WO2013094531A1 - 被測定物特性測定装置 - Google Patents

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piezoelectric substrate
comb
wave
surface acoustic
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直之 吉村
谷津田　博美
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日本無線株式会社
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Definitions

  • the present invention provides a comb-shaped electrode formed on a piezoelectric substrate for exciting a surface acoustic wave, and a reaction in which an object to be measured is loaded between the comb-shaped electrode and an end of the piezoelectric substrate in the propagation direction of the surface acoustic wave.
  • the present invention relates to an object characteristic measuring apparatus including a surface acoustic wave element in which a field is formed.
  • a surface acoustic wave element includes a piezoelectric substrate, and a transmission electrode and a reception electrode made up of comb-like electrode fingers provided on the piezoelectric substrate.
  • a transmission electrode and a reception electrode made up of comb-like electrode fingers provided on the piezoelectric substrate.
  • the surface acoustic wave device configured as described above, when an electric signal is supplied to the transmission electrode, an electric field is generated between the electrode fingers, and the surface acoustic wave is excited by the piezoelectric effect, and the surface acoustic wave is generated on the piezoelectric substrate. And the receiving electrode is excited to be converted into an electric signal.
  • a sliding surface acoustic wave SH-SAW
  • a surface acoustic wave sensor has been studied (Patent Document 1).
  • the surface acoustic wave sensor there is a difference in the characteristics of the signal obtained at the receiving electrode depending on whether the area of the object to be measured loaded on the piezoelectric substrate is electrically open or short-circuited. It is possible to obtain the dielectric constant and conductivity as physical characteristics of the object to be measured. Further, when a concavo-convex structure is formed on the propagation path between the transmission electrode and the reception electrode on the piezoelectric substrate and the object to be measured is loaded in the concave portion, the loaded object to be measured forms a film in a pseudo manner. This film is excited together with the piezoelectric substrate, and the density of the object to be measured can be obtained using the mass load effect in which the resonance frequency changes based on the mass of the film (Patent Document 2).
  • Patent Document 3 a surface acoustic wave sensor including one transmission / reception electrode using reflection of surface acoustic waves is known.
  • Patent Document 3 an acoustic wave excited by a transmission / reception electrode propagates through a reaction field loaded with an object to be measured, then is reflected by an end of the piezoelectric substrate, and is input to the transmission / reception electrode again. Based on this signal, the physical characteristics of the object to be measured can be measured.
  • the surface acoustic wave element can be made compact by configuring the surface acoustic wave element with one transmission / reception electrode.
  • the elastic wave includes a surface acoustic wave propagating along the surface of the piezoelectric substrate and a bulk wave propagating inside the piezoelectric substrate.
  • the elastic wave including the surface acoustic wave and the bulk wave excited by the transmission / reception electrode is reflected at the end of the piezoelectric substrate and is input to the transmission / reception electrode. Is done. Therefore, since the obtained signal includes a signal based on the surface acoustic wave and a signal based on the bulk wave, the physical characteristics of the object to be measured may not be obtained with high accuracy.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and separates a bulk wave signal from an elastic wave signal, and based on the surface acoustic wave signal, accurately determines the physical characteristics of the object to be measured. It is an object of the present invention to provide a device characteristic measuring apparatus that can be obtained in a simple manner.
  • An object property measuring apparatus is formed on a first surface of a piezoelectric substrate, excites an elastic wave, receives a reflection based on the elastic wave, the comb electrode, A third surface formed at a position different from the first surface in the normal direction of the first surface between the second surface orthogonal to the first surface of the piezoelectric substrate in the propagation direction of the elastic wave; A reflective portion having a fourth surface connecting the end of the first surface and the third surface formed perpendicular to the normal direction of the first surface; and between the comb electrode and the reflective portion A surface acoustic wave device including a reaction field formed and loaded with an object to be measured; and a propagation part formed between the reflection part and the second surface, and the reaction field is generated from the comb electrode.
  • the surface acoustic wave propagating on the surface of the piezoelectric substrate is reflected from the bulk wave propagating in the piezoelectric substrate included in the elastic wave reflected by the second surface of the piezoelectric substrate and received by the comb electrode. Based on the extracted surface acoustic waves, the characteristics of the object to be measured are obtained.
  • the height d of the wall of the reflecting portion in the direction from the surface of the piezoelectric substrate toward the inside of the piezoelectric substrate is expressed by the following relationship: It is preferable that the value satisfies the above. ⁇ / 2 ⁇ d ⁇ H / 2 ⁇ : wavelength of the elastic wave H: thickness of the piezoelectric substrate
  • the comb-shaped electrode includes a plurality of electrode fingers, N (N is an integer of 1 or more) pairs, from the fourth surface of the reflecting portion.
  • the distance L2 to the end of the piezoelectric substrate is preferably a value that satisfies the relationship of the following formula. L2 ⁇ N ⁇ ⁇ / 2 ⁇ : wavelength of the elastic wave N: number of pairs of electrode fingers constituting the comb electrode
  • the third surface of the reflecting portion is parallel to the first surface of the piezoelectric substrate.
  • it is preferable that at least a part of the third surface of the reflective portion is a curved surface.
  • at least one portion of the third surface of the reflective portion is a predetermined angle with respect to a normal direction of the first surface of the piezoelectric substrate. It is preferable that the inclined surface is inclined.
  • the reflecting portion is filled with a resin so as not to protrude from the first surface of the piezoelectric substrate.
  • the piezoelectric substrate includes a plurality of comb-shaped electrodes formed in a direction perpendicular to a propagation direction of the elastic wave, and each comb-shaped electrode is formed. It is preferable that a plurality of the reaction fields corresponding to the comb electrodes are formed between the electrode and the third surface of the reflecting portion.
  • the surface acoustic wave propagates through the reaction field, is reflected by the reflecting surface of the reflecting portion, and is received by the comb-shaped electrode, whereas the bulk wave is bulked from the reaction field.
  • the signal based on the bulk wave can be separated from the signal based on the elastic wave using this delay time, and the signal based on the surface acoustic wave can be extracted. Therefore, the physical characteristics of the object to be measured can be obtained with high accuracy based on the signal from the surface acoustic wave.
  • a plurality of objects to be measured are formed by forming a plurality of comb-shaped electrodes in the extending direction of the reflecting portion and forming a plurality of reaction fields corresponding to each comb-shaped electrode between each of the comb-shaped electrodes and the reflecting portion.
  • the physical characteristics of can be obtained with high accuracy.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the surface acoustic wave element shown in FIG. 1A taken along line IB-IB. It is explanatory drawing of the relationship between the reception time and signal level of a slip surface acoustic wave signal and a bulk wave signal by the comb-shaped electrode of the surface acoustic wave element of 1st Embodiment of this invention. It is a partial expanded sectional view of the modification of the groove part formed in the surface acoustic wave element of 1st Embodiment of this invention.
  • 1 is a cross-sectional view taken along the line IB-IB of an object property measuring apparatus including a surface acoustic wave element.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the surface acoustic wave element shown in FIG. 15 taken along the line IB-IB. It is an expanded sectional view which shows the part shown by the code
  • FIG. 1A is a plan configuration diagram of a device characteristic measuring apparatus having surface acoustic waves according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line IB-IB of the surface acoustic wave element shown in FIG. 1A.
  • the measurement object property measuring apparatus 10 measures physical properties of a liquid measurement object, for example.
