JP7231725B2 - センサ装置 - Google Patents

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関連出願へのクロスリファレンス

本出願は、２０１９年５月３１日に日本国に特許出願された特願２０１９－１０３２３８の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

本開示は、センサ装置に関する。

表面弾性波の伝搬路上に被測定物質に対して吸着性を示す感応膜を備える弾性波センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－１２２１０５号公報

一実施形態に係るセンサ装置は、基板面を有する基板と、第１ＩＤＴ電極と、第２ＩＤＴ電極と、導波路とを備える。第１ＩＤＴ電極および第２ＩＤＴ電極は、基板面に位置している。導波路は、基板面において、第１ＩＤＴ電極及び第２ＩＤＴ電極の間に位置している。第１ＩＤＴ電極及び第２ＩＤＴ電極の少なくとも一方は、それぞれ複数の電極指を有し、複数の電極指が一方向に並んで配された基準電極と信号電極とを有する。第１ＩＤＴ電極及び第２ＩＤＴ電極のうち少なくとも一方と、導波路との距離は、基準電極と信号電極との一方向に沿った間隔より短い。

一実施形態に係るセンサ装置の模式図である。 一実施形態に係るセンサ装置の平面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 ＳＡＷとバルク波との合成波の一例を表す模式図である。 第１ＩＤＴ電極と導波路との距離がＳＡＷの波長の１／２より長い場合におけるＳＡＷの伝搬状態を表すシミュレーション結果を示す図である。 第１ＩＤＴ電極と導波路との距離がＳＡＷの波長の１／２である場合におけるＳＡＷの伝搬状態を表すシミュレーション結果を示す図である。 第１ＩＤＴ電極と導波路との距離がＳＡＷの波長の１／２より短い場合におけるＳＡＷの伝搬状態を表すシミュレーション結果を示す図である。 第２ＩＤＴ電極と導波路との距離がＳＡＷの波長の１／２より長い場合におけるＳＡＷの伝搬状態を表すシミュレーション結果を示す図である。 第２ＩＤＴ電極と導波路との距離がＳＡＷの波長の１／２である場合におけるＳＡＷの伝搬状態を表すシミュレーション結果を示す図である。 第２ＩＤＴ電極と導波路との距離がＳＡＷの波長の１／２より短い場合におけるＳＡＷの伝搬状態を表すシミュレーション結果を示す図である。 ＩＤＴ電極と導波路との距離と、センサ装置の感度の変動係数との関係の実測データの一例を示すグラフである。

＜ＳＡＷセンサの機能＞
図１は、一実施形態に係るセンサ装置１の構成を示す模式図である。一実施形態に係るセンサ装置１は、基板１０と、第１ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極１１と、第２ＩＤＴ電極１２と、導波路２０とを備える。センサ装置１は、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）７０の伝搬特性の変化に基づいて検出対象を検出できるＳＡＷセンサとして機能する。

センサ装置１は、電気信号を第１ＩＤＴ電極１１に入力する。第１ＩＤＴ電極１１は、入力された電気信号に基づいて基板１０を伝搬する表面弾性波７０を送信することができる。第２ＩＤＴ電極は、表面弾性波７０を受信し、電気信号に変換することができる。

一実施形態に係るセンサ装置１において、第１ＩＤＴ電極１１、第２ＩＤＴ電極１２、及び導波路２０は、基板１０に位置している。また、導波路２０は、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２の間に位置している。したがって、表面弾性波７０の伝搬経路は、基板１０の表面と、基板１０の表面に位置する導波路２０とを含む。つまり、ＳＡＷ７０は、導波路２０を介して、第１ＩＤＴ電極１１から第２ＩＤＴ電極１２まで伝搬する。言い換えれば、導波路２０は、ＳＡＷ７０の伝搬経路の一部に位置している。ここで、電気信号は、センサ装置１を機能させるための電気的な信号である。電気信号は、例えば、電圧信号又は電流信号などを含んでもよい。

なお、図示を省略しているが、センサ装置１は、電気信号の入出力、及び電気信号に基づく種々の演算等のセンサ装置１全体の制御を行うことができる制御部を有している。制御部は、従来周知の方法によって構成されればよい。

ＳＡＷ７０は、所定の伝搬特性で伝搬する。ＳＡＷ７０の伝搬特性は、伝搬経路の状態に基づいて決定される。センサ装置１は、ＳＡＷ７０の伝搬特性の変化を測定することによって、伝搬経路の状態の変化を検出できる。伝搬特性は、例えば、表面弾性波７０の伝搬速度、位相、振幅、周期、及び波長などを含む。

一実施形態に係るセンサ装置１は、測定したＳＡＷ７０の位相に基づいて、伝搬経路に存在する検出対象を検出できる。

送信したＳＡＷ７０の位相は、例えば、伝搬経路上の状態に応じて変化する。具体的には、例えば伝搬経路上に物質が存在している場合、物質の質量、粘度、及び密度等の変化に応じて、ＳＡＷ７０の伝搬速度が変化する。この場合、第２ＩＤＴ電極１２が受信する表面弾性波７０は、第１ＩＤＴ電極１１が送信したＳＡＷ７０に対して、伝搬速度の差に応じて位相に差が生じる。したがって、センサ装置１は、ＳＡＷ７０の位相差の大きさに基づいて、伝搬経路上に存在する検出対象の物質の質量、粘度、及び密度等を測定することができる。

この場合、位相差と検出対象の物質の質量等との関係を特定する検量線が、予め準備されていてもよい。具体的には、既知の質量等を有した既知の物質を測定し、その場合の位相差を測定することによって、センサ装置１は、当該既知の質量等と測定した位相差の関係を検量線として取得する。センサ装置１は、検量線に基づいて、位相差を伝搬経路に存在する検出対象の物質の質量等に変換することができる。

導波路２０は、ＳＡＷ７０の伝搬経路のうち、検体６０が接触する領域である。導波路２０には、検体６０中の検出対象と反応可能な物質（反応物質）が位置している。ここで、検出対象は、例えば、抗体５１、抗原６１、及び基質である。この場合、反応物質は、それぞれ、例えば、抗原６１、抗体５１、及び酵素である。また、例えば、検出対象が抗原６１である場合、反応物質を検出対象と同一の抗原６１又は検出対象と類似のエピトープを有する類似物質としてもよい。この場合、検出対象と抗体５１を予め反応させた後に、未反応の抗体５１を反応物質の抗原６１又は類似物質と反応させることで間接的に検出対象を検出することができる。なお、導波路２０において、ＳＡＷ７０の伝搬速度を変化させ、位相差を生じさせることが可能なものであれば、検出対象及び反応物質の組合せは、これらの例に限定されるものではない。例えば、ある特定の分子を検出対象としたい場合、特定の分子と結合するように設計したアプタマーを反応物質として用いてもよい。一実施形態に係るセンサ装置１の検出対象は抗原６１であり、反応物質は抗体５１である。

反応物質は、導波路２０に固定されていてもよい。この場合、導波路２０は、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、及びＴｉ等で形成されていればよい。なお、導波路２０は、基板１０上において、反応物質を固定可能な金属であればこれらの例に限定されるものではない。また、検体６０との接触に対して耐酸化性及び耐腐食性を有する任意の材料で構成されていてもよい。また、反応物質は、基板１０の表面に直接固定されてもよい。一実施形態に係るセンサ装置１において、導波路２０はＡｕで形成されている。

一実施形態に係るセンサ装置１は、第１ＩＤＴ電極１１－１と第２ＩＤＴ電極１２－１とが対になった電極と、導波路２０－１とを有する第１チャネルを備える。センサ装置１は、第１ＩＤＴ電極１１－２と第２ＩＤＴ電極１２－２とが対になった電極と、導波路２０－２とを有する第２チャネルとを備える。なお、センサ装置１が備えるチャネルの数は、２つに限られず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

センサ装置１は、第１チャネル及び第２チャネルそれぞれにおいて、ＳＡＷ７０の位相差を検出する。第１チャネル及び第２チャネルそれぞれで検出される位相差は、第１位相差及び第２位相差と称されるとする。

第２チャネルの導波路２０－２は、その表面に抗体５１を有する。抗体５１は、検出対象となる特定の抗原６１と反応する。抗体５１は、抗原６１と反応することで抗原６１と結合し、複合体５２を形成することができる。すなわち、検体６０の供給後、第２チャネルの導波路２０－２には、その表面に抗体５１と複合体５２とが混在しうる。第２チャネルの導波路２０－２の複合体５２は、導波路２０の表面がもともと有していた抗体５１と、導波路２０に供給された検体６０に含まれる抗原６１との反応によって生じたものでありうる。一方で、第１チャネルの導波路２０－１は、その表面に抗体５１を有しないとする。

