WO2005029701A1 - 弾性表面波素子及び弾性表面波素子を用いた環境差異検出装置 - Google Patents

弾性表面波素子及び弾性表面波素子を用いた環境差異検出装置 Download PDF

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WO2005029701A1
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acoustic wave
surface acoustic
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Noritaka Nakaso
Kazushi Yamanaka
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Toppan Printing Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a surface acoustic wave device and an environment difference detecting device using the surface acoustic wave device.
  • the present invention relates to a surface acoustic wave device and an environment difference detecting device using the surface acoustic wave device.
  • a surface acoustic wave element including an electroacoustic transducer capable of transmitting the surface acoustic wave along the surface and receiving the propagated surface acoustic wave is well known in the related art.
  • a surface acoustic wave element is used as a delay line, an oscillation element, a resonance element, a frequency selection element, for example, various sensors including a chemical sensor, a biosensor, a pressure sensor, or a remote tag.
  • International Publication WO 01/45255 discloses a spherical surface acoustic wave device.
  • the base of the spherical surface acoustic wave element has a spherical surface capable of exciting a surface acoustic wave and transmitting the excited surface acoustic wave.
  • the electroacoustic transducer of the spherical surface acoustic wave element is disposed in a band having a predetermined width that is continuous in an annular shape on the spherical surface of the substrate, and the elastic surface excited on the surface.
  • the wave is configured to propagate along the direction in which the band is continuous and repeatedly circulate.
  • the surface acoustic wave excited by the electroacoustic transducer in an annularly continuous surface acoustic wave propagation band on the surface of the substrate is substantially converted into a surface acoustic wave propagation band.
  • the above-mentioned surface can be repeatedly circulated without any substantial attenuation. Disclosure of the invention
  • the surface of the substrate of the surface acoustic wave element has a structure in which the surface acoustic wave can be excited and the surface acoustic wave is excited in order to propagate the surface acoustic wave along its surface. It is made of a material capable of propagating the surface acoustic wave or by attaching a thin film formed of a material capable of propagating the surface acoustic wave to the surface thereof.
  • the base formed by combining with the thin film has high manufacturing cost and is not suitable for mass production.
  • the surface acoustic wave can be propagated or circulated depending on the direction in which the surface acoustic wave is to be propagated on the surface of the base. It has been found that there is a difference in the performance of surface acoustic wave propagation, such as not being possible. Further, it is difficult to propagate or circulate the surface acoustic wave in a plurality of different directions on the surface.
  • the present invention has been made under the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface acoustic wave element which is suitable for mass production and can always exhibit good surface acoustic wave propagation performance stably. Another object of the present invention is to provide an environment difference detecting device using such a surface acoustic wave element.
  • a surface acoustic wave device includes:
  • a three-dimensional substrate having a surface including at least a part of an annular curved surface having a continuous curved surface through which surface acoustic waves can propagate;
  • An electroacoustic transducer that excites the surface acoustic wave on the surface, propagates the surface acoustic wave along the surface, and is capable of receiving the surface acoustic wave propagating on the surface.
  • the three-dimensional substrate is a Bi SiO crystal
  • the electroacoustic transducer on the surface of the three-dimensional substrate is made of Bi SiO crystal.
  • the excited surface acoustic wave is propagated along the line of intersection between the crystal plane (111) and the surface, and the line of intersection is the maximum perimeter of the surface.
  • another surface acoustic wave device also includes:
  • a three-dimensional substrate having a surface including at least a part of an annular curved surface having a continuous curved surface through which surface acoustic waves can propagate;
  • An electroacoustic transducer that excites the surface acoustic wave on the surface, propagates the surface acoustic wave along the surface, and can receive the surface acoustic wave propagating on the surface;
  • the three-dimensional substrate is a Li B O crystal
  • the electroacoustic transducer on the surface of the three-dimensional substrate is made of LiBO crystal.
  • the excited surface acoustic wave propagates along the line of intersection between the crystal plane and the surface, the normal of which is the direction perpendicular to the C crystal axis, and the line of intersection becomes the maximum outer perimeter of the surface. It is characterized by
  • still another surface acoustic wave element further includes: a surface including at least a part of an annular curved surface having a continuous curved surface through which a surface acoustic wave can propagate. Having a three-dimensional substrate;
  • An electroacoustic transducer that excites the surface acoustic wave on the surface, propagates the surface acoustic wave along the surface, and is capable of receiving the surface acoustic wave propagating on the surface.
  • the three-dimensional substrate is Li B ⁇ crystal
  • the electroacoustic transducer on the surface of the three-dimensional substrate is made of LiBO crystal.
  • the excited surface acoustic wave propagates along an intersection line between the crystal plane and the surface, the normal of which is a direction inclined between 30 ° and 40 ° in an arbitrary direction from the C crystal axis, and
  • the intersection line is the maximum outer circumference of the surface
  • a surface acoustic wave device includes:
  • a three-dimensional substrate having a surface including at least a part of an annular curved surface having a continuous curved surface through which surface acoustic waves can propagate;
  • An electroacoustic transducer that excites the surface acoustic wave on the surface, propagates the surface acoustic wave along the surface, and can receive the surface acoustic wave propagating on the surface.
  • the three-dimensional substrate is a LiNbO crystal
  • the electroacoustic transducer on the surface of the three-dimensional substrate is made of LiNbO crystal.
  • another surface acoustic wave device also includes:
  • a three-dimensional substrate having a surface including at least a part of an annular curved surface having a continuous curved surface through which surface acoustic waves can propagate;
  • An electroacoustic transducer that excites the surface acoustic wave on the surface, propagates the surface acoustic wave along the surface, and can receive the surface acoustic wave propagating on the surface.
  • the three-dimensional substrate is a LiTaO crystal
  • the electroacoustic transducer on the surface of the three-dimensional substrate is made of LiTaO crystal.
  • the + Y axis which is the crystal axis, is rotated by 45 ° in one Z direction about the X axis as the center of rotation, and is aligned with the intersection of the crystal plane whose normal is the crystal axis defined by the crystal axis, and The excited surface acoustic wave is propagated, and the intersection line is the maximum outer peripheral line of the surface.
  • still another surface acoustic wave element further includes: a surface including at least a part of an annular curved surface having a continuous curved surface through which a surface acoustic wave can propagate. Having a three-dimensional substrate;
  • An electroacoustic transducer that excites the surface acoustic wave on the surface, propagates the surface acoustic wave along the surface, and can receive the surface acoustic wave propagating on the surface.
  • the three-dimensional substrate is quartz
  • the electroacoustic transducer propagates the excited surface acoustic wave along an intersection line between the crystal surface and the surface, the normal being the Y axis that is the crystal axis of quartz. And the intersection line is a maximum outer peripheral line of the surface, It is characterized by that.
  • an environment difference detecting apparatus includes a plurality of electroacoustic transducers along a plurality of intersections on the surface of the surface acoustic wave element described above.
  • a surface wave is excited and propagated, and the received surface acoustic wave is received and a received signal is output.Received signals output from a plurality of electroacoustic transducers are compared, and a plurality of surface acoustic waves propagate on the surface. It is characterized by detecting a difference in environment between a plurality of portions of a space where the plurality of portions touch each other.
  • a quasi-surface acoustic wave or a corridor wave that is excited and propagated by an electroacoustic transducer immediately below the surface of the crystalline material forming the three-dimensional base is also referred to as a surface acoustic wave.
  • a surface acoustic wave has been described.
  • an elastic wave propagating along the surface of a three-dimensional substrate having a different material in contact with the surface such as a boundary acoustic wave, which is not usually referred to as a surface acoustic wave
  • the elastic surface wave is used here. Described and referred to as waves.
  • This force expresses the crystal axis of LiTaO or quartz using +, one sign, and X, ⁇ , Z axes.
  • Such an expression is a well-known expression method for the crystal axis of the piezoelectric crystal.
  • the surface for transmitting the surface acoustic wave is provided.
  • a three-dimensional substrate with a Bi SiO crystal or Li BO crystal is provided.
  • the surface acoustic wave element can be easily mass-produced inexpensively by making the propagation line and the intersection line being the maximum outer peripheral line of the surface, and the force is always stable and good. It is possible to demonstrate performance.
  • a three-dimensional substrate having a surface through which a surface acoustic wave is propagated is made of LiNbO crystal, LiTaO crystal, or water.
  • the surface acoustic waves generated by the electroacoustic transducer along the line of intersection between the specific crystal plane of each crystal and the surface at the surface of each crystal.
  • intersection line By making the intersection line the maximum outer peripheral line of the surface, surface acoustic wave elements can be easily mass-produced inexpensively, and good surface acoustic wave propagation performance can always be stably exhibited. It is possible.
  • Surface treatment can be applied to control the conductivity in order to suppress noise generation during the production process or during use due to pyroelectricity.
  • the above-described surface acoustic wave element according to the present invention and the environment difference detecting apparatus according to the present invention using the above-described surface acoustic wave element according to the present invention for example, the above-described surface treatment is performed.
  • LiNbO crystals and LiTaO crystals which have been subjected to various treatments to control various physical properties and changed in composition ratio, such as lithium black niobate and lithium black tantalate,
  • each of the LiNbO crystal and the LiTaO crystal is magnetized.
  • the present invention does not exclude such crystals even if their composition ratios are changed or other elements are added as long as these crystal systems do not change.
  • the “transmitting / receiving section” described in the present invention for exciting and receiving a surface acoustic wave on the surface of a three-dimensional substrate has functions separated into a “transmitting section” and a “receiving section”. It can also be configured as two mutually independent parts. When the “transmitting part” and the “receiving part” are configured as mutually independent parts as described above, it becomes easy to design a drive circuit and a detection circuit for these parts.
  • a surface acoustic wave orbits the surface, Since the surface acoustic wave passes through the “transmission part” and “reception part” that are independent of each other, the propagation efficiency of the surface acoustic wave is independent of the “transmission part” and “reception part”. Although this is not the case, it is slightly lower than in the case, but there is no practical problem.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • the maximum perimeter line which is the reference for the propagation surface zone to be made, to one of the crystal planes of a group of LiBO crystals.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a range, a state of regulation, and a band preferred for arranging the electroacoustic transducer, and a band.
  • FIG. 3 shows a case where the surface acoustic wave propagates to the outer surface of the three-dimensional substrate when the entire three-dimensional substrate of the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention is formed of LiBO crystal.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a state defined along the line.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration in which the electro-acoustic transducer is disposed in the propagation surface zone of the three-dimensional substrate of the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention, with respect to the corresponding maximum outer peripheral line.
  • FIG. 3 schematically shows a preferred state of being arranged.
  • FIG. 5 shows that the electroacoustic transducer using the interdigital transducer with respect to the corresponding maximum outer peripheral line in the propagation surface zone of the three-dimensional substrate of the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the more preferable state arrange
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows an electroacoustic transducer on the pedestal of the three-dimensional base so that the surface acoustic wave element of FIG. 8 is arranged to face the propagation surface band on the outer surface of the three-dimensional base via a predetermined gap.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing a state in which is formed.
  • FIG. 10 schematically shows a surface acoustic wave device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a surface acoustic wave device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a case where surface acoustic waves are applied to the outer surface of a three-dimensional substrate when the entire three-dimensional substrate of the surface acoustic wave device according to the sixth embodiment of the present invention is formed of LiNbO crystal.
  • the maximum perimeter line which is the reference for the propagation surface zone to be propagated, is set to one of the three crystal planes of the LiNbO crystal.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state defined along one of the lines.
  • FIG. 13 shows the three-dimensional substrate in the + Z direction in order to show the three maximum outer peripheral lines that became the basis of the three propagation surface zones set on the outer surface of the three-dimensional substrate as shown in FIG. It is the schematic which looked at the force Z direction.
  • FIG. 14 is a diagram showing a case where surface acoustic waves are applied to the outer surface of a three-dimensional substrate when the entire three-dimensional substrate of the surface acoustic wave device according to the sixth embodiment of the present invention is formed of LiNbO crystal.
  • the maximum perimeter line that becomes the reference of the propagation surface zone to be propagated is defined by three other crystal planes of LiNbO crystal.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state of definition and regulation along one of them.
  • FIG. 15 shows the three-dimensional substrate as shown in FIG. 14 in order to show the three maximum outer peripheries that became the reference of another three propagation surface zones defined on the outer surface of the three-dimensional substrate. It is the schematic which looked at the Z direction force direction.
  • FIG. 16 shows an electroacoustic transducer arranged at a corresponding maximum outer peripheral line in a propagation surface band of a three-dimensional substrate of a surface acoustic wave element according to a sixth embodiment of the present invention. It is a figure which shows a preferable state schematically.
  • FIG. 17 is a diagram showing electric acoustic conversion by a IDT electrode with respect to a corresponding maximum outer peripheral line in a propagation surface band of a three-dimensional substrate of a surface acoustic wave device according to a sixth embodiment of the present invention. It is a figure which shows schematically the more preferable state in which an element is arrange
  • FIG. 18 shows the outer surface of the three-dimensional substrate when the entire three-dimensional substrate of the surface acoustic wave device is formed of LiTaO crystal according to the first modification of the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state defined along one of the crystal planes of FIG.
  • Figure 19 shows three propagation surfaces defined on the outer surface of the three-dimensional substrate as in Figure 18.
  • FIG. 3 is a schematic view of a three-dimensional substrate viewed from the + Z direction to the 1Z direction in order to show three maximum outer peripheral lines serving as a reference of a band.
  • FIG. 20 is a view showing a case where the entire surface of a three-dimensional substrate of a surface acoustic wave element is formed of quartz in accordance with a second modification of the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing a state where a maximum outer peripheral line serving as a reference of a propagation surface band for propagating a surface wave is defined along one of three crystal planes of quartz.
  • FIG. 21 shows that the three-dimensional substrate is moved in the + Z direction in order to show the three maximum outer peripheries that are the basis of the three propagation surface zones defined on the outer surface of the three-dimensional substrate as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic view in the force Z direction.
  • FIG. 22 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to a modification of the seventh embodiment in FIG.
  • FIG. 24 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 shows an electroacoustic transducer mounted on a pedestal of a three-dimensional substrate such that the surface acoustic wave device of FIG. 25 is disposed to face a propagation surface band on the outer surface of the three-dimensional substrate via a predetermined gap.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view schematically showing a state in which is formed.
  • FIG. 27 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to a tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an appearance of a surface acoustic wave device 10 according to the first embodiment.
  • This elastic surface acoustic wave element 10 has at least an annular shape in which a curved surface through which a surface acoustic wave can propagate is continuous.
  • a three-dimensional substrate 12 having a surface including a propagation surface band 12a formed by a part of a curved surface; and exciting the surface acoustic wave to the propagation surface band 12a, causing the surface acoustic wave to propagate along the propagation surface band 12a, and And an electroacoustic conversion element 14 capable of receiving the surface acoustic wave propagating to 12a.
  • the propagation surface zone 12a has a dimension in the width direction W for simplicity of the drawing.
  • the surface of the three-dimensional substrate 12 has an elastic surface in the direction in which the propagation surface zone 12a is continuous in an annular shape.
  • the surface acoustic wave may have a constant dimension in the width direction W as shown in Fig. 1, or the dimension in the width direction W may repeat diffusion and contraction. is there.
  • the surface acoustic wave propagating in the propagation surface zone 12a it is practically desirable for the surface acoustic wave propagating in the propagation surface zone 12a to propagate at a desired distance from the electroacoustic transducer 14 or at least 80% or more of energy per orbit. It is rare.
  • the three-dimensional substrate 12 is entirely spherically shaped by LiBO crystals.
  • the propagation surface zone 12a is annularly continuous on the spherical surface of the three-dimensional substrate 12.
  • the propagation surface zone 12a is continuous along the maximum outer peripheral line 12b of the three-dimensional substrate 12, and preferably includes the maximum outer peripheral line 12b within the range of the propagation surface zone 12a.
  • the maximum outer peripheral line 12 b on the outer surface of the three-dimensional base 12 is, as shown in FIG. 2, a C crystal axial force of the Li BO crystal in any direction. Crystal axis
  • the intersection of the crystal plane normal to CA and the outer surface of the 3D substrate 12 Matches the line. That is, the outermost peripheral line 12b along the propagation surface zone 12a on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 extends on one crystal plane of the LiBO crystal.
  • a maximum outer peripheral line 12b along which the propagation surface zone 12a is continuous can be defined as follows.
  • the maximum outer peripheral line 12b on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 is defined as a crystal plane having a normal CB in a direction CB orthogonal to the C crystal axis of the LiBO crystal.
  • the actual width of a surface acoustic wave propagating on the surface of the three-dimensional substrate 12 in a direction orthogonal to the propagation direction along the surface is determined by, for example, the surface. It can be visually estimated from the fact that the surface acoustic wave does not propagate at the portion where the water droplet adheres to the surface where the water droplet adheres.
  • the effective width of the interdigital transducer ie, the surface of the three-dimensional substrate
  • the interdigital transducer can excite a surface acoustic wave and propagate it in a desired direction, and can receive the surface acoustic wave propagated on the surface.
  • the dimension of the effective width is smaller than that of the desired surface area (indicated by reference numeral 12a in FIG. 1) where the surface acoustic wave propagates.
  • a portion other than the propagation surface zone 12a on which the elastic surface wave excited by the electroacoustic transducer 14 propagates is supported by a support 18 via a support arm 16. I have.
  • the propagation surface zone 12a should not be in contact with anything except the electroacoustic transducer 14. Therefore, in this embodiment, the surface acoustic wave transmitted through the propagation surface band 12a and received by the electroacoustic conversion element 14 is used for exciting the surface acoustic wave to the electroacoustic transducer 14 in the propagation surface band 12a.
  • the electroacoustic transducer control unit 20 for receiving from the acoustic transducer 14 is provided on the outer surface of the three-dimensional base 12 from the electroacoustic transducer 14 by a lead wire extending over a region other than the propagation surface zone 12a. Connected to conversion element 14.
  • the electroacoustic transducer control unit 20 includes, for example, an impedance matching circuit 20a, a circulator 20, a transmitter 20c including a high-frequency power supply, an amplifier 20d, and a digital oscilloscope 20e as shown in FIG. Note that instead of the transmitter 20c
  • a communication antenna can also be used.
  • the electro-acoustic transducer 14 has an orientation MD in which the density of the surface acoustic wave energy excited in the propagation surface zone 12a flows to the maximum, with respect to the maximum outer peripheral line 12b. It is preferable that it is configured to be within ° C. This angle is more preferably within 10 °, even more preferably within 5 °. This means that the surface acoustic wave excited in the propagation surface zone 12a by the electroacoustic transducer 14 keeps 80% or more of the energy along the maximum outer circumference 12b on the outer surface of the three-dimensional substrate 12, for example, every round. If it is possible to orbit with such a small attenuation rate, it may tend to diffuse from the maximum outer line 12b rather than the width immediately after excitation as it propagates, but it must be within the above angle range Is preferred, which means that.
  • the term "along the maximum outer circumference" described in the present invention means that when the surface acoustic wave circulates or propagates along the propagation path, the direction in which the density of the surface acoustic wave energy flows is the maximum. It is preferably within 20 °, more preferably within 10 °, even more preferably within 5 ° with respect to the maximum outer circumference.
  • the electroacoustic transducer 14 is formed directly on the outer surface of the three-dimensional base 12 within the range of the transmission surface zone 12a.
  • the electroacoustic transducer 14 is an interdigital electrode 22 such as a comb electrode, for example, and is formed on the outer surface by various known methods such as vapor deposition, printing, sputtering, and sol-gel method. Can be formed directly.
  • the electroacoustic transducer 14 When the electroacoustic transducer 14 is formed of the interdigital transducers 22, the interdigital transducers 22, as well shown in FIG.
  • a line orthogonal to the transmitting / receiving portion (the portion of the effective width described above) that excites the surface acoustic wave and can receive the surface acoustic wave propagating in the propagation surface band 12a along the outer surface of the three-dimensional substrate 12 is propagated.
  • the surface belt 12a is configured so as to be included in a range of 10 ° or less with respect to the corresponding maximum outer peripheral line 12b along which the surface band 12a extends.
  • each terminal (line element) 22a of the pattern of the interdigital electrode 22 extends along the maximum outer peripheral line 12b. It means that it is preferable that the orthogonal line OL extending along the outer surface of the propagation surface zone 12a with respect to the part that overlaps in the different directions) is within 10 ° of the maximum outer peripheral line 12b. are doing.
  • the reason is that the electroacoustic transducer 14 is moved to the azimuth MD at which the density of the energy of the surface acoustic wave excited in the propagation surface zone 12a is maximized. For the same reason that it is preferable to configure it so that it is within 20 ° of line 12b
  • the arrangement period P of the plurality of terminals 22a (see FIG. 5) of the pattern of the interdigital electrode 22 in the direction along the maximum outer peripheral line 12b may be 1Z10 or less of the radius of curvature of the maximum outer peripheral line 12b. preferable.
  • the array period P corresponds to the length of one wavelength (ie, oscillation period) of the surface acoustic wave excited by the IDT 22.
  • the wavelength of the surface acoustic wave (that is, the arrangement period P of the plurality of terminals 22a of the pattern of the interdigital electrode 22) is the radius of curvature of the maximum outer peripheral line 12b included in the propagation surface zone 12a in which the surface acoustic wave propagates.
  • the surface band 12a is constituted by a part of a spherical surface as in this embodiment, if the radius is larger than 1/10 of the radius of the spherical surface, the geometrical shape of the curved propagation surface band 12a is obtained. The function of suppressing the diffusion of the surface acoustic wave propagating in the propagation surface zone 12a is weakened.
  • the curvature of the maximum outer peripheral line 12b included in the propagation surface body 12a The radius must be preset to satisfy the above relationship with the wavelength.
  • the transmitting / receiving portion of the electroacoustic transducer 14 capable of exciting the surface acoustic wave to the outer surface of the two-dimensional substrate 12 and propagating the surface acoustic wave along the outer surface and receiving the surface acoustic wave propagating on the outer surface is a three-dimensional substrate. It has also been found that it is preferable to arrange the outer surface of 12 so as to include a part of the intersection line (maximum outer peripheral line 12b). With such an arrangement, the transmitting and receiving portion of the electroacoustic transducer 14 can further enhance the efficiency of exciting and receiving surface acoustic waves.
  • the three-dimensional substrate 12 is formed of LiBO crystals as described above.
  • the transmitting and receiving unit is further disposed on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 in a band AA indicating between 75 ° and 105 ° in an arbitrary direction from the C axis as shown in FIG. Has also been found to be more desirable.
  • the C axis corresponds to the earth axis on the earth
  • the maximum outer perimeter line 12b defined as shown in FIG.
  • the zone AA defined as shown in Figure 2 corresponds to a strip extending continuously along the equator between the 15 ° N and 15 ° N latitudes.
  • FIG. 2 shows only a portion of the band AA that can be seen on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 in order to prevent the drawing from being complicated, I can't see it.
  • the surface acoustic wave device according to this modification is made of the LiBO crystal of the first embodiment.
  • the formed three-dimensional substrate 12 is formed in a spherical shape by using BiSiO crystals. This
  • the method of defining the maximum outer peripheral line 12b on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 is also different from the case of the three-dimensional substrate 12 formed of the LiBO crystal of the first embodiment.
  • the other configuration is the same as the configuration of the surface acoustic wave device according to the first embodiment.
  • the whole is formed of Bi SiO crystal.
  • the outermost peripheral line 12b on the outer surface of the two-dimensional substrate 12 is defined by the crystal plane (111) of the BiSiO crystal.
  • the surface acoustic wave propagates along the one crystal plane on the outer surface of the three-dimensional substrate 12, the surface intersects the crystal plane as in the case of the crystal plane of the first embodiment. Since the energy of the surface acoustic wave is not greatly diffused in the direction, the surface acoustic wave can be most efficiently propagated on the outer surface of the three-dimensional substrate 12.
  • the surface acoustic wave element 30 of this embodiment the surface acoustic wave element 10 according to any one of the first embodiment and the modified example described above is provided on the outer surface of the three-dimensional base 12 as described above.
  • An electroacoustic transducer 14 is formed as described above at a portion of each of the plurality of propagable surface zones 12a that can be defined and at a portion that does not intersect with another propagating surface zone 12a. It is connected to the electroacoustic transducer control unit 20 described above.
  • the propagation surface zone 12a shows only a portion that can be seen on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 in order to prevent the drawing from being complicated.
  • the surface is not visible on the surface, and the part is continuously annular along the maximum outer circumference 12b.
  • the three-dimensional substrate 12 is formed of LiBO crystal as described above.