  • a device characteristic measuring apparatus 10 includes a surface acoustic wave element 12, a measuring unit 20 including an oscillator 14, a distributor 16, a switch 17, and an elastic wave detector 18, and a processing unit 22 including a personal computer. Is provided.
  • the surface acoustic wave element 12 includes a piezoelectric substrate 24, a comb electrode 26 formed on the piezoelectric substrate 24 to excite an acoustic wave, and an end portion of the piezoelectric substrate 24 in the propagation direction (arrow X direction) of the comb electrode 26 and the acoustic wave. 28 between the groove portion 30 and the end portion 28, the reaction field 32 formed between the comb-shaped electrode 26 and the groove portion 30 and loaded with the object to be measured. And a bulk wave propagation part 34 (propagation part) through which the formed bulk wave propagates.
  • Elastic waves include various types of waves such as surface acoustic waves (SAW: Surface Acoustic Wave) and bulk waves.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • the surface acoustic wave is a wave that propagates along the surface of the piezoelectric substrate
  • the bulk wave is a wave that propagates inside the piezoelectric substrate.
  • SH-SAW Shear Horizontal Acoustic Acoustic Wave
  • a description will be given using a sliding surface acoustic wave as an example of a surface acoustic wave.
  • the slip surface acoustic wave propagates on the surface layer portion (first surface) of the piezoelectric substrate 24, and a part of the slip surface acoustic wave is the reflecting surface (fourth surface) 36 of the groove portion (reflecting portion) 30.
  • the rest of the slip surface acoustic wave passes between the bottom surface (third surface) of the groove 30 and the bottom surface of the piezoelectric substrate 24 in FIG. 1B.
  • the bulk wave propagates to the entire piezoelectric substrate 24, a part of the bulk wave is reflected by the reflecting surface 36 of the groove portion 30, and the remainder of the bulk wave is the bottom surface of the groove portion 30 and the lower surface of the piezoelectric substrate 24 in FIG. 1B.
  • the structure of the piezoelectric substrate 24 is not particularly limited as long as the piezoelectric substrate 24 has a function capable of propagating the surface acoustic wave.
  • the piezoelectric substrate 24 is a 36 ° rotated Y-plate X-propagating LiTaO 3 (lithium tantalate single crystal). Preferably there is.
  • the comb electrode 26 is configured by arranging a plurality of pairs of electrode fingers 27a and 27b having different polarities in the propagation direction at intervals of the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave (for example, four pairs in FIG. 1A).
  • the comb electrode 26 excites a surface acoustic wave based on a high-frequency oscillation signal generated by the oscillator 14 (for example, the center frequency is 250 MHz) and propagates it to the reaction field 32.
  • the comb electrode 26 receives the sliding surface acoustic wave that propagates through the reaction field 32 and is reflected by the reflecting surface 36 of the groove 30 and returns through the reaction field 32.
  • the comb electrode 26 receives a bulk wave that propagates from the reaction field 32 to the bulk wave propagation unit 34, is reflected by the end 28 of the piezoelectric substrate 24, and returns via the bulk wave propagation unit 34 and the reaction field 32. To do.
  • the comb-shaped electrode 26 is sealed with a sealing member 38 such as resin or glass in order to avoid a decrease in measurement accuracy due to adhesion of an object to be measured.
  • the groove part 30 is arranged in a direction (arrow Y direction) orthogonal to the propagation direction of the surface acoustic wave.
  • the groove 30 is formed to extend from one end (first substrate end) of the piezoelectric substrate 24 to the other end (second substrate end) in a direction orthogonal to the propagation direction of the surface acoustic wave.
  • the groove 30 has a reflective surface 36 that is substantially perpendicular to the surface of the piezoelectric substrate 24 through which the surface acoustic wave propagates.
  • the cross-sectional shape of the groove 30 is a convex polygon that protrudes from the surface layer portion of the piezoelectric substrate 24 toward the inside of the piezoelectric substrate 24.
  • the shape surrounded by the reflecting surface 36 of the groove 30, the bottom surface, and the imaginary line that is flush with the surface of the bulk wave propagation portion 34 and extends so as to close the groove 30 is a convex polygon.
  • the cross-sectional shape of the groove part 30 is a quadrangle.
  • the reflection surface 36 reflects the sliding surface acoustic wave toward the comb electrode 26.
  • the depth d of the groove portion 30 in the direction from the surface of the piezoelectric substrate 24 toward the inside of the piezoelectric substrate 24 is determined by the designer of the measured object property measuring apparatus 10. A value satisfying the expression relationship is selected.
  • ⁇ / 2 ⁇ d ⁇ H / 2 ⁇ wavelength of surface acoustic wave
  • H thickness of piezoelectric substrate 24
  • a metal film 40 deposited on the piezoelectric substrate 24 is formed.
  • the metal film 40 constitutes a short-circuit propagation path that is electrically short-circuited.
  • the material of the metal film 40 is not particularly limited, but it is preferable to use gold that is chemically stable with respect to the object to be measured dropped onto the reaction field 32.
  • the bulk wave propagation unit 34 is a region where the bulk wave is propagated, and the distance L2 from the reflection surface 36 of the groove 30 to the end 28 of the piezoelectric substrate 24 is determined by the designer of the measured object property measuring apparatus 10 as follows: A value satisfying the relationship is selected.
  • L2 ⁇ N ⁇ ⁇ / 2 ⁇ wavelength of surface acoustic wave
  • N number of pairs of electrode fingers 27a and 27b
  • the oscillator 14 constituting the measuring unit 20 generates a high frequency oscillation signal.
  • the distributor 16 supplies the high-frequency oscillation signal to the comb-shaped electrode 26 and also supplies it to the elastic wave detector 18.
  • the acoustic wave detector 18 detects the amplitude ratio, phase difference, and propagation delay difference between the high-frequency oscillation signal distributed by the distributor 16 and the signal based on the surface acoustic wave received by the comb-shaped electrode 26, and detects the detected amplitude.
  • a signal based on the ratio, phase difference, and propagation delay difference is output to the processing unit 22.
  • the processing unit 22 obtains the physical characteristics of the object to be measured based on the signal supplied from the elastic wave detector 18.
  • the processing unit 22 switches the connection between the terminal 1 and the terminal 3 of the switch 17 or the connection between the terminal 2 and the terminal 3 at a predetermined timing.
  • the physical characteristics are, for example, the viscosity and density of the object to be measured. For example, when nothing is dropped on the reaction field 32, the processing unit 22 obtains a frequency change and a phase change of the supplied signal. When nothing is dropped on the reaction field 32, the object to be measured is air. Next, when the object to be measured is dropped on the reaction field 32, the frequency change and phase change of the supplied signal are obtained. The processing unit 22 calculates the viscosity, density, and the like of the dropped measurement object by calculating these two measurement data.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the propagation of the slip surface acoustic wave signal and the bulk wave signal in the first embodiment.
  • FIG. 6 shows a part of a cross section taken along the line IB-IB of the surface acoustic wave element shown in FIG. 1A, as in FIG. 1B.
  • a curved line s111 represents a slip surface acoustic wave signal
  • curved lines s112 and s113 represent a bulk wave signal.
  • the measurer drops the object to be measured onto the reaction field 32 of the surface acoustic wave element 12.
  • the comb electrode 26 is hermetically sealed by the sealing member 38, it is possible to avoid a situation in which the measurement accuracy decreases due to the object to be measured attached to the comb electrode 26.
  • the measurement object may be a pure liquid or a mixed liquid as long as it is a liquid measurement object, and is particularly effective when measuring physical properties of alcohols such as methanol and ethanol. It is.
