JP2007108170A - 水晶発振器及び感知装置 - Google Patents

Abstract

【解決課題】良好な周波数温度特性を備えた水晶発振器を提供すること。
【解決手段】水晶片の中央部に弾性波の伝播を止めるための例えば溝や透孔などからなる境界領域を形成して互いに独立して振動する第１の振動領域と第２の振動領域とに分割し、各領域に電極を設けて第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子を構成する。これら水晶振動子の水晶片の厚さは互いに同じであるため、夫々に結合される負荷容量を同じにすれば、同じ周波数温度特性を持ちかつ同じ周波数の第１の発振部及び第２の発振部が得られる。従ってこれらの出力を適用機器に応じて利用することにより良好な周波数温度特性を備えた水晶発振器となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、良好な周波数温度特性を得ることができる水晶発振器、及びこの水晶発振器を用いて感知対象物を感知する感知装置に関する。

水晶振動子は温度によって周波数が変化することから、水晶振動子を用いた水晶発振器においては、温度に対する周波数安定性を得るための対策が必要になる。その対策の代表的な構成としては、ＯＣＸＯ（恒温槽付水晶発振器：Oven Controlled Crystal Oscillator）とＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器：Temperature Compensated Crystal Oscillator）とが知られている。ＯＣＸＯは恒温槽によって水晶振動子の周囲温度を一定に保っているため、１０^-8 〜１０^-10の高い周波数安定度が得られるが、大型で消費電力が大きいことから、基地局の通信装置などには適しているが、携帯機器に対して適用できないなど、適用範囲が制限されている。
一方ＴＣＸＯは感温素子を用いた温度補償回路を内蔵することにより広い範囲に亘って良好な周波数温度特性を得るようにしたものであり、消費電力が少なく、小型軽量であり、適用範囲が広い利点がある。しかしながらＴＣＸＯは、ＯＣＸＯほどの高い周波数安定性が得られないので、高い周波数安定性が要求される場合には、適用しがたいという課題がある。

例えば最近において、溶液中や気体中の微量物質を検出する装置として水晶振動子を用いることが検討されている。これは水晶振動子に微量物質が吸着すると、その発振周波数（共振周波数）が変わることを検出原理としており、特許文献１には、ガスを吸着してそのガス濃度を検出することが記載されている。また特許文献２には、水晶振動子を用いて疫病マーカータンパク質を検出する装置が記載されている。本発明者は、このような測定装置に着目しており、今後種々の分野、例えばダイオキシンなどのｐｐｂ〜ｐｐｔレベルの極位濃度を分析対象とする環境汚染物質などについても高感度で検出できるものと期待している。

しかし微量物質の検出感度を高めようとすると、周波数の変化分の測定値に温度変化による周波数の変化分が乗ってくるので、検出誤差になってしまう。このため検出精度を高めるためには、水晶発振器の周波数温度特性を向上させることが要求されるが、ＯＣＸＯはこの種の感知装置には適用し難く、一方ＴＣＸＯでは、周波数の安定化を十分図ることが困難であり、こうしたことから高精度な感知装置を作成することが阻まれている。

また水晶振動子を用いたクロック発生器として、矩形波のクロックを発生する矩形波発生回路の後段に水晶振動子を用いたフィルタからなる波形整形回路を接続して正弦波パルスを出力するものが知られている。矩形波発生回路はスプリアスが多いことから、こうした構成は有効であるが、前段の水晶振動子と後段の水晶振動子とは別物であるから、互いの温度特性はどうしても微妙に異なってしまい、このためＯＣＸＯを採用した場合でも温度に対して極めて安定した周波数特性を得ることが困難である。

特開平６−２４１９７２ 特開２００１−８３１５４（段落０００７、０００９及び図１）

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、良好な周波数温度特性を備えた水晶発振器を提供することにある。更に他の目的は、この水晶発振器を利用することにより、感知対象物を高精度に検出することのできる感知装置を提供することにある。

