JP2773038B2 - 音響波デバイス用変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面付近の音響波により作動する音響波デ
バイス用の変換器であって、圧電性材料の上に交叉指状
に配置された指電極と電気端子を有する集合母線とを有
しており、指電極がほぼ等しい幅でありまた互いに等し
い間隔を有し、また基本形式の変換器の場合のように連
続する指電極が交互に集合母線と接続されている音響波
デバイス用に関する。 〔従来の技術〕 表面付近の音響波により作動するデバイスは公知であ
る。表面付近の音響波という用語は表面波ほど厳密な意
味では用いられておらず、狭い意味での表面波（SAW
波、レイリー波）だけでなくブロイシュタイン波、SSBW
波（表面スキミング−バルク波）、STW波（表面横
波）、ラブ波なども表面付近の音響波に属する。このよ
うなデバイスは電気信号をこのような波に変換するた
め、またはこのような波を電気信号に変換するための変
換器（トランスジューサ）を有する。このような変換器
は、一般にそれぞれ集合母線と接続されている交叉指状
に配置された指電極を有する公知の交叉指変換器であ
る。こうして、このような交叉指変換器の基本形式は２
つの互いに平行に延びている集合母線（ブスバー）を含
んでおり、それから少なくともほぼ直角にそれぞれ他の
集合母線に向けられた狭い指電極と呼ばれる当該の集合
母線と接続されている金属化ストリップが基体の表面上
に延びている。この基本形式では、連続して隣接する指
電極は交互に電気的に集合母線と接続されている。基本
形式の変換器の指電極のどの考えられる部分列も、別の
実施例からもわかるように、この変換器のなかで同一位
相で有効である。 このような変換器の作用の仕方は下記のとおりであ
る。電気信号がこれらの両集合母線の間、従ってまた隣
接する指電極の間に与えられると、これらの指電極の間
に圧電性材料のなかに圧電作用により音響（機械的）波
が発生される。このような交叉指状の指電極デバイス
は、指の周期性に相当する基本共振を有する。このよう
な交叉指変換器からは一般に両方向に指電極に対して垂
直に音響波が材料のなかへ送り出される。しかし、この
ような交叉指変換器は、変換器内部で、すなわちその指
電極において、発生された音響波の反射が生ずるという
不利な特性をも有する。この目的で既に10年も前から変
換器に対して分割指電極配置が使用されている。しか
し、このような分割指電極配置の採用は、最大到達可能
な基本共振周波数が、同一幅の指電極の前提のもとに、
基本形式による変換器の場合の半分の高さでしかないと
いう欠点を有する。すなわち、このような変換器に対す
る最大可能な基本周波数は、最小可能な幅を有する電極
指を製造するためのテクノロジー的制限により定められ
ている。この寸法は現在のところ約１μｍの間隔（隣接
する指電極の間の内法幅）において約１μｍである。 米国電気電子学会論文集音波および超音波編（IEEE
Transactions on Sonics and Ultrasonics）、SU−22巻
（1975年）、395〜401頁から、特に第３図から、種々の
構成の変換器配置が知られている。この第３図には、再
も上の行に基本形式の変換器配置が示されている。第３
行には同じく前記の分割指配置が示されている。第２行
の変換器は原理的にこれらの両前記変換器の間に位置す
る配置を示す。最後に第４行は、追加的に挿入されたダ
ミー指、すなわち集合母線のいずれにも接続されておら
ず、従って浮動電位を有する指を有する分割指配置を示
す。これらの変換器配置から右へこの第３図にはそのつ
どの変換器の共振周波数の位置が示されている。行１に
は付属の変換器の単独に生ずる基本共振周波数が示され
ている。その下に位置する行にはそれぞれ常に小さくな
る基本周波数および付属のより高い高調波が示されてい
る。行３による分割指変換器は前記のように行１の変換
器に対して半分の高さに過ぎない基本周波数および第３
調波における共振を有する。同様のことがその他の行に
対しても当てはまる。しかし、この第３図で指摘すべき
こととして、その高調波におけるそれぞれの変換器の作
動はごくわずかしか目的にかなっていない。こうして行
１の変換器の改良はこの文献中の第３図の後続の行２、
３および４の変換器の方向に限界周波数として利用可能
な周波数値のますますの減少に通ずることに留意すべき
である。 基本形式の交叉指変換器内の反射を避けるための他の
