(57)【要約】【課題】本発明は、入力された電気信号を弾性表面波に変換し、この弾性表面波の圧電基板上における伝搬特性に基づく処理が施された後に電気信号に再び変換する弾性表面波デバイスに関し、コストが大幅に増加することなく、性能が向上し、特性のバラツキが安定かつ確実に回避されることを目的とする。【解決手段】圧電基板上に形成され、かつ電気信号を弾性波に変換する送波電極と、前記圧電基板を介して到来した弾性波を電気信号に変換する受波電極とを有する弾性表面波デバイスであって、前記送波電極と前記受波電極とで挟まれた前記圧電基板上の領域に塗設あるいは形成され、前記弾性波の内、弾性表面波の伝搬速度をバルク波の伝搬速度に揃え、または前記弾性表面波と前記バルク波との伝搬速度の差を緩和する伝搬速度調整体を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に形成され、かつ電気信号を弾性波に変換する送波電極と、前記圧電基板を介して到来した弾性波を電気信号に変換する受波電極とを有する弾性表面波デバイスであって、
前記送波電極と前記受波電極とで挟まれた前記圧電基板上の領域に塗設あるいは形成され、前記弾性波の内、弾性表面波の伝搬速度をバルク波の伝搬速度に揃え、または前記弾性表面波と前記バルク波との伝搬速度の差を緩和する伝搬速度調整体を備えた
ことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
圧電基板上に形成され、かつ電気信号を弾性波に変換する送波電極と、前記圧電基板を介して到来した弾性波を電気信号に変換する受波電極とを有する弾性表面波デバイスであって、
前記送波電極と前記受波電極とで挟まれた前記圧電基板上の領域の内、前記送波電極の近傍に形成され、前記送波電極と前記領域と間における前記弾性波の伝搬速度の差を緩和する第一の擬似電極を備えた
ことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の弾性表面波デバイスにおいて、
前記領域の内、前記受波電極の近傍に形成され、前記領域と前記受波電極との間における前記弾性波の伝搬速度の差を緩和する第二の擬似電極を備えた
ことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項４】
請求項２に記載の弾性表面波デバイスにおいて、
前記第一の擬似電極は、
前記第一の擬似電極に直接もしくは間接的に所定の媒質が接触する状態で、前記伝搬速度の差に起因するバルク波の発生が回避され、または許容される程度に前記差を緩和する
ことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項５】
請求項３に記載の弾性表面波デバイスにおいて、
前記第二の擬似電極は、
前記第二の擬似電極に直接もしくは間接的に所定の媒質が接触する状態で、前記伝搬速度の差に起因するバルク波の発生が回避され、または許容される程度に前記差を緩和する
ことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された電気信号を弾性表面波に変換し、この弾性表面波の圧電基板上における伝搬特性に基づく処理が施された後に電気信号に再び変換する弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波センサ等の弾性表面波デバイスは、以下の好ましい特徴を有するために、これらの特徴を活かすことによる小型化、軽量化、無調整化が容易なデバイスとして多様なものが開発されつつある。
【０００３】
(1) 入力された電気信号が内部で変換されることによって得られる弾性表面波の波長が電磁波の波長の百万分の一程度と大幅に短い。
(2) 弾性表面波の伝搬路となる圧電基板上と、その圧電基板上に微細に形成可能な膜やパターンとして形成された電極等とから構成される。
(3) 圧電基板の表面の研磨は、弾性表面波の伝搬路が形成される片面だけで十分である。
【０００４】
(4) 弾性表面波の主要なエネルギーが圧電基板の表面に集中して伝搬するために、このような表面に形成された電極、あるいはその表面に接触する媒質との音響的な結合が密に、あるいは自在に達成される。
(5) 上記結合の下で弾性表面波に施される処理、あるいは生じる変化は、線形領域だけではなく非線形領域でも、安定に精度よく実現可能である。