本発明の水晶発発振器は、水晶片に弾性波の伝播を止めるための境界領域を形成してこの境界領域により、厚さが互いに同じである、互いに独立して振動する第１の振動領域と第２の振動領域とに分割し、これら第１の振動領域及び第２の振動領域に各々電極を設けて第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子を構成し、
前記第１の水晶振動子と負荷容量とを含む第１の発振部と、
前記第２の水晶振動子と負荷容量とを含む第２の発振部と、を備え、
第１の発振部の発振周波数と第２の発振部の発振周波数との差は、発振周波数に対して０．０５％よりも小さいことを特徴とする。なお、第１の発振部の発振周波数と第２の発振部の発振周波数とは極めて近いので両発振部のいずれの発振周波数対しても０．０５％の周波数値は実質同じである。
前記境界領域は、例えば水晶片を加工することにより形成されたものである。この場合、前記境界領域は、溝または透孔であるか、あるいは溝及び透孔を組み合わせたものとすることができる。なお境界領域としては、例えば水晶片の一面の中央領域を接着剤などの弾性波吸収体を介して基体に接着し、この吸収体に弾性波を吸収させる構成であってもよい。

また上述した水晶発振器は、前記第１の発振部及び第２の発振部の後段に、夫々発振部の第３次高調波を除去するための第１の水晶フィルタ回路及び第２の水晶フィルタ回路を接続し、第１の振動領域及び第２の振動領域の各々に、水晶片の厚さが互いに異なる発振部用の振動領域とフィルタ用振動領域とを形成し、第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子は、前記発振部用の振動領域に各々電極を設け、第１の水晶フィルタ回路に用いられる水晶振動子は第１の振動領域におけるフィルタ用振動領域に電極を設け、また第２の水晶フィルタ回路に用いられる水晶振動子は、第２の振動領域におけるフィルタ用振動領域に電極を設けた構成であってもよい。

この水晶発振器の適用例としては、第１の発振部は、矩形波を発振する矩形波発振部として構成され、第２の発振部は第１の発振部の出力波形を正弦波として出力するフィルタを構成する波形整形部として構成されている水晶発振器を挙げることができる。この場合より具体的には、第１の水晶振動子に対する負荷容量と第２の水晶振動子に対する負荷容量とを揃えるための可変用容量コンデンサを第２の水晶振動子に直列に接続する構成を挙げることができる。

他の発明は、感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成された水晶振動子を含む水晶発振器と、この水晶発振器の発振周波数の変化分を測定するための手段と、を備えた感知装置において、
本発明の上記の水晶発振器を用い、
第１の発振部と第２の発振部との各発振周波数の差を取り出しその周波数差の周波数信号を出力する周波数差取り出し手段を設け、
前記第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子の一方に前記吸着層を形成し、他方に、感知対象物を吸着しないが前記吸着層と同等のダミー層を形成し、
前記周波数差取り出し手段の後段に前記測定手段を設けたことを特徴とする。この感知装置において、水晶発振器の発振周波数の変化分を測定する手段は、周波数をカウントして周波数の変化分を測定する場合、及び周波数の周期を測定して周波数の変化分を求める場合のいずれも該当する。発振周波数の変化分を測定した後は、例えば発振周波数の変化分と感知対象物との濃度との関係式（検量線）を用いて感知対象物の濃度を求めることができる。

本発明によれば、水晶片を境界領域により第１の振動領域と第２の振動領域とに分割することにより、つまり共通の水晶片を用いて第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子を構成しているので、それらの厚さは互いに同じであり、従って負荷容量を同じにすれば互いの共振周波数も実質同じになると共に、周波数温度特性も同じになる。このためこれらの発振出力を用いることにより温度に対する周波数変化を実質ゼロにすることができ、周波数の安定した機器を得ることができる。

例えば第１の水晶振動子を用いた矩形波発生部の後段に第２の水晶振動子を用いたフィルタをなす波形整形部を接続して正弦波パルスを得る場合に、両方の発振周波数を極めて高い精度で一致させることができ、そしてこれらの周波数温度特性が実質同じであることから、位相ノイズが少なく、安定した周波数を得ることができる。

また第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子の一方に、感知対象物を吸着するための吸着層を形成して感知対象物の吸着量と周波数変化との対応を利用して感知対象物を検出する装置に適用すれば、第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子の水晶片は共通であり、いわば両水晶振動子は同一であることから、他方の水晶振動子にダミー層を設けてこれをリファレンス（参照用）として用いることで、温度変化に伴う周波数変化をキャンセルすることができる。更に温度検出側の発振部とリファレンス側の発振部との発振周波数が実質一致しているので、副振動が入り込んで誤差を生じる余地がなくなり、また既述のように両水晶振動子が同一であることに加えて発振周波数を実質一致させることで、液体に浸漬したときや温度変化による周波数変化の仕方が全く同じになり、こうした点から
感知対象物を高精度に検出することができる。また第１の水晶振動子が置かれる環境は液体中などであることから、ＯＣＸＯの構造は採用しにくく、このため本発明の手法は極めて有効である。