  • physical characteristics can be measured even in a state where an object to be measured includes antigens, antibodies, bacteria, and the like.
  • the high-frequency oscillation signal generated in burst by the oscillator 14 is distributed by the distributor 16, and the same signal is supplied to the comb electrode 26 and the elastic wave detector 18.
  • the comb electrode 26 excites an elastic wave based on the supplied high-frequency oscillation signal.
  • the elastic wave is propagated in the direction of the arrow X along the reaction field 32 where the object to be measured is dropped.
  • the slip surface acoustic wave s111 propagates through the surface layer portion of the piezoelectric substrate 24, and a part thereof is reflected by the reflecting surface 36 (reflecting surface 36A (FIG. 6)) of the groove portion 30. After being reflected, it propagates again through the reaction field 32 and is received by the comb electrode 26.
  • the depth d of the groove portion 30 is selected by the designer of the measured object property measuring apparatus 10 as follows.
  • the slip surface acoustic wave is a wave that propagates along the surface layer portion of the piezoelectric substrate 24.
  • the depth d of the groove part 30 is a value satisfying the relationship of the following formula (1): ⁇ / 2 ⁇ d (1)
  • ⁇ the wavelength of the elastic wave
  • the surface acoustic wave element 12 can reflect the slip surface acoustic wave of 50% or more on the reflecting surface 36 of the groove 30 and receive it by the comb electrode 26.
  • the bulk wave is a wave propagating throughout the piezoelectric substrate 24. Therefore, a value satisfying the relationship of the following expression (2) so that the depth d of the groove 30 is not more than half of the thickness H of the piezoelectric substrate 24 d ⁇ H / 2 (2) Accordingly, the surface acoustic wave element 12 suppresses the reflection of the bulk wave by the reflecting surface 36 of the groove 30 to 50% or less, and the remaining bulk wave is transmitted from between the bottom surface of the groove 30 and the lower surface of the piezoelectric substrate 24. It can be propagated to the bulk propagation unit 34.
  • the designer determines the depth d of the groove part from the expressions (1) and (2) by the following expression (3 ) Satisfying the relationship ⁇ / 2 ⁇ d ⁇ H / 2 (3) Select
  • the designer sets the distance L2 of the bulk wave propagation unit 34 as follows. That is, the interval between the plurality of pairs of electrode fingers 27a and 27b having different polarities constituting the comb-shaped electrode 26 is the wavelength ⁇ of the elastic wave, and the number of pairs of electrode fingers 27a and 27b is N, the width of the comb-shaped electrode 26 Is (N ⁇ ⁇ ) (where N is an integer of 1 or more).
  • the designer determines that the time t1 until the slip surface acoustic wave is reflected by the reflecting surface 36 of the groove 30 and returns to the comb electrode 26, and the bulk wave is piezoelectric.
  • the designer determines the distance L2 of the propagation unit 36 from the equations (4) and (5). And a value satisfying the relationship of the following expression (6): L2 ⁇ N ⁇ ⁇ / 2 (6) Select
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the relationship between the reception time and the signal level of the slip surface acoustic wave signal and the bulk wave signal by the comb electrode 26 of the surface acoustic wave element 12 according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the signal level.
  • the elastic wave detector 18 detects the amplitude ratio, phase difference, and propagation delay difference between the high-frequency oscillation signal supplied from the distributor 16 and the received signal, and the detected amplitude ratio, phase difference, and propagation delay difference are detected. Is output to the processing unit 22.
  • the processing unit 22 separates a bulk wave signal delayed for a predetermined time with respect to the slip surface acoustic wave signal from among the signals supplied from the acoustic wave detector 18 and converts the bulk wave signal into a signal related to the slip surface acoustic wave signal. Based on this, the physical characteristics of the object to be measured are obtained.
  • a signal s101 separated around time t1 is a slip surface acoustic wave signal
  • a signal s102 separated around time t2 delayed from the slip surface acoustic wave signal is a bulk wave signal. .
  • the device characteristic measuring apparatus 10 including the surface acoustic wave element 12 according to the first embodiment propagates through the reaction field 32 and is reflected by the reflecting surface 36 of the groove (reflecting part) 30 and then comb-shaped.
  • the surface acoustic wave input to the electrode 26 and the reaction field 32 pass through the lower part of the groove 30 through the reaction field 32, propagate through the bulk wave propagation unit 34, are reflected by the end 28 of the piezoelectric substrate 24, and then input to the comb electrode 26.
  • a predetermined time difference is generated with the bulk wave to be generated.
  • the processing unit 22 can separate from the signal supplied from the elastic wave detector 18 the signal based on the bulk wave supplied after a predetermined time delay with respect to the signal based on the slip surface acoustic wave. As a result, the processing unit 22 can obtain the physical characteristics of the measurement object dropped on the reaction field 32 with high accuracy based on the signal related to the slip surface acoustic wave.
  • the surface acoustic wave element 12 reflects and reciprocates a sliding surface acoustic wave by the reflecting surface 36 of the groove 30, while reflecting and reciprocating a bulk wave by the end portion 28 of the piezoelectric substrate 24. 26 is configured to detect slip surface acoustic waves and bulk waves. Therefore, it is possible to obtain the device property measuring apparatus 10 having the small and inexpensive surface acoustic wave element 12 that can obtain the physical property of the device to be measured with high accuracy.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of a modified example of the groove 30 formed in the surface acoustic wave element 12 of the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a part of a cross section taken along line IB-IB of the surface acoustic wave element shown in FIG. 1A, as in FIG. 1B.
  • the groove portion 30 is filled with a resin 42, for example, an epoxy resin, as long as it does not protrude from the surface of the piezoelectric substrate 24.
  • the depth of the groove part 30 is a depth which satisfy
  • FIG. 4 is a plan configuration diagram of an object characteristic measuring apparatus 46 including the surface acoustic wave element 44 according to the second embodiment.
  • the material which comprises the surface acoustic wave element 44 is the same as that of the surface acoustic wave element 12 of 1st Embodiment.
  • the DUT characteristic measurement device 46 includes a surface acoustic wave element 44, a measurement unit 54 including an oscillator 48, a distributor 50, an elastic wave detector 52, a switch 53a and a switch 53b, and a processing unit 56.
  • the processing unit 56 switches the connection between the terminal 1 and the terminal 3 or the connection between the terminal 2 and the terminal 3 of the switch 53a and the switch 53b.
  • the surface acoustic wave element 44 includes two comb-shaped electrodes 60a and 60b formed on the piezoelectric substrate 58 (first surface), and between the comb-shaped electrodes 60a and 60b and the end portion (second surface) 62 of the piezoelectric substrate 58.
  • a bulk wave propagation part 68 formed between the parts 62.
  • the two comb-shaped electrodes 60a and 60b are formed side by side in the longitudinal direction (arrow Y direction) of the groove portion 64, and like the comb-shaped electrode 26 (see FIGS. 1A and 1B), a sealing member 70a such as resin or glass, Sealed by 70b.
  • the comb-shaped electrodes 60a and 60b correspond to the comb-shaped electrodes 26 in FIGS. 1A and 1B, respectively, and each have a plurality of pairs of electrode fingers corresponding to a plurality of pairs of electrode fingers 27a and 27b having different polarities. .