  • the surface acoustic wave is excited on the outer surface of the three-dimensional substrate 12, the surface acoustic wave is propagated along the outer surface, and the transmitting / receiving portion of the electroacoustic transducer 14 capable of receiving the surface acoustic wave propagating on the outer surface.
  • the transmitting and receiving portion of the electroacoustic transducer 14 can enhance the efficiency of exciting and receiving the surface acoustic wave.
  • the three-dimensional substrate 12 is formed of LiBO crystals as described above.
  • the electroacoustic transducer 14 is used.
  • the transmitting / receiving unit is further disposed on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 in a band AA indicating between 75 ° and 105 ° in an arbitrary direction from the C axis as shown in FIG. Is more preferable.
  • the three-dimensional base 12 is not shown at a position other than the plurality of propagation surface zones 12a and the zones AA where the electroacoustic transducers 14 are formed on the outer surface of the three-dimensional base 12.
  • the supporting member 32 for supporting the pedestal on some kind is fixed.
  • the surface acoustic wave device 30 according to the second embodiment having the above-described configuration is different from the surface acoustic wave device 10 according to any one of the first embodiment and the modification. Better when used as an environmental difference detector. The reasons are as follows.
  • one electroacoustic transducer 14 and one electroacoustic transducer control unit 20 connected thereto are not used.
  • some physical change for example, expansion or contraction of the three-dimensional substrate 12 due to a change in the temperature of the external environment
  • the surface acoustic wave element 10 due to the influence, the surface acoustic wave propagating in the propagation surface band 12a.
  • the plurality of propagation surface zones 12 a on which the electroacoustic transducer 14 is formed on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 are formed. At least one of the propagation surface zones 12a is isolated from the external environment in which the change is intended to be detected, and at least one of the remaining propagation surfaces in the plurality of propagation surface bands 12a forming the electroacoustic transducer 14 is formed. Band 12a is configured to contact the external environment.
  • the signal received from the electroacoustic transducer control unit 20 corresponding to the electroacoustic transducer 14 on the propagation surface zone 12a isolated from the external environment Indicates a physical change of the surface acoustic wave element 10 due to a change in the external environment, and corresponds to a change from the electroacoustic transducer 14 of the remaining at least one propagation surface zone 12a in contact with the external environment.
  • the signal received by the above-described electroacoustic transducer control unit 20 indicates a change in the external environment in addition to a physical change in the surface acoustic wave element 10 accompanying a change in the external environment.
  • the three-dimensional base 12 has a concave portion or a hollow portion, and the inner surface 12c of the concave portion or the hollow portion has a surface acoustic wave.
  • the propagation surface includes a propagation surface zone 12a in which the curved surface capable of propagating is annularly continuous.
  • FIG. 7 shows a three-dimensional substrate 12 having a through hole, which is a kind of hollow part.
  • the three-dimensional substrate 12 is entirely made of LiBO crystal or BiSi crystal as in the case of the three-dimensional substrate 12 of the first embodiment and its modification. And the above An intersection of at least one of a plurality of crystal planes specific to the type of crystal forming the three-dimensional substrate 12 on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 according to the first embodiment and its modification, and the outer surface Similarly to the case in which the maximum outer peripheral line 12b as a reference along which the propagation surface zone 12a extends is defined, the three-dimensional substrate 12 of the surface acoustic wave element 40 according to the third embodiment has a three-dimensional structure.
  • At least one maximum outer peripheral line 12b is defined as a reference along which the propagation surface zone 12a extends along the intersection of at least one of a plurality of crystal planes specific to the type of crystal forming the base 12 and the inner surface. ing.
  • the propagation surface zone 12a is defined so as to extend continuously along the maximum outer peripheral line 12b on the inner surface.
  • the manner of defining the propagation surface zone 12a on the inner surface of the three-dimensional substrate 12 according to this embodiment depends on the propagation surface zone 12a on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 according to the first embodiment and its modification. It is the same as the regulation. Therefore, the maximum outer peripheral line 12b is preferably included within the range of the propagation surface zone 12a on the inner surface.
  • the surface acoustic wave is also propagated along the maximum outer perimeter line 12b within the range of the propagation surface band 12a without greatly attenuating the propagation surface band 12a on the inner surface of the three-dimensional base 12 of this embodiment.
  • the electro-acoustic transducer 14 is formed as described above, and the electro-acoustic transducer 14 is connected to the electro-acoustic transducer control unit 20 described above.
  • the shape of the portion other than the propagation surface zone 12a is arbitrary as long as the propagation surface zone 12a is defined by the above-described predetermined method.
  • the surface acoustic wave device 40 of this embodiment is excited by the electroacoustic transducer 14 into the propagation surface band 12a and attenuates the propagation surface band 12a while maintaining an energy of, for example, 80% or more per revolution.
  • Surface wave force propagating without any change in response to various changes in the fluid (gas or fluid) passing through the inner space of the through hole, which is the environment where the propagation surface zone 12a contacts the inner surface of the three-dimensional substrate 12. Is received as an electrical signal by the electro-acoustic transducer control unit 20 via the electro-acoustic transducer 14, whereby a change in the environment, that is, a difference, can be detected.
  • the crystal having the three-dimensional base 12 formed on the inner surface thereof is formed.
  • An electroacoustic transducer 14 to which the above-described electroacoustic transducer control unit 20 is connected is formed at each of the plurality of propagation surface zones 12a along the outer peripheral line 12b, except for the intersection with the other propagation surface zones 12a. You can do it.
  • the device similarly to the surface acoustic wave element 30 according to the second embodiment described above with reference to FIG. 6, the device may be used as an environment difference detection device capable of detecting environment differences more precisely. Can be done.
  • the three-dimensional base 12 is formed of LiBO crystal as described above.
  • the transmitting / receiving portion of the conversion element 14 includes a part of the intersection (the maximum outer peripheral line 12b) on the inner surface of the three-dimensional substrate 12. With such an arrangement, the transmitting and receiving portion of the electroacoustic transducer 14 can enhance the efficiency of exciting and receiving the surface acoustic wave.
  • the three-dimensional substrate 12 is formed of LiBO crystals as described above.
  • the electroacoustic transducer 14 is used.
  • the transmission / reception unit is further disposed on the inner surface of the three-dimensional substrate 12 in a band AA indicating an angle between 75 ° and 105 ° in an arbitrary direction from the C axis as shown in FIG. Is more preferable.
  • the surface acoustic wave device 50 according to the fourth embodiment has a Li BO crystal or a Bi Si ⁇ crystal as a whole, like the three-dimensional substrate 12 of the first embodiment and its modification.
  • It has a spherical three-dimensional substrate 12 formed in the form of 2 4 7 12 20.
  • a spherical three-dimensional substrate 12 formed in the form of 2 4 7 12 20.
  • On the outer surface of the three-dimensional substrate 12 at least one of a plurality of intersecting lines between the plurality of crystal faces of the material of the three-dimensional substrate 12 and the outer surface is defined as a maximum outer peripheral line 12b, and a circle is formed along the maximum outer peripheral line 12b.
  • An annularly continuous propagation surface zone 12a is defined.
  • the propagation surface zone 12a of the first embodiment preferably has a maximum outer periphery within the range of the propagation surface zone 12a. Includes line 12b.
  • the surface acoustic wave element 50 of this embodiment is different from the surface acoustic wave element 10 of the first embodiment and the modified example in that the propagation surface zone 12a on the outer surface of the three-dimensional substrate 12
  • An electroacoustic transducer 14 that excites the surface acoustic wave and propagates the excited surface acoustic wave along the maximum outer circumference 12b within the propagation surface zone 12a is a propagation surface zone 12a on the outer surface of the three-dimensional substrate 12. Is not formed directly.
  • the electroacoustic transducer 14 is formed in the propagation surface band facing region 52a of the pedestal 52 having the surface band facing region 52a.
  • the dimensions and arrangement of the electro-acoustic transducer 14 with respect to the propagation surface zone 12a are determined in the case where the electro-acoustic transducer 14 is directly formed on the propagation surface zone 12a in the surface acoustic wave element 10 of the first embodiment or the modification. Is the same as
  • the predetermined gap S is determined by the arrangement period P of a plurality of line elements (terminals) of the interdigital electrode 22 (FIG. 5). It is preferably less than one-fourth of the above. If the predetermined gap S is equal to or more than a quarter of the arrangement period P (see FIG. 5), the electroacoustic transducer 14 always applies a desired surface acoustic wave to the propagation surface band 12a on the outer surface of the three-dimensional substrate 12. It becomes difficult to reliably excite.
  • the surface acoustic wave device 50 according to the fourth embodiment can be used in the same manner as the three-dimensional base 12 of the first embodiment and its modification.
  • the electro-acoustic transducer 14 faces the propagation surface zone 12a on the outer surface of the three-dimensional base 12 via the predetermined gap S, the propagation surface zone on the outer surface of the three-dimensional base 12 also increases.
  • the electroacoustic transducer 14 directly formed on the propagation surface zone 12a is excited by the electroacoustic transducer 14 into the propagation surface zone 12a and propagates.
  • the crystal having the three-dimensional base 12 formed on the outer surface is formed.
  • the propagation surface band facing region 52a of the pedestal 52 faces the propagation surface band facing region 52a.
  • the electro-acoustic transducer 14 facing through the gap S can be formed.
  • the device similarly to the surface acoustic wave device 30 of the second embodiment described above with reference to FIG. 6, the device may be used as an environment difference detection device capable of detecting environment differences more precisely. Can be done.
  • the transmitting / receiving portion of the conversion element 14 is arranged on the outer surface of the three-dimensional base 12 so as to include a part of the intersection (the maximum outer peripheral line 12b). With such an arrangement, the transmitting and receiving portion of the electro-acoustic transducer 14 can enhance the efficiency of exciting and receiving the surface acoustic wave.
  • the three-dimensional substrate 12 is formed of LiBO crystals as described above.
  • the electroacoustic transducer 14 is used.
  • the transmitting / receiving unit is further disposed on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 in a band AA indicating between 75 ° and 105 ° in an arbitrary direction from the C axis as shown in FIG. Is more preferable.
  • the surface acoustic wave device 60 has a three-dimensional base having a hemispherical shape.
  • Body 12 ', and the outer surface of the three-dimensional base 12' includes a propagation surface zone 12'a formed by at least a part of an annular curved surface in which a curved surface through which surface acoustic waves can propagate is continuous.
  • the hemispherical three-dimensional base 12 ' is entirely made of LiBO crystal or BiSi ⁇ crystal, similarly to the three-dimensional base 12 of the first embodiment and its modification. .
  • the maximum perimeter line 12b as a reference for continuously extending the propagation surface body 12a is defined at the intersection with the third line
  • the third order of the surface acoustic wave element 60 according to the fifth embodiment is specified.
  • the propagation surface is aligned with the intersection of at least one of a plurality of crystal planes specific to the type of crystal forming the three-dimensional substrate 12 'on the hemispherical outer surface of the original substrate 12' and the outer surface.
  • At least one maximum perimeter 1 is defined as a reference for the body 12'a to follow along continuously.
  • the maximum outer peripheral line 12'b is included in the range of the propagation surface zone 12'a.
  • the method of defining the maximum outer peripheral line 12 ′ b serving as a reference along the propagation surface zone 12 ⁇ on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 ′ according to the first embodiment and the first embodiment described above This is the same as the method of defining the maximum outer peripheral line 12b on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 of the modification.
  • the surface acoustic wave is also applied to the propagation surface zone 12'a on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 'of this embodiment along the maximum outer peripheral line 12'b within the range of the propagation surface zone 12'a.
  • the electro-acoustic transducer 14 is directly formed so as to maintain and propagate at least 80% or more of the energy, and the electro-acoustic transducer 14 is connected to the electro-acoustic transducer control unit 20 described above.
  • the elasticity table that is excited by electro-acoustic transducer 14 within the propagation surface zone 12'a and propagates along the maximum outer peripheral line 12'b within the propagation surface zone 12'a is used.
  • a surface acoustic wave reflector 62 is formed at a position away from the electroacoustic transducer 14 in the propagation direction of the surface wave.
  • the surface acoustic wave reflector 62 transmits a surface acoustic wave that has propagated from the electroacoustic transducer 14 to the surface acoustic wave reflector 62 in the propagation surface band 12 ⁇ . a is reflected toward the electroacoustic transducer 14 along the same path.
  • the outer surface may have any shape other than the propagation surface band 12'a as long as the propagation surface band 12'a is defined by the above-described predetermined method.
  • the three-dimensional base 12 ' is supported by a pedestal, with portions other than the propagation surface zone 12'a not shown.
  • the surface acoustic wave device 60 of this embodiment is excited by the electroacoustic transducer 14 into the propagation surface band 12'a formed by at least a part of the annular curved surface, and greatly attenuates the propagation surface band 12'a.
  • the surface acoustic wave propagating without being carried out responds to various changes in the fluid (gas or fluid) contained in the external space, which is the environment where the propagation surface zone 12 ⁇ on the outer surface of the three-dimensional substrate 12 contacts.
  • the change is received as an electric signal by the electro-acoustic transducer control unit 20 via the electro-acoustic transducer 14, whereby the change in the environment, that is, the difference, can be detected.
  • a three-dimensional base 12 ′ is formed on the outer surface.
  • the electro-acoustic transducer 14 connected to the electro-acoustic transducer control unit 20 described above can be formed except for the intersection with the a.
  • a surface acoustic wave reflector 62 is provided at a position facing the electro-acoustic transducer 14 except for a portion where each of the plurality of propagation surface bands 12'a intersects with another propagation surface band 12'a.
  • the transmission / reception part of the electroacoustic transducer 14 is arranged on the outer surface of the three-dimensional base 12 'so as to include a part of the intersection (the maximum outer line 12'b). With such an arrangement, the transmitting and receiving portion of the electroacoustic transducer 14 can enhance the efficiency of exciting and receiving the surface acoustic wave.
  • the three-dimensional substrate 12 ' is formed of LiBO crystals as described above.
  • the transmitting and receiving unit of the electro-acoustic transducer 14 further includes 75 ° and 105 ° on the outer surface of the three-dimensional base 12 ′ in any direction from the C axis as shown in FIG. It is more preferable to be arranged in the band AA indicating between the two.
  • a hemispherical recess formed in a three-dimensional substrate 12 similarly to the surface acoustic wave device 40 according to the third embodiment described above with reference to FIG. 7, for example, a hemispherical recess formed in a three-dimensional substrate 12 Alternatively, a propagation surface zone 12'a consisting of at least a part of an annular curved surface with a maximum outer circumference 12'b on the inner surface of the cavity is defined, and such a propagation surface zone 12 is formed along the maximum outer circumference 12a.
  • the electroacoustic transducer 14 and the surface acoustic wave reflector 62 which are separated from each other and opposed to each other can be deformed to be installed.
  • the propagation surface band 12 can be formed on the above-mentioned pedestal (not shown) so as to face the propagation surface zone 12 via the predetermined gap S instead of forming the electroacoustic transducer 14 directly on 'a.
  • FIG. 11 shows the appearance of a surface acoustic wave device 110 according to the sixth embodiment.
  • the surface acoustic wave element 110 includes: a three-dimensional substrate 112 having a surface including a propagation surface zone 112a formed by at least a part of an annular curved surface in which a curved surface capable of transmitting a surface acoustic wave is continuous; An electroacoustic transducer 114 that excites a surface acoustic wave, propagates the surface acoustic wave along the propagation surface band 112a, and can receive the surface acoustic wave propagating to the propagation surface band 112a.
  • the propagation surface band 112a is drawn so that the dimension in the width direction W is uniform and constant in the direction in which the propagation surface band 112a is annularly continuous for simplification of the drawing.
  • the surface acoustic wave propagates in the direction in which the propagation surface zone 112a is annularly continuous on the surface of the three-dimensional substrate 112
  • the surface acoustic wave is as shown in FIG.
  • the dimension in the width direction W may be constant, or the dimension in the width direction W may repeat diffusion and contraction.
  • the surface acoustic wave propagating in the propagation surface zone 112a transmits the electroacoustic transducer element 114 at a desired distance or at least 80% or more energy per orbit. It is rare.
  • the three-dimensional substrate 112 is made of a trigonal LiNbO crystal as a whole.
  • the propagation surface zone 112a is annularly continuous on the spherical surface of the three-dimensional base 112.
  • the propagation surface zone 112a is continuous along the maximum outer circumference 112b of the three-dimensional base 112, and preferably includes the maximum outer circumference 112b within the range of the propagation surface zone 112a.
  • the maximum outer peripheral line 112b on the outer surface of the three-dimensional base 112 is defined by the + Y axis, which is one crystal axis of the LiNbO crystal, and the + Z direction with the X axis as the rotation center. At 20 °
  • the crystal plane having the normal to the specified crystal axis CA coincides with the intersection of the outer surface of the three-dimensional substrate 112. That is, the outermost peripheral line 112b along the propagation surface zone 112a on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 extends on one crystal plane of the LiNbO crystal.
  • the plane has three crystal axes defined by rotating these three crystal axes + Y by 20 ° in the + Z direction about the X axis as the center of rotation, and three crystal planes with the normal to CA 3D substrate 11 Assuming that the three intersecting lines with the outer surface 2 are the maximum outer peripheral line 112b, it is possible to define three continuous propagation surface zones 112a as described above along the three maximum outer peripheral lines 112b.
  • the whole is formed in a spherical shape by a trigonal LiNbO crystal.
  • the maximum outer peripheral line 112b along which the propagation surface zone 112a is continuous can be defined as follows.
  • the maximum outer peripheral line 112b on the outer surface of the three-dimensional base 112 is aligned with the + Y axis, which is one crystal axis of the LiNbO crystal, about the X axis as the rotation center.
  • Z direction is aligned with the + Y axis, which is one crystal axis of the LiNbO crystal, about the X axis as the rotation center.
  • the crystal plane with the specified crystal axis CB as a normal line coincides with the intersection line between the outer surface of the three-dimensional substrate 112 and the crystal plane.
  • the maximum outer peripheral line 112b extending along the outer surface of the three-dimensional substrate 112 and extending along the propagation surface zone 112a is the same as the three + Y axes described above in the LiNbO crystal with the X axis.
  • Crystal axis C rotated + 20 ° around + around
  • the surface acoustic wave propagates along the other one crystal plane on the outer surface of the three-dimensional substrate 112, it intersects with the other one crystal plane in the same manner as the above three crystal planes. Since the surface acoustic wave energy does not greatly diffuse in the direction in which the surface acoustic wave travels, the surface acoustic wave can be most efficiently propagated on the outer surface of the three-dimensional substrate 112.
  • one plane has three crystal axes + Y at 120 ° to each other. Therefore, on the spherical outer surface of the three-dimensional substrate 112 entirely formed of LiNbO crystal,
  • the three crystal axes defined by rotating these three crystal axes + Y by 26 ° in one Z direction about the X axis as the rotation center are three crystal planes and three-dimensional Assuming that three intersecting lines with the outer surface 112 of the base 112 are the maximum outer peripheral line 112b, it is possible to define three continuous propagation surface zones 112a as described above along the three maximum outer peripheral lines 112b. .
  • the LiNbO crystal forming the three-dimensional substrate 112 has a total of six crystal planes.
  • a total of six maximum outer lines 112b can be defined.
  • the actual width of the surface acoustic wave propagating on the surface of the three-dimensional base 112 in the direction orthogonal to the propagation direction along the surface is determined by, for example, the surface It can be visually estimated from the fact that the surface acoustic wave does not propagate at the portion where the water droplet adheres to the surface where the water droplet adheres.
  • the effective width of the interdigital transducer (that is, the surface of the three-dimensional substrate)
  • the interdigital transducer can excite a surface acoustic wave and propagate it in a desired direction, and can receive the surface acoustic wave propagated on the surface.
  • the dimension of the effective width is determined by the propagation surface zone (indicated by reference numeral 112a in FIG. 11) in which the surface acoustic wave propagates on the surface.
  • the elasticity becomes greater than 1.5 times the radius of curvature of the possessed curvature. Excitation and reception of surface waves Les been found that the efficiency that is greatly reduced, Ru.
  • a portion other than the propagation surface zone 112a on which the surface acoustic wave excited by the electroacoustic transducer 114 propagates is supported by the support base 118 via the support arm 116. .
  • the support base 118 In order to avoid any influence on the surface acoustic wave propagating in the propagation surface zone 112a, nothing is brought into contact with the propagation surface zone 112a except for the electroacoustic transducer 114.
  • the electro-acoustic transducer control unit 120 for receiving from the acoustic transducer 114 is connected to the outer surface of the three-dimensional base 112 from the electro-acoustic transducer 114 and is electrically connected to a lead wire extending over a region other than the propagation surface zone 112a. It is connected to the acoustic conversion element 114.
  • the electro-acoustic transducer control unit 120 includes, for example, an impedance matching circuit 120a, a circular oscillator 120b, a transmitter 120c including a high-frequency power supply, an amplifier 120d, and a digital oscilloscope 120e as shown in FIG. Have. Note that a high-frequency radio wave receiving antenna can be used instead of the transmitter 120c.
  • the electroacoustic transducer 114 has the azimuth MD at which the density of the flow of the energy of the surface acoustic wave excited in the propagation surface zone 112a reaches the maximum outer peripheral line 112b. Preferably, it is configured to be within 20 °.
  • This angle is more preferably within 10 °, even more preferably within 5 °.
  • the surface acoustic wave excited in the propagation surface band 112a by the electroacoustic transducer 114 keeps 80% or more of the energy along the maximum outer circumference 112b on the outer surface of the three-dimensional substrate 112, for example, every round. If it is possible to orbit with such a small attenuation rate, it may tend to diffuse from the maximum outer circumference 112b rather than the width immediately after excitation as it propagates, but it is preferable that it be within the above-mentioned angle range.
  • I mean I mean.
  • the term "along the maximum outer circumference" described in the present invention means that the direction in which the density of the surface acoustic wave energy flows becomes maximum when the surface acoustic wave propagates around or along the propagation path. It is preferably within 20 °, more preferably within 10 °, even more preferably within 5 ° with respect to the maximum outer circumference.
  • electroacoustic transducer 114 is formed directly on the outer surface of three-dimensional substrate 112 within the range of propagation surface zone 112a.
  • the electroacoustic transducer 114 is an interdigital electrode 122 such as a comb-shaped electrode, for example, and is formed on the outer surface by various known methods such as vapor deposition, printing, and sputtering sol-gel method. Can be formed directly.
  • the interdigital electrodes 122 are, as well shown in FIG.
  • a line perpendicular to the transmitting and receiving portion (the portion of the effective width described above) capable of exciting the surface acoustic wave and receiving the surface acoustic wave propagating to the propagation surface band 112a along the outer surface of the three-dimensional substrate 112 is formed by the propagation surface band.
  • it is configured to be included within a range of 10 ° or less with respect to the corresponding maximum outer peripheral line 112b along which 112a extends.
  • each terminal (line element) 122a of the pattern of the interdigital electrode 122 extends along the maximum outer peripheral line 112b).
  • the perpendicular line ⁇ L extending along the outer surface of the propagation surface zone 112a with respect to the part that overlaps in the I mean, I mean, I mean.
  • the electro-acoustic transducer 114 is moved in the direction MD where the energy flow density of the surface acoustic wave excited in the For the same reason, it is preferable that the angle be within 20 ° with respect to the line 112b.
  • the arrangement period P of the plurality of terminals 122a (see FIG. 17) of the pattern of the interdigital transducer 122 in the direction along the maximum outer peripheral line 112b is not more than lZ10 of the radius of curvature of the maximum outer peripheral line 112b. Is preferred.
  • the array period P corresponds to the length of one wavelength (ie, oscillation period) of the surface acoustic wave excited by the interdigital transducer 122.
  • the wavelength of the surface acoustic wave (ie, the arrangement period P of the plurality of terminals 122a of the pattern of the interdigital transducer 122) is determined by the radius of curvature of the maximum outer peripheral line 112b included in the propagation surface zone 112a in which the surface acoustic wave propagates.
  • the propagation surface zone 112a is constituted by a part of a spherical surface as in this embodiment, if the radius is larger than 1/10 of the radius of the spherical surface, the geometrical characteristics of the curved propagation surface zone 112a are obtained. However, the function of suppressing the surface acoustic wave propagating in the propagation surface zone 112a from diffusing is weakened.
  • the curvature of the maximum outer peripheral line 112b included in the propagation surface 112a is required.
  • the radius must be set in advance so as to satisfy the above relationship with the wavelength.
  • the arrangement period is preferably set to the above-described arrangement period.