本発明は、共通の水晶片を用いて、第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子を構成し、これら水晶振動子を用いて互いの発振周波数を揃えた（実質同じにした）第１の発振部及び第２の発振部を構成したものであり、これらの出力を上述のように適用機器に応じて利用することにより良好な周波数温度特性を備えた水晶発振器となる。

先ず適用機器として感知対象物を水晶振動子の周波数変化に基づいて感知する感知装置を例にとって説明する。図１は、本発明に係る水晶発振器の実施の形態を示す回路図である。水晶振動子及び発振回路からなる構成部分を発振部と呼ぶことにすると、この水晶発振器は、第１の発振部１Ａと、第２の発振部１Ｂと、これら発振部１Ａ、１Ｂからの発振周波数の差を取り出しその周波数差の周波数信号を出力する周波数差取り出し手段をなす混合器であるヘテロダイン検波器２と、を備えている。

第１の発振部１Ａ及び第２の発振部１Ｂは同じ構成である。３Ａ（３Ｂ）は例えばＡＴカットの水晶片を用いた水晶振動子であり、第１の水晶振動子３Ａ（第２の水晶振動子３Ｂ）には、例えばコルピッツ形の発振回路４Ａ（４Ｂ）が接続されている。４１は増幅素子であるトランジスタ、４２、４３は分圧用コンデンサ、４４、４５は抵抗、４６は負荷容量を調整するための可変容量コンデンサである。また第１の水晶振動子３Ａの負荷容量（第１の水晶振動子３Ａからみた容量成分の容量）と第２の水晶振動子３Ｂの負荷容量（第２の水晶振動子３Ｂからみた容量成分の容量）とは同じ値に設定されている。

水晶振動子３Ａ（３Ｂ）の構成例を図２に示す。図２（ａ）の例は、例えばＡＴカットの角型の水晶片３１の一面及び他面における中央部に、弾性波の伝播を止めるための境界領域としての溝部３２を一縁から他縁に亘って設けることにより、互いに左右に分割された第１の振動領域３３及び第２の振動領域３４を形成し、これら第１の振動領域３３及び第２の振動領域３４の各々の両面に電極３５、３６（他面側の電極は図４では見えない）を設けて、第１の水晶振動子３Ａ及び第２の水晶振動子３Ｂを構成したものである。水晶片３１に境界領域を設けて第１の振動領域３３及び第２の振動領域３４を形成すれば、これら領域３３，３４は互いに独立して振動することになる。このように第１の水晶振動子３Ａ及び第２の水晶振動子３Ｂの水晶片を共通化すれば、両者は厚さが同じであり、動作が全く同じになる。即ち負荷容量を同じにすれば同じ周波数で振動し、また周波数温度特性が同じになる。
溝部３２としては、水晶片３１の両面に設けることに限らず、図２（ｂ）に示すように水晶片３１の片面のみに設けるようにしてもよい。

次ぎに感知装置の全体ブロック図を示す図３及び水晶振動子の感知センサー部分を示す図４を参照しながら説明を進める。図３に示すように第１の水晶振動子３Ａの両面の電極には信号線５Ａが各々接続され、信号線５Ａは第１の発振回路４Ａに接続されている。また第２の水晶振動子３Ｂの両面の電極には信号線５Ｂが各々接続され、信号線５Ｂは第２の発振回路４Ｂに接続されている。図４には図示の便宜上信号線５Ａ、５Ｂは記載していない。

