分布とは異なった値に設定されたのちに総和されることを特徴とする。
【０００８】
この総和される振動モード分布が、図２の様に第１次の対称モードＳ０と第１次の反対称モードＡ１の２つである場合には、破線または一点鎖線で示す如く、両者の最大値を互いに異なった値とすることにより構成される。
【０００９】
なお、図１で示す如く、入力電極１４と出力電極１５の下面側または上面側の少なくとも何れか一方の全面に亘って、絶縁部材からなる絶縁層１３を形成することができる。この絶縁層１３は、電極１１の下面側と、前記入力電極１４と出力電極１５間の間隙１６とに連続して、圧電性基板１０上に形成することが好ましい。
【００１０】
【発明の効果】
本発明は上記の如く、総和する各振動モード分布の最大値のうち、着目する振動モード分布の最大値を他と異ならせることにより、図５あるいは図６に示す如く、減衰特性それ自体を設計変更可能とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる圧電フィルタ１２は、図１に例示する如く、縦方向長さがｄ、横方向長さがｗの矩形薄板状に形成した水晶やセラミックスの様な圧電性基板１０上に、入力電極１４と出力電極１５とを圧電性基板１０の縦方向に縦列して形成した電極１１を配設している。なお図１中においては、横方向をｚ軸、縦方向をｘ軸、厚み方向をｙ軸となる様にその座標軸を設定している。
【００１２】
電極１１は、アルミニューム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）の様な導電性の薄膜で形成され、圧電性基板１０の表面上には表面側の電極１１を、裏面上の同位置に同形状の裏面側の電極１１ａを各々形成している。また、入力電極１４および出力電極１５を構成する各単位電極から図示しない引出線を各々設けるとともに、各引出線に対して所定の極性を付与することは従来と略同様である。
【００１３】
ところで水晶を用いて形成した圧電フィルタ１２にあっては、入力電極１４を励振することにより圧電性基板１０に発生した波は、主としてｘ軸方向に伝搬するとともに反射しながら往復する。そこで出力電極１５は、入力電極１４と同一の構成とするが、ｘ軸方向に点対称状態で縦列させ且つ互いに所定の間隙１６を設けて配設している。
【００１４】
ここで、本発明にかかる圧電フィルタ１２における第１の特徴は、圧電性基板１０上に形成される電極１１の外周形状を決定するための手順にある。すなわち、着目する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の単独あるいはそれらを足し合わせた形状から、目的とする電極１１の外周形状を決定するのである。
【００１５】
例えば第１次の対称モードＳ０に着目した場合にあっては、圧電性基板１０上に厚みを０．３μｍ、幅が３ｍｍで長さが無限の電極（銀の材料）を設けた場合を仮定し、弾性波のモード理論から、この例における振動モード分布ψ（ｚ）として、
ψ（ｚ）＝ｃｏｓ（０．９７６３４ｚ）（但しｚは、電極中心位置を０ｍｍとしたｚ軸方向の位置をｍｍで表示したもの）
が得られる。
【００１６】
そこで、横軸は電極中心を原点とした電極幅方向の長さｚをｍｍで表示し、縦軸は最大値を１．０とした相対値で表示した場合、上記した振動モード分布ψ（ｚ）は図３（ａ）における実線の様に表わされる。
【００１７】
すなわち、第１次の対称モードＳ０における振動モード分布は、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。同様にして、第１次の反対称モードＡ１における振動モード分布は図３（ａ）における破線に例示する様な正弦曲線の一部となる。
【００１８】
更に、第１次の対称モードＳ０と第１次の反対称モードＡ１が示す曲線の和を取ったあと最大値を「１」に正規化すると、図３（ｂ）の様に、座標軸のプラス側に伸びる大きな山状の曲線と、マイナス側に伸びる小さな山状の曲線となる。そこで、この曲線に対応させて電極１１の外周形状を決定するのである。なお、３種類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である。
【００１９】
本発明の第２の特徴は、各振動モード分布における最大値を上記の様に「１」に相対化したあと更に、図４（ａ）の如く、着目する振動モード（本実施例にあっては、第１次の対称モードＳ０）における振動モード分布の最大値のみを「１」を下回る値に減少させて足し合わせ、その足し合わせたモード和振動分布に基づいて入力電極１４と出力電極１５の電極形状を決定するものである。
【００２０】
ここで、図４（ａ）で例示する様に、着目する振動モード分布が１次の対称モードＳ０であり、更にその最大値を「０．８」に設定した場合にあっては、求めたモード和振動分布は図４（ｂ）の様に、座標軸の正方向に伸びる山状の曲線と、負方向に伸びる山状の曲線からなる。
【００２１】
この場合にあっては、ｚ軸で囲まれる正負２つの閉曲線ａ・ｂ、あるいは破線で示す座標軸方向に反転した形状を加えた閉曲線を入力電極１４の外周形状とする。すなわち、入力電極１４は図４（ｂ）において斜線を引いて示す２つの単位電極１４ａおよび１４ｂから構成されるとともに、励振方向が反転される様に両単位電極１４ａおよび１４ｂを互いに異なった極性に設定する。なお各単位電極１４ａ・１４ｂは、圧電性基板１０上におけるｘ軸方向に、反転したりその配設位置を変更することができる。
【００２２】
入力電極１４および出力電極１５を上記した様な電極構成にすることにより、振動モード分布を圧電性基板１０の駆動時の振動分布と考え、更にその振動分布に対応した振動エネルギーを入力電極１４によって圧電性基板１０に対して与えることを可能としたのである。
【００２３】
なお、上記した例では２つの振動モードＳ０とＡ１を足し合わせた例を示したが、３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略同様に、各次数の振動モード分布を求めたのち、最大値に重みをつけてそれらの和をとることにより必要な曲線が求まる。
