JPS6367909A - 音響波デバイス用変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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はど厳密な意味
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、５ＳＢ
Ｗ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だめの変換
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［（ＩＥＥＥ
　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　５ｏｎｉｃｓ　ａ
ｎｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ）、５Ｕ−２２巻（１９
７５年Ｌ　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
、最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
ｌ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のつどの変換器
の作動はこ゛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。

基本形式の交叉指状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、単に見掛は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Ｗ（ＩＥｕＥ　Ｔｒａｎｓ
ａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃ４ｒｃｕｉｔ　Ｔｈｅｏｒｙ
）　、ＣＴ　−２０巻、第５号、１９７３年９月、４５
９〜４７０頁、特に第１３図とマシュース（Ｍａｔｔｈ
ｅｗｓ）著［表面波フィルタ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｗａｖ
ｅ　Ｆｉｌｔｅｒｓ）　Ｊ　　１９７７年、３０７〜３
４６頁、ジョン・ライレイ・アンド・サンズ（Ｊｏｈｎ
　Ｗｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ）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。

〔問題点を解決するだめの手段〕

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
、そのつど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、両度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
両度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１
０′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］１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。

図面かられかるように、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。

−１ｂ　− そのつど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、しかし基本形式の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上の両度換器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。

そのつどの変換器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、両度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、または両度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、１
２・・・基板、Ｘ・・・波伝播方向。 ＝　１９−

Claims (1)

1. 【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（３−４：４−３；６−７、７−６
   ・・・）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、そのつどの集合
   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）そのつど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。