また第１の水晶振動子３Ａ及び第２の水晶振動子３Ｂの片面（他面）は例えば樹脂からなる上面開口の容器６１により接着剤により封止されており、第１の水晶振動子３Ａ及び第２の水晶振動子３Ｂの一面は露出している。図３及び図４に示すように、第１の水晶振動子３Ａの一面には感知対象物質である例えばダイオキシンを吸着する吸着層６２が形成されている。この吸着層６２はダイオキシンと反応して捕獲する抗体を含むものである。一方第２の水晶振動子３Ｂの一面にも、前記吸着層６２と同じ厚さでかつ密度が同等のダミー層６３が形成されている。このダミー層６３は、ダイオキシンを吸着する能力はなく、吸着層６２にダイオキシンが捕獲されていないときには水晶振動子３Ａ、３Ｂの特性が同じになるように設けられたものである。即ちこの例では、水晶振動子３Ａ、３Ｂは環境が同じであればそれ自体は同じ周波数で振動するように構成されており、各水晶振動子３Ａ、３Ｂからみた負荷容量は同じに設定されているので、互いの発振周波数は同じである。ここでいう「同じである」とは、発振周波数を一般的に比較する場合に「同じである」という意味であり、本発明では両水晶振動子３Ａ，３Ｂの差の周波数を用いることから、周波数は微視的には僅かに異なっている。

このような水晶振動子３Ａ、３Ｂはランジュバン型水晶振動子と呼ばれ、露出している面に測定雰囲気例えば溶液が接触することになる。図３の例では容器６４内の溶液に浸漬して用いられるが、溶液を水晶振動子３Ａ、３Ｂの一面に垂らすようにしてもよい。
図３に説明を戻すと、ヘテロダイン検波器２の後段には、ローパスフィルタ７１、アンプ７２及び周波数信号（パルス）をカウントするカウンタ７３が接続されており、カウンタ７３の後段にはデータ処理部７４が設けられている。

次いでこの感知装置の作用について説明する。第１の発振部１Ａ及び第２の発振部１Ｂの各発振周波数はいずれも３０ＭＨｚとされる。両者の発振周波数の差は、ゼロであることが理想であるが、現実にはゼロに設定することが難しいことから、発振周波数この例では３０ＭＨｚに対して０．０５％以内の差に収めることが必要である。しかし感知装置は、かなり高精度なものが要求されていることからすれば、０．０２％以内の差に収めることがより好ましく、０．０１％以内の差に収めることがより好ましい。ここでは、０．０１％に収めたものとすると、第１の発振部１Ａ及び第２の発振部１Ｂの各発振周波数の差は、３ｋＨｚとなる。

水晶振動子３Ａ、３Ｂを所定の溶液中例えば超純水に浸漬すると、溶液が水晶面に付着したことにより大気雰囲気よりもわずかに例えば５ｋＨｚ程度発振周波数が低くなった状態で発振する。このとき第１の発振回路４Ａの発振周波数と第２の発振回路４Ｂの発振周波数との差に相当する周波数の周波数信号がヘテロダイン検波器２から取り出され、その周波数信号がローパスフィルタ７１を介してアンプ７２に入力され、ここで増幅されてカウンタ７３に入力される。カウンタ７３にて周波数信号がカウントされてデータ処理部７４にてその周波数が求められる。そしてこの周波数が安定したときにその値をブランク値としてデータ処理部７４のメモリに記憶しておく。
上述のように２つの水晶振動子３Ａ、３Ｂは共通の水晶片で構成されていて厚さが同じであるため、大気雰囲気から超純水に浸漬したときの周波数の変わり方は同じであり、従って３ｋＨｚの周波数信号がヘテロダイン検波器２から取り出される。なお厳密には３ｋＨｚからわずかにシフトした周波数となっているが、便宜上この値で説明を進める。

続いて容器６４内の溶液中に、感知対象物例えばダイオキシンが含まれている溶液を供給して攪拌すると、前記ダイオキシンが抗ダイオキシン抗体による選択的な分子捕捉により水晶振動子３Ａの表面の吸着層６２に捕獲され、その吸着量に応じて水晶振動子３Ａの共振周波数（固有振動数）がΔｆだけ変化する。このためカウンタ７３における周波数のカウント値がΔｆだけ変化するので、データ処理部７４においてこの状態で安定した周波数と先のメモリ内のブランク値に相当する周波数とを比較することにより、Δｆが周波数の変化分として求められ、予め求めておいた関係式（検量線）に基づいてダイオキシンの濃度が測定できる。この濃度は例えば図示しない表示部に表示される。なお検出した濃度と予め設定した濃度とを比較して、設定濃度よりも高ければ「有り」、設定濃度よりも低ければ「無し」として出力するようにしてもよい。
以上の実施の形態は、カウンタ７３とデータ処理部７４は、水晶発振器の発振周波数の変化分を測定するための測定手段に相当する。なお、図６に第１の水晶振動子３Ａ（測定用）の周波数温度特性と第２の水晶振動子３Ｂ（参照用）の周波数温度特性との一例を示しておく。なお、図６中の縦軸は発振周波数（ｆ）であり、横軸は温度（Ｔ）である。