【０００５】
従来の弾性表面波センサとしては、例えば、後述する特許文献１に開示されるように以下の通りに構成された弾性表面波装置がある。
(1) 伝搬特性が同じである２つの伝搬路が圧電基板上に形成される。
【０００６】
(2) これらの伝搬路の一方では、その伝搬路上に配置された遮断手段（該当する伝搬路上に塗布された樹脂、あるいは形成された溝）によって弾性表面波の伝搬が阻止されることによって、他方の伝搬路で生じるバルク波が予測される。
(3) 上記他方の伝搬路を伝搬した弾性波（弾性表面波およびバルク波を含む。）から上記予測されたバルク波が減じられることにより、バルク波の成分の抑圧が図られる。
【０００７】
このような構成の弾性表面波センサでは、バルク波に起因する精度や性能の低下が軽減される。
【０００８】
なお、本発明に関連する先行技術としては、既述の特許文献１の他に後述する特許文献２がある。以下、これらの先行技術の概要を列記する。
【０００９】
(1) 「圧電性基板上に、弾性表面波を励振する入力電極と、該入力電極からの弾性表面波を電気信号に変換して出力する出力電極とを形成し、所望の周波数特性を得るために電極指交差幅に重み付けした弾性表面波装置において、前記入力電極は、前記弾性表面波の伝搬方向とほぼ直交する方向に互いに対向して配置され、且つ各々から弾性表面波と共に励振される前記圧電性基板の表面に対して平行に進行するバルク波を互いに逆相とするように構成された第１及び第２の入力電極を含み、該第１及び第２の入力電極の各々から前記出力電極へ伝搬する弾性表面波のいずれか一方を遮断する遮断手段を設けた」ことにより、「基板の特性によらず、主として圧電性基板に平行に進行する不要バルク波を抑圧して帯域外抑圧度を改善する」点に特徴がある弾性表面波装置…特許文献１
【００１０】
(2) 「弾性表面波素子の基板裏面を所定の条件を満たす角度に傾斜させる」ことにより、「この裏面で反射され基板表面に形成された出力電極または弾性表面波導波路の異なる位置に入射するバルク波による信号を相殺させ、高いＳＮ比で出力信号を取り出せるようにする」点に特徴がある…特許文献２
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第２８２１２６３号公報
【特許文献２】特開平５−１２９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述した従来の弾性表面波センサでは、弾性表面波の伝搬の阻止や抑圧は、その弾性表面波の伝搬路に塗布された樹脂、あるいは形成された溝によって実現されていた。
【００１３】
また、このような樹脂の塗布や溝の形成は、弾性基板の表面に対する電極の形成とは別の工程として実現されるため、コスト高でとなるだけではなく、弾性表面波の伝搬を阻止する特性にバラツキが生じる要因となる可能性が高かった。
【００１４】
しかし、上記特性のバラツキについては、弾性表面波センサに対して要求される感度や性能のさらなる向上を妨げる要因となるために、解消や大幅な軽減を実現できる技術が強く要望されつつある。
【００１５】
本発明は、コストが大幅に増加することなく、性能が向上し、かつ特性のバラツキが安定に回避される弾性表面波デバイス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】
【００１６】
請求項１に記載の発明では、圧電基板上に形成され、かつ電気信号を弾性波に変換する送波電極と、前記圧電基板を介して到来した弾性波を電気信号に変換する受波電極とを有する弾性表面波デバイスにおいて、伝搬速度調整体は、前記送波電極と前記受波電極とで挟まれた前記圧電基板上の領域に塗設あるいは形成され、前記弾性波の内、弾性表面波の伝搬速度をバルク波の伝搬速度に揃え、または前記弾性表面波と前記バルク波との伝搬速度の差を緩和する。
【００１７】
すなわち、送波電極と受波電極とで挟まれた圧電基板上の領域と、その送波電極との間における弾性波の伝搬速度の差が圧縮されるため、このような伝搬速度の差に起因して生じるバルク波のレベルが低く抑えられ、あるいはバルク波の発生が回避される。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、圧電基板上に形成され、かつ電気信号を弾性波に変換する送波電極と、前記圧電基板を介して到来した弾性波を電気信号に変換する受波電極とを有する弾性表面波デバイスにおいて、第一の擬似電極は、前記送波電極と前記受波電極とで挟まれた前記圧電基板上の領域の内、前記送波電極の近傍に形成され、前記送波電極と前記領域と間における前記弾性波の伝搬速度の差を緩和する。