方法は、変換器の指電極配置のなかに等しくない内法の
間隔を設ける方法である。このような変換器の指幅がλ
/4（λ＝基本共振における音響波の波長）であり、従っ
てまた隣接する指の間の狭い間隔が同じくλ/4に選定さ
れていると仮定すると、この変換器において電極指の間
の広いほうの内法間隔はλ/2であり、それにより音響波
の反射された部分に対する破壊的な干渉がもたらされ
る。このような変換器は比較可能な指幅において基本形
式の変換器と等しい基本周波数を有する。しかし、この
ような変換器は、妨害に通じ得る比較的強いサイドピー
クを有する。この変換器の別の欠点は、電極指の間の不
等の間隔である。すなわち不等の中間空間は構造の製造
の際に不可欠に応用すべき照射方法において製造された
構造の不均等性に通じ、このことはこのような変換器の
電気的挙動に別の追加的な擾乱を生ずる。 純粋に偶然の、単に見掛け上の本発明との一致は、米
国電気電子学会論文集回路理論編（IEEE Transactions
on Circuit Theory）、CT−20巻、第５号、1973年９
月、459〜470頁、特に第13図とマシュース（Matthews）
著「表面波フィルタ（Surface Wave Filters）」1977
年、307〜346頁、ジョン・ウィレイ・アンド・サンズ
（John Wiley ＆ Sons）出版、特にその第7.1図とから
公知のようにコード発生器として構成されかつ作動する
変換器を有する。これらの文献には、個々の群の相異な
る群長さまたは指数に基づいて組み入れられたコードを
有するコード発生器が記載されている。たとえばこの第
13図によれば左から１番目の指群は最も狭い指群の５倍
大きい長さを有する。すべての群に対する等しい指数は
このようなコード発生器では不可能であり、またはこれ
は意味のない仕方で情報内容を有さないであろう。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、変換器の利用可能な基本周波数の減
少を犠牲にすることなく、また応用の際に公知の変換器
に比較して追加的なテクノロジー的な製造困難性を生ず
ることなく、交叉指状変換器の内部の波反射の抑制の問
題の解決策を見出すことである。 〔問題点を解決するための手段〕 この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項
に記載の変換器により達成される。本発明の実施態様は
特許請求の範囲第２項以下にあげられている。本発明の
特に有利な実施態様は、少なくとも２つの本発明による
変換器を有し、それらのうち１つの変換器がそれぞれの
変換器の特に若干異なる指周期性において他方の変換器
の群の指電極の数とは異なる群あたり指電極数を有する
フィルタである。 特許請求の範囲に記載されている“指電極”とは、集
合母線の１つとの接続に基づいて励振に関して能動的な
ものを意味する。すなわち１つの変換器には、機能を有
していないが電気−機械的エネルギー変換にほとんど関
与しないいわゆるダミー変換器も設けられていてよい。 〔作用効果〕 本発明は、本発明による基本形式の変換器から偏差す
る、または偏差して作動する変換器が基本形式の変換器
の場合と同様に一貫して指電極の間の等しい大きさの内
法間隔を有するべきであるという考察に基づいている。
しかし、本発明による変換器によれば、この有利な条件
が守られるだけでなく、さらに少なくとも多くの構想に
対して、等しい大きさの最小の指電極の幅および内法間
隔の幅の基本形式の変換器と比較した際に基本形式によ
る変換器の場合よりも高い、変換器の作動のために利用
可能な基本波励振に対する共振周波数が得られるという
利点も生ずる。本発明による変換器において生ずる２つ
の隣接する周波数は高調波ではなく、２つの互いに若干
ずれたいわゆる対として生ずる基本周波数である。両基
本周波数は実際上等しい値であり、また同一の指寸法お
よび間隔を有する基本形式の変換器の基本周波数に対し
て対称に位置する。こうして本発明では、基本形式の変
換器に比較して高い周波数値を有するそれぞれ１つの基
本周波数が利用され得る。すなわち、本発明によれば、
等しい大きさのテクノロジー的費用およびただ同じ程度
に最小に保つべき製造に起因する擾乱において基本形式
にくらべて不変の等しい大きさの指幅によりこのような
フィルタの応用に対する“限界周波数”が高められると
いう利点が得られる。すなわち、本発明によれば、内部