この実施の形態によれば、共通の水晶片を用いて第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子を形成し、各水晶片は同じ厚さであることから、両者の共振周波数は同じになり、このため一方の水晶振動子を感知用とし、他方の水晶振動子をリファレンス（参照用）として用いることで、温度変化に伴う周波数変化をキャンセルすることができる。またブランク用の液体に浸漬したときや、検体をブランク用の液体に供給したときなど、周囲の粘度の変化による周波数変化の仕方、そして温度変化による周波数変化の仕方が全く同じになり、こうした点からデータ処理部７４にて処理される周波数変化分は、感知物質の吸着による周波数変化分だけになるので、測定感度を高めても感知対象物を高精度に検出することができる。また温度検出側の発振部とリファレンス側の発振部との発振周波数が実質一致しているので、副振動が入り込んで誤差を生じる余地がなくなる。

なお感知対象物としては、例えば疫病マーカー蛋白質、伝染病の細菌、ＰＣＢなどであってもよい。また液体中の物質を感知することに限られず気体中の物質、例えば毒性のガスを感知したり臭いを感知したりする場合にも適用できる。

ここで本発明に用いられる水晶振動子の構造の他の例を図７〜図１２に示しておく。図７〜図１１の構成は、水晶片に弾性波の伝播を止めるために形成した境界領域の構成以外は、図３の構成と同様である。図７（ａ）、（ｂ）は図３に形成した境界領域をなす溝３２の形状を夫々Ｖ字状及び丸みを帯びた形状にしたものである。図８は、水晶片３１の幅いっぱいよりも少し小さく、つまり両縁部分を残して溝の代わりに帯状の透孔３７を開けた構成であり、図９は、１本の帯状の透孔３７とする代わりに複数例えば２本の帯状の透孔３７、３７に分割した構成である。

図１０は、図３に示めした溝の代わりに多数の透孔３８を幅方向に配列したものであり、図１１は、溝と透孔とを組み合わせた構成例であり、図４に示した溝３２の底部に透孔３８を配列した構成である。いずれの場合においても、水晶片３１の同じ面に形成されている電極３５、３６のうち少なくとも一方は、帯状に伸びる境界領域の長さよりも水晶片の幅方向の長さを小さくすることが好ましい。例えば電極３５については、電極３６側から見たときに境界領域の両端からはみ出ていないようにすることが好ましい。
また図１２の構造は、基体例えば基板３９ａに一対の水晶片保持部３９ｂ、３９ｂを設け、これに水晶片３１を保持させて基板３９ａから浮かした状態とすると共に、この水晶片３１の中央部（図３において溝３２が形成されている領域）を接着剤３９ｃにより基板３９ａに固定したものである。この場合、接着剤が弾性波の吸収体として作用するので、前記境界領域の役割を果たす。
なお水晶片３１の形状は矩形に限られるものではなく、円形などであってもよい。

更に本発明の水晶発振器をクロック発生器に適用した例について図１３を参照しながら説明する。図１３において８は、矩形波発生部、９はフィルタを構成する波形整形部である。矩形波発生部８は、アンプ８０の入出力側に第１の水晶振動子３Ａを接続して構成され、波形整形部９は、第２の水晶振動子３Ｂに直列に可変容量コンデンサ９１を接続して構成される。８１、８２はコンデンサ、８３は可変容量コンデンサ、９２は抵抗である。

矩形波発生部８において第１の水晶振動子３Ａ以外の容量成分は、第１の水晶振動子３Ａの負荷容量に相当し、また波形整形部９において第２の水晶振動子３Ｂ以外の容量成分は、第２の水晶振動子３Ｂの負荷容量に相当する。これらの負荷容量の値を同じにするために例えば可変容量コンデンサ９１、８３の容量を調整する。