複合体５２は、抗原６１を有している。すなわち、抗体５１が抗原６１と結合することで、基板１０には、抗原６１の重量がさらに付加される。また、抗体５１が抗原６１と結合することによって、導波路２０－２の表面近傍の密度が大きくなる。したがって、導波路２０－２において複合体５２の割合が大きくなるほど、第２チャネルの伝搬経路の状態の変化が大きくなる。つまり、複合体５２の割合の変化に応じて、導波路２０－２を伝搬するＳＡＷ７０の伝搬速度が低下するため、検出される位相差も大きくなる。

抗体５１は、アプタマーに置き換えられてもよい。アプタマーは、検出対象となる特定の分子と特異的に結合する核酸分子又はペプチド等を含む。導波路２０がその表面にアプタマーを有する場合、アプタマーが特定の分子と結合することによって、基板１０には、特定の分子の重量がさらに付加される。また、導波路２０の表面近傍の密度が大きくなる。抗体５１は、酵素に置き換えられてもよい。酵素が、例えば、検出対象の基質と反応することによって反応物を生成する場合、反応物が導波路２０上に堆積することで、基板１０には反応物の重量がさらに付加される。また、導波路２０の表面近傍の密度が大きくなる。抗体５１は、これらの例に限られず、検出対象の物質と反応したり、検出対象の物質を捕まえたりすることができる他の構成で置き換えられてもよい。

センサ装置１の第１チャネルは、導波路２０にＳＡＷ７０を伝搬させ、第１位相差を検出することができる。センサ装置１の第２チャネルは、抗体５１又は複合体５２を有する導波路２０にＳＡＷ７０を伝搬させ、第２位相差を検出することができる。第２位相差は、導波路２０が有する複合体５２の割合に応じた位相差となる。

センサ装置１は、第１位相差をリファレンス値として用いることができる。すなわち、センサ装置１は、第２位相差から第１位相差を引くことで、検出結果を補正してもよい。これにより、センサ装置１は、基板１０の温度特性に基づく位相差のばらつき等のノイズの影響を低減することができる。センサ装置１は、補正した第２位相差の検出結果に基づいて、検体６０中に含まれる抗原６１の量、濃度又は密度等を算出してよい。この場合、第２位相差と抗原６１の量、濃度又は密度等との関係を特定する検量線が予め準備されていてもよい。そして、センサ装置１は、検量線に基づいて、第２位相差から抗原６１の量、濃度又は密度等に変換してもよい。検体６０は、例えば、人間の血液、及び尿等の体液を含んでよい。検体６０は、これに限られず、種々の化学物質を含んでもよい。検体６０がセンサ装置１のチャネルに導入される前に、検体６０の前処理が実行されてもよい。

抗体５１が抗原６１を捕まえて複合体５２になる反応は、所定の反応速度で進行する。したがって、チャネルに検体６０を導入した後の経過時間に応じて、導波路２０が有する複合体５２の割合は、増加していく。その結果、センサ装置１がチャネルで検出する位相差は、経過時間に応じて大きくなっていく。

検体６０中の抗原６１と抗体５１とが全て反応し終えた段階で、位相差は一定となる。したがって、例えば、センサ装置１は、チャネルに検体６０を導入してから、抗体５１と抗原６１が反応し終えるのに必要な十分に長い時間が経過した後に、位相差を算出することができる。そして、センサ装置１は、算出した位相差に基づいて、抗原６１の量を算出してもよい。また、位相差は、一定の割合で大きくなるため、センサ装置１は、検出開始から一定時間経過後の位相差に基づいて、抗原６１の量を算出してもよい。また、位相差の変化を時間の関数として捉えると、センサ装置１は、検査開始から一定時間経過後の関数曲線の傾きに基づいて、抗原６１の量を算出してもよい。

センサ装置１は、第１ＩＤＴ電極１１に電気信号を入力してから第２ＩＤＴ電極１２で電気信号を検出するまでの時間を検出してもよい。センサ装置１は、電気信号の入力から検出までの時間と電極間の距離とに基づいて伝搬速度を算出することによって、伝搬速度の変化を検出し、導波路２０の表面近傍の状態の変化を検出してもよい。なお、センサ装置１は、伝搬特性として、ＳＡＷ７０の振幅の変化を検出してもよいし、複数の特性を検出してもよい。

＜ＳＡＷセンサの構成＞
図２及び図３を参照しつつ、センサ装置１の各構成部を具体的に説明する。センサ装置１は、上述の通り、基板１０と、第１ＩＤＴ電極１１と、第２ＩＤＴ電極１２と、導波路２０とを備える。センサ装置１は、保護膜３０をさらに備える。

基板１０は、基板面１０ａを有する。基板１０は、例えば、板状の部材である。基板１０は、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、及びニオブ酸リチウムなどで構成されればよい。なお、基板１０は、圧電現象を生じる材料で構成されればよく、これらの例に限られない。一実施形態において、基板１０は水晶で構成されている。

第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２は、基板面１０ａに位置している。第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２は、例えば、層状に形成されている。第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２は、例えば、金（Ａｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の単一の金属で形成されていてよい。また、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２は、アルミニウム（Ａｌ）と銅（Ｃｕ）との合金（ＡｌＣｕ）等の２種以上の材料で形成されていてもよい。なお、電極として機能する材料であれば、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２を形成する材料は、これらの例に限られない。一実施形態において、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２は、Ａｕで形成されている。

第ＩＤＴ電極１１の側面において、側面の上端は、側面の下端よりも第１ＩＤＴ電極１１の内側方向に位置していてもよい。また、第１ＩＤＴ電極１１の側面は、傾斜していてもよい。第２ＩＤＴ電極１２の側面において、側面の上端は、側面の下端よりも第２ＩＤＴ電極１２の内側方向に位置していてもよい。また、第２ＩＤＴ電極１２の側面は、傾斜していてもよい。第１ＩＤＴ電極１１の上面は、第１ＩＤＴ電極１１の下面よりも小さくてもよい。第２ＩＤＴ電極１２の上面は、第２ＩＤＴ電極１２の下面よりも小さくてもよい。また、第１ＩＤＴ電極１１の側面が傾斜している場合、第１ＩＤＴ電極１１を上面視した時に、側面領域は、上面領域よりも小さくてもよい。また、第２ＩＤＴ電極１２の側面が傾斜している場合、第２ＩＤＴ電極１２を上面視した時に、側面領域は、上面領域よりも小さくてもよい。

第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２は、基板面１０ａとの間に基板側密着層１５を有してもよい。第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２は、基板面１０ａに対向する側の反対側の面と保護膜３０との間に保護膜側密着層１７を有してもよい。第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２は、基板側密着層１５及び保護膜側密着層１７を介することで、それぞれ基板１０及び保護膜３０と安定して密着することができる。基板側密着層１５及び保護膜側密着層１７は、例えば、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）等で形成されいてもよい。また、基板側密着層１５と保護膜側密着層１７は、互いに異なる材料で形成されていてもよい。具体的には、基板側密着層１５をＴｉ、保護膜側密着層１７をＣｒとしてもよい。なお、基板側密着層１５及び保護膜側密着層１７は、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２を基板１０及び保護膜３０に密着させることができるものであれば、これらの例に限られない。一実施形態において、基板側密着層１５及び保護膜側密着層１７は、いずれもＴｉで形成されている。

第１ＩＤＴ電極１１は、第１基準電極１１Ｇと、電圧が印加される第１信号電極１１Ａとを含む。第１基準電極１１Ｇと第１信号電極１１Ａは、基板１０aにおいて、対向して位置している。センサ装置１は、第１基準電極１１Ｇと第１信号電極１１Ａとの間に電圧信号を印加することによって、第１ＩＤＴ電極１１にＳＡＷ７０を発生させる。第１基準電極１１Ｇは、接地点に接続されてもよい。ＳＡＷ７０は、第１基準電極１１Ｇと第１信号電極１１Ａとの間で発生する。第１基準電極１１Ｇと第１信号電極１１Ａとの間隔は、Ｗ１として表されている。ＳＡＷ７０は、Ｗ１で表されている長さの範囲で、それ以外の範囲よりも大きいエネルギーを有する。