【００１９】
すなわち、送波電極と伝搬路との継ぎ目でバルク波が発生する要因となる両者間の伝搬速度の差は、送波電極と同様に導体パターンとして一括して形成可能な擬似電極によって緩和される。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の弾性表面波デバイスにおいて、第二の擬似電極は、前記領域の内、前記受波電極の近傍に形成され、前記領域と前記受波電極との間における前記弾性波の伝搬速度の差を緩和する。
【００２１】
すなわち、伝搬路と受波電極との継ぎ目でバルク波が発生する要因となる両者間の伝搬速度の格差は、受波電極と同様に導体パターンとして一括して形成可能な擬似電極によって緩和される。
【００２２】
請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の弾性表面波デバイスにおいて、前記第一の擬似電極は、前記第一の擬似電極に直接もしくは間接的に所定の媒質が接触する状態で、前記伝搬速度の差に起因するバルク波の発生が回避され、または許容される程度に前記差を緩和する。
【００２３】
すなわち、第一の擬似電極よって上記伝搬速度の差が緩和される程度には、既述の媒質の種類、特性、量、位置等が加味される。
【００２４】
請求項５に記載の発明では、請求項３に記載の弾性表面波デバイスにおいて、前記第二の擬似電極は、前記第二の擬似電極に直接もしくは間接的に所定の媒質が接触する状態で、前記伝搬速度の差に起因するバルク波の発生が回避され、または許容される程度に前記差を緩和する。
【００２５】
すなわち、第二の擬似電極よって上記伝搬速度の差が緩和される程度には、既述の媒質の種類、特性、量、位置等が加味される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、従来例に比べて構成が大幅に変更されることなく、バルク波の発生に起因する性能および精度の低下が大幅に緩和され、あるいは回避される。
また、本発明に係る弾性表面波デバイスは、多様な媒質に対する柔軟な適応の下で所望の特性、性能および機能を実現可能となる。
したがって、本発明が適用された装置やシステムは、バルク波の発生のメカニズムに適合して安価にまたは容易に実現可能な構成により、弾性表面波デバイスに特有の利点が積極的に活用され、かつ多様な用途における所望の性能や信頼性が確度高く安定に実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本実施形態の他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
【００２９】
図において、圧電基板１１が有する矩形の片面の中央部には、その片面に相似な矩形の伝搬路１２が確保され、かつたんぱく質等の膜が形成される。このような伝搬路１２の特定の辺の近傍には、圧電基板１１上における導体のパターンとして櫛形電極(IDT:interdigital
transducer)１３Ｓが形成され、その特定の辺に対向する他の辺の近傍には、櫛形電極１３Ｒが上記櫛形電極１３Ｓに正対する状態で形成される。なお、このような櫛形電極１３Ｒの構成は既述の櫛形電極１３Ｓの構成と同じである。
【００３０】
櫛形電極１３Ｓの一方の端子には信号源２０の出力が接続され、その櫛形電極１３Ｓの他方の端子および信号源２０の接地端子と共に接地される。
【００３１】
櫛形電極１３Ｒの一方の端子は回路２１の入力に接続され、その櫛形電極１３Ｒの他方の端子と回路２１の接地端子とは、共に接地される。
【００３２】
以下、図１を参照して本実施形態の動作を説明する。
信号源２０は、例えば、上記伝搬路１２の中央部に該当する反応場に滴下され、あるいは接触する媒質について、計測されるべき項目に適した所定の周波数の交流信号を櫛形電極１３Ｓに与える。ここに、「媒質」とは、例えば、本実施形態に係る弾性表面波センサによって行われる計測や検査の対象として、反応場上に滴下され（滴下され得る）液体や溶液を意味する。
【００３３】
櫛形電極１３Ｓは、このような交流信号によって励振され、図１に太い実線の矢印で示すように、伝搬路１２に弾性表面波を送出する。