このような構成によれば、矩形波発生部８にて発生した矩形波が波形整形部９にて正弦波になるので、スプリアスが小さいクロックを得ることができる。そして第１の水晶振動子３Ａ及び第２の水晶振動子３Ｂは、共振周波数が同じであってつまり同じ負荷容量とすればそれらとの直列共振周波数が一致するので、周波数温度特性が全く同じであり、このため位相雑音が極めて少なく、また温度に対して周波数が安定している。
第１の発振部及び第２の発振部の発振周波数の差、この例では矩形波発生部８及び波形整形部９の両発振周波数の差は、０．０５％よりも小さいことが前提であるが、０．０２％以下が好ましく、０．０１％以内であればより好ましい。

続いて本発明の他の実施の形態について図１４及び図１５を参照しながら説明する。この実施の形態は、第１の発振部１Ａ及び第２の発振部１Ｂの後段に夫々第３次高周波を除去するための第１の水晶フィルタ回路２Ａ及び第２の水晶フィルタ回路２Ｂを接続すると共に、これら水晶フィルタ回路２Ａ，２Ｂの水晶片を第１の発振部１Ａ及び第２の発振部１Ｂの水晶片と共通化させる構成を採用したものである。

一般に発振回路は発振周波数の整数倍の周波数の高調波を発生し、厚みすべり水晶振動子は奇数倍の高周波を出力する。そして発振回路の第３次高調波の周波数と水晶振動子の第３次高調波の周波数とが互いに近づくとその間の周波数で周波数ジャンプが発生することがある。このような周波数ジャンプが起きると、図１に示す感知装置では、測定系に入力される周波数の変化に周波数のジャンプ分が加わってくるので測定結果が狂ってしまう。また図１３に示す発振回路の場合、その後段にＰＬＬ回路が存在するとＰＬＬのロックが外れてしまう。

このようなことからこの実施の形態では図１５に示すように第１の発振部１Ａのトランジスタ４１のエミッタとヘテロダイン検波器２との間に第１の水晶フィルタ回路２Ａを、また第２の発振部１Ｂのトランジスタ４１のエミッタとヘテロダイン検波器２との間に第２の水晶フィルタ回路２Ｂを夫々設けることとしている。

そして図２（ａ），（ｂ）に示すように水晶片３１を第１の振動領域３３と、第２の振動領域３４とに分割し、更にこの実施の形態では第１の振動領域３３を発振部用の振動領域３３−１とフィルタ用の振動領域３３−２とに分けている。なお、溝部３２の伸びる方向を前後方向とすると、前後方向の寸法は図２のサイズの２倍とする。即ち、第１の振動領域３３を溝部３２の伸びる方向に沿って例えば半分に分けて、一方の半分領域の厚さを発振部の発振領域に対応した厚さに設定し、他方の半分領域を第３次高調波の発振周波数に対応する厚さに設定し、これら半分領域を夫々発振部用の振動領域３３−１及びフィルタ用の振動領域３３−２としている。従って、フィルタ用の振動領域３３−２の厚さｔ２は発振部用の振動領域３３−１の厚さｔ１の１／３になっており、例えば量産品ではｔ２は０．３２ｔ１〜０．３４ｔ１とされる。また第２の振動領域３４についても同様に発振部用の振動領域３４−１及びフィルタ用の振動領域３４−２を形成している。なお、図１４中の３０，３９は励振電極であり、裏面側にも設けられている。また図１４（ｂ）に、水晶片３１の片面のみに溝部３２を設けた構成例を示す。

このように第１の発振部１Ａ及び第２の発振部１Ｂから出力される第３次高調波を取り除くために第１の水晶フィルタ回路２Ａ及び第２の水晶フィルタ回路２Ｂを設けるに当たって、これら水晶フィルタ回路２Ａ，２Ｂを構成する２つの水晶振動子３０Ａ，３０Ｂを、図１４に示すように第１の水晶振動子３Ａ及び第２の水晶振動子３Ｂと一体化することで、水晶発振器をよりコンパクトにすることができる。また第１の発振部１Ａ（第２の発振部１Ｂ）と第１の水晶フィルタ回路２Ａ（第２の水晶フィルタ回路２Ｂ）との間の温度特性がキャンセルされるので、高いフィルタ機能が得られる利点もある。

更にまた図１３に示す回路において矩形波発生部８及び波形整形部９の後段に夫々第３次高調波除去用の第１の水晶フィルタ回路及び第２の水晶フィルタ回路を設け、矩形波発生部８の水晶振動子３Ａと波形整形部９の水晶振動子３Ｂとこれら水晶フィルタ回路の水晶振動子を一体化して図１４のように構成してもよい。