第２ＩＤＴ電極１２は、第２基準電極１２Ｇと、電圧が印加される第２信号電極１２Ａとを含む。第２基準電極１２Ｇと第２信号電極１２Ａは、基板面１０ａにおいて、対向して位置している。センサ装置１は、伝搬してきたＳＡＷ７０によって発生した電気信号を第２基準電極１２Ｇと第２信号電極１２Ａとで検出する。第２基準電極１２Ｇは、接地点に接続されてもよい。ＳＡＷ７０は、第２基準電極１２Ｇと第２信号電極１２Ａとの間に伝搬する。第２基準電極１２Ｇと第２信号電極１２Ａとの間隔は、Ｗ２として表されている。Ｗ２で表されている長さの範囲に伝搬したＳＡＷ７０は、それ以外の範囲に伝搬したＳＡＷ７０よりも、第２ＩＤＴ電極１２に大きい電気信号を発生させる。つまり、第２ＩＤＴ電極１２は、Ｗ２で表されている範囲で、効率よくＳＡＷ７０を検出できる。

導波路２０は、例えば、膜状に形成されている。導波路２０の平面形状は、例えば、正方形、長方形、平行四辺形、及びひし形等であればよい。なお、導波路２０の平面形状は、十分な量の反応物質を固定することができるものであれば、これらの例に限られない。一実施形態において、導波路２０の平面形状は正方形である。

導波路２０の第１ＩＤＴ電極１１に対向する側面において、側面の上端は、側面の下端よりも導波路２０の内側方向に位置していてもよい。また、導波路２０の第１ＩＤＴ電極１１に対向する側面は、傾斜していてもよい。導波路２０の第２ＩＤＴ電極１２に対向する側面において、側面の上端は、側面の下端よりも導波路２０の内側方向に位置していてもよい。また、導波路２０の第２ＩＤＴ電極１２に対向する側面は、傾斜していてもよい。導波路２０の上面は、導波路２０の下面よりも小さくてもよい。また、この場合、導波路２０の全ての側面は、傾斜していてもよい。また、側面が傾斜している場合、導波路２０を上面視した時に、側面領域は、上面領域よりも小さくてもよい。

導波路２０は、基板面１０ａにおいて、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間に位置している。一実施形態において、第１ＩＤＴ電極１１に対向する導波路２０の辺と、導波路２０に対向する第１ＩＤＴ電極１１の辺との距離は一定である。すなわち、両辺は平行である。また、一実施形態において、第２ＩＤＴ電極１２に対向する導波路２０の辺と、導波路２０に対向する第２ＩＤＴ電極１２の辺との距離は一定である。すなわち、両辺は平行である。

なお、第１ＩＤＴ電極１１に対向する導波路２０の辺と導波路２０に対向する第１ＩＤＴ電極１１の辺との距離、及び第２ＩＤＴ電極１２に対向する導波路２０の辺と導波路２０に対向する第２ＩＤＴ電極１２の辺との距離は同一でなくともよい。

導波路２０は、第１基準電極１１Ｇ及び第２基準電極１２Ｇの少なくとも一方と一体に構成されてもよい。つまり、導波路２０は、第１基準電極１１Ｇ及び第２基準電極１２Ｇの少なくとも一方と接続してよい。導波路２０の電位は、第１基準電極１１Ｇ及び第２基準電極１２Ｇの少なくとも一方の電位と同一であってよい。導波路２０の電位は、フローティングであってもよい。

導波路２０は、第１基準電極１１Ｇ及び第２基準電極１２Ｇと一体に構成されている場合、第１基準電極１１Ｇ及び第２基準電極１２Ｇと同じ材料で構成される。また、導波路２０は、第１基準電極１１Ｇ及び第２基準電極１２Ｇと別体として構成されている場合、第１基準電極１１Ｇ及び第２基準電極１２Ｇと同じ材料で構成されてもよいし、異なる材料で構成されてもよい。

導波路２０は、基板面１０ａと対向する側の反対側に表面２０ａを有する。例えば、抗体５１は、表面２０ａに固定されればよい。導波路２０は、基板面１０ａとの間に基板側密着層１５を有してもよい。導波路２０の基板側密着層１５は、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２の基板側密着層１５と一体に構成されていてもよいし、別体として構成されていてもよい。

保護膜３０は、基板面１０ａと、第１ＩＤＴ電極１１と、第２ＩＤＴ電極１２とを覆っている。保護膜３０は、ＴＥＯＳ酸化膜で構成されていてよい。ＴＥＯＳ酸化膜は、テトラエトキシシラン（tetraethoxysilane）を材料ガスとしてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって成膜されたシリコン酸化膜である。なお、保護膜３０は、絶縁性を有する材料であれば、上記の例に限られない。

一実施形態において、保護膜３０の側壁３０ａは、基板面１０ａと交差し、保護膜３０の開口を区画してもよい。すなわち、基板面１０ａは、保護膜３０に覆われていない領域を有していてもよい。一実施形態において、導波路２０は、保護膜３０の開口に位置している。つまり、保護膜３０は、導波路２０の表面２０ａを覆っていない。

センサ装置１は、導波路２０の表面２０ａの近傍の状態の変化を高精度で検出することが求められる。ＳＡＷ７０は、導波路２０の表面２０ａの近傍を含む領域を伝搬する。導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーが表面２０ａの近傍に多く分布するほど、ＳＡＷ７０が導波路２０の表面２０ａの近傍の状態から受ける影響が大きくなる。したがって、ＳＡＷ７０の伝搬特性の変化と導波路２０の表面２０ａの近傍の状態の変化との相関が強くなる。

ＳＡＷ７０のエネルギーは、導波路２０の表面近傍に集中しうる。ＳＡＷ７０が伝搬する方向に交差する方向における導波路２０の幅は、図２においてＷ３で表されている。Ｗ３は、Ｗ１及びＷ２以上の大きさであればよい。これによって、表面弾性波７０は、第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０の表面近傍に効率よく伝搬しうる。

Ｗ３がＷ１及びＷ２より短い場合、第１ＩＤＴ電極１１から第２ＩＤＴ電極１２に伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーのうち、導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーの割合が小さくなる。よって、センサ装置１の検出感度が低下する。一方、Ｗ３がＷ１及びＷ２よりも長いことによって、導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーの割合が大きくなる。したがって、センサ装置１の検出感度が向上されうる。

第１ＩＤＴ電極１１の第１基準電極１１Ｇと第１信号電極１１Ａとはそれぞれ、平面視において、一方向（本開示では、ＳＡＷ７０が伝搬する方向又は第１ＩＤＴ電極と第２ＩＤＴ電極が並ぶ方向）に延びる第１共通電極１１Ｙと、第１共通電極１１Ｙから一方向に交差する方向に延びる複数の第１電極指１１Ｘを有している。第１共通電極１１Ｙは、互いに対向した一対の電極である。また、第１電極指１１Ｘは、第１基準電極１１Ｇの第１共通電極１１Ｙ及び第１信号電極１１Ａの第１共通電極１１Ｙから分岐して突出した電極部分をいう。第１基準電極１１Ｇの第１電極指１１Ｘは、第１信号電極１１Ａの第１共通電極１１Ｙに向かって突出し、第１信号電極１１Ａの第１電極指１１Ｘは、第１基準電極１１Ｇの第１共通電極１１Ｙに向かって突出している。また、それぞれの第１電極指１１Ｘは、ＳＡＷ７０が伝搬する方向に直行する方向に突出している。そして、第１基準電極１１Ｇの第１電極指１１Ｘと、第１信号電極１１Ａの第１電極指１１Ｘとは、一方向に並んでいる。

第１基準電極１１Ｇの第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘ、並びに第１信号電極１１Ａの第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘの平面形状は、例えば、正方形、及び長方形等であればよい。なお、第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘの形状は、ＳＡＷ７０を発信可能であれば、これに限られない。一実施形態において、第１基準電極１１Ｇの第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘ、並びに第１信号電極１１Ａの第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘの平面形状は、長方形である。

第１基準電極１１Ｇの第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘ、並びに第１信号電極１１Ａの第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘの断面形状は、例えば、正方形、長方形、台形等であればよい。なお、第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘの形状は、ＳＡＷ７０を発信可能であれば、これに限られない。一実施形態において、第１基準電極１１Ｇの第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘ、並びに第１信号電極１１Ａの第１共通電極１１Ｙ及び第１電極指１１Ｘの断面形状は、長方形である。なお、一対の第１共通電極１１Ｙは、互いに対向する側面が、一対の第１共通電極１１Ｙ間の距離が大きくなるように、内側方向に傾斜していてもよい。また、複数の第１電極指１１Ｘは、互いに対向する側面が、複数の第１電極指１１Ｘ間の距離が大きくなるように、内側方向に傾斜していてもよい。また、導波路２０に対向する第１電極指１１Ｘは、導波路２０に対向する側面が、導波路２０との距離が大きくなるように、内側方向に傾斜していてもよい。