  • the diameter of the three-dimensional substrate is 25.4 mm, and the IDT used as an electroacoustic transducer corresponds to the + X direction of the above crystal when viewed from the center of the three-dimensional substrate on the outer surface of the spherical three-dimensional substrate. Formed in position.
  • the IDT electrodes are formed on the outer surface of the three-dimensional substrate by depositing 1000 ⁇ of chrome or by depositing 1000 ⁇ of gold, and then the terminals (line elements) of the IDT pattern are As shown in the figure, the + Y axis of Li NbO crystal is rotated around the X axis by + 20 ° in the + Z direction.
  • Photolithography process so as to be orthogonal to the direction of orbiting on the spherical outer surface. Formed.
  • the arrangement period P of the terminals (wire elements) of the interdigital electrode pattern formed at this time is 0.532 mm, and a plurality of terminals (wire elements) each having a width of 0.133 mm are spaced apart by 0.133 mm.
  • the desired pulse voltage is applied between terminals (line elements) adjacent to each other.
  • the length of each overlapping portion of adjacent terminals (line elements) where an electric field is generated between them by application of the pulse voltage is 3.1 mm.
  • the present inventor actually created the outer surface of the spherical three-dimensional substrate of LiNbO crystal.
  • interdigital transducer used as the formed electroacoustic transducer
  • the functions or effects required by the present invention can be achieved on the outer surface of the three-dimensional substrate of the present invention, it is known now. Any of the known materials, dimensions and shapes of interdigital electrodes can be used.
  • the surface acoustic wave circulates at least 50 times or more at a speed of 58 m / s.
  • the inventor of the present application has also described that a spherical three-dimensional base of LiNbO crystal having the same diameter as described above.
  • Interdigital electrodes used as electroacoustic transducers at the same positions on the outer surface of the body as described above were also formed in the following manner, which is different from the above. That is, in this case, the IDTs are formed on the outer surface of the three-dimensional substrate by depositing 1000 ⁇ of chromium or by depositing 1000 ⁇ of gold on the outer surface of the three-dimensional substrate, and then forming the terminal of the IDT pattern ( Line element) rotates the + Y axis of the LiNbO crystal and the X axis as described above.
  • the surface acoustic wave circulates at least 50 times or more at an average speed of 3540 m / s on the outer surface of the three-dimensional substrate in the above-mentioned direction.
  • the two types of spherical surface acoustic wave elements configured as described above are located on the respective outer surfaces, and are separated from the interdigital transducer by 5 mm or more in a direction perpendicular to the above-mentioned circling direction.
  • the surface acoustic wave element of this modification is a trigonal LiNbO 3 of the sixth embodiment described above.
  • the three-dimensional substrate 112 made of three crystals is converted into a similar trigonal LiTaO crystal.
  • the shape is more spherical. Accordingly, the method of defining the maximum outer peripheral line 112b defined on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 is also the same as that of the trigonal LiNbO crystal of the sixth embodiment described above.
  • the other configuration is the same as the configuration of the surface acoustic wave device according to the sixth embodiment described above.
  • the whole is formed by the trigonal LiTaO crystal.
  • the maximum outer peripheral line 112b is defined as shown in FIG. 18, with one crystal axis of the LiTaO crystal, the + Y axis, and the X axis as the rotation center.
  • the direction is aligned with the intersection line of one crystal plane whose normal is the crystal axis CC rotated by 45 ° in the direction and the outer surface of the three-dimensional substrate 112. While the surface acoustic wave propagates along the single crystal plane on the outer surface of the three-dimensional base 112, the surface intersects the crystal plane similarly to the case of the crystal plane of the sixth embodiment. Since the surface acoustic wave energy does not greatly diffuse in the direction in which the surface acoustic wave travels, the surface acoustic wave can be propagated most efficiently on the outer surface of the three-dimensional substrate 112.
  • one plane has three crystal axes + Y at 120 ° to each other. Therefore, when the three intersecting lines defined as described above for these three crystal axes + Y are defined as the maximum outer peripheral line 112b, three continuous propagations along the three maximum outer peripheral lines 112b as described above are performed. It is possible to define a surface band 112a.
  • the surface acoustic wave device according to this modification is the same as the trigonal LiNbO3 according to the sixth embodiment described above.
  • the three-dimensional base 112 formed of three crystals is formed in a spherical shape by using a similar trigonal crystal. Accordingly, the method of defining the maximum outer circumferential line 112b defined on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 is also based on the trigonal LiNbO crystal of the sixth embodiment.
  • the outermost surface of the three-dimensional base 112 formed entirely of trigonal crystal is formed on the outer peripheral surface 112b, and As shown in FIG. 20, the crystal is aligned with the intersection of one crystal plane, which has one crystal axis CD, which is the CD + Y axis, as a normal, and the outer surface of the three-dimensional substrate 112.
  • the crystal surface is also similar to the crystal surface of the sixth embodiment described above. The direction of the surface acoustic wave energy Since one large diffusion does not occur, the surface acoustic wave can be propagated on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 most efficiently.
  • the crystal forming the three-dimensional base 112 is a trigonal system, as shown in FIG. 21, it has three crystal axes + Y forming 120 ° from each other in one plane. I have. Therefore, if the three intersecting lines defined as described above for these three crystal axes + Y are defined as the maximum outer peripheral line 112b, the three propagation tables continuous as described above along the three maximum outer peripheral lines 112b will be described. It is possible to define the area 112a.
  • the electroacoustic transducer is provided on the outer surface of the three-dimensional base 112 of the surface acoustic wave device 110.
  • the surface acoustic wave excited by the element 114 has a circular propagation surface band 112a within the range of the propagation surface band 112a which is annularly continuous on the outer surface along the maximum outer peripheral line 112b defined as described above.
  • the three-dimensional substrate 112 of the surface acoustic wave element 110 may have any arbitrary shape other than the propagation surface band 112a.
  • the three-dimensional substrate 112 can have a ring-like donut shape, a barrel shape, a rugby ball shape, or a disk shape having an annular propagation surface band 112a on the outer surface.
  • the fluid (gas or fluid) filled in the space in contact with the propagation surface zone 112a If there is any change (that is, if there is any change force S in the external environment where the propagation surface band 112a is in contact), the propagation speed of the surface acoustic wave propagating in the propagation surface band 112a and the propagation time required per cycle Changes. That is, the surface acoustic wave element 110 can be used as an environment difference detecting device for detecting a change or a difference in the external environment.
  • Electroacoustic transducers 114 are formed as described above at portions that do not intersect with other propagation surface zones 112a, and each electroacoustic transducer 114 is connected to the aforementioned electroacoustic transducer control unit 120.
  • the three-dimensional base 112 is not shown at a position where the plurality of propagation surface zones 112a on which the electroacoustic transducer 114 is formed are removed from the outer surface of the three-dimensional base 112.
  • a support member 132 for supporting the pedestal is fixed.
  • the surface acoustic wave device 130 according to the seventh embodiment having the above-described configuration is provided with the surface acoustic wave device according to any of the sixth embodiment and the first and second modifications. Compared with the element 110, it is superior when used as an environmental difference detection device. The reasons are as follows.
  • the plurality of propagation surface zones 112 a on which the electroacoustic transducer 114 is formed on the outer surface of the three-dimensional base 112 are formed. At least one of the propagation surface zones 112a intended to detect a change is separated from at least one of the propagation surface zones 112a, and a plurality of propagation surface zones 11 on which the electroacoustic transducer 114 is formed. The remaining at least one propagation surface zone 112a in 2a is configured to contact the external environment.
  • the signal received by the electroacoustic transducer control unit 120 corresponding to the above from the electroacoustic transducer 114 on the propagation surface zone 112a isolated from the external environment Indicates the physical change of the surface acoustic wave element 110 due to the change of the external environment, and corresponds to the change from the electroacoustic transducer 114 of the remaining at least one propagation surface zone 112a in contact with the external environment.
  • the signal received by the above-described electroacoustic transducer control unit 120 indicates a change in the external environment in addition to a physical change in the surface acoustic wave element 110 accompanying a change in the external environment.
  • the signal received by the aforementioned electro-acoustic transducer control unit 120 corresponding to the electro-acoustic transducer 114 of the remaining at least one propagation surface zone 112a in contact with the external environment By subtracting the signal received by the corresponding electro-acoustic transducer control unit 120 from the electro-acoustic transducer 114 on the propagation surface zone 112a, which is isolated from the external environment, Only environmental changes can be detected.
  • FIG. 23 shows a modification of the surface acoustic wave device 130 according to the seventh embodiment described with reference to FIG.
  • a common excitation electroacoustic transducer 114 ′ common to the plurality of propagation surface zones 112 a is formed in the intersection region of the plurality of propagation surface zones 112 a on the outer surface of the three-dimensional base 112. .
  • the common excitation electro-acoustic transducer 114 ' is connected to the common excitation electro-acoustic transducer control unit 120', and the common excitation electro-acoustic transducer control unit 120 'propagates the common excitation electro-acoustic transducer 114' through a plurality of channels. Control is performed such that surface acoustic waves having the same frequency are simultaneously excited and propagated in the surface band 112a.
  • a receiving electro-acoustic transducer 114 " is formed at a position that does not overlap each other in each of the plurality of propagation surface bands 112a. Connected to the acoustic conversion element control unit 120 ", and each reception electric The acoustic conversion element control unit 120 "is connected to signal difference detection means 124 for detecting a difference between received signals.
  • the plurality of receiving electroacoustic transducers 114 "receive the surface acoustic waves from the plurality of propagation surface bands 112a at the same time.
  • a foreign substance such as a liquid comes into contact with any one of the propagation surface bands 112a due to a change in the environment of the adjacent external space portion
  • the propagation speed of the surface acoustic wave in the remaining plurality of propagation surface bands 112a that are not in contact with the foreign matter The signal difference detection means 124 connected via the electroacoustic transducer control unit 120 can know the degree of the change in the environment of the above-mentioned external space.
  • one common excitation electro-acoustic transducer 114 ' is formed for a plurality of propagation surface zones 112a, and a corresponding plurality of receiving electro-acoustic transducers 114 ⁇ are provided. Since it is formed, one common excitation electro-acoustic transducer control unit 120 ′ for one common excitation electro-acoustic transducer 114 ′, and a plurality of The receiving electro-acoustic transducer control units 120 to are provided.
  • circuit design of the common excitation electro-acoustic element control unit 120 ′ and the plurality of reception electro-acoustic transducer control units 120 ′ ′ of such a modification is shown in FIG. Circuits of a plurality of transmission / reception control electro-acoustic transducers provided for a plurality of transmission / reception electro-acoustic transducers 114 with respect to a plurality of propagation surface bands 112a of the seventh embodiment. It is much easier than designing.
  • the three-dimensional base 112 has a concave portion or a hollow portion, and the inner surface 112c of the concave portion or the hollow portion has the elastic surface.
  • a curved surface through which waves can propagate includes a propagation surface zone 112a that is continuous in an annular shape.
  • Figure 24 shows the hollow A three-dimensional substrate 112 having a kind of through hole is shown.
  • the three-dimensional substrate 112 is the same as that of the above-described sixth embodiment and the first or second modified example thereof.
  • the whole is made of LiNbO crystal, LiTaO crystal, or quartz
  • the elastic surface acoustic wave device has been defined in the same manner as the maximum outer peripheral line 112b serving as a reference along which the propagation surface zone 112a extends along the line of intersection of at least one of the outer surfaces.
  • a propagation surface zone 112a is defined so as to extend continuously along the maximum outer peripheral line 112b on the inner surface.
  • the manner of defining the propagation surface zone 112a on the inner surface of the three-dimensional substrate 112 according to this embodiment is the same as that of the sixth embodiment described above, and the outer surface of the three-dimensional substrate 112 according to the first or second modification thereof. This is the same as the method of defining the propagation surface zone 112a in Therefore, the maximum outer peripheral line 112b is preferably included within the range of the propagation surface zone 112a on the inner surface.
  • the propagation surface band 112a on the inner surface of the three-dimensional base 112 of this embodiment also propagates along the maximum outer peripheral line 112b within the range of the propagation surface band 112a without greatly attenuating the surface acoustic wave.
  • the electro-acoustic transducer 114 is formed so that the electro-acoustic transducer 114 is connected to the electro-acoustic transducer control unit 120 described above.
  • the shape of a portion other than the propagation surface band 112a is arbitrary as long as the propagation surface band 112a is defined by the above-described predetermined method.
  • the surface acoustic wave device 140 of this embodiment is excited by the electroacoustic transducer 114 into the propagation surface band 112a and greatly attenuates the propagation surface band 112a while maintaining, for example, 80% or more energy per orbit.
  • the surface acoustic wave propagating without being applied corresponds to various changes in the fluid (gas or fluid) passing through the internal space of the through hole, which is the environment where the propagation surface zone 112a on the inner surface of the three-dimensional substrate 112 contacts.
  • the change is received as an electric signal by the electroacoustic transducer control unit 120 via the electroacoustic transducer 114. , A change in the environment, that is, a difference, can be detected.
  • a three-dimensional substrate 112 is formed on the inner surface, similarly to the surface acoustic wave device 130 according to the seventh embodiment described above with reference to FIG.
  • the electro-acoustic transducer 114 connected to the electro-acoustic transducer control unit 120 described above can be formed except for the intersection with a.
  • the force can be used as an environment difference detection device capable of detecting environment differences more precisely. Can be done.
  • a three-dimensional base 112 is formed on the outer surface, similarly to the surface acoustic wave element 130 of the modification of the seventh embodiment described above with reference to FIG.
  • the receiving electroacoustic transducer 114 ⁇ can be formed outside the intersection region in each of the plurality of propagation surface bands 112a.
  • the environmental difference detecting device can detect the environmental difference more precisely. Can be used.
  • the surface acoustic wave device 150 according to the ninth embodiment has the same overall structure as the three-dimensional base 112 of the sixth embodiment and the first or second modification thereof. Is LiNb ⁇ crystal, Li
  • a spherical three-dimensional substrate 112 made of TaO crystal or quartz crystal is provided.
  • At least one of a plurality of intersecting lines between the plurality of crystal planes of the material of the three-dimensional substrate 112 and the outer surface is set as a maximum outer peripheral line 112b, and is arranged along the maximum outer peripheral line 112b, and is annular. Is defined as a propagation surface zone 112a that is continuous with the second surface.
  • the propagation surface band 112a on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 of the surface acoustic wave device 150 of this embodiment is also the same as that of the sixth embodiment.
  • the maximum outer peripheral line 112b is preferably included within the propagation surface zone 112a.
  • the surface acoustic wave element 150 of this embodiment is different from the surface acoustic wave element 110 of the sixth embodiment and the first and second modifications thereof in that the surface acoustic wave element 150
  • An electroacoustic transducer 114 that excites a surface acoustic wave in the propagation surface band 112a on the surface and propagates the excited surface acoustic wave along the maximum outer peripheral line 112b within the propagation surface band 112a. Formed directly on the propagation surface zone 112a on the outer surface of the substrate.
  • a pedestal 152 supporting a portion other than the propagation surface band 112a on the outer surface of the three-dimensional base 112 faces the propagation surface band 112a with a predetermined gap S therebetween. It has a surface band facing region 152a, and the electroacoustic transducer 114 is formed in the propagation surface band facing region 152a of the pedestal 152.
  • the dimensions and arrangement of the electro-acoustic conversion element 114 with respect to the propagation surface band 112a are different from those of the surface acoustic wave element 110 according to the sixth embodiment and the first and second modified examples. It is the same as when directly formed.
  • the predetermined gap S is determined by the arrangement period P of a plurality of line elements (terminals) in the interdigital transducer 122 (see FIG. It is preferable that it is 1/4 or less of (see 17). If the predetermined gap S is one-fourth or more of the arrangement period P (see FIG. 17), the electroacoustic transducer 114 applies a desired surface acoustic wave to the transmission surface band 112a on the outer surface of the three-dimensional base 112. It becomes difficult to always reliably excite.
  • the surface acoustic wave device 150 according to the ninth embodiment is similar to the three-dimensional base 112 of the sixth embodiment and the first or second modification thereof. can do. Furthermore, when the electroacoustic transducer 114 faces the propagation surface zone 112a on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 via the predetermined gap S, the propagation surface on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 Compared to the case where the electroacoustic transducer 114 is directly formed on the band 112a, the electroacoustic transducer 114 formed directly on the propagation surface zone 112a is excited by the electroacoustic transducer 114 into the propagation surface zone 112a and propagates.
  • the propagation surface band facing region 152a of the pedestal 152 faces the intersection region of the plurality of propagation surface bands 112a along the plurality of outer peripheral lines 112b that can be specified on the outer surface, and the propagation surface band facing region 152a
  • the common excitation electroacoustic transducer 114 ′ facing the intersecting region of the plurality of propagation surface zones 112 a on the outer surface of the three-dimensional base 112 via the predetermined gap S can be formed.
  • the propagation surface band facing region of an additional pedestal similar to the pedestal 152 having the propagation surface band facing region 152a outside the intersection region is faced, and the additional pedestal An electroacoustic transducer for reception facing the propagation surface zone facing area via the predetermined gap S outside the intersection area at each of the plurality of propagation surface zones 112a on the outer surface of the three-dimensional substrate 112. 114 ⁇ can be formed.
  • the environmental difference detecting device can detect the environmental difference more precisely. Can be used.
  • the surface acoustic wave device 160 includes a three-dimensional base 112 ′ having a hemispherical shape, and a surface acoustic wave can propagate on the outer surface of the three-dimensional base 112 ′.
  • the surface includes a propagation surface zone 112'a formed by at least a part of a continuous annular surface having a continuous curved surface.
  • the hemispherical three-dimensional base 112 ' is the same as that of the sixth embodiment described above, and the first or second embodiment.
  • the whole is made of LiNbO crystal, LiTaO crystal, or water.
  • At least one maximum outer peripheral line 112'b is defined as a reference for making the propagation surface body 112'a continuously along the intersection line between the outer surface and the outer surface.
  • the maximum outer peripheral line 112'b is included in the range of the propagation surface zone 112'a.
  • the method of defining the maximum outer peripheral line 112'b as a reference along the propagation surface zone 112'a on the outer surface of the three-dimensional base 112 'of this embodiment is the same as that of the sixth embodiment. This is the same as the method of defining the maximum outer peripheral line 112b on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 according to the first or second modified example.
  • the surface acoustic wave circulates one time along the maximum outer peripheral line 112'b within the propagation surface band 112 ⁇ .
  • the electroacoustic transducer 114 is directly formed so that at least 80% or more of the energy can be maintained and transmitted, and the electroacoustic transducer 114 is connected to the electroacoustic transducer control unit 120 described above.
  • the surface acoustic wave excited by electro-acoustic transducer 114 in the range of propagation surface band 112 and propagating along maximum outer peripheral line 112'b within propagation surface band 112'a is described.
  • a surface acoustic wave reflector 162 is formed at a position away from the electroacoustic transducer 114 in the propagation direction.
  • the surface acoustic wave reflector 162 transmits the surface acoustic wave propagating toward the surface acoustic wave reflector 162 in the electroacoustic transducer 114 force propagating surface band 112'a through the propagation surface band 112'a along the same path.
  • the light is reflected toward the acoustic conversion element 114.
  • the shape of the portion other than the propagation surface band 112'a is arbitrary as long as the propagation surface band 112'a is defined by the above-described predetermined method.
  • the three-dimensional base 112 ' is supported by a pedestal, except for the portion other than the propagation surface zone 112'a.
  • the surface acoustic wave element 160 is excited by the electroacoustic transducer 114 into the propagation surface band 112'a formed by at least a part of an annular curved surface, and passes through the propagation surface band 112'a.
  • a surface acoustic wave that propagates without being greatly attenuated is a fluid (gas or gas) contained in the external space, which is the environment where the propagation surface zone 112 on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 contacts.
  • the change in the environment, that is, the difference is detected by receiving the change corresponding to various changes of the fluid) as an electric signal by the electroacoustic transducer control unit 120 via the electroacoustic transducer 114. I can do it.
  • a three-dimensional base 112 ′ is formed on the outer surface.
  • An electroacoustic transducer 114 to which the above-described electroacoustic transducer control unit 120 is connected can be formed except for an intersection with the propagation surface zone 112.
  • a surface acoustic wave reflector 162 is provided at a position facing the electro-acoustic transducer 114 in each of the plurality of propagation surface bands 112'a, except for the intersection with the other propagation surface bands 112.
  • a plurality of propagation surface zones 112′a on the outer surface of three-dimensional base 112 ′ are provided.
  • a common excitation electro-acoustic transducer 114 ′ is formed in the intersecting region, and a receiving electro-acoustic transducer 114 ′′ is used instead of the surface acoustic wave reflector 162 outside the intersecting region in each of the plurality of propagation surface zones 112 ⁇ . It is okay to form a.
  • a hemispherical concave portion formed in the three-dimensional base 112.
  • a propagation surface zone 112a consisting of at least a part of an annular curved surface with a center line 112b on the inner surface of the place or cavity and defining such a propagation surface zone 112a spaced apart from each other along a center line 112a.
  • the electroacoustic transducer 114 and the surface acoustic wave reflector 162 facing each other can be deformed to be installed.
  • the propagation surface zone 11 The electroacoustic transducer 114 can be formed on the pedestal (not shown) so as to oppose the propagation surface zone 112a via the predetermined gap S, instead of forming the electroacoustic transducer 114 directly on 2a, A common excitation voltage is applied to the above-mentioned pedestal (not shown) so as to face the intersection area of the plurality of propagation surface zones 112'a on the outer surface of the three-dimensional substrate 112 'via a predetermined gap S.
  • a receiving electro-acoustic transducer 114 is formed on the pedestal (not shown) so as to form the acousto-acoustic transducer 114 'and to oppose each other at the plurality of propagation surface zones 112'a with a predetermined gap S other than the intersection area. It can also be formed.
  • the surface acoustic wave element is used as a part of an environment difference detection device that detects various environment differences including, for example, a delay line, an oscillation element, a resonance element, a frequency selection element, for example, a chemical sensor, a biosensor, and a pressure sensor. , Or as a remote tag.