反射の減少が達成されるだけでなく、このような変換器
の応用の周波数範囲も拡大される。 本発明の前記の実施態様は、２つの変換器を有するフ
ィルタまたは少なくとも２つの変換器を有するフィルタ
を、それぞれの変換器の群に対する２つの変換器または
これらの多数の変換器のうちの２つが異なった大きさの
数の指電極を有するように構成することにある。たとえ
ば、フィルタの一方の変換器はそれぞれ４つの指電極を
有する指群を有し、また他方の変換器またはこのフィル
タの他の変換器は群ごとに10の指電極を有する。このこ
とは、本発明による形式の一方の変換器のそれぞれ対称
に配置された基本周波数が、その群の偏差する指電極数
を有する他方の変換器と比較して、異なる大きさの相互
間隔を有することに通ずる。一方の変換器をその指周期
性に関して、その上側基本周波数が他方の変換器の上側
基本周波数と等しい大きさであるように設計することに
よって、両変換器のそれに対して下側の基本周波数が互
いにずれた周波数値に位置するようにすることが達成さ
れる。 それに対する２つの代替例は、それぞれ下側の基本周
波数を等しい大きさとすること、または一方の変換器の
上側基本周波数を他方の変換器の下側の基本周波数と等
しい大きさにすることである。これらの代替例はそれぞ
れ他方の基本周波数の抑制に関する利点を有する。 〔実施例〕 以下、図面に示されている実施例により本発明を説明
する。 図面には、２つの本発明による変換器を、一層詳細に
は両変換器の指電極数が互いに異なっている形態で有す
るフィルタが示されている。 図面中で、参照符号１、２を付されているのはそれぞ
れ４つまたは10の指電極を有する群を有する本発明によ
る実施例における各１つの変換器であり、参照符号３、
４を付されているのはそれぞれ交互に接続されている電
極指を有する変換器１の群であり、参照符号３′を付さ
れているのは変換器１の一端において破線で示されてい
る電極指10′を欠いている１つの群である。この指10′
は代替的にダミー指として存在していてもよい。参照符
号６、７を付されているのはそれぞれ交互に接続されて
いる電極指を有する変換器２の群であり、参照符号10を
付されているのは集合母線と接続されている指電極であ
り、参照符号11、11′を付されているのは集合母線であ
り、参照符号12を付されているのは基板であり、また参
照符号ｘを付されているのは波伝播方向である。 変換器１は各４つの指電極を有する指群３、４を有
し、４つの指電極のうち２つの指電極は集合母線11と、
また他の２つの指電極は集合母線11′と接続されてい
る。これらの指電極10は交叉指状に互いに入り込んでい
る。同様のことが、変換器２に対する各10の電極指を有
する群６および７に対しても当てはまる。 特別な形態が群３′により示されている。ここでは変
換器１の一端または両端においてそれぞれ最後の指電極
は指群３′として短縮されていてよい。すなわち変換器
１のその他の群３、４に対して設けられている指電極よ
りも少ない指電極を有する。指群３′では最後の破線で
示されている指電極10′は省略されている。たとえばこ
のような指電極10′を省略する代わりに、ダミー指が設
けられていてもよい。 変換器の一端または両端において、別の実施例によれ
ば、ダミー指が挿入されていてもよい。ダミー指は、最
も外側の最初または最後の励振に関して能動的な電極指
が接続されている集合母線に接続されている指もしくは
集合母線に接続されていない指である。ダミー指はたい
てい隣接変換器の間を互いに電気的に遮蔽する役割を
し、２つの変換器の互いに向かい合う端に位置してい
る。このようなダミー指は励振に関して能動的でないの
で、本発明によりそれぞれ設けられている電極指の数に
は（実際に電極指ではないので）入れられていない。 図面からわかるように、２つの群３および４または６
および７の互いに向かい合っている端において連続する
指電極は交互にではなく同一の集合母線11または11′と
接続されている。このような変換器１、２が基本形式の
変換器である場合、または基本形式の周波数において作
動すべき場合には、両隣接群３、４または６、７は互い
に逆位相である。１つの群３から基本形式の周波数にお
いて発生される励振は、まさにこの隣接変換器４から発
生される電気的励振と位相的に反対である。それぞれの
変換器に対して設けられている周波数位置での変換器１
または変換器２の作動の際には、もちろんすべての群