一実施形態において、第１基準電極１１Ｇの第１電極指１１Ｘと第１信号電極１１Ａの第１電極指１１Ｘは、導波路２０から第１ＩＤＴ電極１１に向かう方向に向かって２本ずつ交互に位置している。これによれば、電極間多重反射が低減されるので、センサ装置１は、振幅リップル及び群遅延リップルを低減することができる。すなわち、センサ装置１は、検出精度を向上させることができる。なお、第１基準電極１１Ｇの第１電極指１１Ｘと第１信号電極１１Ａの第１電極指１１Ｘは、１本ずつ交互に位置してもよい。この場合、各ＩＤＴ電極を簡易に構成することができる。

第１基準電極１１Ｇの２本の第１電極指１１Ｘと第１信号電極１１Ａの２本の第１電極指１１Ｘとのペア（第１ペア）は、第１ピッチＰ１で、一方向に沿って並んでいる。第１ピッチＰ１は、第１基準電極１１Ｇの２本の第１電極指１１Ｘ及び第１信号電極１１Ａの２本の第１電極指１１Ｘそれぞれの繰り返し周期に対応する。第１ペアの数は、１つに限られず、２つ以上であってよい。

第１ピッチＰ１の半分のピッチを第１ハーフピッチＨＰ１とする。第１ハーフピッチＨＰ１は、第１ペアにおいて、第１基準電極１１Ｇの１本目の第１電極指１１Ｘの端部から第１信号電極１１Ａの１本目の第１電極指１１Ｘの端部までの一方向に沿った間隔に対応する。第１ハーフピッチＨＰ１は、所定間隔とも称される。

上述の通り、第１ＩＤＴ電極１１は、第１基準電極１１Ｇと第１信号電極１１Ａとに入力された電気信号に基づいて基板１０の表面にＳＡＷ７０を発生させる。第１ＩＤＴ電極１１で発生するＳＡＷ７０の波長は、第１ピッチＰ１に対応する。

第２ＩＤＴ電極１２の第２基準電極１２Ｇと第２信号電極１２Ａとはそれぞれ、平面視において、一方向（本開示では、ＳＡＷ７０が伝搬する方向又は第１ＩＤＴ電極と第２ＩＤＴ電極が並ぶ方向）に延びる第２共通電極１２Ｙと、第２共通電極１２Ｙから一方向に交差する方向に延びる複数の第２電極指１２Ｘを有している。第２共通電極１２Ｙは、互いに対向した一対の電極である。第２電極指１２Ｘは、第２基準電極１２Ｇの第２共通電極１２Ｙ及び第２信号電極１２Ａの第２共通電極１２Ｙから分岐して突出した電極部分をいう。第２基準電極１２Ｇの第２電極指１２Ｘは、第２信号電極１２Ａの第２共通電極１２Ｙに向かって突出し、第２信号電極１２Ａの第２電極指１２Ｘは、第２基準電極１２Ｇの第２共通電極１２Ｙに向かって突出している。また、それぞれの第２電極指１２Ｘは、ＳＡＷ７０が伝搬する方向に直行する方向に突出している。そして、第２基準電極１２Ｇの第２電極指１２Ｘと、第２信号電極１２Ａの第２電極指１２Ｘとは、一方向に並んでいる。

第２基準電極１２Ｇの第２共通電極１２Ｙ及び第２電極指１２Ｘ、並びに第２信号電極１２Ａの第２共通電極１２Ｙ及び第２電極指１２Ｘの平面形状は、例えば、正方形、及び長方形等であればよい。なお、第２電極指１２Ｘの形状は、ＳＡＷ７０を受信可能であれば、これに限られない。一実施形態において、第２基準電極１２Ｇの第２電極指１２Ｘ及び第２信号電極１２Ａの第２電極指１２Ｘの平面形状は、長方形である。

第２基準電極１２Ｇの第２共通電極１２Ｙ及び第２電極指１２Ｘ、並びに第２信号電極１２Ａの第２共通電極１２Ｙ及び第２電極指１２Ｘの断面形状は、例えば、正方形、長方形、台形等であればよい。なお、第２共通電極１２Ｙ及び第２電極指１２Ｘの形状は、ＳＡＷ７０を発信可能であれば、これに限られない。一実施形態において、第２基準電極１２Ｇの第２共通電極１２Ｙ及び第２電極指１２Ｘ、並びに第２信号電極１２Ａの第１共通電極１１Ｙ及び第２電極指１２Ｘの断面形状は、長方形である。なお、一対の第２共通電極１２Ｙは、互いに対向する側面が、一対の第２共通電極１２Ｙ間の距離が大きくなるように、内側方向に傾斜していてもよい。また、複数の第２電極指１２Ｘは、互いに対向する側面が、複数の第２電極指１２Ｘ間の距離が大きくなるように、内側方向に傾斜していてもよい。また、導波路２０に対向する第２電極指１２Ｘは、導波路２０に対向する側面が、導波路２０との距離が大きくなるように、内側方向に傾斜していてもよい。

一実施形態において、第２基準電極１２Ｇの第２電極指１２Ｘと第２信号電極１２Ａの第２電極指１２Ｘは、導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２に向かう方向に向かって２本ずつ交互に位置している。なお、第２基準電極１２Ｇの第２電極指１２Ｘと第２信号電極１２Ａの第２電極指１２Ｘは、１本ずつ交互に位置してもよい。

第２基準電極１２Ｇの２本の第２電極指１２Ｘと第２信号電極１２Ａの２本の第２電極指１２Ｘとのペア（第２ペア）は、第２ピッチＰ２で一方向に沿って並んでいる。第２ピッチＰ２は、第２基準電極１２Ｇの２本の第２電極指１２Ｘ及び第２信号電極１２Ａの２本の第２電極指１２Ｘのそれぞれの繰り返し周期に対応する。第２ペアの数は、１つに限られず、２つ以上であってよい。

第２ピッチＰ２の半分のピッチを第２ハーフピッチＨＰ２とする。第２ハーフピッチＨＰ２は、第２ペアにおいて、第２基準電極１２Ｇの１本目の第２電極指１２Ｘの端部から第２信号電極１２Ａの１本目の第２電極指１２Ｘの端部までの一方向に沿った間隔に対応する。

上述の通り、第２ＩＤＴ電極１２は、第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０を通って伝搬してきたＳＡＷ７０に基づく電気信号を第２基準電極１２Ｇと第２信号電極１２Ａとに出力する。ＳＡＷ７０の波長が第２ピッチＰ２に近いほど、ＳＡＷ７０が第２ＩＤＴ電極１２で電気信号に変換される効率が高くなる。言い換えれば、第１ピッチＰ１と第２ピッチＰ２との差が小さいほど、ＳＡＷ７０が第２ＩＤＴ電極１２で電気信号に変換される効率が高くなる。一実施形態において、センサ装置１は、第１ピッチＰ１と第２ピッチＰ２とが一致するように構成されている。

第１ＩＤＴ電極１１で発生したＳＡＷ７０は、導波路２０に伝搬する。第１ＩＤＴ電極１１の導波路２０側の端部と、導波路２０の第１ＩＤＴ電極１１側の端部との間の距離は、Ｄ１で表されるとする。一実施形態において、第１ＩＤＴ電極１１は、導波路２０の側に第１基準電極１１Ｇの第１電極指１１Ｘが位置するように構成されている。すなわち、導波路２０に対向し、又は隣り合う第１電極指１１Ｘは、第１基準電極１１Ｇの第１電極指１１Ｘであってもよい。これによれば、ノイズとなる直達波の発生を低減することができる。すなわち、センサ装置１は検出精度を向上させることができる。この場合、第１ＩＤＴ電極１１の導波路２０側の端部は、第１基準電極１１Ｇの第１電極指１１Ｘの導波路２０側の端部に対応する。第１基準電極１１Ｇと導波路２０とが接続している場合、Ｄ１は０となる。