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Abstract

大量生産に適し常に安定して良好な弾性表面波伝搬性能を発揮する弾性表面波素子及び上記素子を用いた環境差異検出装置を提供する。上記素子は:弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表面を有する3次元基体(12)と;上記表面に弾性表面波を励起し上記表面に沿い弾性表面波を伝搬させるとともに伝搬する弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子(14)と;を備え、上記基体がLi2B4O7結晶,Bi12SiO20結晶,LiNbO3結晶,LiTaO3結晶,又は水晶であり、上記基体の表面において上記素子は、これら結晶の結晶面と上記表面との交線に沿い弾性表面波を伝搬させ、上記交線は上記表面の最大外周線(12b)である、ことを特徴とする。環境差異検出装置は、弾性表面波素子の複数の伝搬表面帯の電気音響変換素子の弾性表面波受信信号を比較して、夫々が接する空間部分の環境の差異を検出する。

Description

明 細 書
弾性表面波素子及び弾性表面波素子を用いた環境差異検出装置 技術分野
[0001] 本発明は、弾性表面波素子及び弾性表面波素子を用いた環境差異検出装置に関 係している。
背景技術
[0002] 弾性表面波(SAW : Surface Acoustic Wave)が励起可能であり励起された弾 性表面波を伝搬させることが可能な表面を有する基体と、前記基体の表面に前記弾 性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させるとともに前記伝搬 する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子と、を備えた弾性表面波素子 は従来から良く知られている。
[0003] 弾性表面波素子は、遅延線,発振素子,共振素子,周波数選択素子,例えば化学 センサやバイオセンサや圧力センサを含む種々のセンサ,或いはリモートタグ等とし て使用されている。
[0004] 国際公開 W〇 01/45255 号公報は、球形状の弾性表面波素子を開示してい る。この球形状の弾性表面波素子の基体は、弾性表面波が励起可能であり励起され た弾性表面波を伝搬させることが可能な球形状の表面を有してレ、る。前記球形状の 弾性表面波素子の電気音響変換素子は、基体の球形状の表面において円環状に 連続している所定の幅を有した帯域に配置されていて、前記表面に励起した弾性表 面波を前記帯域が連続している方向に沿い伝搬させ繰り返し周回させるよう構成さ れている。
[0005] 球形状の弾性表面波素子では、基体の表面の円環状に連続している弾性表面波 伝搬帯域に電気音響変換素子により励起された弾性表面波を、弾性表面波伝搬帯 域内で実質的に減衰することなく上記表面を繰り返し周回させることが出来る。 発明の開示
[0006] 弾性表面波素子の基体は、その表面に沿い弾性表面波を伝搬させるために、基体 の全体が、弾性表面波が励起されることが可能であると共に励起された弾性表面波 を伝搬可能な材料で作られているか、或いは、その表面に弾性表面波励起伝搬可 能材料により形成された薄膜を付着させることにより作られている。
[0007] 前記薄膜との組み合わせにより形成する前記基体は、現時点では製造コストが高く 大量生産に不向きであることが分かっている。弾性表面波励起伝搬可能材料のみに より形成された前記基体では、前記基体の表面にぉレ、て前記弾性表面波を伝搬さ せようとする方向によって前記弾性表面波を伝搬或いは周回させることが出来ない 等の弾性表面波を伝搬する性能に差異が生じることが分かっている。また前記表面 において、前記弾性表面波を相互に異なった複数の方向に伝搬させる、或いは周 回させる、ことが困難である。
[0008] この発明は、上記事情の下で為され、この発明の目的は、大量生産に適していて 常に安定して良好な弾性表面波伝搬性能を発揮することが可能な弾性表面波素子 、及びこのような弾性表面波素子を用いた環境差異検出装置を提供することである。
[0009] 上記目的を達成する為に、この発明に従った弾性表面波素子は:
弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子と; を備えていて、
前記 3次元基体が Bi SiO 結晶であり、
12 20
前記 3次元基体の前記表面において前記電気音響変換素子は、 Bi SiO 結晶の
12 20 結晶面(111)と前記表面との交線に沿い、前記励起した弾性表面波を伝搬させて おり、前記交線は前記表面の最大外周線になっている、
ことを特徴としている。
[0010] 上記目的を達成する為に、この発明に従った別の弾性表面波素子はまた:
弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子と; を備えていて、
前記 3次元基体が Li B O結晶であり、
2 4 7
前記 3次元基体の前記表面において前記電気音響変換素子は、 Li B O結晶の
2 4 7
C結晶軸と直交する方向を法線とする結晶面と前記表面との交線に沿い、前記励起 した弾性表面波を伝搬させており、前記交線は前記表面の最大外周線になってレ、る ことを特徴としている。
[0011] 上記目的を達成する為に、この発明に従ったさらに別の弾性表面波素子はまた: 弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子と; を備えていて、
前記 3次元基体が Li B〇結晶であり、
2 4 7
前記 3次元基体の前記表面において前記電気音響変換素子は、 Li B O結晶の
2 4 7
C結晶軸から任意の方向に 30° と 40° との間で傾斜した方向を法線とする結晶面と 前記表面との交線に沿い、前記励起した弾性表面波を伝搬させており、前記交線は 前記表面の最大外周線になっている、
ことを特徴としている。
[0012] 上記目的を達成する為に、この発明に従った弾性表面波素子は:
弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面に伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子と; を備えていて、
前記 3次元基体が LiNbO結晶であり、
3
前記 3次元基体の前記表面において前記電気音響変換素子は、 LiNbO結晶の
3 結晶軸である +Y軸を X軸を回転中心に + Z方向に 20° だけ回転させることにより規 定された結晶軸を法線とする結晶面と前記表面との交線及び LiNbO結晶の結晶軸
3
である + Y軸を X軸を回転中心に一 Z方向に 26° だけ回転させることにより規定され た結晶軸を法線とする結晶面と前記表面との交線の少なくともいずれか一方の交線 に沿い、前記励起した弾性表面波を伝搬させており、前記少なくともいずれか一方の 交線は前記表面の最大外周線になってレ、る、
ことを特徴としている。
[0013] 上記目的を達成する為に、この発明に従った別の弾性表面波素子はまた:
弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面に伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子と; を備えていて、
前記 3次元基体が LiTaO結晶であり、
3
前記 3次元基体の前記表面において前記電気音響変換素子は、 LiTaO結晶の
3 結晶軸である +Y軸を X軸を回転中心に一 Z方向に 45° だけ回転させることにより規 定された結晶軸を法線とする結晶面と前記表面との交線に沿レ、、前記励起した弾性 表面波を伝搬させており、前記交線は前記表面の最大外周線になっている、 ことを特徴としている。
[0014] 上記目的を達成する為に、この発明に従ったさらに別の弾性表面波素子はまた: 弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面に伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子と; を備えていて、
前記 3次元基体が水晶であり、
前記 3次元基体の前記表面において前記電気音響変換素子は、水晶の結晶軸で ある Y軸を法線とする結晶面と前記表面との交線に沿い、前記励起した弾性表面波 を伝搬させており、前記交線は前記表面の最大外周線になっている、 ことを特徴としている。
[0015] 上記目的を達成する為に、この発明に従った環境差異検出装置は、この発明の上 述した弾性表面波素子の表面において複数の交線に沿い複数の電気音響変換素 子に弾性表面波を励起させ伝搬させるとともに伝搬する前記弾性表面波を受信させ て受信信号を出力させ、複数の電気音響変換素子から出力される受信信号を比較 し、前記表面において複数の弾性表面波が伝搬する複数の部分が接する空間の複 数の部分の環境の差異を検出する、ことを特徴としている。
[0016] なおこの発明では、擬似弾性表面波や前記 3次元基体を形成している結晶材料の 表面の直下に電気音響変換素子により励起され伝搬される例えば回廊波も弾性表 面波と称して記述している。さらに、例えば弾性境界波のように表面上に異なる物質 が接している 3次元基体の前記表面に沿い伝搬する、通常は弾性表面波と称さない ような弾性波であっても、ここでは弾性表面波と称して記述してレヽる。
[0017] また、 3次元基体の表面において弾性表面波が伝搬する部分に何等かの膜を形成 したり、或いは前記表面に電気音響変換素子を何等かの膜を介して形成しても、そ のような膜が弾性表面波の所望の伝搬を実質的に阻害しなければそのような膜の存 在を許容する。
[0018] さらに、本願の特許請求の範囲や明細書や図面において 3次元基体の LiNbOや
3
LiTaOや水晶の結晶軸を、 +や一の符号や X, Υ, Z軸を使用して表現した力 この
3
ような表現は圧電性結晶の結晶軸について従来良く知られている表現方法である。
[0019] この発明に従った前述の弾性表面波素子、及びこの発明に従った前述の弾性表 面波素子を使用したこの発明に従った環境差異検出装置においては、弾性表面波 を伝搬させる表面を有している 3次元基体を、 Bi SiO 結晶,又は Li B O結晶に
12 20 2 4 7 より形成し、しかも夫々の結晶の前記表面において夫々の結晶の特定の結晶面と前 記表面との交線に沿い電気音響変換素子により前記表面に励起された弾性表面波 を伝搬させるようにし、前記交線を前記表面の最大外周線にしていることにより、弾性 表面波素子を容易に安価に大量生産することができ、し力 常に安定して良好な弾 性表面波伝搬性能を発揮させることが可能になっている。
[0020] この発明に従った前述の弾性表面波素子、及びこの発明に従った前述の弾性表 面波素子を使用したこの発明に従った環境差異検出装置においては、弾性表面波 を伝搬させる表面を有している 3次元基体を、 LiNbO結晶, LiTaO結晶,又は水
3 3
晶により形成し、しかも夫々の結晶の前記表面において夫々の結晶の特定の結晶面 と前記表面との交線に沿い電気音響変換素子により前記表面に励起された弾性表 面波を伝搬させるようにし、前記交線を前記表面の最大外周線にしていることにより、 弾性表面波素子を容易に安価に大量生産することができ、しかも常に安定して良好 な弾性表面波伝搬性能を発揮させることが可能になっている。
[0021] また、 LiNbO結晶及び LiTaO結晶の夫々により形成された 3次元基体に対し、
3 3
焦電性による生産プロセス中や使用中における雑音発生を抑制する為に、表面処理 を施して伝導率を制御することが出来る。そして、この発明に従った前述の弾性表面 波素子、及びこの発明に従った前述の弾性表面波素子を使用したこの発明に従つ た環境差異検出装置においては、例えば上述したような表面処理を施したブラック二 ォブ酸リチウム及びブラックタンタル酸リチウムのように種々の物性を制御する為の種 々の処理が施され組成比率が変更された LiNbO結晶及び LiTaO結晶の夫々を
3 3
除外しない。
[0022] さらに、例えば結晶育成段階から LiNbO結晶及び LiTaO結晶の夫々にマグネシ
3 3
ゥムを添加したりするように、同様にして上述した Bi SiO 結晶, Li B O結晶, LiN
12 20 2 4 7
bO結晶,そして LiTaO結晶の夫々に対し、これらの圧電特性を失わせず、しかもこ
3 3
れらの結晶系が変化しない範囲で、これらの組成比を変化させたり、他の元素を加え ても、本発明はこのような結晶を除外しない。
[0023] なお、 3次元基体の表面に弾性表面波を励起しまた受信する為の本発明で記載す る「送受信部分」は、「送信部分」と「受信部分」とに機能を分離した 2つの相互に独立 した部分として構成することも出来る。このように「送信部分」と「受信部分」とを相互に 独立した部分として構成するとこれらの為の駆動回路及び検出回路の設計が容易に なる力 弾性表面波が上記表面を周回する場合には、 1回の周回の度に相互に独立 した「送信部分」と「受信部分」を弾性表面波が通過するので弾性表面波の伝搬効率 が「送信部分」と「受信部分」とを相互に独立した部分として構成しなレ、場合に比べ幾 分低下するが実用上は問題がない。 図面の簡単な説明
[図 1]図 1は、この発明の第 1の実施の形態に従った弾性表面波素子の概略図である 園 2]図 2は、この発明の第 1の実施の形態に従った弾性表面波素子の 3次元基体の 全体を Li B O結晶により形成した場合に 3次元基体の外表面に弾性表面波を伝搬
2 4 7
させる伝搬表面帯の基準となる最大外周線を Li B O結晶の一群の結晶面の 1つに
2 4 7
沿レ、規定する様子及び電気音響変換素子を配置するのに好ましレ、帯域を概略的に 示す斜視図である。
園 3]図 3は、この発明の第 1の実施の形態に従った弾性表面波素子の 3次元基体の 全体を Li B O結晶により形成した場合に 3次元基体の外表面に弾性表面波を伝搬
2 4 7
させる伝搬表面帯の基準となる最大外周線を Li B O結晶の別の群の結晶面の 1つ
2 4 7
に沿い規定する様子を概略的に示す斜視図である。
[図 4]図 4は、この発明の第 1の実施の形態に従った弾性表面波素子の 3次元基体の 伝搬表面帯中におレ、て対応する最大外周線に対し電気音響変換素子が配置される 好ましい状態を概略的に示す図である。
園 5]図 5は、この発明の第 1の実施の形態に従った弾性表面波素子の 3次元基体の 伝搬表面帯中において対応する最大外周線に対しすだれ状電極による電気音響変 換素子が配置されるさらに好ましい状態を概略的に示す図である。
[図 6]図 6は、この発明の第 2の実施の形態に従った弾性表面波素子を概略的に示 す斜視図である。
園 7]図 7は、この発明の第 3の実施の形態に従った弾性表面波素子を概略的に示 す斜視図である。
[図 8]図 8は、この発明の第 4の実施の形態に従った弾性表面波素子を概略的に示 す斜視図である。
園 9]図 9は、図 8の弾性表面波素子の 3次元基体の外表面の伝搬表面帯に対し所 定の隙間を介し対向して配置されるよう 3次元基体の台座に電気音響変換素子が形 成されている様子を概略的に示す部分断面図。
[図 10]図 10は、この発明の第 5の実施の形態に従った弾性表面波素子を概略的に 示す斜視図である。
園 11]図 11は、この発明の第 6の実施の形態に従った弾性表面波素子の概略図で ある。
[図 12]図 12は、この発明の第 6の実施の形態に従った弾性表面波素子の 3次元基 体の全体を LiNbO結晶により形成した場合に 3次元基体の外表面に弾性表面波を
3
伝搬させる伝搬表面帯の基準となる最大外周線を LiNbO結晶の 3つの結晶面の 1
3
つに沿い規定する様子を概略的に示す斜視図である。
[図 13]図 13は、図 12のようにして 3次元基体の外表面に設定される 3つの伝搬表面 帯の基準となった 3つの最大外周線を示す為に 3次元基体を + Z方向力 Z方向を 見た概略図である。
[図 14]図 14は、この発明の第 6の実施の形態に従った弾性表面波素子の 3次元基 体の全体を LiNbO結晶により形成した場合に 3次元基体の外表面に弾性表面波を
3
伝搬させる伝搬表面帯の基準となる最大外周線を LiNbO結晶の別の 3つの結晶面
3
の 1つに沿レ、規定する様子を概略的に示す斜視図である。
[図 15]図 15は、図 14のようにして 3次元基体の外表面に規定される別の 3つの伝搬 表面帯の基準となった 3つの最大外周線を示す為に 3次元基体を + Z方向力 方 向を見た概略図である。
[図 16]図 16は、この発明の第 6の実施の形態に従った弾性表面波素子の 3次元基 体の伝搬表面帯中において対応する最大外周線に対し電気音響変換素子が配置 される好ましい状態を概略的に示す図である。
[図 17]図 17は、この発明の第 6の実施の形態に従った弾性表面波素子の 3次元基 体の伝搬表面帯中において対応する最大外周線に対しすだれ状電極による電気音 響変換素子が配置されるさらに好ましい状態を概略的に示す図である。
[図 18]図 18は、この発明の第 6の実施の形態の第 1の変形例に従い弾性表面波素 子の 3次元基体の全体を LiTaO結晶により形成した場合に 3次元基体の外表面に
3
弾性表面波を伝搬させる伝搬表面帯の基準となる最大外周線を LiTaO結晶の 3つ
3 の結晶面の 1つに沿い規定する様子を概略的に示す斜視図である。
[図 19]図 19は、図 18のようにして 3次元基体の外表面に規定される 3つの伝搬表面 帯の基準となった 3つの最大外周線を示す為に 3次元基体を + Z方向から一 Z方向を 見た概略図である。
[図 20]図 20は、この発明の第 6の実施の形態の第 2の変形例に従い弾性表面波素 子の 3次元基体の全体を水晶により形成した場合に 3次元基体の外表面に弾性表面 波を伝搬させる伝搬表面帯の基準となる最大外周線を水晶の 3つの結晶面の 1つに 沿い規定する様子を概略的に示す斜視図である。
[図 21]図 21は、図 20のようにして 3次元基体の外表面に規定される 3つの伝搬表面 帯の基準となった 3つの最大外周線を示す為に 3次元基体を + Z方向力 一 Z方向を 見た概略図である。
[図 22]図 22は、この発明の第 7の実施の形態に従った弾性表面波素子を概略的に 示す斜視図である。
[図 23]図 23は、図 22の第 7の実施の形態の変形例に従った弾性表面波素子を概略 的に示す斜視図である。
[図 24]図 24は、この発明の第 8の実施の形態に従った弾性表面波素子を概略的に 示す斜視図である。
[図 25]図 25は、この発明の第 9の実施の形態に従った弾性表面波素子を概略的に 示す斜視図である。
[図 26]図 26は、図 25の弾性表面波素子の 3次元基体の外表面の伝搬表面帯に対し 所定の隙間を介し対向して配置されるよう 3次元基体の台座に電気音響変換素子が 形成されている様子を概略的に示す部分断面図である。
[図 27]図 27は、この発明の第 10の実施の形態に従った弾性表面波素子を概略的に 示す斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
[0025] [第 1の実施の形態]
以下、この発明に従った弾性表面波素子の第 1の実施の形態を添付の図面中の 図 1ないし図 3を参照しながら詳細に説明する。
[0026] 図 1には、第 1の実施の形態の弾性表面波素子 10の外観が示されている。この弾 性表面波素子 10は:弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の 曲面の一部によってなる伝搬表面帯 12aを含む表面を有する 3次元基体 12と;伝搬 表面帯 12aに前記弾性表面波を励起し伝搬表面帯 12aに沿い弾性表面波を伝搬さ せるとともに伝搬表面帯 12aに伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変 換素子 14と;を備えている。
[0027] なおここで伝搬表面帯 12aは図面の簡略化の為に幅方向 Wの寸法が伝搬表面帯
12aが円環状に連続する方向にぉレ、て一定であるように描かれてレ、るが、実際には 3 次元基体 12の表面において伝搬表面帯 12aが円環状に連続する方向に弾性表面 波が伝搬する間には、弾性表面波は図 1に示されているように幅方向 Wにおける寸 法が一定であることもあるし、幅方向 Wにおける寸法が拡散と収縮とを繰り返すことも ある。
[0028] いずれにせよ、伝搬表面帯 12aを伝搬する弾性表面波は電気音響変換素子 14か ら所望の距離を、或いは 1周回当たり、少なくとも 80%以上のエネルギーを保ち伝搬 することが実用上望まれている。
[0029] この実施の形態において 3次元基体 12は、全体が Li B O結晶により球形状に形
2 4 7
成されている。従って、この実施の形態においては、伝搬表面帯 12aが 3次元基体 1 2の球形状の表面において円環状に連続している。伝搬表面帯 12aは 3次元基体 1 2の最大外周線 12bに沿レ、連続しており、好ましくは伝搬表面帯 12aの範囲内に最 大外周線 12bが含まれている。
[0030] 3次元基体 12の外表面において最大外周線 12bは、図 2中に示されているように、 Li B O結晶の C結晶軸力 任意の方向ぬおここで、上記任意の方向とは C結晶軸
2 4 7
を中心とした 360° の全周中の任意の角度方向である)に 30° と 40° との間で傾斜 した方向 CAを法線とする結晶面と 3次元基体 12の外表面との交線に一致している。 即ち、 3次元基体 12の外表面において伝搬表面帯 12aが沿っている最大外周線 12 bは、 Li B O結晶の 1つの結晶面上を延出している。 3次元基体 12の外表面にお
2 4 7
いて上記結晶面に沿い弾性表面波が伝搬する間には、上記結晶面に対し交差する よう弾性表面波を伝搬させた場合に上記結晶面において生じる弾性表面波のエネ ルギ一の大きな拡散が生じないので、 3次元基体 12の外表面において弾性表面波 を最も効率良く伝搬させることが出来る。 [0031] 全体が Li B O結晶により球形状に形成されている前述の第 1の実施の形態の 3次
2 4 7
元基体 12の外表面においてはさらに、それに沿い伝搬表面帯 12aが連続している 最大外周線 12bを以下のようにしても規定することが出来る。
[0032] 即ち、 3次元基体 12の外表面において最大外周線 12bを、図 3中に示されているよ うに、 Li B O結晶の C結晶軸と直交する方向 CBを法線とする結晶面と 3次元基体 1
2 4 7
2の外表面との交線に一致させる。このことは、この場合においても、 3次元基体 12の 外表面において伝搬表面帯 12aが沿っている最大外周線 12bは、 Li B O結晶の C
2 4 7 結晶軸から任意の方向(ここにおいても、上記任意の方向とは C結晶軸を中心とした 360° の全周中の任意の角度方向である)に 30° と 40° との間で傾斜した方向 CA を法線とする結晶面とは別に規定されている結晶面上を延出していることを意味して レ、る。 3次元基体 12の外表面にぉレ、てこの別に規定されてレ、る結晶面に沿レ、弾性 表面波が伝搬する間にも、図 2を参照しながら説明した前述の結晶面の場合と同様 に、上記別に規定されている結晶面に対し交差する方向には弾性表面波のエネル ギ一の大きな拡散が生じないので、 3次元基体 12の外表面において弾性表面波を 最も効率良く伝搬させることが出来る。
[0033] また、 3次元基体 12の表面を伝搬する表面弾性波がその伝搬方向に対し上記表 面に沿い直交する方向に実際にどの程度の幅を有しているのかは、例えば上記表 面に水滴を付着させ上記表面において水滴が付着した部分では表面弾性波が伝搬 しなくなることから視覚的に推測することも出来る。
[0034] また、一般に、電気音響変換素子としてすだれ状電極を用いて高い周波数の弾性 表面波を励起する場合には、すだれ状電極の有効幅(即ち、すだれ状電極において 、 3次元基体の表面に対しすだれ状電極が弾性表面波を励起させ所望の方向に伝 搬させることが出来るとともに上記表面を伝搬した弾性表面波を受信することが出来 る部分の、上記表面に沿って上記所望の方向とは直交する方向の寸法)は小さくな るが、上記有効幅は、上記表面において弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯(図 1で は、参照符号 12aにより指摘されている)が上記所望の方向となる最大外周線(図 1 では、参照符号 12bにより指摘されている)に対し直交する方向において有している 曲率の曲率半径の 1. 5倍よりも大きくなると、弾性表面波を励起し受信する効率が大 きく低下することが分かっている。
[0035] 3次元基体 12は、その外表面において電気音響変換素子 14により励起された弾 性表面波が伝搬する伝搬表面帯 12a以外の部分が支持腕 16を介して支持台 18に 支持されている。伝搬表面帯 12aを伝搬する弾性表面波に対しいかなる影響も与え ないようにする為に、伝搬表面帯 12aには電気音響変換素子 14を除き何も接触させ なレ、。従って、この実施の形態においては、伝搬表面帯 12aにおいて電気音響変換 素子 14に弾性表面波を励起させる為や伝搬表面帯 12aを伝搬し電気音響変換素 子 14に受信された弾性表面波を電気音響変換素子 14から受け取る為の電気音響 変換素子制御ユニット 20は、電気音響変換素子 14から 3次元基体 12の外表面にお レ、て伝搬表面帯 12a以外の領域上を延びるリード線により電気音響変換素子 14に 接続されている。電気音響変換素子制御ユニット 20は例えば、図 1中に示されている 如ぐインピーダンスマッチング回路 20a,サーキユレータ 20,高周波電源を含む発 信器 20c,アンプ 20d,そしてディジタルオシロスコープ 20e等を備えている。なお、 発信器 20cに代わり高周波電波受
信アンテナを使用することも出来る。
[0036] 電気音響変換素子 14は、図 4中に示されているように、伝搬表面帯 12aに励起した 弾性表面波のエネルギーの流れる密度が最大となる方位 MDが最大外周線 12bに 対し 20° 以内になるよう構成されていることが好ましい。なお、この角度はより好まし くは 10° 以内であり、さらに好ましくは 5° 以内である。このことは、電気音響変換素 子 14により伝搬表面帯 12aに励起された弾性表面波は、 3次元基体 12の外表面上 で最大外周線 12bに沿い例えば周回毎にエネルギーの 80%以上を保つような小さ な減衰率で周回することが出来るのであれば伝搬するにつれて励起された直後の幅 よりも最大外周線 12bから拡散する傾向にあっても良いが、上記の角度範囲内にあ ることが好ましレ、ことを意味してレ、る。
[0037] なお本発明において記載される「最大外周線に沿う」は、弾性表面波が周回或い は伝搬経路に亘り伝搬する場合に、弾性表面波のエネルギーの流れる密度が最大 となる方向が最大外周線に対し好ましくは 20° 以内、より好ましくは 10° 以内、さら に好ましくは 5° 以内の範囲内である場合をいう。 [0038] この実施の形態において、電気音響変換素子 14は 3次元基体 12の外表面上で伝 搬表面帯 12aの範囲内に直接形成されている。この実施の形態において電気音響 変換素子 14は例えば櫛型電極のようなすだれ状電極 22であって、例えば蒸着や印 刷やスパッタリングやゾル.ゲル法などの種々の公知の方法により上記外表面上に直 接形成されることが出来る。