  • the groove portion 64 is formed between the two comb-shaped electrodes 60a and 60b and the end portion 62 of the piezoelectric substrate 58 in the propagation direction of the surface acoustic wave (arrow X direction), and is a reflection surface (fourth surface) corresponding to the reflection surface 36. ) 72 is formed. Moreover, the cross section of the groove part 64 is the same as that of FIG. 1B, for example, and the depth of a groove part is shown by the code
  • the reaction fields 66a and 66b are formed between the comb electrodes 60a and 60b and the groove portion 64 in correspondence with the comb electrodes 60a and 60b.
  • Metal films 74a and 74b deposited on the piezoelectric substrate 58 are formed in the reaction fields 66a and 66b.
  • a bulk wave propagation part 68 similar to the bulk wave propagation part 34 is formed between the groove part 64 and the end part 62.
  • the oscillator 48 constituting the measurement unit 54 generates a high frequency oscillation signal.
  • the distributor 50 supplies a high-frequency oscillation signal to the comb electrodes 60 a and 60 b and also supplies the elastic wave detector 52.
  • the elastic wave detector 52 detects and detects the amplitude ratio, phase difference, and propagation delay difference between the high-frequency oscillation signal distributed by the distributor 50 and the signals based on the surface acoustic waves received by the comb electrodes 60a and 60b.
  • a signal based on the amplitude ratio, the phase difference, and the propagation delay difference is output to the processing unit 56.
  • the processing unit 56 Based on the signal supplied from the elastic wave detector 52, the processing unit 56 obtains the physical characteristics of the measurement object dropped on the reaction fields 66a and 66b.
  • the first set (comb electrode 60a, reaction field 66a) and the second set (comb electrode 60b, reaction field 66b) have propagation directions. They are arranged in parallel so as to be parallel to the X direction.
  • the high-frequency oscillation signal generated by the oscillator 48 is distributed by the distributor 50 and supplied to the comb-shaped electrodes 60 a and 60 b of the surface acoustic wave element 44 and the acoustic wave detector 52 of the measurement unit 54.
  • an elastic wave is excited based on the supplied high-frequency oscillation signal, and the slip surface acoustic wave propagates in the direction of the arrow X along the reaction field 66a on which the object to be measured is dropped. To reach. Next, the slip surface acoustic wave is reflected by the reflecting surface 72, propagates again through the reaction field 66a, and is received by the comb electrode 60a.
  • the slip surface acoustic wave excited by the comb electrode 60b is the same as that of the above-described embodiment.
  • the bulk wave excited by the comb electrode 60 a propagates from the reaction field 66 a through the bulk wave propagation unit 68 and reaches the end 62.
  • the bulk wave is reflected by the end 62, propagates again through the bulk wave propagation unit 68 and the reaction field 66a, and is received by the comb electrode 60a.
  • the bulk wave excited by the comb electrode 60b is the same as that in the above-described embodiment.
  • the slip surface acoustic waves and bulk waves received by the comb-shaped electrodes 60a and 60b are converted into slip surface acoustic wave signals and bulk wave signals, and then supplied to the acoustic wave detector 52.
  • the elastic wave detector 52 detects the amplitude ratio, phase difference, and propagation delay difference between the high-frequency oscillation signal supplied from the distributor 50 and the received signal, and outputs a signal based on the detected amplitude ratio and phase difference.
  • the data is output to the processing unit 56.
  • the processing unit 56 separates the signal related to the bulk wave delayed for a predetermined time from the signal related to the slip surface acoustic wave from the signals supplied from the acoustic wave detector 52, and the obtained slip surface acoustic wave is obtained.
  • the physical characteristics of each object to be measured dropped onto the reaction fields 66a and 66b are obtained on the basis of the signals related to the above.
  • the signal related to the surface acoustic wave is related to the bulk wave in the same manner as the device property measuring apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the signals are separated, and the physical characteristics of the measured objects dropped on the reaction fields 66a and 66b can be obtained based on the signals related to the slip surface acoustic waves.
  • the device characteristic measuring apparatus 46 can simultaneously obtain the physical characteristics of the same or different objects to be measured with high accuracy.
  • the physical properties of the measured objects dropped on the reaction fields 66a and 66b can be obtained simultaneously. Further, by dropping the object to be measured only on one reaction field 66a and processing the sliding surface acoustic wave signals detected by the comb electrodes 60a and 60b, the environmental conditions of the surface acoustic wave element 44 can be changed, for example, the temperature It is also possible to obtain the physical characteristics of the object to be measured with high accuracy by compensating for the influence of the change.
  • FIG. 5 is a plan configuration diagram of an object characteristic measuring device 78 including the surface acoustic wave element 76 according to the third embodiment.
  • the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the material constituting the surface acoustic wave element 76 is the same as that of the surface acoustic wave element 12 of the first embodiment.
  • the cross section of the groove part 64 is the same as that of FIG. 1B, for example, and the depth of a groove part is shown by the code
  • the depth of the groove part 30 is a depth that satisfies the expression (3).
  • the surface acoustic wave element 76 As shown in FIG. 5, in the surface acoustic wave element 76, a part of the metal film 74b of the reaction field 66b in the surface acoustic wave element 44 (see FIG. 4) of the second embodiment is peeled off, and the piezoelectric substrate 58 is exposed. A peeling portion 80 is provided. Except for the configuration of the peeling portion 80, the configuration of the surface acoustic wave element 76 is the same as that of the surface acoustic wave element 44.
  • the reaction field 66b where the piezoelectric substrate 58 is exposed is in an electrically open state having amplitude / phase characteristics different from those of the reaction field 66a.
  • the output signal when the reaction field 66a is electrically short-circuited is subjected only to mechanical interaction. Further, the output signal when the reaction field 66b is electrically opened is subjected to physical interaction (electrical interaction and mechanical interaction). Therefore, the relative dielectric constant and conductivity of the object to be measured can be obtained by canceling the mechanical interaction from the output signals based on the two reaction fields 66b and 66a and extracting the electrical interaction (for example, Takefumi Hatou et al., “Development of SAW Oscillator Integrated SAW Sensor System”, IEICE Technical Report, IEICE, February 2003).
  • the same device to be measured is dropped on the reaction fields 66a and 66b, and then elastic waves are excited by the comb electrodes 60a and 60b. Is done.
  • the processing unit 56 includes a signal relating to the slip surface acoustic wave obtained from the reaction field 66a that is electrically short-circuited, and a signal relating to the slip surface acoustic wave obtained from the reaction field 66b that is electrically open. Based on the above, physical characteristics such as dielectric constant and conductivity of the object to be measured can be obtained with high accuracy.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line IB-IB of the device characteristic measuring apparatus having the surface acoustic wave element 12 ′. 7 shows the cross-sectional view of FIG. 1A according to the first embodiment, but the structure shown in FIG. 7 is also used in the second embodiment (FIG. 4) and the third embodiment (FIG. 5). Can be applied as well. As shown in FIG.
  • the surface acoustic wave element 12 ′ has a third surface 36 ⁇ / b> C ′ disposed at a position different from the surface in the normal direction of the surface (first surface) of the piezoelectric substrate 24.
  • the third surface is continuous with the upper surface of the bulk wave propagation unit 34.
  • the reflective surface 36A ′ that is the fourth surface is formed by connecting the end of the first surface and the end of the third surface. That is, the device property measuring apparatus (10, 46, and 78) according to the present invention has only the reflection surface 36 (36A, 36 ', and 72), and the reflection surface 36 (36A, 36', and 72). It is not necessary to have the surface 36B (refer FIG. 6) provided in parallel.