第１ＩＤＴ電極１１は、導波路２０の側に第１信号電極１１Ａの第１電極指１１Ｘが位置するように構成されていてもよい。すなわち、導波路２０に対向し、又は隣り合う第１電極指１１Ｘは、第１信号電極１１Ａの第１電極指１１Ｘであってもよい。これによれば、導波路２０の側に第１基準電極１１Ｇの第１電極指１１Ｘが位置する場合と比較して、より導波路２０に近い位置からＳＡＷ７０が発生するため、ＳＡＷ７０の伝搬距離を短くすることができる。すなわち、ＳＡＷ７０の減衰を低減することができるため、センサ装置１は検出精度を向上させることができる。この場合、第１ＩＤＴ電極１１の導波路２０側の端部は、第１信号電極１１Ａの第１電極指１１Ｘの導波路２０側の端部に対応する。第１信号電極１１Ａと導波路２０とが接続している場合、Ｄ１は０となる。

ＳＡＷ７０は、導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２に伝搬する。第２ＩＤＴ電極１２の導波路２０側の端部と、導波路２０の第２ＩＤＴ電極１２側の端部との間の距離は、Ｄ２で表されるとする。図２において、第２ＩＤＴ電極１２は、導波路２０の側に第２基準電極１２Ｇが位置するように構成されている。すなわち、導波路２０に対向し、又は隣り合う第２電極指１２Ｘは、第２基準電極１２Ｇの第２電極指１２Ｘであってもよい。この場合、第２ＩＤＴ電極１２の導波路２０側の端部は、第２基準電極１２Ｇの導波路２０側の端部に対応する。第２基準電極１２Ｇと導波路２０とが接続している場合、Ｄ２は０となる。

第２ＩＤＴ電極１２は、導波路２０の側に第２信号電極１２Ａが位置するように構成されていてもよい。すなわち、導波路２０に対向し、又は隣り合う第２電極指１２Ｘは、第２信号電極１２Ａの第２電極指１２Ｘであってもよい。この場合、第２ＩＤＴ電極１２の導波路２０側の端部は、第２信号電極１２Ａの導波路２０側の端部に対応する。第２信号電極１２Ａと導波路２０とが接続している場合、Ｄ２は０となる。

一実施形態に係るセンサ装置１は、基板面１０ａを有する基板１０と、第１ＩＤＴ電極と、第２ＩＤＴ電極と、導波路２０とを備える。第１ＩＤＴ電極および第２ＩＤＴ電極は、基板面１０ａに位置している。導波路２０は、基板面１０ａにおいて、第１ＩＤＴ電極及び第２ＩＤＴ電極の間に位置している。第１ＩＤＴ電極及び第２ＩＤＴ電極の少なくとも一方は、それぞれ複数の電極指を有し、複数の電極指が一方向に並んで配された基準電極と信号電極とを有する。第１ＩＤＴ電極及び第２ＩＤＴ電極のうち少なくとも一方と、導波路２０との距離は、基準電極と信号電極との一方向に沿った間隔より短い。

ここで、従来の弾性波センサでは、表面弾性波７０の一部は、基板１０の内部に拡散し、検出対象に基づいて伝搬速度が変化しない不要な弾性波となる。この不要な弾性波は、バルク波とも称される。

バルク波は、基板１０の内部において種々の影響を受けながら伝搬する。バルク波は、例えば、結晶格子の熱振動、及び結晶内部の応力等のランダムな現象の影響を受けうる。つまり、バルク波の伝搬特性は、ランダムに変化しうる。一方で、表面弾性波７０は、基板１０の内部で生じるランダムな現象の影響を受けにくい。したがって、一実施形態に係るセンサ装置１において、ＳＡＷ７０が導波路２０を通って第２ＩＤＴ電極１２まで伝搬したとき、ＳＡＷ７０の伝搬速度は、基板１０の内部の状態の影響を受けずに、導波路２０の表面２０ａの状態に応じて変化しうる。

ＳＡＷ７０及びバルク波はそれぞれ、図４に例示されるようにベクトルで表されうる。ベクトルＶｓは、ＳＡＷ７０の位相と振幅とを表す。ベクトルＶｎは、バルク波の位相と振幅とを表す。破線で表される円は、バルク波の位相が－π～＋πまでの値をとりうることを表している。ベクトルＶｓ＋Ｖｎは、ＶｓとＶｎとの合成ベクトルであり、ＳＡＷ７０とバルク波との合成波の位相と振幅とを表す。ベクトルＶｎと、ベクトルＶｓ＋Ｖｎとの間の角度は、ＳＡＷ７０と合成波との位相差に対応し、δで表されている。ベクトルＶｎが長いほど、δが大きく変動する。ベクトルＶｎの長さは、バルク波の振幅の大きさ、つまり、バルク波のエネルギーの大きさに対応する。したがって、バルク波のエネルギーが大きいほど、ＳＡＷ７０に対する合成波の位相差を表すδが大きく変動する。図４の例において、δがとりうる最大値がδｍａｘとして表されるとすると、ｓｉｎ（δｍａｘ）＝｜Ｖｎ｜／｜Ｖｓ｜が成立する。

第２ＩＤＴ電極１２は、導波路２０の表面２０ａ及び基板面１０ａを通って伝搬したＳＡＷ７０とともに、基板１０の内部を伝搬したバルク波を検出しうる。つまり、第２ＩＤＴ電極１２は、ＳＡＷ７０とバルク波との合成波に対応する電気信号を出力しうる。バルク波は、基板１０の内部を伝搬する間にランダムな影響を受けるとともに、導波路２０の表面２０ａの状態の変化を反映していない。したがって、第２ＩＤＴ電極１２が出力する電気信号のうち、バルク波に基づく成分は、ノイズ成分となる。つまり、第２ＩＤＴ電極１２が出力する電気信号の位相に基づく、導波路２０の表面２０ａの状態の変化の検出結果は、バルク波に基づくノイズ成分を含みうる。したがって、ＳＡＷ７０のエネルギーのうちバルク波に変換されるエネルギーが大きいほど、導波路２０の表面２０ａの状態の変化の検出誤差が大きくなる。言い換えれば、ＳＡＷ７０のエネルギーのうちバルク波に変換されるエネルギーが小さくなるほど、導波路２０の表面２０ａの状態の変化の検出誤差が小さくなる。

以上述べてきたように、センサ装置１は、バルク波に変換されるエネルギーの割合を減少させることによって、導波路２０の表面２０ａの状態変化の検出精度を向上できる。ＳＡＷ７０が基板面１０ａを伝搬する距離が短くなるほど、ＳＡＷ７０のエネルギーのうち、バルク波のエネルギーに変換されるエネルギーの割合が減少する。ＳＡＷ７０が基板面１０ａを伝搬する距離は、Ｄ１及びＤ２に対応する。つまり、Ｄ１及びＤ２が短いほど、ＳＡＷ７０のエネルギーは、バルク波に変換されにくくなる。すなわち、本開示のセンサ装置１は、検出感度を向上させることができる。

一実施形態に係るセンサ装置１は、例えば、Ｄ１及びＤ２の少なくとも一方が０となるように構成されてもよい。これによれば、ＳＡＷ７０のエネルギーがバルク波に変換されにくくなる。その結果、導波路２０の表面２０ａの状態変化の検出精度が向上しうる。

また、Ｄ１が０となるように構成される場合、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０との間のアライメントが不要になる。Ｄ１が０となるように構成される場合、第２ＩＤＴ電極１２と導波路２０との間のアライメントが不要になる。これらの場合、アライメントに起因する感度のばらつきが生じない。その結果、センサ装置１の検出精度が向上する。

センサ装置１は、例えば、Ｄ１がＨＰ１よりも短く、０よりも大きくなるように構成されてもよい。つまり、センサ装置１は、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０とが別体として構成されてもよい。この場合、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０とが一体として構成される場合と比較して、センサ装置１は、直達波の発生を低減することができる。

また、センサ装置１は、例えば、Ｄ２がＨＰ２よりも短く、０よりも大きくなるように構成されてもよい。つまり、第２ＩＤＴ電極１２と導波路２０とが別体として構成されてもよい。この場合、第２ＩＤＴ電極１２と導波路２０とが一体として構成される場合と比較して、第２ＩＤＴ電極１２が励振されやすくなるため、センサ装置１は、ＳＡＷ７０の受信感度を向上させることができる。

ＳＡＷ７０の波長は、上述の通り、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２のピッチに基づいて決定される。ＳＡＷ７０は、基板面１０ａの面内方向又は法線方向に振幅を有する横波として伝搬する。横波としてのＳＡＷ７０は、交互に進行する山と谷とを有する。ＳＡＷ７０のエネルギーは、山と谷とが進行することによって、進行方向に伝搬する。ＳＡＷ７０の山及び谷は、ＳＡＷ７０のエネルギーを弾性エネルギーとして蓄えている。山として蓄えられているエネルギーは、次の谷を形成するエネルギーに変換される。谷として蓄えられているエネルギーは、次の山を形成するエネルギーに変換される。