[0039] 電気音響変換素子 14がすだれ状電極 22により形成されている場合、すだれ状電 極 22は、図 5中に良く示されているように、すだれ状電極 22において伝搬表面帯 12 aに対し弾性表面波を励起するとともに伝搬表面帯 12aに伝搬する弾性表面波を受 信可能な送受信部分 (前述の有効幅の部分)に対し 3次元基体 12の外表面に沿い 直交する線が、伝搬表面帯 12aが沿っている対応する最大外周線 12bに対し 10° 以下の範囲に含まれるよう構成されていることが好ましい。より詳細には、すだれ状電 極 22のパターンの各端子 (線要素) 22aにおける前記送受信部分 (すだれ状電極 22 の場合には、パターンの各端子 (線要素) 22aが最大外周線 12bに沿った方向にお いて相互に重複する部分)に対し伝搬表面帯 12aの外表面に沿って延出する直交 線 OLが最大外周線 12bに対し 10° 以下の範囲内にあることが好ましいことを意味し ている。
[0040] その理由は、図 4を参照しながら前述したように、電気音響変換素子 14を、伝搬表 面帯 12aに励起した弾性表面波のエネルギーの流れる密度が最大となる方位 MDを 最大外周線 12bに対し 20° 以内になるよう構成することが好ましい理由と同じである
[0041] さらに、最大外周線 12bに沿った方向におけるすだれ状電極 22のパターンの複数 の端子 22a (図 5参照)の配列周期 Pは、最大外周線 12bの曲率半径の 1Z10以下 であることが好ましい。配列周期 Pは、すだれ状電極 22が励起する弾性表面波の一 波長 (即ち、振動周期)分の長さに相当している。
[0042] 弾性表面波の波長(即ち、すだれ状電極 22のパターンの複数の端子 22aの配列 周期 P)が弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯 12aに含まれる最大外周線 12bの曲率 半径 (伝搬表面帯 12aがこの実施の形態のように球面の一部により構成されている場 合は、上記球面の半径)の 1/10よりも大きいと、湾曲した伝搬表面帯 12aの幾何学 的な特徴が伝搬表面帯 12aを伝搬する弾性表面波が拡散しょうとするのを抑制する 機能が弱くなる。従って、 3次元基体 12の表面の伝搬表面帯 12aに比較的長い波長 の弾性表面波を所望の距離だけ伝搬させようとする場合には、伝搬表面体 12aに含 まれる最大外周線 12bの曲率半径を上記波長との上述した関係を充たすよう予め設 定しなければならない。
[0043] 従って、伝搬表面帯 12bにおいて効率良く弾性表面波を伝搬させるには前記配列 周期にすることが好ましい。
[0044] さらに、 3次元基体 12が上述したように Li B O結晶により形成されている場合、 3
2 4 7
次元基体 12の外表面に対し弾性表面波を励起し外表面に沿い弾性表面波を伝搬 させるとともに外表面を伝搬する弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子 14の 送受信部分が、 3次元基体 12の外表面において前記交線 (最大外周線 12b)の一 部を含むように配置されていることが好ましい事もわかっている。このような配置であ ると、電気音響変換素子 14の送受信部分が弾性表面波を励起し受信する効率をよ り高めることが出来る。
[0045] このような配置に加え、 3次元基体 12が上述したように Li B O結晶により形成され
2 4 7
ているとともに図 2中に示されているように最大外周線 12bが規定されている場合に は、電気音響変換素子 14の前記送受信部の上記効率をより高める為には、電気音 響変換素子 14の前記送受信部がさらに、 3次元基体 12の外表面において図 2中に 示されているように前記 C軸から任意の方向に 75° と 105° との間を示す帯域 AA に配置されていることがさらに好ましいことも分かっている。
[0046] 球形状の 3次元基体 12を地球と仮想すると、 C軸は地球における地軸に相当し、 図 3中に示されてレ、るように規定された最大外周線 12bは地球における経線に相当 し、そして図 2中に示されているように規定された帯域 AAは地球における北緯 15° と南緯 15° とに挟まれ赤道に沿い円環状に連続して伸びる帯状の部分に相当する
[0047] なお図 2において帯域 AAは、図面の煩雑さを防ぐ為に、 3次元基体 12の外表面 上で見える部分しか示されていないが、実際には 3次元基体 12の外表面上で見えな レ、部分にも連続して円環状になってレ、る。 [0048] [第 1の実施の形態の第 1の変形例]
次には、この発明に従った弾性表面波素子の第 1の実施の形態の第 1の変形例に ついて詳細に説明する。
[0049] この変形例の弾性表面波素子は、前述の第 1の実施の形態の Li B O結晶により
2 4 7
形成されている 3次元基体 12を、 Bi SiO 結晶により球形状に形成している。これ
12 20
に伴ない、 3次元基体 12の外表面上における最大外周線 12bの規定方法も、前述 の第 1の実施の形態の Li B O結晶により形成されている 3次元基体 12の場合と異
2 4 7
なっている。し力しながら、これ以外の構成は、前述の第 1の実施の形態の弾性表面 波素子の構成と同じである。
[0050] この変形例の弾性表面波素子では、 Bi SiO 結晶により全体が形成されている 3
12 20
次元基体 12の外表面において最大外周線 12bを、 Bi SiO 結晶の結晶面(111)
12 20
と 3次元基体 12の外表面との交線に一致させている。 3次元基体 12の外表面におい てこの 1つの結晶面に沿い弾性表面波が伝搬する間にも、前述の第 1の実施の形態 の結晶面の場合と同様に、上記結晶面に対し交差する方向には弾性表面波のエネ ルギ一の大きな拡散が生じないので、 3次元基体 12の外表面において弾性表面波 を最も効率良く伝搬させることが出来る。
[0051] [第 2の実施の形態]
つぎに、図 6を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 2の実施の形 態を詳細に説明する。
[0052] この実施の形態の弾性表面波素子 30では、前述した第 1の実施の形態及び変形 例のいずれかに従った弾性表面波素子 10の 3次元基体 12の外表面上に前述した 如く規定することが出来る複数の伝搬表面帯 12aの中の任意の複数の夫々において 他の伝搬表面帯 12aと交差しない部分に前述した如く電気音響変換素子 14を形成 し、各電気音響変換素子 14は前述の電気音響変換素子制御ユニット 20に接続され ている。
[0053] 図 6において伝搬表面帯 12aは、図面の煩雑さを防ぐ為に、 3次元基体 12の外表 面上で見える部分しか示されていなレ、が、実際には 3次元基体 12の外表面上で見 えなレ、部分にも最大外周線 12bに沿レ、連続して円環状になってレ、る。 [0054] なおここにおいて、 3次元基体 12が上述したように Li B O結晶により形成されてい
2 4 7
る場合、 3次元基体 12の外表面に対し弾性表面波を励起し外表面に沿い弾性表面 波を伝搬させるとともに外表面を伝搬する弾性表面波を受信可能な電気音響変換素 子 14の送受信部分が、 3次元基体 12の外表面において前記交線 (最大外周線 12b )の一部を含むように配置されている、ことが好ましい。このような配置により電気音響 変換素子 14の送受信部分が弾性表面波を励起し受信する効率をより高めることが 出来る。
[0055] このような配置に加え、 3次元基体 12が上述したように Li B O結晶により形成され
2 4 7
ているとともに図 2中に示されているように最大外周線 12bが規定されている場合に は、電気音響変換素子 14の前記送受信部の上記効率をより高める為に、電気音響 変換素子 14の前記送受信部がさらに、 3次元基体 12の外表面において、図 2中に 示されているように前記 C軸から任意の方向に 75° と 105° との間を示す帯域 AA に配置されていることがさらに好ましい。
[0056] さらにこの実施の形態では、 3次元基体 12の外表面において電気音響変換素子 1 4を形成した複数の伝搬表面帯 12aや帯域 AAを除いた位置に、 3次元基体 12を図 示しなレ、何等かの台座に支持する為の支持部材 32が固定されてレ、る。
[0057] このように構成されている第 2の実施の形態に従った弾性表面波素子 30は、第 1の 実施の形態及び変形例のいずれかに従った弾性表面波素子 10に比べると、環境差 異検出装置として使用した時により優れている。その理由は以下の通り。
[0058] 前述の弾性表面波素子 10のように、 1つの電気音響変換素子 14とそれに接続され た 1つの電気音響変換素子制御ユニット 20し力使用しない場合には、前述した外部 環境の変化の影響で弾性表面波素子 10に何等かの物理的な変化(例えば、外部環 境の温度の変化による 3次元基体 12の膨張或いは収縮)が生じた時に、伝搬表面帯 12aを伝搬する弾性表面波の伝搬速度や 1周期当たりに要する伝搬時間に微妙な 変化が生じる。
[0059] 従って、前述したように伝搬表面帯 12aが接する空間に満たされている流体 (気体 や流体)の変化 (即ち、伝搬表面帯 12aが接する外部環境の変化)をより精密に検出 しょうとするならば、前述した外部環境の変化の影響による弾性表面波素子 10の物 理的な変化を考慮しなければならない。
[0060] 図 6を参照した第 2の実施の形態に従った弾性表面波素子 30によれば、 3次元基 体 12の外表面において電気音響変換素子 14を形成した複数の伝搬表面帯 12aの 中の少なくとも 1つの伝搬表面帯 12aを変化を検出しようと意図している外部環境から 隔離するとともに、電気音響変換素子 14を形成した複数の伝搬表面帯 12aの中の 残りの少なくとも 1つの伝搬表面帯 12aを前記外部環境に接触するよう構成する。
[0061] このような構成であれば、外部環境から隔離されている伝搬表面帯 12a上の電気音 響変換素子 14からそれが対応している前述の電気音響変換素子制御ユニット 20が 受信した信号は外部環境の変化に伴なう弾性表面波素子 10の物理的な変化を示し 、前記外部環境に接触した前記残りの少なくとも 1つの伝搬表面帯 12aの電気音響 変換素子 14からそれが対応している前述の電気音響変換素子制御ユニット 20が受 信した信号は外部環境の変化に伴なう弾性表面波素子 10の物理的な変化に加えて 外部環境の変化を示すことになる。
[0062] 従って、前記外部環境に接触した前記残りの少なくとも 1つの伝搬表面帯 12aの電 気音響変換素子 14からそれが対応している前述の電気音響変換素子制御ユニット 20が受信した信号から、外部環境から隔離されている伝搬表面帯 12a上の電気音 響変換素子 14からそれが対応している前述の電気音響変換素子制御ユニット 20が 受信した信号を差し引けば、純粋に外部環境の変化のみを検出することが可能にな る。
[0063] [第 3の実施の形態]
次に、図 7を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 3の実施の形態 を詳細に説明する。
[0064] 第 3の実施の形態に従った弾性表面波素子 40は、 3次元基体 12が凹所又は中空 部を有していて、これら凹所又は中空部の内表面 12cが、弾性表面波が伝搬可能な 曲面が円環状に連続した伝搬表面帯 12aを含んでいる。図 7には中空部の一種であ る貫通孔を有した 3次元基体 12が示されてレ、る。
[0065] 3次元基体 12は、前述の第 1の実施の形態そしてその変形例の 3次元基体 12と同 様に、全体が Li B O結晶又は Bi Si〇 結晶により形成されている。そして、前述 の第 1の実施の形態そしてその変形例の 3次元基体 12の外表面に 3次元基体 12を 形成している結晶の種類に特有の複数の結晶面の少なくとも 1つと前記外表面との 交線に伝搬表面帯 12aを沿わせる基準となる最大外周線 12bが規定されていたのと 同様に、第 3の実施の形態に従った弾性表面波素子 40の 3次元基体 12の内表面に 3次元基体 12を形成している結晶の種類に特有の複数の結晶面の少なくとも 1つと 前記内表面との交線に伝搬表面帯 12aを沿わせる基準となる少なくとも 1つの最大外 周線 12bが規定されている。そして、この内表面上で最大外周線 12bに沿い連続し て延出するよう伝搬表面帯 12aが規定されている。この実施の形態の 3次元基体 12 の内表面における伝搬表面帯 12aの規定の仕方は、前述の第 1の実施の形態そし てその変形例の 3次元基体 12の外表面における伝搬表面帯 12aの規定の仕方と同 じである。従って好ましくは前記内表面上の伝搬表面帯 12aの範囲内に最大外周線 12bが含まれる。
[0066] そして、この実施の形態の 3次元基体 12の内表面における伝搬表面帯 12aにも、 伝搬表面帯 12aの範囲内で最大外周線 12bに沿い弾性表面波を大きく減衰させる ことなく伝搬させるよう電気音響変換素子 14が形成されていて、電気音響変換素子 1 4には前述の電気音響変換素子制御ユニット 20が接続されている。
[0067] この実施の形態においても、前記内表面は伝搬表面帯 12aが前述した所定の方法 により規定されていれば、伝搬表面帯 12a以外の部位の形状は任意である。
[0068] この実施の形態の弾性表面波素子 40は、電気音響変換素子 14により伝搬表面帯 12aに励起され伝搬表面帯 12a内を例えば 1周回当たり 80%以上のエネルギーを保 つて大きく減衰することなく伝搬する弾性表面波力 3次元基体 12の内表面における 伝搬表面帯 12aが接する環境である貫通孔の内部空間を通過する流体 (気体又は 流体)の種々の変化に対応して、変化するのを電気音響変換素子 14を介して電気 音響変換素子制御ユニット 20により電気信号として受信することにより、前記環境の 変化、即ち差異、を検知することが出来る。
[0069] さらに、この実施の形態においても、図 6を参照しながら前述した第 2の実施の形態 の弾性表面波素子 30と同様に、前記内表面に 3次元基体 12を形成している結晶の 種類に特有の複数の結晶面と前記内表面との複数の交線に一致させた複数の最大 外周線 12bに沿った複数の伝搬表面帯 12aの夫々に、他の伝搬表面帯 12aとの交 差部位を除き前述の電気音響変換素子制御ユニット 20が接続されている電気音響 変換素子 14を形成することが出来る。そしてこの場合も、図 6を参照しながら前述し た第 2の実施の形態の弾性表面波素子 30と同様に、より精密に環境の差異を検出 することが出来る環境差異検出装置として使用することが出来る。
[0070] またさらに、この実施の形態においても、図 6を参照しながら前述した第 2の実施の 形態の弾性表面波素子 30と同様に、 3次元基体 12が上述したように Li B O結晶に
2 4 7 より形成されている場合、 3次元基体 12の内表面に対し弾性表面波を励起し外表面 に沿い弾性表面波を伝搬させるとともに内表面を伝搬する弾性表面波を受信可能な 電気音響変換素子 14の送受信部分が、 3次元基体 12の内表面において前記交線( 最大外周線 12b)の一部を含むことが好ましい。このような配置により電気音響変換 素子 14の送受信部分が弾性表面波を励起し受信する効率をより高めることが出来る
[0071] このような配置に加え、 3次元基体 12が上述したように Li B O結晶により形成され
2 4 7
ているとともに図 2中に示されているように最大外周線 12bが規定されている場合に は、電気音響変換素子 14の前記送受信部の上記効率をより高める為に、電気音響 変換素子 14の前記送受信部がさらに、 3次元基体 12の内表面において、図 2中に 示されているように前記 C軸から任意の方向に 75° と 105° との間を示す帯域 AA に配置されていることがさらに好ましい。
[0072] [第 4の実施の形態]
次に、図 8及び図 9を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 4の実 施の形態を詳細に説明する。
[0073] 第 4の実施の形態に従った弾性表面波素子 50は、前述の第 1の実施の形態そして その変形例の 3次元基体 12と同様に、全体が Li B O結晶又は Bi Si〇 結晶によ
2 4 7 12 20 り形成されている球形状の 3次元基体 12を備えている。 3次元基体 12の外表面には 、 3次元基体 12の材料の複数の結晶面と前記外表面との複数の交線の少なくとも 1 つを最大外周線 12bとし最大外周線 12bに沿レ、円環状に連続する伝搬表面帯 12a を規定している。この実施の形態の弾性表面波素子 50の 3次元基体 12の外表面上 の伝搬表面帯 12aもまた、前述の第 1の実施の形態そしてその変形例の 3次元基体 12の外表面上の伝搬表面帯 12aと同様に、好ましくは伝搬表面帯 12aの範囲内に 最大外周線 12bを含んでいる。
[0074] この実施の形態の弾性表面波素子 50が、第 1の実施の形態や変形例の弾性表面 波素子 10と異なっているのは、 3次元基体 12の外表面上の伝搬表面帯 12aに表面 弾性波を励起させ、励起させた弾性表面波を伝搬表面帯 12aの範囲内で最大外周 線 12bに沿い伝搬させる電気音響変換素子 14が 3次元基体 12の外表面上の伝搬 表面帯 12aに直接形成されていないことである。
[0075] この実施の形態では、 3次元基体 12の外表面上の伝搬表面帯 12a以外の部分を 支持する台座 52が伝搬表面帯 12aとの間に所定の隙間 Sを介して対面する伝搬表 面帯対面領域 52aを有してレ、て、台座 52の伝搬表面帯対面領域 52aに電気音響変 換素子 14が形成されている。伝搬表面帯 12aに対する電気音響変換素子 14の寸法 や配置は、第 1の実施の形態や変形例の弾性表面波素子 10において伝搬表面帯 1 2aに電気音響変換素子 14が直接形成されている場合と同様である。
[0076] なお所定の隙間 Sは、電気音響変換素子 14が櫛型電極のようなすだれ状電極 22 の場合、すだれ状電極 22のパターンの複数の線要素 (端子)の配列周期 P (図 5参 照)の 4分の 1以下であることが好ましい。所定の隙間 Sが配列周期 P (図 5参照)の 4 分の 1以上であると、電気音響変換素子 14は 3次元基体 12の外表面上の伝搬表面 帯 12aに所望の弾性表面波を常に確実に励起させることが難しくなる。
[0077] 第 4の実施の形態に従った弾性表面波素子 50は、前述の第 1の実施の形態そして その変形例の 3次元基体 12と同様に、使用することができる。し力も、電気音響変換 素子 14が 3次元基体 12の外表面上の伝搬表面帯 12aに所定の隙間 Sを介して対面 している場合には、 3次元基体 12の外表面上の伝搬表面帯 12aに電気音響変換素 子 14が直接形成されている場合と比べると、伝搬表面帯 12aに直接形成されている 電気音響変換素子 14が電気音響変換素子 14により伝搬表面帯 12aに励起され伝 搬表面帯 12a中を伝搬する弾性表面波に極僅かに与える力も知れない影響を排除 することが出来、伝搬表面帯 12a中を伝搬する弾性表面波の変化をより精密に検知 することが出来る。 [0078] さらに、この実施の形態においても、図 6を参照しながら前述した第 2の実施の形態 の弾性表面波素子 30と同様に、前記外表面に 3次元基体 12を形成している結晶の 種類に特有の複数の結晶面と前記内表面との複数の交線に一致させた複数の最大 外周線 12bに沿った複数の伝搬表面帯 12aの夫々に、他の伝搬表面帯 12aとの交 差部位を除き、台座 52の伝搬表面帯対面領域 52aを対面させるとともに、この伝搬 表面帯対面領域 52aに 3次元基体 12の外表面上の複数の伝搬表面帯 12aの上記 交差領域に所定の隙間 Sを介して対面する電気音響変換素子 14を形成することが 出来る。そしてこの場合も、図 6を参照しながら前述した第 2の実施の形態の弾性表 面波素子 30と同様に、より精密に環境の差異を検出することが出来る環境差異検出 装置として使用することが出来る。
[0079] またさらに、この実施の形態においても、図 6を参照しながら前述した第 2の実施の 形態の弾性表面波素子 30と同様に、 3次元基体 12が上述したように Li B〇結晶に
2 4 7 より形成されている場合、 3次元基体 12の外表面に対し弾性表面波を励起し外表面 に沿い弾性表面波を伝搬させるとともに内表面を伝搬する弾性表面波を受信可能な 電気音響変換素子 14の送受信部分が、 3次元基体 12の外表面において前記交線( 最大外周線 12b)の一部を含むように配置されている、ことが好ましい。このような配 置により電気音響変換素子 14の送受信部分が弾性表面波を励起し受信する効率を より高めることが出来る。
[0080] このような配置に加え、 3次元基体 12が上述したように Li B O結晶により形成され
2 4 7
ているとともに図 2中に示されているように最大外周線 12bが規定されている場合に は、電気音響変換素子 14の前記送受信部の上記効率をより高める為に、電気音響 変換素子 14の前記送受信部がさらに、 3次元基体 12の外表面において、図 2中に 示されているように前記 C軸から任意の方向に 75° と 105° との間を示す帯域 AA に配置されていることがさらに好ましい。
[0081] [第 5の実施の形態]
次に、図 10を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 5の実施の形 態を詳細に説明する。
[0082] 第 5の実施の形態に従った弾性表面波素子 60は半球形状を有している 3次元基 体 12'を備えていて、 3次元基体 12'の外表面に弾性表面波が伝搬可能な曲面が 連続した少なくとも円環状の曲面の一部によってなる伝搬表面帯 12'aを含んでいる
[0083] 半球形状の 3次元基体 12'は、前述の第 1の実施の形態そしてその変形例の 3次 元基体 12と同様に、全体が Li B O結晶又は Bi Si〇 結晶により形成されている。
2 4 7 12 20
そして、前述の第 1の実施の形態そしてその変形例の 3次元基体 12の外表面に 3次 元基体 12を形成している結晶の種類に特有の複数の結晶面の少なくとも 1つと前記 外表面との交線に、伝搬表面体 12aを連続して沿わせる基準となる最大外周線 12b が規定されていたのと同様に、第 5の実施の形態に従った弾性表面波素子 60の 3次 元基体 12'の半球形状の外表面に 3次元基体 12'を形成している結晶の種類に特 有の複数の結晶面の少なくとも 1つと前記外表面との交線に一致させて、伝搬表面 体 12' aを連続して沿わせる基準となる少なくとも 1つの最大外周線 1 が規定され ている。そして、好ましくは伝搬表面帯 12'aの範囲内に最大外周線 12'bが含まれて いる。
[0084] この実施の形態の 3次元基体 12'の外表面において伝搬表面帯 12 ^を沿わせる 基準となる最大外周線 12'bの規定の仕方は、前述の第 1の実施の形態そしてその 変形例の 3次元基体 12の外表面における最大外周線 12bの規定の仕方と同じであ る。
[0085] そして、この実施の形態の 3次元基体 12'の外表面における伝搬表面帯 12'aにも 、伝搬表面帯 12' aの範囲内で最大外周線 12'bに沿い弾性表面波を少なくとも 80 %以上のエネルギを保ち伝搬させるよう電気音響変換素子 14が直接形成されてい て、電気音響変換素子 14には前述の電気音響変換素子制御ユニット 20が接続され ている。
[0086] この実施の形態においては、電気音響変換素子 14により伝搬表面帯 12'aの範囲 内に励起され伝搬表面帯 12'aの範囲内で最大外周線 12'bに沿い伝搬する弾性表 面波の伝搬方向に電気音響変換素子 14から離れた位置に、弾性表面波反射体 62 が形成されている。弾性表面波反射体 62は、電気音響変換素子 14から伝搬表面帯 12 ^中を弾性表面波反射体 62に向い伝搬して来た弾性表面波を伝搬表面帯 12' aを同じ経路で電気音響変換素子 14に向うよう反射する。
[0087] この実施の形態においても、前記外表面は伝搬表面帯 12' aが前述した所定の方 法により規定されていれば、伝搬表面帯 12' a以外の部位の形状は任意である。
[0088] この実施の形態においても、 3次元基体 12'は伝搬表面帯 12' a以外の部分が図 示しなレ、台座に支持されてレ、る。
[0089] この実施の形態の弾性表面波素子 60は、電気音響変換素子 14により少なくとも円 環状の曲面の一部によってなる伝搬表面帯 12' aに励起され伝搬表面帯 12' a内を 大きく減衰することなく伝搬する弾性表面波が、 3次元基体 12の外表面における伝 搬表面帯 12^が接する環境である外部空間に含まれている流体 (気体又は流体)の 種々の変化に対応して、変化するのを電気音響変換素子 14を介して電気音響変換 素子制御ユニット 20により電気信号として受信することにより、前記環境の変化、即 ち差異、を検知することが出来る。
[0090] さらに、この実施の形態においても、図 6を参照しながら前述した第 2の実施の形態 の弾性表面波素子 30と同様に、前記外表面に 3次元基体 12'を形成している結晶 の種類に特有の複数の結晶面と前記外表面との複数の交線により規定された複数 の最大外周線 に沿った複数の伝搬表面帯 12 ^の夫々に、他の伝搬表面帯 12 ' aとの交差部位を除き前述の電気音響変換素子制御ユニット 20が接続されている 電気音響変換素子 14を形成することが出来る。なおこの場合、複数の伝搬表面帯 1 2' aの夫々において他の伝搬表面帯 12' aとの交差部位を除き電気音響変換素子 1 4と対向する位置に弾性表面波反射体 62が設置される。
[0091] またさらに、この実施の形態においても、図 6を参照しながら前述した第 2の実施の 形態の弾性表面波素子 30と同様に、 3次元基体 12'が上述したように Li B O結晶
2 4 7 により形成されている場合、 3次元基体 12'の外表面に対し弾性表面波を励起し外 表面に沿い弾性表面波を伝搬させるとともに内表面を伝搬する弾性表面波を受信可 能な電気音響変換素子 14の送受信部分が、 3次元基体 12'の外表面において前記 交線 (最大外周線 12'b)の一部を含むように配置されている、ことが好ましい。このよ うな配置により電気音響変換素子 14の送受信部分が弾性表面波を励起し受信する 効率をより高めることが出来る。 [0092] このような配置に加え、 3次元基体 12'が上述したように Li B O結晶により形成さ
2 4 7
れてレ、るとともに図 2中に示されてレ、るように最大外周線 12'bが規定されてレ、る場合 には、電気音響変換素子 14の前記送受信部の上記効率をより高める為に、電気音 響変換素子 14の前記送受信部がさらに、 3次元基体 12'の外表面において、図 2中 に示されているように前記 C軸から任意の方向に 75° と 105° との間を示す帯域 A Aに配置されていることがさらに好ましい。