  • the slip surface acoustic wave s111 is reflected by the reflecting surface 36A ′, and the bulk wave s113 is reflected by the end portion 28. Therefore, the slip surface acoustic wave s111 is reflected. And bulk wave s113 can be separated. Therefore, it is possible to obtain the device-under-test characteristic measuring apparatus 10 including the small and inexpensive surface acoustic wave element 12 ′ that can obtain the physical characteristics of the device under test with high accuracy.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an actual measurement value when the depth d of the groove 30 in the first embodiment is 0.06 [mm].
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an actual measurement value when the depth d of the groove 30 in the first embodiment is 0.01 [mm].
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the signal level.
  • curves s401 and s411 are characteristics of bulk wave with respect to time and signal level
  • curves s402 and s412 are characteristics of slip surface acoustic wave with respect to time versus signal level. As shown in FIG. 1B or FIG.
  • the bottom surface (third surface) of the groove portion 30 is formed substantially parallel to the bottom surface of the piezoelectric substrate 24.
  • the level difference between the bulk wave s401 and the slip surface acoustic wave s402 is between about 2 [ ⁇ s] and about 3 [ ⁇ s]. Is approximately 60 [dB].
  • the depth d of the groove 30 is 0.01 [mm]
  • the bulk wave s411 and the slip surface acoustic wave s412 are between the time of about 2 [ ⁇ s] to about 3 [ ⁇ s].
  • the level difference is about 70 [dB].
  • the signal level of the bulk wave is increased. This is because, as described with reference to FIG. 6, the bulk wave is reflected on the reflection surface 36 ⁇ / b> A of the groove 30 and the signal level returning to the comb-shaped electrode 26 is increased. For this reason, when the reflective surface 36A satisfies the relational expression (3) described above, the level difference between the bulk wave s401 and the slip surface acoustic wave s402 can be increased.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the reflection by the end of the groove 30.
  • a point 401 represents the end of the reflective surface (fourth surface) 36 ⁇ / b> A in the groove 30.
  • a curve s421 represents a bulk wave
  • an arrow s422 and an arrow s423 represent a bulk wave newly generated by the end 401.
  • Reference numeral 36 ⁇ / b> B represents a surface provided in contact with the bulk wave propagation portion 34 so as to face the reflection surface 36 ⁇ / b> A
  • reference numeral 36 ⁇ / b> C represents a bottom surface (third surface) of the groove portion 30.
  • FIG. 10 in addition to the bulk wave s113 that passes between the bottom surface 36C of the groove portion 30 and the lower surface of the piezoelectric substrate 24 and is reflected by the end portion (second surface) 28, it is reflected by the reflection surface 36A of the groove portion 30.
  • the bulk wave s421 reflected by the end 401 of the reflecting surface 36A is not simply reflected by the end 401, but generates a new bulk wave as indicated by arrows s422 and s423. Since the newly generated bulk waves s422 and s423 arrive at the comb-shaped electrode 26 with a delay, the signal level of the bulk wave s401 increases after about 3 [ ⁇ s] as shown in FIG. Yes. For this reason, in 4th Embodiment, the isolation
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the shape of the groove 30a according to the fourth embodiment.
  • the direction in which the surface acoustic wave propagates is the X direction
  • the direction perpendicular to the direction in which the surface acoustic wave propagates is the Y direction
  • the thickness direction of the piezoelectric substrate 24 is the Z direction.
  • FIG. 11 is a diagram of an example in which the groove portion 30a of the fourth embodiment is applied to the device characteristic measuring apparatus 10 shown in FIG. 1A of the first embodiment, but the device to be measured of the second and third embodiments.
  • the present invention is also applicable to the measurement object characteristic measuring devices 46 and 78.
  • H is the thickness of the piezoelectric substrate 24 in the Z direction. As shown in FIG.
  • the groove (reflecting part) 30a includes a side surface (fourth surface) 36Aa and a side surface 36Ba having a depth d in the Z direction, and a semicircular curved surface (third surface) 36Ca having a diameter w, for example. (At least part of the third surface is a curved surface).
  • the depth d of the side surface 36Aa is not less than ⁇ / 2 and not more than H / 2, as in the first embodiment.
  • the side surface 36Ba may be formed substantially parallel to the side surface 36Aa.
  • the depth d ′ in the Z direction of the curved surface 36Ca is, for example, w / 2.
  • the total depth of the groove 30a is a maximum d + d ′.
  • the bottom surface 36Ca of the groove 30a in the surface acoustic wave element 12a is not a shape substantially parallel to the bottom surface of the piezoelectric substrate 24 like the bottom surface 36C (see FIG. 6) of the first to third embodiments, but a curved surface. Have. For this reason, the position of the bottom surface 36Ca differs in the X direction for each position in the Z direction. More specifically, the position in the X direction is different for each position in the Z direction.
  • the groove part 30a be formed in a substantially semicircle by a convex polygon.
  • the side surface 36Aa corresponds to the reflecting surface 36 of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of actual measurement values when the groove 30a illustrated in FIG. 11 is provided.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the signal level.
  • a curve s451 is a characteristic of the bulk wave with respect to time versus signal level
  • a curve s452 is a characteristic of the slip surface acoustic wave with respect to time against signal level.
  • FIG. 12 shows measured values when the depth d + d ′ of the groove 30a in FIG. 11 is 0.06 [mm].
  • the level difference between the bulk wave s451 and the slip surface acoustic wave s452 is about 70 [ dB].
  • FIG. 12 shows measured values when the depth d + d ′ of the groove 30a in FIG. 11 is 0.06 [mm].
  • the signal level of the bulk wave s401 has increased since about 3 [ ⁇ s], but in the fourth embodiment, as shown in FIG. 12, the bulk wave s451 is passed even after about 3 [ ⁇ s]. Level does not rise.
  • the measured values shown in FIG. 12 are the same in FIG. 8 having the same depth of 0.06 [mm] and in FIG. Compared with, the signal level of the bulk wave is reduced.
  • the groove 30a included in the surface acoustic wave element 12a according to the fourth embodiment has the side surface 36Aa perpendicular to the XY plane, like the groove 30 described in the first to third embodiments.
  • the bottom surface has a curved surface 36Ca.
  • 13 and 14 are modifications of the groove portion according to the fourth embodiment.
  • 13 and 14 are part of a cross-sectional view of the surface acoustic wave element in the XZ plane.
  • the thickness of the piezoelectric substrate in the Z direction is H.
  • the groove part (reflecting part) 30b of the surface acoustic wave element 12b includes a side face 36Ab and a side face 36Bb having a depth d in the Z direction, a slope 36Cb1 (third face), and a slope 36Cb2 (third face). ).
  • the inclined surface 36Cb1 is a flat surface that is inclined at an angle ⁇ 1 with respect to the side surface 36Ab and is in contact with the side surface 36Ab at one end (end portion 411, first end).
  • the slope 36Cb2 is a flat surface that is inclined at an angle ⁇ 1 with respect to the side surface 36Bb and that is in contact with the side surface 36Bb at one end (first end).
  • the other end (the end portion 412 and the second end) of the slope 36Cb1 is in contact with the other end of the slope 36Cb2.
  • the depth d of the side surface 36Ab is not less than ⁇ / 2 and not more than H / 2, as in the first embodiment.
  • the depth of the groove 30b in the Z direction is a maximum d + d ′. That is, at least one part of the slope of the groove 30b is a slope formed at a predetermined angle with respect to the normal direction of the first surface of the piezoelectric substrate.
  • the cross-sectional shape of the groove portion 30 b is a convex polygon that protrudes from the surface layer portion of the piezoelectric substrate 24 toward the inside of the piezoelectric substrate 24.