基板１０を伝搬するＳＡＷ７０の伝搬状態は、シミュレーションによって計算可能である。シミュレーションによって、第１ＩＤＴ電極１１で発生したＳＡＷ７０が導波路２０に向けて進行する場合におけるＳＡＷ７０の振幅が計算された。シミュレーションは、Ｄ１及びＤ２を変数として実行された。シミュレーションにおいて、基板１０は水晶、第１ＩＤＴ電極１１、第２ＩＤＴ電極１２、及び導波路２０はＡｕとして設定されている。シミュレーション結果は、基板１０のＤ１側とＤ２側をそれぞれ拡大して、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃ、並びに、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示す。

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに、Ｄ１側におけるＳＡＷ７０の伝搬に関するシミュレーションの結果を示す。図５Ａは、Ｄ１＞λ／２が成立する場合（ｃａｓｅ１）のシミュレーション結果である。図５Ｂは、Ｄ１＝λ／２が成立する場合（ｃａｓｅ２）のシミュレーション結果である。図５Ｃは、Ｄ１＜λ／２が成立する場合（ｃａｓｅ３）のシミュレーション結果である。

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃでは、ＳＡＷ７０の伝搬方向における基板１０の断面が示されている。また、ＳＡＷ７０及びバルク波の振幅がグレースケールで表されている。断面の各部において、色が黒に近い（色が濃い）部分ほど、ＳＡＷ７０又はバルク波の振幅が大きく、弾性エネルギーが大きい。色が白又は灰色に近い（色が薄い）部分ほど、ＳＡＷ７０又はバルク波の振幅が小さく、弾性エネルギーが小さい。第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０とは、Ｄ１で表される間隔をあけて位置している。ＳＡＷ７０の進行方向は、第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０に向かう方向である。シミュレーションにおいて、ＳＡＷ７０の波長（λ）は、１１．５２μｍに設定され、Ｄ２はλ／２よりも大きい。

図５Ａにおいて、Ｄ１＞λ／２が成立している。Ｄ１は、具体的には１８μｍに設定されている。第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０の一部は、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０との間に位置する基板面１０ａを伝搬する間に、基板１０の深さ方向に伝搬するバルク波に変化している。図５Ａにおいて、少なくとも破線囲み部の内側には、ＳＡＷ７０の一部がバルク波に変化している様子が顕著に確認される。ＳＡＷ７０が導波路２０に到達した後も、基板１０の内部においてバルク波が伝搬している。

図５Ｂにおいて、Ｄ１＝λ／２が成立している。Ｄ１は、具体的には５．７６μｍに設定されている。第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０の一部は、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０との間に位置する基板面１０ａを伝搬する間に、基板１０の深さ方向に伝搬するバルク波に変化している。図５Ｂにおいて、少なくとも破線囲み部の内側には、ＳＡＷ７０の一部がバルク波に変化している様子が確認されるが、Ｄ１＞λ／２が成立している場合と比較して、ＳＡＷ７０から変化するバルク波は減少している。バルク波は、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０との間に位置する基板面１０ａから基板１０の内部に向けて、放射状に伝搬している。

図５Ｃにおいて、Ｄ１＜λ／２が成立している。Ｄ１は、具体的には２．２μｍに設定されている。第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０は、基板１０の深さ方向にほとんど拡散していない。図５Ｃにおいて、Ｄ１＝λ／２が成立している場合と比較して、ＳＡＷ７０から変化するバルク波がさらに減少している様子が確認される。つまり、Ｄ１＜λ／２が成立する場合に、バルク波の発生はより低減される。

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示されるＳＡＷ７０及びバルク波の分布に基づけば、第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーがバルク波に変換される割合は、ｃａｓｅ１において最も高く、ｃａｓｅ３において最も低い。つまり、シミュレーションの結果によって、Ｄ１が短いほど、第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーが、バルク波に変換される割合が低くなることが示された。したがって、一実施形態に係るセンサ装置１は、Ｄ１＜λ／２が成立している場合に、感度のばらつきを低減させることができる。

図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに、Ｄ２側のＳＡＷ７０の伝搬に関するシミュレーションの結果を示す。図６Ａは、Ｄ２＞λ／２が成立する場合（ｃａｓｅ４）のシミュレーション結果である。図６Ｂは、Ｄ２＝λ／２が成立する場合（ｃａｓｅ５）のシミュレーション結果である。図６Ｃは、Ｄ２＜λ／２が成立する場合（ｃａｓｅ６）のシミュレーション結果である。

図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃでは、ＳＡＷ７０の伝搬方向における基板１０の断面が示されている。また、ＳＡＷ７０及びバルク波の振幅がグレースケールで表されている。表示に関する説明は、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃと同様である。導波路２０と第２ＩＤＴ電極１２とは、Ｄ２で表される間隔をあけて位置している。ＳＡＷ７０の進行方向は、導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２に向かう方向である。シミュレーションにおいて、ＳＡＷ７０の波長（λ）は、１１．５２μｍに設定され、Ｄ１はλ／２よりも大きい。

図６Ａにおいて、Ｄ２＞λ／２が成立している。Ｄ２は、具体的には１８μｍに設定されている。導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２を伝搬するＳＡＷ７０の一部は、導波路２０と第２ＩＤＴ電極１２との間に位置する基板面１０ａを伝搬する間に、基板１０の深さ方向に伝搬するバルク波に変化している。図６Ａにおいて、少なくとも破線囲み部の内側には、ＳＡＷ７０の一部がバルク波に変化している様子が顕著に確認される。ＳＡＷ７０が第２ＩＤＴ電極１２に到達した後も、基板１０の内部においてバルク波が伝搬している。

図６Ｂにおいて、Ｄ２＝λ／２が成立している。Ｄ２は、具体的には５．７６μｍに設定されている。導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２を伝搬するＳＡＷ７０の一部は、導波路２０と第２ＩＤＴ電極１２との間に位置する基板面１０ａを伝搬する間に、基板１０の深さ方向に伝搬するバルク波に変化している。図５Ｂにおいて、少なくとも破線囲み部の内側には、ＳＡＷ７０の一部がバルク波に変化している様子が確認されるが、Ｄ２＞λ／２が成立している場合と比較して、ＳＡＷ７０から変化するバルク波は減少している。バルク波は、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０との間に位置する基板面１０ａから基板１０の内部に向けて、放射状に伝搬している。

図６Ｃにおいて、Ｄ２＜λ／２が成立している。Ｄ２は、具体的には２．２μｍに設定されている。導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２を伝搬するＳＡＷ７０は、基板１０の深さ方向にほとんど拡散していない。図６Ｃにおいて、Ｄ１＝λ／２が成立している場合と比較して、ＳＡＷ７０から変化するバルク波がさらに減少している様子が確認される。つまり、Ｄ２＜λ／２が成立する場合に、バルク波の発生はより低減される。

図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示されるＳＡＷ７０及びバルク波の分布に基づけば、導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーがバルク波に変換される割合は、ｃａｓｅ４において最も高く、ｃａｓｅ６において最も低い。つまり、シミュレーションの結果によって、Ｄ２が短いほど、導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーが、バルク波に変換される割合が低くなることが示された。したがって、一実施形態に係るセンサ装置１は、Ｄ２＜λ／２が成立している場合に、感度のばらつきを低減させることができる。

以上の通り、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０との間の距離（Ｄ１）、及び導波路２０と第２ＩＤＴ電極１２との間の距離（Ｄ２）を短くする構成が説明されてきた。これによれば、Ｄ１が短いほど、第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーがバルク波に変換される割合が低くなることが示された。また、Ｄ２が短いほど、導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２を伝搬するＳＡＷ７０のエネルギーがバルク波に変換される割合が低くなることが示された。したがって、シミュレーションの結果、Ｄ１及びＤ２が短くなるほど、伝搬経路において、ＳＡＷ７０のエネルギーがバルク波に変換される割合が低くなることが示された。具体的には、Ｄ１＜λ／２、及びＤ２＜λ／２が成立する場合、第１ＩＤＴ電極１１から導波路２０、及び導波路２０から第２ＩＤＴ電極１２を伝搬するＳＡＷのエネルギーがバルク波に変換される割合が低くなることが示された。したがって、一実施形態に係るセンサ装置１は、Ｄ１＜λ／２、及びＤ２＜λ／２が成立している場合に、感度のばらつきを低減させることができる。