３、３′、４または６および７は同一位相で一緒に作動
し、その際基本形式の１つの変換器から知られている、
本発明による指電極の存在により除去すべき指間反射な
しに作動する。 基板12上の両変換器１および２の波伝播方向がｘで示
されている。たとえば変換器１は指電極の相応の電気的
励振により基板12の表面内に音響波を発生するための変
換器として作動し、また変換器２は、発生された表面音
響波に含まれている信号を電気的信号に逆変換する受信
変換器としての役割をする。 それぞれの変換器１または２の指電極10の周期性は、
本発明による変換器において対として生ずる基本周波数
（基本形式の変換器ではただ１つの基本周波数）を定め
る。本発明による変換器を有するフィルタの目的にかな
った実施例は、両変換器に対して群あたり指数を互いに
異なった数とすること、すなわち一方の変換器１が各４
つの指電極を有する指群を有し、また変換器２が各10の
指電極を有する指群を有することにより得られる。すな
わち、対状の基本周波数の高さは群あたりの指電極の数
の関数である。大きいほうの（たとえば10指の）群あた
り指電極数は、小さいほうの群あたり指電極数（たとえ
ば変換器１の場合のようにただ４つの指電極）を有する
変換器に比較して、若干高い下側基本周波数および低い
上側基本周波数に通ずる。 指電極配置の周期性（間隔および指幅）を相応に調整
することにより、一方の変換器の上側基本周波数および
他方の変換器の下側基本周波数が同一の周波数値に位置
すること、または両変換器に対してそれぞれ上側基本周
波数を（または場合によってはそれぞれ下側基本周波数
も）一致する作動周波数として選択かつ設定すること
が、有利な仕方で達成され得る。

【図面の簡単な説明】 図面は２つの本発明による変換器を有するフィルタの構
成を示す図である。 １、２……変換器、３、３′、４、６、７……指群、10
……指電極、11、11′……集合母線、12……基板、ｘ…
…波伝播方向。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．表面付近の音響波により作動する音響波デバイス用
   の変換器であって、圧電性材料の上に交叉指状に配置さ
   れた指電極と電気端子を有する集合母線とを有してお
   り、指電極がほぼ等しい幅でありまた互いに等しい間隔
   を有し、また基本形式の変換器の場合のように連続する
   指電極が交互に集合母線と接続されている音響波デバイ
   ス用変換器において、 変換器（1;2）の指電極（10）が所与の同数の少なくと
   も４つの連続する、上下に交互に集合母線と接続されて
   いる指電極を有する群（３、4;6、７）として存在して
   おり、 それぞれ連続する群（３−4;6−７）が変換器（1;2）内
   に、基本形式の１つの変換器に対するこれらの隣接する
   群が互いに逆位相で有効であるように互いに配置されて
   いる ことを特徴とする音響波デバイス用変換器。 ２．変換器の両端に位置する両群の少なくとも１つが、
   所与の指電極数にくらべて少ない数の、それぞれの集合
   母線と接続されている指電極（10）を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の変換器。 ３．各群の指電極の数が約20よりも多くないことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の変換
   器。 ４．それぞれの群の指電極の最小数が10に等しいことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   か１項に記載の変換器。 ５．少なくとも２つの変換器が異なった数の１群あたり
   指電極数を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第４項のいずれか１項に記載の変換器。 ６．少なくとも２つの変換器が、一方の変換器の上側基
   本周波数が他方の変換器の下側基本周波数に等しいよう
   に設計されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第４項のいずれか１項に記載の変換器。 ７．少なくとも２つの変換器の下側または上側基本周波
   数が一致していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第４項のいずれか１項に記載の変換器。