  • the cross-sectional shape of the groove 30b is a pentagon.
  • the case where the depths of the side surface 36Ab and the side surface 36Bb are the same has been described, but the depths may be different.
  • the depth d of the side surface 36Ab may be not less than ⁇ / 2 and not more than H / 2.
  • the angle ⁇ 1 formed by the side surface 36Ab and the inclined surface 36Cb1 and the angle ⁇ 1 formed by the side surface 36Bb and the inclined surface 36Cb2 may be the same or different.
  • the groove part 30b is formed in the convex polygon.
  • the groove portion (reflecting portion) 30c of the surface acoustic wave element 12c includes a side surface 36Ac having a depth d in the Z direction, a side surface 36Bc having a depth d + d ′ in the Z direction, and a slope 36Cc1 (third surface). ) And a bottom surface 36Cc2.
  • the slope 36Cc1 is a plane that is inclined at an angle ⁇ 2 with respect to the side surface 36Ac, and is in contact with the side surface 36Ac at one end (end portion 421, first end).
  • the bottom surface 36Cc2 is in contact with the inclined surface 36Cc1 at the other end (end portion 422, second end) of the inclined surface 36Cc1, the other end of the bottom surface 36Cc2 is in contact with the lower end of the side surface 36Bc, and the bottom surface 36Cc2 is a piezoelectric substrate. It is parallel to the lower surface of 24.
  • the depth d of the side surface 36Ac is not less than ⁇ / 2 and not more than H / 2, as in the first embodiment. Further, the depth of the groove 30c in the Z direction is a maximum d + d ′.
  • the cross-sectional shape of the groove 30 c is a convex polygon that protrudes from the surface layer portion of the piezoelectric substrate 24 toward the inside of the piezoelectric substrate 24.
  • It is a convex polygon (hereinafter referred to as a convex polygon).
  • the cross-sectional shape of the groove 30c is a pentagon.
  • the example in which the groove 30c has the bottom surface 36Cc2 has been described, but the bottom surface 36Cc2 may not be provided.
  • the other end of the slope 36Cc1 may be in contact with the lower end of the side surface 36Bc.
  • the groove part 30c is formed in the convex polygon.
  • the groove 30 b has an end 411 and an end 412. For this reason, a new bulk wave is generated by these end portions.
  • the groove 30 c has an end 421 and an end 422. For this reason, a new bulk wave is generated by these end portions.
  • the groove portion 30b of the fourth embodiment has a slope 36Cb1 continuous to the side surface 36Ab of the depth d.
  • the groove part 30c of 4th Embodiment has the slope 36Cc1 which follows the side surface 36Ac of the depth d.
  • the bulk wave is reflected not only at the end portions (411 and 412 or 421 and 422) described above but also at each position of the inclined surface 36Cb1 or 36Cc1.
  • the slope 36Cb1 or 36Cc1 is different in each position on the XZ plane of the slope, like the bottom face 36Ca shown in FIG. Therefore, in this embodiment, the comb-shaped electrode 24 receives the bulk waves reflected at each position in addition to the new bulk waves generated at the end portions 411, 412, 421, and 422 at different times.
  • the bottom surface 36Ca is a curved surface
  • the bulk wave received by the comb electrode 24 is dispersed in the time direction. Therefore, according to the surface acoustic wave element 12b or 12c including the groove 30b or 30c of FIG. 13 or FIG. 14, the signal level due to the bulk wave can be reduced.
  • the comb electrode 24 receives a signal based on a slip surface acoustic wave reflected by a side surface (36Aa, 36Ab, or 36Ac).
  • the comb-shaped electrode 24 receives a signal based on a bulk wave reflected by the side surface (36Aa, 36Ab, or 36Ac), the bottom surface 36Ca or the slope (36Cb1, or 36Cc1), and the end portion 28.
  • the bulk wave reflected by the bottom surface 36Ca or the inclined surface (36Cb1 or 36Cc1) and the end portion 28 is dispersed and received.
  • the bulk wave can be dispersed, so that the influence of the newly generated bulk wave can be reduced.
  • the bulk wave can be further reduced as compared with the first to third embodiments, the bulk wave can be separated from the slip surface acoustic wave.
  • the physical characteristics of the object to be measured can be obtained with high accuracy by using the slip surface acoustic wave thus separated from the bulk wave.
  • FIG. 15 is a plan configuration diagram of an object characteristic measuring apparatus 10a including the surface acoustic wave element 12a according to the fifth embodiment.
  • 16A is a cross-sectional view of the surface acoustic wave element 12a shown in FIG. 15 taken along the line IB-IB.
  • FIG. 16B is an enlarged cross-sectional view showing a portion indicated by reference symbol A in FIG. 16A and is an enlarged view of a portion including the reflection portion 500.
  • the device-to-be-measured characteristic measuring apparatus 10a measures physical properties of the object to be measured.
  • the device characteristic measuring apparatus 10a includes a surface acoustic wave element 12a, a measuring unit 20a including an oscillator 14a, a distributor 16a, a switch 17a, and an elastic wave detector 18a, and a processing unit 22 including a personal computer. Is provided.
  • the measurement unit 20a has the same function as the measurement unit 20 of the first embodiment.
  • the surface acoustic wave element 12a includes a piezoelectric substrate 24, a comb electrode 26 formed on the piezoelectric substrate 24 to excite an acoustic wave, and an end portion of the piezoelectric substrate 24 in the propagation direction (arrow X direction) of the comb electrode 26 and the acoustic wave. 28, a reaction part 32 formed between the comb-shaped electrode 26 and the reflection parts 501 to 503 and loaded with an object to be measured, the reflection parts 501 to 503 and the end part 28. And a bulk wave propagation part 34 through which a bulk wave is formed.
  • the reflection unit 500 includes reflection units 501 to 503.
  • the surface acoustic wave element 12a of this embodiment is different from that of the first embodiment in that it includes reflection portions 501 to 503. Further, in FIGS. 15, 16A, and 16B, the propagation direction of the elastic wave is defined as the X direction, and the direction orthogonal to the propagation direction of the surface acoustic wave is defined as the Y direction.
  • the reflecting portions 501 to 503 are formed so as to extend from one end (first substrate end) of the piezoelectric substrate 24 to the other end (second substrate end) in the Y direction.
  • the reflecting portions 501 to 503 have a wall having a height h (see FIGS. 16A and 16B) substantially perpendicular to the surface of the piezoelectric substrate 24 through which the elastic wave propagates.
  • the wall height h of the reflectors 501 to 503 is determined according to the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave.
  • the reflection part 501 is formed in the X direction at a distance L11 from the reaction field 32. Further, the width in the X direction of the reflecting portion 501 is L12.
  • the reflecting portion 501 has a surface 511 (third surface) in the X direction, and has a reflecting surface 521 (fourth surface) having a height h from the surface of the piezoelectric substrate 24.
  • the reflecting portion 502 is formed in the X direction at a distance L13 from the reflecting portion 501.
  • the width in the X direction of the reflecting portion 502 is L14.
  • the reflecting portion 502 has a surface 512 (third surface) in the X direction, and has a reflecting surface 522 (fourth surface) having a height h from the surface of the piezoelectric substrate 24.
  • the reflection part 503 is formed in the X direction at a distance L15 from the reflection part 502. Further, the width in the X direction of the reflecting portion 503 is L16.
  • the reflecting portion 503 has a surface 513 (third surface) in the X direction, and has a reflecting surface 523 (fourth surface) having a height h from the surface of the piezoelectric substrate 24.