[0093] またさらに、この実施の形態においても、図 7を参照しながら前述した第 3の実施の 形態の弾性表面波素子 40と同様に、 3次元基体 12Ίこ形成した例えば半球形状の 凹所又は空洞の内表面に最大外周線 12'bを伴なつた少なくとも円環状の曲面の一 部によってなる伝搬表面帯 12' aを規定し、このような伝搬表面帯 12 に最大外周 線 12aに沿い相互に離間し相互に対向する電気音響変換素子 14及び弾性表面波 反射体 62を設置するよう変形させることも出来る。
[0094] またさらに、この実施の形態においても、図 8及び図 9を参照しながら前述した第 4 の実施の形態の弾性表面波素子 50と同様に、 3次元基体 12'の伝搬表面帯 12'aに 直接電気音響変換素子 14を形成するのではなぐ伝搬表面帯 12 に対し所定の隙 間 Sを介して対向するよう前述の図示しない台座に電気音響変換素子 14を形成する ことも出来る。
[0095] さらに、弾性表面波反射体 62の代わりに前述の電気音響変換素子制御ユニット 20 が接続されているもう 1つの電気音響変換素子 14を使用することも出来る。
[0096] [第 6の実施の形態]
以下、この発明に従った弾性表面波素子の第 6の実施の形態を添付の図面中の 図 11ないし図 17を参照しながら詳細に説明する。
[0097] 図 11には、第 6の実施の形態の弾性表面波素子 110の外観が示されている。この 弾性表面波素子 110は:弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状 の曲面の一部によってなる伝搬表面帯 112aを含む表面を有する 3次元基体 112と; 伝搬表面帯 112aに前記弾性表面波を励起し伝搬表面帯 112aに沿い弾性表面波 を伝搬させるとともに伝搬表面帯 112aに伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電 気音響変換素子 114と;を備えてレ、る。 [0098] なおここで伝搬表面帯 112aは図面の簡略化の為に幅方向 Wの寸法が伝搬表面 帯 112aが円環状に連続する方向にぉレ、て一定であるように描かれてレ、るが、実際 には 3次元基体 112の表面において伝搬表面帯 112aが円環状に連続する方向に 弾性表面波が伝搬する間には、弾性表面波は図 11に示されてレ、るように幅方向 W における寸法が一定であることもあるし、幅方向 Wにおける寸法が拡散と収縮とを繰 り返すことあある。
[0099] いずれにせよ、伝搬表面帯 112aを伝搬する弾性表面波は電気音響変換素子 114 力も所望の距離を、或いは 1周回当たり、少なくとも 80%以上のエネルギーを保ち伝 搬することが実用上望まれている。
[0100] この実施の形態において 3次元基体 112は、全体が 3方晶系の LiNbO結晶により
3 球形状に形成されている。従って、この実施の形態においては、伝搬表面帯 112aが 3次元基体 112の球形状の表面において円環状に連続している。伝搬表面帯 112a は 3次元基体 112の最大外周線 112bに沿い連続しており、好ましくは伝搬表面帯 1 12aの範囲内に最大外周線 112bが含まれてレ、る。
[0101] 3次元基体 112の外表面において最大外周線 112bは、図 12中に示されているよう に、 LiNbO結晶の 1つの結晶軸である +Y軸を X軸を回転中心に + Z方向に 20°
3
だけ回転させることにより規定された結晶軸 CAを法線とする結晶面と 3次元基体 11 2の外表面との交線に一致している。即ち、 3次元基体 112の外表面において伝搬 表面帯 112aが沿っている最大外周線 112bは、 LiNbO結晶の 1つの結晶面上を延
3
出している。 3次元基体 112の外表面において上記結晶面に沿い弾性表面波が伝 搬する間には、上記結晶面に対し交差する方向には弾性表面波のエネルギーの大 きな拡散が生じなレ、ので、 3次元基体 112の外表面にぉレ、て弾性表面波を最も効率 良く伝搬させることが出来る。
[0102] なお、 3次元基体 112を形成している LiNbO結晶は 3方晶系なので、図 13中に示
3
されている如 1つの平面内に互いに 120° をなす 3つの結晶軸 + Yを有している 。従って、 LiNbO結晶により全体が形成されている 3次元基体 112の球形状の外表
3
面には、これらの 3つの結晶軸 + Yを X軸を回転中心に + Z方向に 20° だけ回転さ せることにより規定された 3個の結晶軸 CAを法線とする 3つの結晶面と 3次元基体 11 2の外表面との 3つの交線を最大外周線 112bとした場合、この 3つの最大外周線 11 2bに沿い上述した如く連続する 3つの伝搬表面帯 112aを規定することが可能である
[0103] 全体が 3方晶系の LiNbO結晶により球形状に形成されている前述の第 6の実施の
3
形態の 3次元基体 112の外表面においてはさらに、それに沿い伝搬表面帯 112aが 連続している最大外周線 112bを以下のようしても規定することが出来る。
[0104] 即ち、 3次元基体 112の外表面において最大外周線 112bを、図 14中に示されて いるように、 LiNbO結晶の 1つの結晶軸である + Y軸を X軸を回転中心に一 Z方向に
3
26° だけ回転させることにより規定された結晶軸 CBを法線とする結晶面と 3次元基 体 112の外表面との交線に一致させる。このことは、この場合においても、 3次元基体 112の外表面にぉレ、て伝搬表面帯 112aが沿ってレ、る最大外周線 112bは、 LiNbO 結晶における前述の 3つの +Y軸を X軸の回りに + Z方向に 20° 回転した結晶軸 C
3
Aを法線とする前述の 3つの結晶面とは別の 1つの結晶面上を延出していることを意 味している。 3次元基体 112の外表面においてこの別の 1つの結晶面に沿い弾性表 面波が伝搬する間にも、前述の 3つの結晶面の場合と同様に、上記別の 1つの結晶 面に対し交差する方向には弾性表面波のエネルギーの大きな拡散が生じないので、 3次元基体 112の外表面において弾性表面波を最も効率良く伝搬させることが出来 る。
[0105] 3次元基体 112を形成している LiNbO結晶は 3方晶系なので、図 15中に示されて
3
いる如く、 1つの平面内に互いに 120° をなす 3つの結晶軸 + Yを有している。従つ て、 LiNbO結晶により全体が形成されている 3次元基体 112の球形状の外表面に
3
は、これらの 3つの結晶軸 + Yを X軸を回転中心に一 Z方向に 26° だけ回転させるこ とにより規定された 3個の結晶軸 CBを法線とする 3つの結晶面と 3次元基体 112の外 表面 112との 3つの交線を最大外周線 112bとした場合、この 3つの最大外周線 112 bに沿い上述した如く連続する 3つの伝搬表面帯 112aを規定することが可能である。
[0106] 即ち、 3次元基体 112を形成している LiNbO結晶は合計 6個の結晶面を有してい
3
るので、 LiNbO結晶により全体が形成されている 3次元基体 112の外表面には合
3
計 6つの最大外周線 112bを規定することが出来る。 [0107] また、 3次元基体 112の表面を伝搬する表面弾性波がその伝搬方向に対し上記表 面に沿い直交する方向に実際にどの程度の幅を有しているのかは、例えば上記表 面に水滴を付着させ上記表面において水滴が付着した部分では表面弾性波が伝搬 しなくなることから視覚的に推測することも出来る。
[0108] また、一般に、電気音響変換素子としてすだれ状電極を用いて高い周波数の弾性 表面波を励起する場合には、すだれ状電極の有効幅(即ち、すだれ状電極において 、 3次元基体の表面に対しすだれ状電極が弾性表面波を励起させ所望の方向に伝 搬させることが出来るとともに上記表面を伝搬した弾性表面波を受信することが出来 る部分の、上記表面に沿って上記所望の方向とは直交する方向の寸法)は小さくな るが、上記有効幅は、上記表面において弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯(図 11 では、参照符号 112aにより指摘されている)が上記所望の方向となる最大外周線( 図 11では、参照符号 112bにより指摘されてレ、る)に対し直交する方向にぉレ、て有し ている曲率の曲率半径の 1. 5倍よりも大きくなると、弾性表面波を励起し受信する効 率が大きく低下することが分かってレ、る。
[0109] 3次元基体 112は、その外表面において電気音響変換素子 114により励起された 弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯 112a以外の部分が支持腕 116を介して支持台 118に支持されている。伝搬表面帯 112aを伝搬する弾性表面波に対しいかなる影 響も与えなレ、ようにする為に、伝搬表面帯 112aには電気音響変換素子 1 14を除き 何も接触させない。従って、この実施の形態においては、伝搬表面帯 1 12aにおいて 電気音響変換素子 114に弾性表面波を励起させる為や伝搬表面帯 112aを伝搬し 電気音響変換素子 114に受信された弾性表面波を電気音響変換素子 114から受け 取る為の電気音響変換素子制御ユニット 120は、電気音響変換素子 114から 3次元 基体 112の外表面にぉレ、て伝搬表面帯 112a以外の領域上を延びるリード線により 電気音響変換素子 114に接続されている。電気音響変換素子制御ユニット 120は例 えば、図 11中に示されている如ぐインピーダンスマッチング回路 120a,サーキユレ ータ 120b,高周波電源を含む発信器 120c,アンプ 120d,そしてディジタルオシ口 スコープ 120e等を備えている。なお、発信器 120cに代わり高周波電波受信アンテ ナを使用することも出来る。 [0110] 電気音響変換素子 114は、図 16中に示されているように、伝搬表面帯 112aに励 起した弾性表面波のエネルギーの流れる密度が最大となる方位 MDが最大外周線 1 12bに対し 20° 以内になるよう構成されていることが好ましい。なおこの角度はより好 ましくは 10° 以内であり、さらに好ましくは 5° 以内である。このことは、電気音響変換 素子 114により伝搬表面帯 1 12aに励起された弾性表面波は、 3次元基体 112の外 表面上で最大外周線 112bに沿い例えば周回毎にエネルギーの 80%以上を保つよ うな小さな減衰率で周回することが出来るのであれば伝搬するにつれて励起された 直後の幅よりも最大外周線 112bから拡散する傾向にあっても良いが、上記の角度範 囲内にあることが好ましレ、ことを意味してレ、る。
[0111] なお本発明において記載される「最大外周線に沿う」は、弾性表面波が周回或い は伝搬経路に亘り伝搬する場合に、弾性表面波のエネルギーの流れる密度が最大 となる方向が最大外周線に対し好ましくは 20° 以内、より好ましくは 10° 以内、さら に好ましくは 5° 以内の範囲内である場合をいう。
[0112] この実施の形態において、電気音響変換素子 114は 3次元基体 112の外表面上 で伝搬表面帯 112aの範囲内に直接形成されている。この実施の形態において電気 音響変換素子 114は例えば櫛型電極のようなすだれ状電極 122であって、例えば蒸 着や印刷やスパッタリングゃゾル ·ゲル法などの種々の公知の方法により上記外表面 上に直接形成されることが出来る。
[0113] 電気音響変換素子 114がすだれ状電極 122により形成されている場合、すだれ状 電極 122は、図 17中に良く示されているように、すだれ状電極 122において伝搬表 面帯 112aに対し弾性表面波を励起するとともに伝搬表面帯 112aに伝搬する弾性 表面波を受信可能な送受信部分 (前述の有効幅の部分)に対し 3次元基体 112の外 表面に沿い直交する線が、伝搬表面帯 112aが沿っている対応する最大外周線 112 bに対し 10° 以下の範囲に含まれるよう構成されていることが好ましい。より詳細には 、すだれ状電極 122のパターンの各端子 (線要素) 122aにおける前記送受信部分( すだれ状電極 122の場合には、パターンの各端子 (線要素) 122aが最大外周線 11 2bに沿った方向において相互に重複する部分)に対し伝搬表面帯 112aの外表面 に沿って延出する直交線〇Lが最大外周線 112bに対し 10° 以下の範囲内にあるこ とが好ましレ、ことを意味してレ、る。
[0114] その理由は、図 16を参照しながら前述したように、電気音響変換素子 114を、伝搬 表面帯 112aに励起した弾性表面波のエネルギーの流れの密度が最大となる方位 M Dを最大外周線 112bに対し 20° 以内になるよう構成することが好ましい理由と同じ である。
[0115] さらに、最大外周線 112bに沿った方向におけるすだれ状電極 122のパターンの複 数の端子 122a (図 17参照)の配列周期 Pは、最大外周線 112bの曲率半径の lZl 0以下であることが好ましい。配列周期 Pは、すだれ状電極 122が励起する弾性表面 波の一波長(即ち、振動周期)分の長さに相当してレ、る。
[0116] 弾性表面波の波長(即ち、すだれ状電極 122のパターンの複数の端子 122aの配 列周期 P)が弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯 112aに含まれる最大外周線 112b の曲率半径 (伝搬表面帯 112aがこの実施の形態のように球面の一部により構成され ている場合は、上記球面の半径)の 1/10よりも大きいと、湾曲した伝搬表面帯 112a の幾何学的な特徴が伝搬表面帯 112aを伝搬する弾性表面波が拡散しょうとするの を抑制する機能が弱くなる。従って、 3次元基体 112の表面の伝搬表面帯 112aに比 較的長い波長の弾性表面波を所望の距離だけ伝搬させようとする場合には、伝搬表 面体 112aに含まれる最大外周線 112bの曲率半径を上記波長との上述した関係を 充たすよう予め設定しなければならなレ、。
[0117] 従って、伝搬表面帯 112bにおいて効率良く弾性表面波を伝搬させるには前記配 列周期にすることが好ましい。
[0118] この実施の形態に従い本願の発明者が実際に作成した LiNbO結晶の球形状の 3
3
次元基体の直径は 25. 4mmであり、電気音響変換素子として使用するすだれ状電 極を球形状の 3次元基体の外表面において 3次元基体の中心から見て上記結晶の + X方向に相当する位置に形成した。すだれ状電極は、 3次元基体の外表面にクロ ムの 1000オングストロームの蒸着又は金の 1000オングストロームの蒸着による膜形 成を行なった後に、すだれ状電極のパターンの端子 (線要素)が、前述したように Li NbO結晶の +Y軸を X軸を回転中心に + Z方向に 20° 回転させた方向を中心とし
3
て上記球形状の外表面上を周回する方向に対し直交するようフォトリソプロセスされ ることにより形成された。この時に形成されたすだれ状電極のパターンの端子 (線要 素)の配列周期 Pは 0. 532mmであり、夫々が 0. 133mmの幅の複数の端子(線要 素)が 0. 133mmの間隔で配列され、互いに隣り合う端子 (線要素)間に所望のパル ス電圧が印加される。そして、パルス電圧が印加されることにより、相互間に電界が生 じる互いに隣り合う端子 (線要素)の夫々の重複する部分の長さは 3. 1mmである。
[0119] ここでは本願の発明者が LiNbO結晶の球形状の 3次元基体の外表面に実際に作
3
成した電気音響変換素子として使用するすだれ状電極の一例の寸法を記載したが、 本願発明の 3次元基体の外表面において本願発明の求める機能或いは効果を達成 することが出来るのであれば、現在知られている如何なる材料や寸法や形状のすだ れ状電極も使用することができる。
[0120] そして、上述した如く構成された球形状の弾性表面波素子のすだれ状電極に 100 Vの電圧で半値幅 2ナノ秒のインノ ルス信号を印加したところ、その結果として上記 すだれ状電極から上記周回する方向に約 6. 5MHzの中心周波数を有したバースト 状のシグナルが 21. 8 μ秒の間隔で少なくとも 50回繰り返し出力されたことがデジタ ルオシロスコープにより確認された。このことは、上述した如く 25. 4mmの直径を有し た LiNbO結晶の球形状の 3次元基体の外表面を上記周回する方向に平均して 36
3
58m/sの速度で弾性表面波が少なくとも 50回以上周回していることを意味している [0121] 本願の発明者はまた、上述したのと同じ直径の LiNbO結晶の球形状の 3次元基
3
体の外表面上において上述したのと同じ位置に電気音響変換素子として使用する すだれ状電極を上述したのとは異なる以下のようにしても形成した。即ち、この場合 には、すだれ状電極は、 3次元基体の外表面にクロムの 1000オングストロームの蒸 着又は金の 1000オングストロームの蒸着による膜形成を行なった後に、すだれ状電 極のパターンの端子(線要素)が、前述したように LiNbO結晶の +Y軸を X軸を回転
3
中心に一 Z方向に 26° 回転させた方向を中心として上記球形状の外表面上を周回 する方向に対し直交するようフォトリソプロセスされることにより形成された。この時に 形成されたすだれ状電極のパターンの端子(線要素)の種々の寸法は上述したのと 同じである。 [0122] このように構成された球形状の弾性表面波素子のすだれ状電極に対しても上述し たのと同様にインパルス信号を印加したところ、このようなすだれ状電極からは上記 周回する方向に約 6. 5MHzの中心周波数を有したバースト状のシグナルが 22. 5 μ秒の間隔で少なくとも 50回繰り返し出力されたことがデジタルオシロスコープにより 確認された。このことは、上述した如く 25. 4mmの直径を有した LiNbO結晶の球形
3
状の 3次元基体の外表面を上記周回する方向に平均して 3540m/sの速度で弾性 表面波が少なくとも 50回以上周回してレ、ることを意味してレ、る。
[0123] そして本願の発明者により上述した如く構成された 2つの種類の球形状の弾性表 面波素子の夫々の外表面においてすだれ状電極から上記周回する方向に離れた 位置 (即ち、弾性表面波の周回経路上)に水を含ませた綿棒を接触させたところ、す だれ状電極に上述した如くインパルス信号を印加してもすだれ状電極からは何も出 力を得ることが出来なくなり、弾性表面波の周回が阻害されていることが判った。さら に、上述した如く構成された 2つの種類の球形状の弾性表面波素子の夫々の外表面 におレ、てすだれ状電極から上記周回する方向に対し直交する方向に 5mm以上離 れた位置 (即ち、弾性表面波の周回経路から外れた位置)に水を含ませた綿棒を接 触させたところ、すだれ状電極に上述した如くインパルス信号を印加した時にすだれ 状電極から上述した如きバースト状のシグナルが上述した如く繰り返し出力され、上 述した如き弾性表面波の周回が阻害されないことが判った。
[0124] [第 6の実施の形態の第 1の変形例]
次には、図 18及び図 19を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 6 の実施の形態の第 1の変形例について詳細に説明する。
[0125] この変形例の弾性表面波素子は、前述の第 6の実施の形態の 3方晶系の LiNbO
3 結晶により形成されている 3次元基体 112を、同様な 3方晶系である LiTaO結晶に
3 より球形状に形成している。これに伴なレ、、 3次元基体 112の外表面上に規定する最 大外周線 112bの規定方法も、前述の第 6の実施の形態の 3方晶系の LiNbO結晶
3 により形成されている 3次元基体 112の場合と異なっている。し力 ながら、これ以外 の構成は、前述の第 6の実施の形態の弾性表面波素子の構成と同じである。
[0126] この第 1の変形例の弾性表面波素子では、 3方晶系の LiTaO結晶により全体が形 成されている 3次元基体 112の外表面において最大外周線 112bを、図 18中に示さ れているように、 LiTaO結晶の 1つの結晶軸である + Y軸を X軸を回転中心に— Z方
3
向に 45° だけ回転させた結晶軸 CCを法線とする 1つの結晶面と 3次元基体 112の 外表面との交線に一致させている。 3次元基体 112の外表面においてこの 1つの結 晶面に沿い弾性表面波が伝搬する間にも、前述の第 6の実施の形態の結晶面の場 合と同様に、上記結晶面に対し交差する方向には弾性表面波のエネルギーの大き な拡散が生じないので、 3次元基体 112の外表面において弾性表面波を最も効率良 く伝搬させることが出来る。
[0127] 3次元基体 112を形成している LiTaO結晶は 3方晶系なので、図 19中に示されて
3
いる如く、 1つの平面内に互いに 120° をなす 3つの結晶軸 +Yを有している。従つ て、これらの 3つの結晶軸 +Yについて上述したように規定される 3つの交線を最大 外周線 112bとした場合、この 3つの最大外周線 112bに沿い上述した如く連続する 3 つの伝搬表面帯 112aを規定することが可能である。
[0128] [第 6の実施の形態の第 2の変形例]
次には、図 20及び図 21を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 6 の実施の形態の第 2の変形例について詳細に説明する。
[0129] この変形例の弾性表面波素子は、前述の第 6の実施の形態の 3方晶系の LiNbO
3 結晶により形成されている 3次元基体 112を、同様な 3方晶系ではある水晶により球 形状に形成している。これに伴なレ、、 3次元基体 112の外表面上に規定する最大外 周線 112bの規定方法も、前述の第 6の実施の形態の 3方晶系の LiNbO結晶により
3 形成されている 3次元基体 112の場合と異なっている。し力 ながら、これ以外の構 成は、前述の第 6の実施の形態の弾性表面波素子の構成と同じである。
[0130] この第 2の変形例の弾性表面波素子では、 3方晶系の水晶により全体が形成され てレ、る 3次元基体 112の外表面にぉレ、て最大外周線 112bを、図 20中に示されてレヽ るように、水晶の 1つの結晶軸 CDである + Y軸を法線とする 1つの結晶面と 3次元基 体 112の外表面との交線に一致させてレ、る。 3次元基体 112の外表面にぉレ、てこの 1つの結晶面に沿い弾性表面波が伝搬する間にも、前述の第 6の実施の形態の結 晶面の場合と同様に、上記結晶面に対し交差する方向には弾性表面波のエネルギ 一の大きな拡散が生じないので、 3次元基体 112の外表面において弾性表面波を最 も効率良く伝搬させることが出来る。
[0131] 3次元基体 112を形成している水晶は 3方晶系なので、図 21中に示されている如く 、 1つの平面内に互いに 120° をなす 3つの結晶軸 + Yを有している。従って、これら の 3つの結晶軸 + Yについて上述したように規定される 3つの交線を最大外周線 112 bとした場合、この 3つの最大外周線 112bに沿い上述した如く連続する 3つの伝搬表 面帯 112aを規定することが可能である。
[0132] 前述した第 6の実施の形態,第 1及び第 2の変形例に従った弾性表面波素子 110 においては、弾性表面波素子 110の 3次元基体 112の外表面上に電気音響変換素 子 114により励起された弾性表面波が、前記外表面において前述した如くして規定 された最大外周線 112bに沿い円環状に連続している伝搬表面帯 112aの範囲内で 伝搬表面帯 112aが円環状に連続している方向に沿い 1周期当たりエネルギーの実 質的に 20%以下の消耗率で(即ち、 1周回当たりエネルギーの 80%以上を保って) 円環状に周回するように、 3次元基体 1 12の種々の寸法や電気音響変換素子 114の 種々の寸法が前述した如く設定されてレ、る。
[0133] このことは、弾性表面波素子 110の 3次元基体 112は、伝搬表面帯 112a以外は、 如何なる任意の形状にしても良いことを意味している。例えば、 3次元基体 112は、 外表面に円環状の伝搬表面帯 112aを有したリング状のドーナツ形状や樽形状ゃラ グビーボール形状や円盤形状であることが出来る。
[0134] 前述した第 6の実施の形態,第 1及び第 2の変形例に従った弾性表面波素子 110 においては、伝搬表面帯 112aが接する空間に満たされている流体 (気体や流体)に 何等かの変化があれば (即ち、伝搬表面帯 112aが接する外部環境に何等かの変化 力 Sあれば)伝搬表面帯 112aを伝搬する弾性表面波の伝搬速度や 1周期当たりに要 する伝搬時間に変化が生じる。即ち、弾性表面波素子 110を外部環境の変化や差 異を検出する為の環境差異検出装置として使用することが出来る。
[0135] [第 7の実施の形態]
つぎに、図 22を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 7の実施の 形態を詳細に説明する。 [0136] この実施の形態では、前述した第 6の実施の形態,第 1及び第 2の変形例のいずれ かに従った弾性表面波素子 110の 3次元基体 112の外表面上に前述した如く規定 することが出来る複数の伝搬表面帯 112a (第 6の実施の形態では 6個であり、第 1及 び第 2の変形例の夫々では 3個である)の中の任意の複数の夫々において他の伝搬 表面帯 112aと交差しない部分に前述した如く電気音響変換素子 114を形成し、各 電気音響変換素子 114は前述の電気音響変換素子制御ユニット 120に接続されて いる。
[0137] さらにこの実施の形態では、 3次元基体 112の外表面において電気音響変換素子 114を形成した複数の伝搬表面帯 112aを除レ、た位置に、 3次元基体 112を図示し ない何等かの台座に支持する為の支持部材 132が固定されている。
[0138] このように構成されている第 7の実施の形態に従った弾性表面波素子 130は、第 6 の実施の形態,第 1及び第 2の変形例のいずれかに従った弾性表面波素子 110に 比べると、環境差異検出装置として使用した時により優れている。その理由は以下の 通り。
[0139] 前述の弾性表面波素子 110のように、 1つの電気音響変換素子 114とそれに接続 された 1つの電気音響変換素子制御ユニット 120しか使用しない場合には、前述した 外部環境の変化の影響で弾性表面波素子 110に何等かの物理的な変化(例えば、 外部環境の温度の変化による 3次元基体 112の膨張或いは収縮)が生じた時に、伝 搬表面帯 112aを伝搬する弾性表面波の伝搬速度や 1周期当たりに要する伝搬時間 に微妙な変化が生じる。
[0140] 従って、前述したように伝搬表面帯 112aが接する空間に満たされている流体 (気 体や流体)の変化 (即ち、伝搬表面帯 112aが接する外部環境の変化)をより精密に 検出しょうとするならば、前述した外部環境の変化の影響による弾性表面波素子 11 0の物理的な変化を考慮しなければならない。
[0141] 図 22を参照した第 7の実施の形態に従った弾性表面波素子 130によれば、 3次元 基体 112の外表面において電気音響変換素子 114を形成した複数の伝搬表面帯 1 12aの中の少なくとも 1つの伝搬表面帯 112aを変化を検出しようと意図している外部 環境力 隔離するとともに、電気音響変換素子 114を形成した複数の伝搬表面帯 11 2aの中の残りの少なくとも 1つの伝搬表面帯 112aを前記外部環境に接触するよう構 成する。