【００２４】
本発明の第３の特徴は、上記した入力電極１４により励起された波が圧電性基板１０を伝搬して出力電極１５から取り出される際、入力電極１４と出力電極１５間に形成した間隙１６で波の反射が起こらない様にするための構成にある。
【００２５】
より具体的には、図１に例示する如く、入力電極１４と出力電極１５を圧電性基板１０上へ形成する前に、入出力電極１４・１５および両電極間の間隙１６の部分に対応して絶縁層１３を先ず形成することにより、電極１１から絶縁層１３を介し圧電性基板１０に対して信号の入出力を行うものである。
【００２６】
この場合における絶縁層１３は、任意の絶縁材料を使用し、均一な厚さに薄膜状に形成される。なお入出力電極１４・１５間の間隙１６は、そのまま空隙として残すことも可能であるし、絶縁層１３を形成したものと同一あるいは異なった絶縁材料で充填することもできる。
【００２７】
また前記した場合と逆に、絶縁層１３を電極１１の上面に設けることもできる。その場合は、電極１１の厚さを例えば５００Å程度のできるだけ薄く形成するとともに、入出力電極１４・１５間の間隙１６を反射の起こし難い絶縁材料で充填したあと、電極１１と間隙１６の全体を、電極厚さより十分に厚い例えば０．７５μｍ程度の絶縁層１３で覆うものである。
【００２８】
なお、間隙１６を埋める絶縁材料と、絶縁層１３を形成するための絶縁材料とを互いに異ならせることは可能であるが、絶縁材料として電極材料の酸化物（例えば、アルミニュームの場合は酸化アルミニューム）を使用することにより、両者を蒸着の様な所定の方法で一度に形成することは可能である。
【００２９】
また上記した実施例は一例であって、他の次数やモードの場合にあっても同様である。また圧電性基板１０の形状あるいは各種特性を適宜変更して実施できる。例えば、圧電性基板１０を円形等に変更することができる。また共振周波数も、２０ＭＨｚ以上の高周波あるいはそれ以下など限定されるものではない。
【００３０】
更に電極も、表面側の電極１１および裏面側の電極１１ａを同一構成で極性のみが異なる様に形成することが可能であるが、その他、表面側の電極と裏面側の電極における絶縁層１３の重畳位置を異ならせた構造のもので形成したり、裏面側の電極を共通電極として入出力電極１４・１５間の間隙１６と絶縁層１３を無くしたものとしたり、圧電性基板１０の裏面全面に設けることもできる。
【００３１】
更にまた、電極１１における幅および長さも限定されるものではなく、圧電性基板１０の端まで施すことも可能である。その場合にあっても、上記した方法あるいは他の任意の方法を利用して、モード和振動分布を求め、そのモード和振動分布曲線に対応した電極１１の構成および絶縁層１３の形成がなされることは、上記した実施例と略同様である。
【００３２】
【実施例】
圧電性基板１０として、図１における縦方向長さｄを８ｍｍ、横方向長さｗを５ｍｍ、厚み方向長さを０．０８ｍｍの矩形薄板状の水晶ＡＴ板を用いることにより、設計共振周波数を２０ＭＨｚ付近に設定した。また圧電性基板１０の結晶方向は、横方向をｚ軸、縦方向をｘ軸、厚み方向をｙ軸となる様にその方向を設定している。更に電極１１として、５００Åの膜厚のアルミニューム（Ａｌ）を使用した。
【００３３】
ここで図４（ａ）において実線で示す第１次の対称モードＳ０の最大値を「０．８」にした場合のモード和振動分布を求め、図１に類似する電極１１の形状を決定した。
【００３４】
図５は、その様にして具体的に構成した圧電フィルタ１２における減衰特性を示すものであって、比較のために、足し合わせる２つの振動モード分布の最大値を略等しくしたものにおける減衰特性を破線で示した。
【００３５】
かかるグラフから、２つの振動モード分布Ｓ０・Ａ１の重み付けが同等の場合（図中の破線）、中心周波数から高域および低域周波数に向けて略同等な減衰特性を示すのに対し、第１次の対称モードＳ０の重み付けを減少させた場合（図中の実線）、低域側が急峻になる一方、高域側がなだらかな特性となる。
【００３６】
更に、上記の様にした場合と略同様にしてモード和振動分布であるＫ１＊Ｓ０＋Ｋ２＊Ａ１を求める際、第１次の対称モードＳ０における最大値Ｋ１を「１」とし、第１次の反対称モードＡ１における最大値Ｋ２を、「０．９５〜０．２」まで変更した場合の減衰特性が図６である。かかる実施例から、低域側の減衰量が、重み付けの割合が減少するほどなだらかになることが認められた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる圧電フィルタの構成を概略的に示す説明図であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図を、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図を各々示す。
【図２】着目する振動モード分布の最大値を変更した一例を示すモード和振動分布である。
【図３】各振動モード分布の最大値を同一にした場合におけるグラフであって、（ａ）は振動モード分布を、（ｂ）はモード和振動分布を各々示す。
【図４】図３における第１次の対称モード分布の最大値を減少させた場合におけるグラフであって、（ａ）は振動モード分布を、（ｂ）はモード和振動分布を各々示す。
【図５】足し合わせるモードが第１次の対称モードと反対称モードの２つの場合にあって、対称モードの重みを減少させた際の減衰特性の変化を示す。
【図６】足し合わせるモードが第１次の対称モードと反対称モードの２つの場合にあって、反対称モードの重みを変化させた際の減衰特性の変化を示す。
【符号の説明】
１０    圧電性基板
１１    電極
１２    圧電フィルタ
１３    絶縁層
１４    入力電極
１５    出力電極
１６    間隙
【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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