【００３４】
この弾性表面波は、伝搬路１２上において既述の媒質が滴下されあるいは接触する反応場を伝搬して櫛形電極１３Ｒに到達し、その櫛形電極１３Ｒによって電気信号Ｅａに変換される。
【００３５】
ところで、櫛形電極１３Ｓによって送出された弾性表面波のエネルギーの一部は、例えば、櫛形電極１３Ｓを形成する金属膜の部位と伝搬路１２との間における弾性波の伝搬速度の差（以下、「伝搬速度の格差」という。）が大きい場合には、図１に点線の矢印で示すように、圧電基板１１の表面ではなく内部を伝搬するバルク波に変換される。
【００３６】
しかし、本実施形態では、伝搬路１２に塗設されたたんぱく質等の膜の厚さｔは、櫛形電極１３Ｓによって送出された表面弾性波の一部が既述の「伝搬速度の格差」に起因してバルク波に変換されない程度に、その伝搬路１２における弾性表面波の伝搬速度が遅くなる値に、予め設定される。
【００３７】
すなわち、本実施形態によれば、バルク波の発生が回避され、あるいは従来例に比べて、発生し得るバルク波のレベルが大幅に小さく抑えられる。
したがって、本発明によれば、バルク波に起因する精度や性能の低下が回避される。
【００３８】
なお、本実施形態では、伝搬路１２の厚みｔは、例えば、反応場上にある（存在し得る）媒質の種類、量、分布等に適した値に予め設定されてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、伝搬路１２における弾性表面波の伝搬速度は、その伝搬路１２に塗布されたたんぱく質等の膜の厚みｔが調整されることにより、バルク波の発生が回避されあるいは緩和される値に設定されている。
【００４０】
しかし、このような伝搬速度の設定は、例えば、以下の何れの形態で実現されてもよい。
(1) 伝搬路１２に塗設されたたんぱく質等の膜に関して、厚みｔに併せて（あるいは、厚みｔとは別に）、その厚みｔの物理的な分布と、該当する膜の形状、寸法、材質との全てまたは一部が好適に設定される。
【００４１】
(2) 伝搬路１２に塗設されたたんぱく質等の膜に併せて（あるいは、その膜とは別に）、図２に示すように、櫛形電極１３Ｓと伝搬路１２との間に、その伝搬路１２に引き渡される弾性表面波の伝搬速度を低く抑える擬似電極３１Ｓが形成される。
【００４２】
(3) 図２に破線で示すように、伝搬路１２と櫛形電極１３Ｒとの間に、その伝搬路１２から櫛形電極１３Ｒに引き渡される弾性表面波の伝搬速度を低く抑えることにより櫛形電極１３Ｒの近傍におけるバルク波の発生を抑制する擬似電極３１Ｒが備えられる。
【００４３】
(4) 既述の擬似電極３１Ｓ（３１Ｒ）によって伝搬速度が低く設定される程度は、例えば、その擬似電極３１Ｓ（３１Ｒ）に直接もしくは間接的に媒質が接触した（または接触し得る）状態で好適に設定される。
【００４４】
なお、上記擬似電極３１Ｓ、３１Ｒは、何れも、例えば、図２に示すようにラダー型の導体パターンとして構成可能であるが、このような導体パターンの形状、構造、寸法、配置等は、上記弾性表面波の伝搬速度を所望の形態で低く抑えることができるならば、如何なるものであってもよい。
【００４５】
また、擬似電極３１Ｓ（３１Ｒ）に対する上記媒質の間接的な接触は、例えば、その媒質との物理的な隔たりを確保し、あるいは電気的な結合を粗とする「ダム」等を介して行われてもよい。
【００４６】
さらに、上記擬似電極３１Ｓ（３１Ｒ）を備えた構成では、これらの擬似電極３１Ｓ（３１Ｒ）は、伝搬路（反応場）上に塗設されたたんぱく質等とは異なり、櫛形電極１３Ｓ、１３Ｒと同様に弾性基板１１上にパターンとして一括して形成可能であり、配置、形状、寸法等の何れもが微細に設定可能であるため、低廉化に併せて、性能の安定な向上が図られる。
【００４７】
また、本発明は、本実施形態のような弾性表面波センサに限定されず、例えば、弾性表面波フィルタ、弾性表面波発振器、弾性表面波共振器、弾性表面波導波路、弾性表面波遅延器、弾性表面波相関器等の多様な弾性表面波デバイスにも同様に適用可能である。
【００４８】
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１１  圧電基板
１２  伝搬路
１３Ｒ，１３Ｓ  櫛形電極
２０  信号源
２１  回路
３１Ｒ，３１Ｓ  擬似電極
【図１】
2012085109.tif 000003
【図２】
2012085109.tif 000004