[0142] このような構成であれば、外部環境から隔離されている伝搬表面帯 112a上の電気 音響変換素子 114からそれが対応している前述の電気音響変換素子制御ユニット 1 20が受信した信号は外部環境の変化に伴なう弾性表面波素子 110の物理的な変 化を示し、前記外部環境に接触した前記残りの少なくとも 1つの伝搬表面帯 112aの 電気音響変換素子 114からそれが対応している前述の電気音響変換素子制御ュニ ット 120が受信した信号は外部環境の変化に伴なう弾性表面波素子 110の物理的な 変化に加えて外部環境の変化を示すことになる。
[0143] 従って、前記外部環境に接触した前記残りの少なくとも 1つの伝搬表面帯 112aの 電気音響変換素子 114からそれが対応している前述の電気音響変換素子制御ュニ ット 120が受信した信号から、外部環境から隔離されている伝搬表面帯 112a上の電 気音響変換素子 114からそれが対応している前述の電気音響変換素子制御ュニッ ト 120が受信した信号を差し引けば、純粋に外部環境の変化のみを検出することが 可能になる。
[0144] [第 7の実施の形態の変形例]
図 23には、図 22を参照しながら説明した第 7の実施の形態に従った弾性表面波素 子 130の変形例が示されている。
[0145] この変形例では、 3次元基体 112の外表面において複数の伝搬表面帯 112aの交 差領域に複数の伝搬表面帯 112aに共通の共通励起用電気音響変換素子 114'が 形成されている。共通励起用電気音響変換素子 114'は共通励起用電気音響素子 制御ユニット 120'に接続されていて、共通励起用電気音響素子制御ユニット 120' は共通励起用電気音響変換素子 114'を複数の伝搬表面帯 112aに同時に同じ周 波数の弾性表面波を励起させ伝搬させるよう制御する。
[0146] そして、複数の伝搬表面帯 1 12aの夫々において相互に重複しない位置に受信用 電気音響変換素子 114"が形成されている。複数の受信用電気音響変換素子 114 の夫々は受信用電気音響変換素子制御ユニット 120"に接続されているとともに 、夫々の受信用電気音響変換素子制御ユニット 120~を介して夫々の受信用電気 音響変換素子制御ユニット 120"が受信した信号の差異を検出する信号差異検出 手段 124に接続されている。
[0147] そして通常は、複数の受信用電気音響変換素子 114"は複数の伝搬表面帯 112 aから同時に弾性表面波を受信する。し力 ながら、例えば、いずれか 1つの伝搬表 面帯 112aに隣接する外部空間の部分の環境の変化により、いずれか 1つの伝搬表 面帯 112aに例えば液体などの異物が接すると、異物が接したいずれか 1つの伝搬 表面帯 112aにおける弾性表面波の伝搬速度と異物に接していない残りの複数の伝 搬表面帯 112aにおける弾性表面波の伝搬速度との間で差異が生じる。この差異に より、複数の受信用電気音響変換素子 114~に複数の受信用電気音響変換素子制 御ユニット 120~を介して接続されている信号差異検出手段 124は上記外部空間の 部分の環境の変化の程度を知ることが出来る。
[0148] なお、この変形例では、複数の伝搬表面帯 112aに対し 1つの共通励起用電気音 響変換素子 114'が形成されているとともに対応する複数の受信用電気音響変換素 子 114~が形成されているので、 1つの共通励起用電気音響変換素子 114'の為に 1つの共通励起用電気音響素子制御ユニット 120'が、また複数の受信用電気音響 変換素子 114~の為に複数の受信用電気音響変換素子制御ユニット 120~が設け られている。
[0149] このような変形例の共通励起用電気音響素子制御ユニット 120'や複数の受信用 電気音響変換素子制御ユニット 120' 'の夫々の回路設計は、図 22中に示されてレ、 る第 7の実施の形態の複数の伝搬表面帯 112aに対し複数の送受信用の電気音響 変換素子 114に対応して設けられている複数の送受信制御用の電気音響変換素子 制御ユニット 120の夫々の回路設計に比べ、遥かに容易である。
[0150] [第 8の実施の形態]
次に、図 24を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 8の実施の形 態を詳細に説明する。
[0151] 第 8の実施の形態に従った弾性表面波素子 140は、 3次元基体 112が凹所又は中 空部を有していて、これら凹所又は中空部の内表面 112cが、弾性表面波が伝搬可 能な曲面が円環状に連続した伝搬表面帯 112aを含んでいる。図 24には中空部の 一種である貫通孔を有した 3次元基体 112が示されてレ、る。
[0152] 3次元基体 112は、前述の第 6の実施の形態,そしてその第 1又は第 2の変形例の
3次元基体 112と同様に、全体が LiNbO結晶, LiTaO結晶,又は水晶により形成
3 3
されている。そして、前述の第 6の実施の形態,そしてその第 1又は第 2の変形例の 3 次元基体 112の外表面に 3次元基体 112を形成している結晶の種類に特有の複数 の結晶面の少なくとも 1つと前記外表面との交線に伝搬表面帯 112aを沿わせる基準 となる最大外周線 1 12bが規定されていたのと同様に、第 8の実施の形態に従った弾 性表面波素子 140の 3次元基体 112の内表面に 3次元基体 112を形成している結晶 の種類に特有の複数の結晶面の少なくとも 1つと前記内表面との交線に伝搬表面帯 112aを沿わせる基準となる少なくとも 1つの最大外周線 112bが規定されている。そ して、この内表面上で最大外周線 112bに沿い連続して延出するよう伝搬表面帯 11 2aが規定されている。この実施の形態の 3次元基体 112の内表面における伝搬表面 帯 112aの規定の仕方は、前述の第 6の実施の形態,そしてその第 1又は第 2の変形 例の 3次元基体 112の外表面における伝搬表面帯 1 12aの規定の仕方と同じである 。従って好ましくは前記内表面上の伝搬表面帯 112aの範囲内に最大外周線 112b が含まれている。
[0153] そして、この実施の形態の 3次元基体 112の内表面における伝搬表面帯 112aにも 、伝搬表面帯 112aの範囲内で最大外周線 112bに沿い弾性表面波を大きく減衰さ せることなく伝搬させるよう電気音響変換素子 114が形成されていて、電気音響変換 素子 114には前述の電気音響変換素子制御ユニット 120が接続されている。
[0154] この実施の形態においても、前記内表面は伝搬表面帯 112aが前述した所定の方 法により規定されていれば、伝搬表面帯 112a以外の部位の形状は任意である。
[0155] この実施の形態の弾性表面波素子 140は、電気音響変換素子 114により伝搬表 面帯 112aに励起され伝搬表面帯 112a内を例えば 1周回当たり 80%以上のェネル ギーを保って大きく減衰することなく伝搬する弾性表面波が、 3次元基体 112の内表 面における伝搬表面帯 112aが接する環境である貫通孔の内部空間を通過する流 体 (気体又は流体)の種々の変化に対応して、変化するのを電気音響変換素子 114 を介して電気音響変換素子制御ユニット 120により電気信号として受信することにより 、前記環境の変化、即ち差異、を検知することが出来る。
[0156] さらに、この実施の形態においても、図 22を参照しながら前述した第 7の実施の形 態の弾性表面波素子 130と同様に、前記内表面に 3次元基体 112を形成している結 晶の種類に特有の複数の結晶面と前記内表面との複数の交線に一致させた複数の 最大外周線 112bに沿った複数の伝搬表面帯 112aの夫々に、他の伝搬表面帯 112 aとの交差部位を除き前述の電気音響変換素子制御ユニット 120が接続されている 電気音響変換素子 114を形成することが出来る。そしてこの場合も、図 22を参照しな 力 前述した第 7の実施の形態の弾性表面波素子 130と同様に、より精密に環境の 差異を検出することが出来る環境差異検出装置として使用することが出来る。
[0157] またさらに、この実施の形態においても、図 23を参照しながら前述した第 7の実施 の形態の変形例の弾性表面波素子 130と同様に、前記外表面に 3次元基体 112を 形成している結晶の種類に特有の複数の結晶面と前記外表面との複数の交線に一 致させた複数の最大外周線 112bに沿った複数の伝搬表面帯 112aの交差領域に 複数の伝搬表面帯 112aに共通の共通励起用電気音響変換素子 114'を形成すると ともに複数の伝搬表面帯 112aの夫々において上記交差領域外に受信用電気音響 変換素子 114~を形成することも出来る。そしてこの場合も、図 23を参照しながら前 述した第 7の実施の形態の変形例の弾性表面波素子 130と同様に、より精密に環境 の差異を検出することが出来る環境差異検出装置として使用することが出来る。
[0158] [第 9の実施の形態]
次に、図 25及び図 26を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 9の 実施の形態を詳細に説明する。
[0159] 第 9の実施の形態に従った弾性表面波素子 150は、前述の第 6の実施の形態,そ してその第 1又は第 2の変形例の 3次元基体 112と同様に、全体が LiNb〇結晶, Li
3
TaO結晶,又は水晶により形成されている球形状の 3次元基体 112を備えている。 3
3
次元基体 112の外表面には、 3次元基体 112の材料の複数の結晶面と前記外表面 との複数の交線の少なくとも 1つを最大外周線 112bとし最大外周線 112bに沿レ、円 環状に連続する伝搬表面帯 112aを規定している。この実施の形態の弾性表面波素 子 150の 3次元基体 112の外表面上の伝搬表面帯 112aもまた、前述の第 6の実施 の形態,そしてその第 1又は第 2の変形例の 3次元基体 112の外表面上の伝搬表面 帯 112aと同様に、好ましくは伝搬表面帯 112aの範囲内に最大外周線 112bを含ん でいる。
[0160] この実施の形態の弾性表面波素子 150が、第 6の実施の形態やその第 1及び第 2 の変形例の弾性表面波素子 110と異なっているのは、 3次元基体 112の外表面上の 伝搬表面帯 112aに表面弾性波を励起させ、励起させた弾性表面波を伝搬表面帯 1 12aの範囲内で最大外周線 112bに沿い伝搬させる電気音響変換素子 114が 3次 元基体 112の外表面上の伝搬表面帯 112aに直接形成されてレ、なレ、ことである。
[0161] この実施の形態では、 3次元基体 112の外表面上の伝搬表面帯 112a以外の部分 を支持する台座 152が伝搬表面帯 112aとの間に所定の隙間 Sを介して対面する伝 搬表面帯対面領域 152aを有していて、台座 152の伝搬表面帯対面領域 152aに電 気音響変換素子 114が形成されている。伝搬表面帯 112aに対する電気音響変換 素子 114の寸法や配置は、第 6の実施の形態やその第 1及び第 2の変形例の弾性 表面波素子 110において伝搬表面帯 112aに電気音響変換素子 114が直接形成さ れている場合と同様である。
[0162] なお所定の隙間 Sは、電気音響変換素子 114が櫛型電極のようなすだれ状電極 1 22の場合、すだれ状電極 122のパターンの複数の線要素 (端子)の配列周期 P (図 1 7参照)の 4分の 1以下であることが好ましい。所定の隙間 Sが配列周期 P (図 17参照 )の 4分の 1以上であると、電気音響変換素子 114は 3次元基体 112の外表面上の伝 搬表面帯 112aに所望の弾性表面波を常に確実に励起させることが難しくなる。
[0163] 第 9の実施の形態に従った弾性表面波素子 150は、前述の第 6の実施の形態,そ してその第 1又は第 2の変形例の 3次元基体 112と同様に、使用することができる。し かも、電気音響変換素子 114が 3次元基体 112の外表面上の伝搬表面帯 112aに所 定の隙間 Sを介して対面している場合には、 3次元基体 112の外表面上の伝搬表面 帯 112aに電気音響変換素子 114が直接形成されている場合と比べると、伝搬表面 帯 112aに直接形成されている電気音響変換素子 114が電気音響変換素子 114に より伝搬表面帯 112aに励起され伝搬表面帯 112a中を伝搬する弾性表面波に極僅 かに与える力も知れない影響を排除することが出来、伝搬表面帯 112a中を伝搬する 弾性表面波の変化をより精密に検知することが出来る。
[0164] さらに第 9の実施の形態に従った弾性表面波素子 150においても、図 23を参照し て前述したこの発明の第 7の実施の形態の変形例のように、 3次元基体 112の外表 面上に規定することが出来る複数の最大外周線 112bに沿う複数の伝搬表面帯 112 aの交差領域に、台座 152の伝搬表面帯対面領域 152aを対面させるとともに、この 伝搬表面帯対面領域 152aに 3次元基体 112の外表面上の複数の伝搬表面帯 112 aの上記交差領域に所定の隙間 Sを介して対面する共通励起用電気音響変換素子 114'を形成することが出来る。さらに、複数の伝搬表面帯 112aの夫々において上 記交差領域外に伝搬表面帯対面領域 152aを有した台座 152と同様な追加の台座 の伝搬表面帯対面領域を対面させるとともに、この追加の台座の伝搬表面帯対面領 域に 3次元基体 112の外表面上の複数の伝搬表面帯 112aの夫々におレ、て上記交 差領域外に所定の隙間 Sを介して対面する受信用電気音響変換素子 114~を形成 することが出来る。そしてこの場合も、図 23を参照しながら前述した第 7の実施の形 態の変形例の弾性表面波素子 130と同様に、より精密に環境の差異を検出すること が出来る環境差異検出装置として使用することが出来る。
[0165] [第 10の実施の形態]
次に、図 27を参照しながら、この発明に従った弾性表面波素子の第 10の実施の形 態を詳細に説明する。
[0166] 第 10の実施の形態に従った弾性表面波素子 160は半球形状を有している 3次元 基体 112'を備えていて、 3次元基体 112'の外表面に弾性表面波が伝搬可能な曲 面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部によってなる伝搬表面帯 112' aを含ん でいる。
[0167] 半球形状の 3次元基体 112'は、前述の第 6の実施の形態,そしてその第 1又は第
2の変形例の 3次元基体 112と同様に、全体が LiNbO結晶, LiTaO結晶,又は水
3 3
晶により形成されている。そして、前述の第 6の実施の形態,そしてその第 1又は第 2 の変形例の 3次元基体 112の外表面に 3次元基体 112を形成している結晶の種類に 特有の複数の結晶面の少なくとも 1つと前記外表面との交線に、伝搬表面体 112aを 連続して沿わせる基準となる最大外周線 112bが規定されていたのと同様に、第 10 の実施の形態に従った弾性表面波素子 160の 3次元基体 112'の半球形状の外表 面に 3次元基体 112'を形成している結晶の種類に特有の複数の結晶面の少なくと も 1つと前記外表面との交線に一致させて、伝搬表面体 112' aを連続して沿わせる 基準となる少なくとも 1つの最大外周線 112'bが規定されている。そして、好ましくは 伝搬表面帯 112' aの範囲内に最大外周線 112'bが含まれている。
[0168] この実施の形態の 3次元基体 112'の外表面において伝搬表面帯 112' aを沿わせ る基準となる最大外周線 112'bの規定の仕方は、前述の第 6の実施の形態,そして その第 1又は第 2の変形例の 3次元基体 112の外表面における最大外周線 112bの 規定の仕方と同じである。
[0169] そして、この実施の形態の 3次元基体 112'の外表面における伝搬表面帯 112 ^に も、伝搬表面帯 112 ^の範囲内で最大外周線 112'bに沿い弾性表面波を 1周回当 たり少なくとも 80%以上のエネルギを保ち伝搬させるよう電気音響変換素子 114が 直接形成されていて、電気音響変換素子 114には前述の電気音響変換素子制御ュ ニット 120が接続されている。
[0170] この実施の形態においては、電気音響変換素子 114により伝搬表面帯 112 の範 圏内に励起され伝搬表面帯 112'aの範囲内で最大外周線 112'bに沿い伝搬する 弾性表面波の伝搬方向に電気音響変換素子 114から離れた位置に、弾性表面波 反射体 162が形成されている。弾性表面波反射体 162は、電気音響変換素子 114 力 伝搬表面帯 112'a中を弾性表面波反射体 162に向い伝搬して来た弾性表面波 を伝搬表面帯 112' aを同じ経路で電気音響変換素子 114に向うよう反射する。
[0171] この実施の形態においても、前記外表面は伝搬表面帯 112'aが前述した所定の 方法により規定されていれば、伝搬表面帯 112'a以外の部位の形状は任意である。
[0172] この実施の形態においても、 3次元基体 112'は伝搬表面帯 112'a以外の部分が 図示しなレ、台座に支持されてレ、る。
[0173] この実施の形態の弾性表面波素子 160は、電気音響変換素子 114により少なくと も円環状の曲面の一部によってなる伝搬表面帯 112' aに励起され伝搬表面帯 112' a内を大きく減衰することなく伝搬する弾性表面波が、 3次元基体 112の外表面にお ける伝搬表面帯 112 が接する環境である外部空間に含まれている流体 (気体又は 流体)の種々の変化に対応して、変化するのを電気音響変換素子 114を介して電気 音響変換素子制御ユニット 120により電気信号として受信することにより、前記環境 の変化、即ち差異、を検知することが出来る。
[0174] さらに、この実施の形態においても、図 22を参照しながら前述した第 7の実施の形 態の弾性表面波素子 130と同様に、前記外表面に 3次元基体 112'を形成している 結晶の種類に特有の複数の結晶面と前記外表面との複数の交線により規定された 複数の最大外周線 112'bに沿った複数の伝搬表面帯 112'aの夫々に、他の伝搬表 面帯 112 との交差部位を除き前述の電気音響変換素子制御ユニット 120が接続さ れている電気音響変換素子 114を形成することが出来る。なおこの場合、複数の伝 搬表面帯 112' aの夫々において他の伝搬表面帯 112 との交差部位を除き電気音 響変換素子 114と対向する位置に弾性表面波反射体 162が設置される。
[0175] さらに、図 23を参照しながら前述した第 7の実施の形態の変形例の弾性表面波素 子 130と同様に、 3次元基体 112'の外表面の複数の伝搬表面帯 112'aの交差領域 に共通励起用電気音響変換素子 114 'を形成するとともに、複数の伝搬表面帯 112 ^の夫々において交差領域外に弾性表面波反射体 162の代わりに受信用電気音 響変換素子 114"を形成しても良レ、。
[0176] またさらに、この実施の形態においても、図 24を参照しながら前述した第 8の実施 の形態の弾性表面波素子 140と同様に、 3次元基体 112に形成した例えば半球形 状の凹所又は空洞の内表面に中心線 112bを伴なつた少なくとも円環状の曲面の一 部によってなる伝搬表面帯 112aを規定し、このような伝搬表面帯 112aに中心線 11 2aに沿い相互に離間し相互に対向する電気音響変換素子 114及び弾性表面波反 射体 162を設置するよう変形させることも出来る。
[0177] またさらに、この実施の形態においても、図 25及び図 26を参照しながら前述した第 9の実施の形態の弾性表面波素子 150と同様に、 3次元基体 112'の伝搬表面帯 11 2aに直接電気音響変換素子 114を形成するのではなぐ伝搬表面帯 112aに対し所 定の隙間 Sを介して対向するよう前述の図示しない台座に電気音響変換素子 114を 形成することも出来るし、 3次元基体 112'の外表面の複数の伝搬表面帯 112'aの交 差領域に所定の隙間 Sを介して対向するよう前述の図示しない台座に共通励起用電 気音響変換素子 114'を形成するとともに複数の伝搬表面帯 112' aの夫々において 交差領域以外に所定の隙間 Sを介して対向するよう前述の図示しない台座に受信用 電気音響変換素子 114"を形成することも出来る。
[0178] さらに、弾性表面波反射体 162の代わりに前述の電気音響変換素子制御ユニット 1 20が接続されているもう 1つの電気音響変換素子 114を使用することも出来る。 産業上の利用可能性
[0179] 弾性表面波素子は、例えば遅延線,発振素子,共振素子,周波数選択素子,例え ば化学センサやバイオセンサや圧力センサを含む種々の環境差異を検出する環境 差異検出装置の一部として、或いはリモートタグ等として使用される。

Claims

請求の範囲
[1] 弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体(12, 12Ίと;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子 (14 )と;
を備えており、
前記 3次元基体(12, 12Ίが Bi SiO 結晶であり、
12 20
前記 3次元基体(12, 12Ίの前記表面において前記電気音響変換素子 (14)は、 B i SiO 結晶の結晶面(111)と前記表面との交線に沿い、前記励起した弾性表面
12 20
波を伝搬させており、前記交線は前記表面の最大外周線(12b, 12'b)になっている ことを特徴とする弾性表面波素子。
[2] 前記 3次元基体(12)の前記表面が少なくとも球面の一部を有する、ことを特徴とす る請求項 1に記載の弾性表面波素子。
[3] 前記 3次元基体の前記表面(12)に対し前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い 前記弾性表面波を伝搬させるとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信 可能な電気音響変換素子(14)の送受信部分が、前記 3次元基体(12)の前記表面 において前記交線の一部を含むように配置されている、ことを特徴とする請求項 2に 記載の弾性表面波素子。
[4] 前記表面は、前記弾性表面波が伝搬可能な曲面が円環状に連続しており、
前記電気音響変換素子(14)は、前記表面に前記弾性表面波を励起し前記交線 に沿い前記弾性表面波を伝搬し周回させる、
ことを特徴とする請求項 1に記載の弾性表面波素子。
[5] 前記 3次元基体(12)の前記表面が球面である、ことを特徴とする請求項 4に記載 の弾性表面波素子。
[6] 前記 3次元基体の前記表面(12)に対し前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い 前記弾性表面波を伝搬させるとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信 可能な電気音響変換素子(14)の送受信部分が、前記 3次元基体(12)の前記表面 において前記交線の一部を含むように配置されている、ことを特徴とする請求項 5に 記載の弾性表面波素子。
[7] 前記表面に沿い前記交線の延出方向と交差する方向において、前記電気音響変 換素子 (14)が前記表面に対し弾性表面波を励起し前記交線に沿い前記弾性表面 波のエネルギーを 1周回当たり 80%以上保って伝搬するとともに前記弾性表面波を 受信可能な寸法が、前記表面において前記交線と直交する方向に延びる曲面の曲 率半径の 1. 5分の 1以下である、
ことを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[8] 前記電気音響変換素子 (14)は、前記対応する交線に対し、前記交線に沿い前記 電気音響変換素子から出射される弾性表面波のエネルギーの流れる密度が最大に なる方位(MD)が 20° を含む 20° 以内になるよう前記表面に配置されている、こと を特徴とする請求項 7に記載の弾性表面波素子。
[9] 前記電気音響変換素子 (14)が、前記 3次元基体(12、 12Ίの前記表面において 弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯(12a、 12 )に形成されている、ことを特徴とす る請求項 1乃至 6のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[10] 前記電気音響変換素子 (14)はすだれ状電極(22)を備えていて、前記すだれ状電 極 (22)は、前記すだれ状電極 (22)の複数の端子(22a)において前記表面に対し弾 性表面波を励起するとともに前記表面に伝搬する前記弾性表面波を受信可能な送 受信部分に対し前記表面に沿い直交する線 (〇L)が、対応する交線に対し 10° 以 下の範囲に含まれるよう構成されている、ことを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[11] 前記交線に沿った方向における前記すだれ状電極 (22)の複数の端子 (22a)の配 列周期(P)は、前記交線の曲率半径の 1/10以下である、ことを特徴とする請求項 1 0に記載の弾性表面波素子。
[12] 前記 3次元基体(12、 12')の前記表面は、前記 3次元基体(12、 12')の外表面で ある、ことを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれ力 1項に記載の弾性表面波素子。
[13] 前記 3次元基体(12、 12Ίは凹所又は中空部を有していて、前記表面は、前記 3 次元基体(12、 12')の凹所又は中空部の内表面(12c)である、ことを特徴とする請 求項 1乃至 6のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[14] 請求項 1乃至 6のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子の表面において複数の交 線に沿い複数の電気音響変換素子 (14)に弾性表面波を励起させ伝搬させるとともに 伝搬する前記弾性表面波を受信させて受信信号を出力させ、複数の電気音響変換 素子 (14)から出力される受信信号を比較し、前記表面において複数の弾性表面波 が伝搬する複数の部分が接する空間の複数の部分の環境の差異を検出する、ことを 特徴とする環境差異検出装置。
[15] 弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体(12、 12Ίと;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子 (14
)と;
を備えていて、
前記 3次元基体(12、 12Ίが Li B〇結晶であり、
2 4 7
前記 3次元基体の前記表面において前記電気音響変換素子 (14)は、 Li B〇結
2 4 7 晶の C結晶軸と直交する方向を法線とする結晶面と前記表面との交線に沿い、前記 励起した弾性表面波を伝搬させており、前記交線は前記表面の最大外周線(12b、 12'b)になっている、
ことを特徴とする弾性表面波素子。
[16] 前記 3次元基体 (12)の前記表面が少なくとも球面の一部を有する、ことを特徴とす る請求項 15に記載の弾性表面波素子。
[17] 前記 3次元基体 (12)の前記表面に対し前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い 前記弾性表面波を伝搬させるとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信 可能な電気音響変換素子 (14)の送受信部分が、前記 3次元基体 (12)の前記表面に おいて前記交線の一部を含むように配置されている、ことを特徴とする請求項 16に 記載の弾性表面波素子。