なお、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃ、並びに、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃで示したシミュレーション結果は、基板１０の断面を示したものである。すなわち、一実施形態に係るセンサ装置１は、導波路２０の少なくとも一部と、第１ＩＤＴ電極１１の少なくとも一部又は第２ＩＤＴ電極１２の少なくとも一部との間で、Ｄ１＜λ／２、及びＤ２＜λ／２が成立していれば、感度のばらつきを低減することができる。

＜感度ばらつきの算出例＞
センサ装置１の感度ばらつきの算出例が説明される。センサ装置１の感度は、ＳＡＷ７０の位相の変化に対する、電気信号の変化の敏感さを示したものである。複数のセンサ装置１においてそれぞれの感度が異なる場合、同一の検体６０を測定した場合に、それぞれ異なる検出結果が得られる。したがって、センサ装置１の感度のばらつきが小さいとは、複数のセンサ装置１で同一の検体６０を測定した場合に、各装置から得られた出力のばらつきが小さいことを意味し、検出の精度が高く検出結果が安定することを意味する。

一実測例において、水溶液の粘度の差を用いて、感度ばらつきの実測が行なわれる。

導波路２０の表面２０ａに滴下される液体として、純水と、２０ｗｔ％のグリセリン水溶液とが用いられる。グリセリン水溶液の粘度は、グリセリンの濃度に基づいて決定される。２０ｗｔ％のグリセリン水溶液の粘度は、純水の粘度よりも高い。実験は、以下の手順に沿って行われた。以下説明する実験の条件は、適宜変更されてもよい。
ステップ１：測定者が、導波路２０の表面２０ａの上の液体を純水で置換し、ＳＡＷ７０の位相を測定する。測定は、純水で置換してから２分経過した後に実行された。ステップ１で測定する位相は、θ１で表されるとする。
ステップ２：測定者が、導波路２０の表面２０ａの上の液体を２０ｗｔ％のグリセリン水溶液で置換し、ＳＡＷ７０の位相を測定する。測定は、純水からグリセリン水溶液に置換してから２分経過した後に実行された。ステップ２で測定する位相は、θ２で表されるとする。
ステップ３：θ２とθ１との差が感度として算出される。感度は、Δθで表されるとする。Δθ＝θ２－θ１が成立する。
ステップ４：測定者が、複数のセンサ装置１について、ステップ１から３を実施し、Δθを複数測定する。
ステップ５：測定者が、Δθの複数の測定値について平均（Ａｖｅ）と標準偏差（σ）とを算出し、標準偏差を平均で除算した結果を、感度のばらつきを表す変動係数として算出する。変動係数は、ＣＶ（Coefficient of Variation）とも称される。ＣＶ＝σ／Ａｖｅが成立する。

上述のステップ１～５を含む手順を実行する対象となるセンサ装置１として、構成を特定するパラメータの一部を変動させたセンサ装置１が準備された。センサ装置１の構成を特定するパラメータのうち、ＳＡＷ７０の波長（λ）と、導波路２０の厚み（ｈ）とが固定された。センサ装置１の構成を特定するパラメータのうち、第１ＩＤＴ電極１１と導波路２０との間の距離（Ｄ１）及び第２ＩＤＴ電極１２と導波路２０との間の距離（Ｄ２）が変動させられた。本実測例の実験において、Ｄ１とＤ２とが一致するようにセンサ装置１が構成された。本実測例において、Ｄ１及びＤ２は、まとめてＤで表されるとする。Ｄは、ＳＡＷ７０の波長（λ）に対して規格化された値として表されるとする。０からλまでの範囲内でそれぞれ異なる値をＤとして有する複数のセンサ装置１が準備された。各センサ装置１において上述のステップ１～５の手順を実行することによって、各センサ装置１の感度が測定された。

図７にセンサ装置１の感度の変動係数の実測データの一例が示される。図７のグラフの横軸は、Ｄ／λの値を表している。縦軸は、変動係数（ＣＶ）を表している。図７に示される実測データは、以下のパラメータ設定の下で取得された。なお、ｈは、導波路２０の膜厚である。また、以下において、Ｄ１及びＤ２を区別しない場合は、Ｄと示す。
λ＝１１．５μｍ（Ｐ１＝１１．５μｍ）、ｈ＝１１０ｎｍ、Ｄ／λ＝０～１（Ｄ＝０～λ）

Ｄがλ／２からλまで（Ｄ／λが０．５から１まで）の範囲におけるＣＶの値は、Ｄがλからλ／２まで減るほど、実線の近似線で示されるように、Ｄに対して一次関数の関係を有するように減少している。一方で、Ｄがλ／２未満（Ｄ／λが０．５未満）の範囲におけるＣＶの値は、破線で示されるようなＤに対する一次関数の関係から外れて、一点鎖線の近似線で示される１％前後の値に急激に減少している。この結果は、ＤがＳＡＷ７０の波長の１／２の長さ未満になることによって、感度のばらつきを増大させる要因が減ったことを示している。つまり、この結果は、ＤがＳＡＷ７０の波長の１／２の長さ未満になることによって、ＳＡＷ７０のエネルギーのうちバルク波に変換される割合が低下することを裏付けている。

以上述べてきたように、本実施形態に係るセンサ装置１は、Ｄ１及びＤ２の少なくとも一方がλ／２未満となるように構成されることによって、感度のばらつきを低減できる。その結果、センサ装置１による導波路２０の表面２０ａの状態変化の検出精度が向上する。

また、第１ＩＤＴ電極１１又は第２ＩＤＴ電極１２と導波路２０とが、別体として形成される場合、１つの工程であわせて形成されてもよいし、２つ以上の工程で別々に形成されてもよい。第１ＩＤＴ電極１１又は第２ＩＤＴ電極１２と導波路２０とが別体として形成されることによって、センサ装置１の各構成部のレイアウトの自由度が増す。例えば、導波路２０と対向する位置に、基準電極及び信号電極のどちらの電極が配置されてもよい。

＜ＳＡＷセンサの製造方法＞
以下、センサ装置１の製造方法の一例が説明される。

第１工程として、基板１０の基板面１０ａの上に、基板側密着層１５と、金属層１６（図示なし）と、保護膜側密着層１７とが形成される。第２工程として、金属層１６から、第１基準電極１１Ｇ及び第１信号電極１１Ａと、第２基準電極１２Ｇ及び第２信号電極１２Ａと、導波路２０とが形成される。

第１基準電極１１Ｇ、第１信号電極１１Ａ、第２基準電極１２Ｇ、第２信号電極１２Ａ、及び導波路２０は、種々の加工技術によって形成されてよい。例えば、所望のパターンのマスクに基づくエッチングが適用されてもよい。マスクは、例えばフォトリソグラフィによって形成されてもよい。マスクとして、レジスト用の樹脂等が適用されればよい。エッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングを含んでよい。ウェットエッチングは、酸又はアルカリ等の溶液によって材料を溶解させる工程を含んでよい。ドライエッチングは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）、又は、スパッタエッチング等の、プラズマを利用して材料を除去する工程を含んでよい。

第１工程及び第２工程は、基板面１０ａの上に、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２と導波路２０とをパターニングした状態で形成する工程で置き換えられてもよい。パターニングした状態で形成する工程は、例えば、金属等のハードマスク又はレジスト用の樹脂等のマスクをかけた状態で基板側密着層１５と金属層１６と保護膜側密着層１７とを形成することによって実現されうる。

導波路２０の形成工程は、導波路２０の表面２０ａに保護膜側密着層１７が形成されないように構成されてよい。導波路２０の形成工程は、導波路２０の表面２０ａに保護膜側密着層１７が形成された後、保護膜側密着層１７が除去されるように構成されてもよい。

第１工程及び第２工程において、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２と、導波路２０とが一括で形成されている。第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２を形成する工程と、導波路２０を形成する工程とは、別の工程として分けられてもよい。工程が分けられる場合、どちらの工程が先に実行されてもよい。第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２と、導波路２０とが一括で形成される場合、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２に対する導波路２０の位置が高精度で制御されうる。その結果、Ｄ１及びＤ２の精度を向上させることができ、測定精度を向上させることができる。

第３工程として、基板面１０ａ上に形成された構成を被覆する保護膜３０が形成される。第４工程として、保護膜３０の一部が除去される。保護膜３０の一部が除去されることによって、保護膜３０の中に、側壁３０ａで囲まれる開口部が形成される。保護膜３０は、例えば開口部のパターンのマスクに基づくエッチングによって除去されてよい。エッチングは、ドライエッチング又はウェットエッチング等の種々の方式を含んでよい。保護膜３０は、第１ＩＤＴ電極１１及び第２ＩＤＴ電極１２が被覆されたままとなるように除去されてよい。保護膜３０は、導波路２０の表面２０ａの少なくとも一部が露出するように除去されてよい。導波路２０の表面２０ａは、保護膜３０の開口部において露出するといえる。