本発明に係る水晶発振器の実施の形態を示す回路図である。 上記の水晶発振器に用いられる２つの水晶振動子の構成例を示す斜視図である。 本発明に係る感知装置の実施の形態を示す構成図である。 上記の感知装置に用いられる水晶振動子の構成例を示す縦断側面図である。 上記の感知装置に用いられる水晶振動子の構成例を示す平面図である。 第１の水晶振動子３Ａ（測定用）の周波数温度特性と第２の水晶振動子３Ｂ（参照用）の周波数温度特性示した特性図である。 本発明に用いられる２つの水晶振動子の構成に関する変形例を示す断面図である。 本発明に用いられる２つの水晶振動子の構成に関する変形例を示す平面図及び断面図である。 本発明に用いられる２つの水晶振動子の構成に関する変形例を示す平面図である。 本発明に用いられる２つの水晶振動子の構成に関する変形例を示す平面図及び断面図である。 本発明に用いられる２つの水晶振動子の構成に関する変形例を示す平面図及び断面図である。 本発明に用いられる２つの水晶振動子の構成に関する変形例を示す断面図である。 本発明の水晶発振器の他の適用例を示す回路図である。 水晶発振器に用いられる２つの水晶振動子の構成例を示す斜視図である。 本発明に係る水晶発振器の他の実施の形態を示す回路図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 発振部
２ ヘテロダイン検波器
３Ａ、３Ｂ 水晶振動子
３１ 水晶片
３２ 溝部
３３、３４ 振動領域
３５、３６ 電極
４Ａ、４Ｂ 発振回路
６２、６３ 吸着層
３７、３８ 透孔
３９ａ 基板
３９ｃ 接着剤
８ 矩形波発振部
９ 波形整形部

Claims (6)

1. 水晶片に弾性波の伝播を止めるための境界領域を形成してこの境界領域により、厚さが互いに同じである、互いに独立して振動する第１の振動領域と第２の振動領域とに分割し、これら第１の振動領域及び第２の振動領域に各々電極を設けて第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子を構成し、
   前記第１の水晶振動子と負荷容量とを含む第１の発振部と、
   前記第２の水晶振動子と負荷容量とを含む第２の発振部と、を備え、
   第１の発振部の発振周波数と第２の発振部の発振周波数との差は、発振周波数に対して０．０５％よりも小さいことを特徴とする水晶発振器。
2. 前記境界領域は、水晶片を加工することにより形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の水晶発振器。
3. 前記境界領域は、溝または透孔であるか、あるいは溝及び透孔を組み合わせてなるものである請求項２記載の水晶発振器。
4. 前記第１の発振部及び第２の発振部の後段に、夫々発振部の第３次高調波を除去するための第１の水晶フィルタ回路及び第２の水晶フィルタ回路を接続し、
   第１の振動領域及び第２の振動領域の各々に、水晶片の厚さが互いに異なる発振部用の振動領域とフィルタ用振動領域とを形成し、
   第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子は、前記発振部用の振動領域に各々電極を設けて構成され、
   第１の水晶フィルタ回路に用いられる水晶振動子は第１の振動領域におけるフィルタ用振動領域に電極を設けて構成され、また第２の水晶フィルタ回路に用いられる水晶振動子は、第２の振動領域におけるフィルタ用振動領域に電極を設けて構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の水晶発振器。
5. 第１の発振部は、矩形波を発振する矩形波発振部として構成され、第２の発振部は第１の発振部の出力波形を正弦波として出力するフィルタを構成する波形整形部として構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の水晶発振器。
6. 感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成された水晶振動子を含む水晶発振器と、この水晶発振器の発振周波数の変化分を測定するための測定手段と、を備えた感知装置において、
   請求項１ないし５のいずれか一に記載の水晶発振器を用い、
   第１の発振部と第２の発振部との各発振周波数の差を取り出しその周波数差の周波数信号を出力する周波数差取り出し手段を設け、
   前記第１の水晶振動子及び第２の水晶振動子の一方に前記吸着層を形成し、他方に、感知対象物を吸着しないが前記吸着層と同等のダミー層を形成し、
   前記周波数差取り出し手段の後段に前記測定手段を設けたことを特徴とする感知装置。
   
   
   
   
   

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