[18] 前記表面は、前記弾性表面波が伝搬可能な曲面が円環状に連続しており、 前記電気音響変換素子 (14)は、前記表面に前記弾性表面波を励起し前記交線に 沿い前記弾性表面波を伝搬し周回させる、
ことを特徴とする請求項 15に記載の弾性表面波素子。
[19] 前記 3次元基体 (12)の前記表面が球面である、ことを特徴とする請求項 18に記載 の弾性表面波素子。
[20] 前記 3次元基体 (12)の前記表面に対し前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い 前記弾性表面波を伝搬させるとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信 可能な電気音響変換素子 (14)の送受信部分が、前記 3次元基体 (12)の前記表面に おいて前記交線の一部を含むように配置されている、ことを特徴とする請求項 19に 記載の弾性表面波素子。
[21] 前記表面に沿い前記交線の延出方向と交差する方向において、前記電気音響変 換素子 (14)が前記表面に対し弾性表面波を励起し前記交線に沿い前記弾性表面 波のエネルギーを 1周回当たり 80%以上保って伝搬するとともに前記弾性表面波を 受信可能な寸法が、前記表面において前記交線と直交する方向に延びる曲面の曲 率半径の 1. 5分の 1以下である、
ことを特徴とする請求項 15乃至 20のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[22] 前記電気音響変換素子 (14)は、前記対応する交線に対し、前記交線に沿い前記 電気音響変換素子から出射される弾性表面波のエネルギーの流れる密度が最大に なる方位(22)が 20° を含む 20° 以内になるよう前記表面に配置されている、ことを 特徴とする請求項 21に記載の弾性表面波素子。
[23] 前記電気音響変換素子 (14)が、前記 3次元基体(12、 12')の前記表面において 弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯(12a、 12' a)に形成されている、ことを特徴とす る請求項 15乃至 20のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[24] 前記電気音響変換素子 (14)はすだれ状電極(22)を備えていて、前記すだれ状電 極 (22)は、前記すだれ状電極 (22)の複数の端子(22a)において前記表面に対し弾 性表面波を励起するとともに前記表面に伝搬する前記弾性表面波を受信可能な送 受信部分に対し前記表面に沿い直交する線 (〇L)が、対応する交線に対し 10° 以 下の範囲に含まれるよう構成されている、ことを特徴とする請求項 15乃至 20のいず れか 1項に記載の弾性表面波素子。
[25] 前記交線に沿った方向における前記すだれ状電極 (22)の複数の端子 (22a)の配 列周期(P)は、前記交線の曲率半径の 1/10以下である、ことを特徴とする請求項 2
4に記載の弾性表面波素子。
[26] 前記 3次元基体(12、 12')の前記表面は、前記 3次元基体(12、 12' )の外表面で ある、ことを特徴とする請求項 15乃至 20のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[27] 前記 3次元基体(12、 12')は凹所又は中空部を有していて、前記表面は、前記 3 次元基体(12、 12Ίの凹所又は中空部の内表面(12c)である、ことを特徴とする請 求項 15乃至 20のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[28] 請求項 15乃至 20のいずれ力 1項に記載の弾性表面波素子の表面において複数 の交線に沿い複数の電気音響変換素子 (14)に弾性表面波を励起させ伝搬させると ともに伝搬する前記弾性表面波を受信させて受信信号を出力させ、複数の電気音響 変換素子 (14)から出力される受信信号を比較し、前記表面において複数の弾性表 面波が伝搬する複数の部分が接する空間の複数の部分の環境の差異を検出する、 ことを特徴とする環境差異検出装置。
[29] 弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体(12、 12Ίと;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子 (14
)と;
を備えており、
前記 3次元基体(12、 12')が Li B O結晶であり、
2 4 7
前記 3次元基体(12、 12')の前記表面において前記電気音響変換素子 (14)は、 L
1 B O結晶の C結晶軸から任意の方向に 30° と 40° との間で傾斜した方向を法線
2 4 7
とする結晶面と前記表面との交線に沿い、前記励起した弾性表面波を伝搬させてお り、前記交線は前記表面の最大外周線(12b、 12'b)になっている、
ことを特徴とする弾性表面波素子。
[30] 前記 3次元基体の前記表面が少なくとも球面の一部を有する、ことを特徴とする請 求項 29に記載の弾性表面波素子。
[31] 前記 3次元基体の前記表面に対し前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記 弾性表面波を伝搬させるとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な 電気音響変換素子の送受信部分が、前記 3次元基体の前記表面において前記交線 の一部を含むように配置されている、ことを特徴とする請求項 30に記載の弾性表面 波素子。
[32] 電気音響変換素子の前記送受信部がさらに、前記 3次元基体の前記表面におい て前記 C軸から任意の方向に 75° と 105° との間の領域に少なくとも一部を配置さ れてレ、る、ことを特徴とする請求項 31に記載の弾性表面波素子。
[33] 前記表面は、前記弾性表面波が伝搬可能な曲面が円環状に連続しており、
前記電気音響変換素子は、前記表面に前記弾性表面波を励起し前記交線に沿い 前記弾性表面波を伝搬し周回させる、
ことを特徴とする請求項 29に記載の弾性表面波素子。
[34] 前記 3次元基体の前記表面が球面である、ことを特徴とする請求項 33に記載の弹 性表面波素子。
[35] 前記 3次元基体の前記表面に対し前記弾性表面波を励起し前記表面に沿レ、前記 弾性表面波を伝搬させるとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な 電気音響変換素子の送受信部分が、前記 3次元基体の前記表面において前記交線 の一部を含むように配置されている、ことを特徴とする請求項 34に記載の弾性表面 波素子。
[36] 電気音響変換素子の前記送受信部がさらに、前記 3次元基体の前記表面におい て前記 C軸から任意の方向に 75° と 105° との間の領域に少なくとも一部を配置さ れている、ことを特徴とする請求項 35に記載の弾性表面波素子。
[37] 前記表面に沿い前記交線の延出方向と交差する方向において、前記電気音響変 換素子 (14)が前記表面に対し弾性表面波を励起し前記交線に沿い前記弾性表面 波のエネルギーを 1周回当たり 80%以上保って伝搬するとともに前記弾性表面波を 受信可能な寸法が、前記表面において前記交線と直交する方向に延びる曲面の曲 率半径の 1. 5分の 1以下である、 ことを特徴とする請求項 29乃至 36のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[38] 前記電気音響変換素子 (14)は、前記対応する交線に対し、前記交線に沿い前記 電気音響変換素子から出射される弾性表面波のエネルギーの流れる密度が最大に なる方位 (MD)が 20° を含む 20° 以内になるよう前記表面に配置されている、こと を特徴とする請求項 37に記載の弾性表面波素子。
[39] 前記電気音響変換素子 (14)が、前記 3次元基体(12、 12')の前記表面において 弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯(12a、 12'a)に形成されている、ことを特徴とす る請求項 29乃至 36のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[40] 前記電気音響変換素子 (14)はすだれ状電極(22)を備えていて、前記すだれ状電 極 (22)は、前記すだれ状電極 (22)の複数の端子(22a)において前記表面に対し弾 性表面波を励起するとともに前記表面に伝搬する前記弾性表面波を受信可能な送 受信部分に対し前記表面に沿い直交する線(OL)力 対応する交線に対し 10° 以 下の範囲に含まれるよう構成されている、ことを特徴とする請求項 29乃至 36のいず れか 1項に記載の弾性表面波素子。
[41] 前記交線に沿った方向における前記すだれ状電極 (22)の複数の端子 (22a)の配 列周期(P)は、前記交線の曲率半径の 1/10以下である、ことを特徴とする請求項 4 0に記載の弾性表面波素子。
[42] 前記 3次元基体(12、 12')の前記表面は、前記 3次元基体(12、 12')の外表面で ある、ことを特徴とする請求項 29乃至 36のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[43] 前記 3次元基体(12、 12')は凹所又は中空部を有していて、前記表面は、前記 3 次元基体(12、 12')の凹所又は中空部の内表面(12c)である、ことを特徴とする請 求項 29乃至 36のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[44] 請求項 29乃至 36のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子の表面において複数 の交線に沿い複数の電気音響変換素子 (14)に弾性表面波を励起させ伝搬させると ともに伝搬する前記弾性表面波を受信させて受信信号を出力させ、複数の電気音響 変換素子 (14)から出力される受信信号を比較し、前記表面において複数の弾性表 面波が伝搬する複数の部分が接する空間の複数の部分の環境の差異を検出する、 ことを特徴とする環境差異検出装置。 弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体(112, 112')と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子(1 14, 114' , 114")と;
を備えていて、
前記 3次元基体(112, 112')が LiNbO結晶であり、
3
前記 3次元基体(112, 112Ίの前記表面において前記電気音響変換素子(114, 114' , 114~)は、 LiNbO結晶の結晶軸である +Y軸を X軸を回転中心に + Z方
3
向に 20° だけ回転させることにより規定された結晶軸を法線 (CA)とする結晶面と前 記表面との交線及び LiNbO結晶の結晶軸である + Y軸を X軸を回転中心に一 方
3
向に 26° だけ回転させることにより規定された結晶軸を法線(CB)とする結晶面と前 記表面との交線の少なくともレ、ずれか一方の交線に沿い、前記励起した弾性表面波 を伝搬させており、前記少なくともいずれか一方の交線は前記表面の最大外周線 (1 12b, 112^b)【こなってレヽる、
ことを特徴とする弾性表面波素子。
前記 3次元基体(112, 112Ίの前記表面において前記電気音響変換素子(114, 114', 114~)は、 LiNbO結晶の結晶軸である + Y軸を X軸を回転中心に + Z方
3
向に 20° だけ回転させることにより規定された結晶軸を法線(CA)とする結晶面と前 記表面との交線及び LiNbO結晶の結晶軸である +Y軸を X軸を回転中心に一 方
3
向に 26° だけ回転させることにより規定された結晶軸を法線 (CB)とする結晶面と前 記表面との交線の両方に沿い、前記励起した弾性表面波を伝搬させており、前記両 方の交線の夫々は前記表面の最大外周線 (112b, 112'b)になっている、
ことを特徴とする請求項 45に記載の弾性表面波素子。
前記 3次元基体 (112)の前記表面が少なくとも球面の一部を有する、ことを特徴とす る請求項 46に記載の弾性表面波素子。
前記表面は、前記弾性表面波が伝搬可能な曲面が円環状に連続しており、 前記電気音響変換素子 (114, 114' , 114")は、前記表面に前記弾性表面波を 励起し前記交線に沿い前記弾性表面波を伝搬し周回させる、
ことを特徴とする請求項 46に記載の弾性表面波素子。
[49] 前記 3次元基体 (112)の前記表面が球面である、ことを特徴とする請求項 48に記載 の弾性表面波素子。
[50] 前記 3次元基体 (112)の前記表面が少なくとも球面の一部を有する、ことを特徴とす る請求項 45に記載の弾性表面波素子。
[51] 前記表面は、前記弾性表面波が伝搬可能な曲面が円環状に連続しており、
前記電気音響変換素子 (114, 114' , 114")は、前記表面に前記弾性表面波を 励起し前記交線に沿レ、前記弾性表面波を伝搬し周回させる、
ことを特徴とする請求項 45に記載の弾性表面波素子。
[52] 前記 3次元基体 (112)の前記表面が球面である、ことを特徴とする請求項 51に記載 の弾性表面波素子。
[53] 前記表面に沿い前記交線の延出方向と交差する方向において、前記電気音響変 換素子(114, 114' , 114")が前記表面に対し弾性表面波を励起し前記交線に沿 い前記弾性表面波のエネルギーを 1周回当たり 80%以上保って伝搬するとともに前 記弾性表面波を受信可能な寸法が、前記表面において前記交線と直交する方向に 延びる曲面の曲率半径の 1. 5分の 1以下である、
ことを特徴とする請求項 45乃至 52のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[54] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )は、前記対応する交線に対し、前記 交線に沿い前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )から出射される弾性表面 波のエネルギーの流れる密度が最大になる方位 (MD)が 20° 以内になるよう前記表 面に配置されている、ことを特徴とする請求項 53に記載の弾性表面波素子。
[55] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )が、 前記 3次元基体 (112, 112') の前記表面において弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯 (112a, 112' a)に形成され ている、ことを特徴とする請求項 45乃至 52のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子
[56] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )はすだれ状電極 (122)を備えてい て、前記すだれ状電極 (122)は、前記すだれ状電極 (122)の複数の端子(122a)に おいて前記表面に対し弾性表面波を励起するとともに前記表面に伝搬する前記弾 性表面波を受信可能な送受信部分が、対応する交線の一部を含むよう構成されてい る、ことを特徴とする請求項 45乃至 52のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[57] 前記交線に沿った方向における前記すだれ状電極 (122)の複数の端子(122a)の 配列周期は、前記交線の曲率半径の 1/10以下である、ことを特徴とする請求項 56 に記載の弾性表面波素子。
[58] 前記 3次元基体 (112, 112')の前記表面は、前記 3次元基体 (112, 112')の外表 面である、ことを特徴とする請求項 45乃至 52のいずれか 1項に記載の弾性表面波素 子。
[59] 前記 3次元基体 (112, 112Ίは凹所又は中空部を有していて、前記表面は、前記
3次元基体 (112, 112')の凹所又は中空部の内表面 (112c)である、ことを特徴とす る請求項 45乃至 52のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[60] 請求項 45乃至 52のいずれ力 1項に記載の弾性表面波素子の表面において複数 の交線に沿い複数の電気音響変換素子(114, 114' , 114")に弾性表面波を励 起させ伝搬させるとともに伝搬する前記弾性表面波を受信させて受信信号を出力さ せ、複数の電気音響変換素子(114, 114' , 114")から出力される受信信号を比 較し、前記表面において複数の弾性表面波が伝搬する複数の部分が接する空間の 複数の部分の環境の差異を検出する、ことを特徴とする環境差異検出装置。
[61] 弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体 (112, 112')と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子(1 14, 114' , 114")と;
を備えていて、
前記 3次元基体 (112, 112')^LiTaO結晶であり、
3
前記 3次元基体 (112, 112')の前記表面にぉレ、て前記電気音響変換素子(114, 114', 114~)は、 LiTaO結晶の結晶軸である + Y軸を X軸を回転中心に _Z方向
3
に 45° だけ回転させることにより規定された結晶軸を法線 (CC)とする結晶面と前記 表面との交線に沿い、前記励起した弾性表面波を伝搬させており、前記交線は前記 表面の最大外周線 (112b, 112'b)になってレ、る、
ことを特徴とする弾性表面波素子。
[62] 前記 3次元基体 (112)の前記表面が少なくとも球面の一部を有する、ことを特徴とす る請求項 61に記載の弾性表面波素子。
[63] 前記表面は、前記弾性表面波が伝搬可能な曲面が円環状に連続しており、
前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )は、前記表面に前記弾性表面波を 励起し前記交線に沿レ、前記弾性表面波を伝搬し周回させる、
ことを特徴とする請求項 62に記載の弾性表面波素子。
[64] 前記 3次元基体(112)の前記表面が球面である、ことを特徴とする請求項 63に記 載の弾性表面波素子。
[65] 前記表面に沿い前記交線の延出方向と交差する方向において、前記電気音響変 換素子(114, 114' , 114")が前記表面に対し弾性表面波を励起し前記交線に沿 い前記弾性表面波のエネルギーを 1周回当たり 80%以上保って伝搬するとともに前 記弾性表面波を受信可能な寸法が、前記表面において前記交線と直交する方向に 延びる曲面の曲率半径の 1. 5分の 1以下である、
ことを特徴とする請求項 61乃至 64のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[66] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )は、前記対応する交線に対し、前記 交線に沿い前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )から出射される弾性表面 波のエネルギーの流れる密度が最大になる方位 (MD)が 20° 以内になるよう前記表 面に配置されている、ことを特徴とする請求項 65に記載の弾性表面波素子。
[67] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )が、 前記 3次元基体 (112, 112') の前記表面において弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯 (112a, 112' a)に形成され ている、ことを特徴とする請求項 61乃至 64のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子
[68] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )はすだれ状電極 (122)を備えてい て、前記すだれ状電極 (122)は、前記すだれ状電極 (122)の複数の端子(122a)に おいて前記表面に対し弾性表面波を励起するとともに前記表面に伝搬する前記弾 性表面波を受信可能な送受信部分が、対応する交線の一部を含むよう構成されてい る、ことを特徴とする請求項 61乃至 64のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[69] 前記交線に沿った方向における前記すだれ状電極 (122)の複数の端子(122a)の 配列周期は、前記交線の曲率半径の 1/10以下である、ことを特徴とする請求項 68 に記載の弾性表面波素子。
[70] 前記 3次元基体 (112, 112')の前記表面は、前記 3次元基体 (112, 112')の外表 面である、ことを特徴とする請求項 61乃至 64のいずれか 1項に記載の弾性表面波素 子。
[71] 前記 3次元基体 (112, 112Ίは凹所又は中空部を有していて、前記表面は、前記 3次元基体 (112, 112')の凹所又は中空部の内表面 (112c)である、ことを特徴とす る請求項 61乃至 64のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[72] 請求項 61乃至 64のいずれ力 1項に記載の弾性表面波素子の表面において複数 の交線に沿い複数の電気音響変換素子(114, 114' , 114")に弾性表面波を励 起させ伝搬させるとともに伝搬する前記弾性表面波を受信させて受信信号を出力さ せ、複数の電気音響変換素子(114, 114' , 114")から出力される受信信号を比 較し、前記表面において複数の弾性表面波が伝搬する複数の部分が接する空間の 複数の部分の環境の差異を検出する、ことを特徴とする環境差異検出装置。
[73] 弾性表面波が伝搬可能な曲面が連続した少なくとも円環状の曲面の一部を含む表 面を有する 3次元基体 (112, 112')と;
前記表面に前記弾性表面波を励起し前記表面に沿い前記弾性表面波を伝搬させ るとともに前記表面を伝搬する前記弾性表面波を受信可能な電気音響変換素子(1 14, 114' , 114")と;
を備えていて、
前記 3次元基体 (112, 112')が水晶であり、
前記 3次元基体 (112, 112')の前記表面にぉレ、て前記電気音響変換素子(114, 114' , 114")は、水晶の結晶軸である Y軸を法線とする結晶面と前記表面との交 線に沿い、前記励起した弾性表面波を伝搬させており、前記交線は前記表面の最 大外周線 (112b, 112'b)になっている、 ことを特徴とする弾性表面波素子。
[74] 前記 3次元基体 (112)の前記表面が少なくとも球面の一部を有する、ことを特徴とす る請求項 73に記載の弾性表面波素子。
[75] 前記表面は、前記弾性表面波が伝搬可能な曲面が円環状に連続しており、
前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )は、前記表面に前記弾性表面波を 励起し前記交線に沿い前記弾性表面波を伝搬し周回させる、
ことを特徴とする請求項 73に記載の弾性表面波素子。
[76] 前記 3次元基体 (112)の前記表面が球面である、ことを特徴とする請求項 75に記載 の弾性表面波素子。
[77] 前記表面に沿い前記交線の延出方向と交差する方向において、前記電気音響変 換素子(114, 114' , 114")が前記表面に対し弾性表面波を励起し前記交線に沿 い前記弾性表面波のエネルギーを 1周回当たり 80%以上保って伝搬するとともに前 記弾性表面波を受信可能な寸法が、前記表面において前記交線と直交する方向に 延びる曲面の曲率半径の 1. 5分の 1以下である、
ことを特徴とする請求項 73乃至 76のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[78] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )は、前記対応する交線に対し、前記 交線に沿い前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )から出射される弾性表面 波のエネルギーの流れる密度が最大になる方位 (MD)が 20° 以内になるよう前記表 面に配置されている、ことを特徴とする請求項 77に記載の弾性表面波素子。
[79] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )が、 前記 3次元基体 (112, 112') の前記表面において弾性表面波が伝搬する伝搬表面帯 (112a, 112' a)に形成され ている、ことを特徴とする請求項 73乃至 76のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子
[80] 前記電気音響変換素子(114, 114' , 114" )はすだれ状電極 (122)を備えてい て、前記すだれ状電極 (122)は、前記すだれ状電極 (122)の複数の端子(122a)に おいて前記表面に対し弾性表面波を励起するとともに前記表面に伝搬する前記弾 性表面波を受信可能な送受信部分が、対応する交線の一部を含むよう構成されてい る、ことを特徴とする請求項 73乃至 76のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。 [81] 前記交線に沿った方向における前記すだれ状電極 (122)の複数の端子(122a)の 配列周期は、前記交線の曲率半径の 1/10以下である、ことを特徴とする請求項 80 に記載の弾性表面波素子。
[82] 前記 3次元基体 (112, 112')の前記表面は、前記 3次元基体 (112, 112')の外表 面である、ことを特徴とする請求項 73乃至 76のレ、ずれか 1項に記載の弾性表面波素 子。
[83] 前記 3次元基体 (112, 112')は凹所又は中空部を有していて、前記表面は、前記 3次元基体 (112, 112')の凹所又は中空部の内表面 (112c)である、ことを特徴とす る請求項 73乃至 76のいずれか 1項に記載の弾性表面波素子。
[84] 請求項 73乃至 76のいずれ力 1項に記載の弾性表面波素子の表面において複数 の交線に沿い複数の電気音響変換素子(114, 114' , 114")に弾性表面波を励 起させ伝搬させるとともに伝搬する前記弾性表面波を受信させて受信信号を出力さ せ、複数の電気音響変換素子(114, 114' , 114")から出力される受信信号を比 較し、前記表面において複数の弾性表面波が伝搬する複数の部分が接する空間の 複数の部分の環境の差異を検出する、ことを特徴とする環境差異検出装置。
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