第５工程として、導波路２０の表面２０ａに、抗体５１、アプタマー、又は酵素等の、検出対象と反応する物質が固定される。一実施形態において、表面２０ａに、抗体５１（図１参照）が固定されるとする。導波路２０が金（Ａｕ）で形成されている場合、抗体５１は、例えば、金（Ａｕ）と２価の硫黄（Ｓ）との結合である金チオール結合に基づいて表面２０ａに形成されてもよい。この場合、高分子膜（ポリマー）が表面２０ａに形成されるとともに、そのポリマーがそれに適切な縮合剤（例えば、ＥＤＣ／ＮＨＳ試薬など）を用いることによって、抗体５１がアミンカップリングによってポリマーに結合されてよい。抗体５１は、ポリマーに結合されることによって、表面２０ａに固定されてよい。表面２０ａの状態は、抗体５１の固定化に影響を及ぼしうる。例えば、表面２０ａの組成又は表面粗さ等の表面状態は、表面２０ａに抗体５１が固定されやすいか否かに影響を及ぼしうる。なお、ポリマーは、例えば、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルデキストラン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリヒドロキシエチルメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリカルボキシベタインメタクリル酸、ポリベタインスルホン酸、ポリメタクリル酸エチルホスホリルコリン、ポリヒドロキシプロピルアクリルアミドなどを使用すればよい。

導波路２０の表面２０ａに保護膜側密着層１７が形成され除去される場合、保護膜側密着層１７は、第２工程で除去されてもよいし、第４工程で除去されてもよい。表面２０ａは、保護膜側密着層１７に限られず、他の保護材料によって被覆されてもよい。表面２０ａは、第５工程の直前まで保護材料で被覆されていてもよい。表面２０ａが第５工程まで保護されることによって、表面２０ａの状態が制御されやすくなる。導波路２０が２層以上で構成される場合、導波路２０の表面２０ａを構成する層は、保護膜３０の開口部が形成された後に形成されてよい。このようにすることで、表面２０ａの状態が制御されやすくなる。

本実施形態に係るセンサ装置１は、上述の各工程を実行することによって製造されてよい。上述の工程は一例である。種々の工程が追加されてもよい。一部の工程が省略されてもよい。

本開示に係る実施形態について説明する図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。

上記の実施例では、基板１０に重量が付加されることで伝搬速度が変化したＳＡＷ７０に基づいて検出を行なう場合について説明した。しかし、例えば、センサ装置１は、基板１０に付加された重量が減少することで伝搬速度が変化したＳＡＷ７０に基づいて検出を行なってもよい。

例えば、まず、基板１０に対して抗原６１に類似する類似物質を予め固定しておく。この場合、類似物質は、抗体５１との結合親和性を有するが、検出対象の抗原６１よりも抗体５１に対する結合親和性が低いものであればよい。次に、既知量の抗体５１を基板１０に供給し、類似物質と抗体５１で複合体５２を形成させる。次に、検出対象の抗原６１を含む検体６０を基板１０に供給する。この場合、抗原６１の方が、類似物質よりも抗体５１との結合親和性が高いため、抗体５１が類似物質から解離し、抗原６１と複合体５２を形成する。したがって、解離した抗体５１の分だけ基板１０に付加された重量が減少する。解離する抗体５１の量は、検出対象の量に対応するため、ＳＡＷ７０の伝搬速度は検出対象の量に応じて変化する。センサ装置１は、検体６０の供給前後においてＳＡＷ７０の位相を取得し、その位相差を算出する。そして、算出した位相差に基づいて、検出対象を検出することができる。

また、例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

上記の実施例では、導波路２０が第１基準電極１１Ｇ及び第２基準電極１２Ｇの間に位置している構成について説明した。しかし、センサ装置１の構成はこの例に限られない。具体的には、導波路２０は、（１）第１基準電極１１Ｇと第２信号電極１２Ａ、（２）第１信号電極１１Ａと第２基準電極１２Ｇ、及び（３）第１信号電極１１Ａと第２信号電極１２Ａの各組合せに係る電極の間に位置してもよい。なお、（１）～（３）の組合せにおいて、導波路２０といずれか一方の電極が一体となる構成は取りうるが、導波路２０が両方の電極と一体となる構成は取り得ない。

また、上記の実施例では、導波路２０が一層のＡｕ膜で構成される場合について説明した。しかし、導波路２０は、複数の金属膜で構成されてもいてもよい。例えば、導波路２０は、Ａｕ-Ａｕ、Ａｕ－Ｔｉ－Ａｕ等の複数の金属で構成された２層以上の金属膜で構成されてもよい。この場合、基板面１０ａと接触している金属膜の端部を、Ｄ１及びＤ２それぞれの導波路２０側の端部とすればよい。

本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１ＩＤＴ電極は、第２ＩＤＴ電極と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。

１ センサ装置
１０ 基板
１０ａ 基板面
１１ 第１ＩＤＴ電極（１１Ａ：第１信号電極、１１Ｇ：第１基準電極）
１２ 第２ＩＤＴ電極（１２Ａ：第２信号電極、１２Ｇ：第２基準電極）
１５ 基板側密着層
１６ 金属層
１７ 保護膜側密着層
２０ 導波路
２０ａ 表面
３０ 保護膜
３０ａ 側壁
５１ 抗体
５２ 複合体
６０ 検体
６１ 抗原
７０ ＳＡＷ

Claims (12)

1. 基板面を有する基板と、
   前記基板面に位置した、第１ＩＤＴ電極および第２ＩＤＴ電極と、
   前記基板面において、前記第１ＩＤＴ電極及び前記第２ＩＤＴ電極の間に位置した導波路と、を備え、
   検出対象と反応可能な反応物質が前記導波路に固定されており、
   前記第１ＩＤＴ電極及び前記第２ＩＤＴ電極の少なくとも一方は、それぞれ複数の電極指を有し、前記複数の電極指が一方向に並んで配された基準電極と信号電極とを有し、
   前記第１ＩＤＴ電極及び前記第２ＩＤＴ電極のうち少なくとも一方と、前記導波路との距離は、前記基準電極と前記信号電極との前記一方向に沿った間隔より短く、
   前記第１ＩＤＴ電極及び前記第２ＩＤＴ電極の少なくとも一方は、前記導波路と離れて位置している、センサ装置。
2. 前記第１ＩＤＴ電極は、第１基準電極と第１信号電極とを有し、
   前記第１基準電極及び前記第１信号電極のそれぞれは、一方向に並んで配された複数の第１電極指を有し、
   前記第１ＩＤＴ電極と前記導波路との距離は、前記第１基準電極と前記第１信号電極との前記一方向に沿った間隔より短く、
   前記第２ＩＤＴ電極は、第２基準電極と第２信号電極とを有し、
   前記第２基準電極及び前記第２信号電極のそれぞれは、一方向に並んで配された複数の第２電極指を有し、
   前記第２ＩＤＴ電極と前記導波路との距離は、前記第２基準電極と前記第２信号電極との前記一方向に沿った間隔より短い、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記第１基準電極の第１電極指は、前記導波路に対向する、請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記第１信号電極の第１電極指は、前記導波路に対向する、請求項２に記載のセンサ装置。
5. 前記第２基準電極の第２電極指は、前記導波路に対向する、請求項２から４までのいずれか一項に記載のセンサ装置。
6. 前記第２信号電極の第２電極指は、前記導波路に対向する、請求項２から４までのいずれか一項に記載のセンサ装置。
7. 前記一方向に交差する方向における前記導波路の幅は、前記一方向に交差する方向における第１ＩＤＴ電極の幅よりも大きい、請求項１から６までのいずれか一項に記載のセンサ装置。
8. 前記一方向に交差する方向における前記導波路の幅は、前記一方向に交差する方向における第２ＩＤＴ電極の幅よりも大きい、請求項１から７までのいずれか一項に記載のセンサ装置。
9. 前記導波路は、前記基板面に位置した金属膜である、請求項１から８までのいずれかに記載のセンサ装置。
10. 前記導波路は、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極とは異なる金属材料を有している、請求項１から９までのいずれかに記載のセンサ装置。
11. 前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極上に配された保護膜をさらに備える、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のセンサ装置。
12. 前記保護膜は、前記基板面が露出した開口を有しており、
    前記導波路は、前記開口内に位置している、請求項１１に記載のセンサ装置。

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