  • the surface acoustic wave propagates through the surface layer portion of the piezoelectric substrate 24 and is reflected by the surfaces 521 to 523 of the reflecting portions 501 to 503, and then propagates through the reaction field 32 again and is received by the comb electrode 26.
  • the distances L11, L13, and L15 may be the same or different.
  • the widths L12, L14 and L16 may be the same or different.
  • the heights h of the reflecting surfaces 521 to 522 of the reflecting portions 501 to 503 may be the same or different.
  • FIG. 16A, and FIG. 16B show an example in which the surface acoustic wave element 12a includes three reflecting portions, but the number of reflecting portions may be one or more.
  • the processing unit 22 switches the switch 17a so that the terminal 1 and the terminal 3 are connected.
  • the distributor 16a supplies the high frequency oscillation signal to the comb electrode 26 via the switch 17a.
  • the comb electrode 26 is excited by an elastic wave based on the supplied high-frequency oscillation signal.
  • the elastic wave is propagated in the direction of the arrow X along the reaction field 32 where the object to be measured is dropped.
  • the slip surface acoustic wave which is a surface acoustic wave, propagates through the surface layer portion of the piezoelectric substrate 24 and is reflected by the reflecting surfaces 521 to 523 of the reflecting portions 501 to 503, and then again.
  • the bulk wave propagates through the bulk wave propagation part 34 and the reaction field 32 inside the piezoelectric substrate 24 and reaches the end part 28 of the piezoelectric substrate 24.
  • the bulk wave is reflected by the end portion 28, propagates again through the bulk wave propagation unit 34 and the reaction field 32, and is received by the comb electrode 26.
  • the processing unit 22 switches the switch 17a so that the terminal 2 and the terminal 3 are connected.
  • the surface acoustic wave and bulk wave received by the comb electrode 26 are converted into a surface acoustic wave signal and a bulk wave signal, and then supplied to the acoustic wave detector 18a.
  • the acoustic wave detector 18a detects, for example, a surface acoustic wave signal generated by reflection of the reflection unit 502 located at the center of three of the reflection units 501 to 503.
  • the elastic wave detector 18a may detect the surface acoustic wave signal by the reflection of the reflecting part arranged at the center in the reflecting parts 501 to 503.
  • the elastic wave detector 18a is the second reflection arranged at the center of the four reflection parts.
  • the detection may be performed using a surface acoustic wave signal from the part or the third reflection part.
  • the surface acoustic wave propagates through the reaction field 32, is reflected by the reflecting surfaces (521 to 523) of the reflecting unit 500, and is reflected by the comb electrode 26.
  • the bulk wave propagates from the reaction field to the bulk wave propagation portion 34 and is reflected by the end portion 28 of the piezoelectric substrate 24
  • the bulk wave is delayed by a predetermined time from the surface acoustic wave and then comb-shaped electrodes. 26 is received. Therefore, the signal based on the bulk wave can be separated from the signal based on the elastic wave using this delay time, and the signal based on the surface acoustic wave can be extracted. Therefore, the physical characteristics of the object to be measured can be obtained with high accuracy based on the signal from the surface acoustic wave.
  • the reflective portion 500 may be applied instead of the groove portion 64 of FIG. 4 and the groove portion 64 of FIG. 16A and 16B show examples in which the shapes of the surfaces 511 to 513 of the reflecting portions 501 to 503 are substantially planar with the piezoelectric substrate 24, but the present invention is not limited to this example.
  • the shapes of the surfaces 511 to 513 of the reflecting portions 501 to 503 may be other shapes such as a semicircle and a slope.
  • the groove portion 64 formed in the surface acoustic wave element 44 of the second embodiment and the surface acoustic wave element 76 of the third embodiment is covered with the resin 42 in the same manner as shown in FIG. Even when a part of the object to be measured is dropped, the physical characteristics of the object to be measured can be obtained with high accuracy.

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Abstract

　本発明の被測定物特性測定装置は、圧電基板上の第１面に形成され弾性波を励振させ弾性波に基づく反射を受信する櫛形電極と、櫛形電極と弾性波の伝搬方向における第１面に直交する第２面との間に第１面の法線方向に第１面と異なる位置に形成される第３面と、第１面の法線方向に垂直に形成される第１面の端部と第３面とを結ぶ第４面とを有する反射部と、櫛形電極と反射部との間に形成され被測定物が負荷される反応場と、反射部と第２面との間に形成されている伝搬部とを備える弾性表面波素子を備え、櫛形電極から反応場を伝搬し第４面により反射され櫛形電極により受信された弾性波から、第２面により反射され櫛形電極により受信された弾性表面波に含まれるバルク波から分離した弾性表面波に基づき被測定物の特性を求める。

Description

被測定物特性測定装置
　本発明は、圧電基板上に形成され弾性表面波を励振させる櫛形電極と、前記櫛形電極と前記弾性表面波の伝搬方向における前記圧電基板の端部との間に被測定物が負荷される反応場とが形成される弾性表面波素子を備えた被測定物特性測定装置に関する。
　本願は、２０１１年１２月２２日に出願された特願２０１１－２８１６０３号及び２０１２年１０月１９日に出願された特願２０１２－２３２０６０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　一般に、弾性表面波素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた櫛歯状電極指からなる送信電極及び受信電極とを備えている。このように構成される弾性表面波素子では、送信電極に電気信号が供給されると、電極指間に電界が発生し、圧電効果により弾性表面波が励振され、その弾性表面波が圧電基板上を伝搬して受信電極を励振させ、電気信号に変換される。この弾性表面波のうち、圧電基板の表面に平行に偏波するすべり弾性表面波（ＳＨ－ＳＡＷ：Ｓｈｅａｒ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）を利用し、各種物質の検出や物性値等の測定を行うための弾性表面波センサが研究されている（特許文献１）。
　弾性表面波センサでは、圧電基板上に負荷された被測定物の領域が電気的に開放されている場合と短絡されている場合とで、受信電極で得られる信号の特性に差異があることを利用し、被測定物の物理的特性として誘電率、導電率を求めることができる。また、圧電基板上の送信電極と受信電極との間の伝搬路上に凹凸構造を形成し、その凹部に被測定物を負荷すると、負荷された被測定物は擬似的に膜を形成する。この膜が圧電基板とともに励振し、膜の質量に基づいて共振周波数が変化する質量負荷効果を利用して、被測定物の密度を求めることができる（特許文献２）。
　一方、特許文献１、２の弾性表面波センサは、送信電極及び受信電極が圧電基板上に形成されているが、弾性表面波の反射を利用した１つの送受信電極からなる弾性表面波センサが知られている（特許文献３）。この弾性表面波センサでは、送受信電極で励振された弾性波は、被測定物が負荷された反応場を伝搬した後、圧電基板の端部で反射され、再び送受信電極に入力される。この信号に基づき、被測定物の物理的特性を測定することができる。この場合、弾性表面波素子を１つの送受信電極で構成することにより、弾性表面波素子を小型に構成することができる。
日本国特許第３４８１２９８号公報 日本国特許第３２４８６８３号公報 日本国特開２００９－３００３０２号公報
　ところで、弾性波には、圧電基板の表面に沿って伝搬する弾性表面波と、圧電基板の内部を伝搬するバルク波とが含まれている。特許文献３に開示された構成からなる弾性表面波センサの場合、送受信電極で励振された弾性表面波及びバルク波を含めた弾性波が、圧電基板の端部で反射され、共に送受信電極に入力される。従って、得られた信号には、弾性表面波に基づく信号と、バルク波に基づく信号とが混在しているため、被測定物の物理的特性を高精度に求めることができない場合がある。
　本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、弾性波による信号からバルク波による信号を分離し、弾性表面波による信号に基づき、被測定物の物理的特性を高精度に求めることのできる被測定物特性測定装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る被測定物特性測定装置は、圧電基板上の第１面に形成され、弾性波を励振させ、前記弾性波に基づく反射を受信する櫛形電極と、前記櫛形電極と前記弾性波の伝搬方向における前記圧電基板の前記第１面に直交する第２面との間に、前記第１面の法線方向に前記第１面と異なる位置に形成される第３面と、前記第１面の法線方向に垂直に形成される前記第１面の端部と前記第３面とを結ぶ第４面とを有する反射部と、前記櫛形電極と前記反射部との間に形成され被測定物が負荷される反応場と、前記反射部と前記第２面との間に形成されている伝搬部と、を備える弾性表面波素子を備え、前記櫛形電極から前記反応場を伝搬し、前記反射部の前記第４面により反射され、前記櫛形電極により受信された前記弾性波に含まれる前記圧電基板の表面を伝搬する弾性表面波を、前記圧電基板の前記第２面により反射され、前記櫛形電極により受信された前記弾性波に含まれる前記圧電基板の内部を伝搬するバルク波から分離して抽出し、抽出した前記弾性表面波に基づき、前記被測定物の特性を求める。
　また、本発明の一態様に係る前記被測定物特性測定装置において、前記圧電基板の前記表面から前記圧電基板の内部に向かう方向における前記反射部が有する壁の高さｄは、次式の関係を満たす値であることが好ましい。
　　λ／２≦ｄ≦Ｈ／２
　　　　λ：前記弾性波の波長
　　　　Ｈ：前記圧電基板の厚さ
　また、本発明の一態様に係る前記被測定物特性測定装置において、前記櫛形電極は、複数の電極指をＮ（Ｎは１以上の整数）対、備え、前記反射部の前記第４面から前記圧電基板の前記端部までの距離Ｌ２は、次式の関係を満たす値であることが好ましい。
　　Ｌ２≧Ｎ×λ／２
　　　　λ：前記弾性波の波長
　　　　Ｎ：前記櫛形電極を構成する複数の電極指の対の数
　また、本発明の一態様に係る前記被測定物特性測定装置において、前記反射部が有する前記第３面は、前記圧電基板の前記第１面に対して平行であることが好ましい。
　また、本発明の一態様に係る前記被測定物特性測定装置において、前記反射部が有する前記第３面の少なくとも１部は、曲面であることが好ましい。
　また、本発明の一態様に係る前記被測定物特性測定装置において、前記反射部が有する前記第３面の少なくとも１部は、前記圧電基板の前記第１面の法線方向に対して所定角度傾斜して形成されている斜面であることが好ましい。
　また、本発明の一態様に係る前記被測定物特性測定装置において、前記反射部には、前記圧電基板の前記第１面から突出しない範囲で樹脂が充填されることが好ましい。
　また、本発明の一態様に係る前記被測定物特性測定装置において、前記圧電基板には、前記弾性波の伝搬方向に対して垂直方向に複数の前記櫛形電極が形成されるとともに、前記各櫛形電極と前記反射部の前記第３面との間に、前記各櫛形電極に対応する複数の前記反応場が形成されることが好ましい。
　本発明の被測定物特性測定装置では、弾性表面波は、反応場を伝搬し、反射部の反射面により反射されて櫛形電極で受信されるのに対して、バルク波は、反応場からバルク波伝搬部に伝搬し、圧電基板の端部で反射された後、弾性表面波よりも所定時間だけ遅延して櫛形電極で受信される。そのため、この遅延時間を利用して弾性波に基づく信号からバルク波に基づく信号を分離し、弾性表面波による信号を抽出することができる。従って、弾性表面波による信号に基づき、被測定物の物理的特性を高精度に求めることができる。
　また、反射部の延在方向に複数の櫛形電極を形成するとともに、各櫛形電極と反射部との間に、各櫛形電極に対応する複数の反応場を形成することにより、複数の被測定物の物理的特性を同時に高精度に求めることができる。
本発明の第１実施形態の弾性表面波素子を備えた被測定物特性測定装置の平面構成図である。 図１Ａに示す弾性表面波素子のＩＢ－ＩＢ線断面図である。 本発明の第１実施形態の弾性表面波素子の櫛形電極によるすべり弾性表面波信号及びバルク波信号の受信時間と信号レベルとの関係説明図である。 本発明の第１実施形態の弾性表面波素子に形成される溝部の変形例の部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態の弾性表面波素子を備えた被測定物特性測定装置の平面構成図である。 本発明の第３実施形態の弾性表面波素子を備えた被測定物特性測定装置の平面構成図である。 本発明の第１実施形態におけるすべり弾性表面波信号及びバルク波信号の伝搬を説明する図である。 弾性表面波素子を備えた被測定物特性測定装置のＩＢ－ＩＢ線断面図である。 本発明の第１実施形態における溝部の深さが０．０６［ｍｍ］の場合の実測値の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態における溝部の深さが０．０１［ｍｍ］の場合の実測値の一例を示す図である。 本発明の第４実施形態における溝部の形状を説明する図である。 本発明の第４実施形態に係る溝部の形状を説明する図である。 図１１に示した溝部を備える場合の実測値の一例を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る溝部の変形例である。 本発明の第４実施形態に係る溝部の変形例である。 本発明の第５実施形態の弾性表面波素子を備えた被測定物特性測定装置の平面構成図である。 図１５に示す弾性表面波素子のＩＢ－ＩＢ線断面図である。 図１６Ａの符号Ａで示された部分を示す拡大断面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態の構成＞
　図１Ａは、第１実施形態の弾性表面波を備えた被測定物特性測定装置の平面構成図、図１Ｂは、図１Ａに示す弾性表面波素子のＩＢ－ＩＢ線断面図である。
　被測定物特性測定装置１０は、例えば液体状の被測定物の物理的特性を測定する。被測定物特性測定装置１０は、弾性表面波素子１２と、発振器１４、分配器１６、スイッチ１７及び弾性波検出器１８から構成される測定部２０と、パソコン等で構成される処理部２２とを備える。
　弾性表面波素子１２は、圧電基板２４と、圧電基板２４上に形成され弾性波を励振させる櫛形電極２６と、櫛形電極２６と弾性波の伝搬方向（矢印Ｘ方向）における圧電基板２４の端部２８との間に形成される溝部（反射部）３０と、櫛形電極２６と溝部３０との間に形成され被測定物が負荷される反応場３２と、溝部３０と端部２８との間に形成されるバルク波が伝搬するバルク波伝搬部３４（伝搬部）とを備える。
　弾性波（ｅｌａｓｔｉｃ　ｗａｖｅ）は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）、バルク波等の各種の波を含む。なお、弾性表面波は、圧電基板の表面に沿って伝搬する波であり、バルク波は、圧電基板の内部を伝搬する波である。また、被測定物が液体の場合、弾性表面波は、すべり弾性表面波（ＳＨ－ＳＡＷ：Ｓｈｅａｒ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）である。第１実施形態では、弾性表面波の例としてすべり弾性表面波を用いて説明する。第１実施形態では、すべり弾性表面波は、圧電基板２４の表層部分（第１面）を伝搬し、すべり弾性表面波の一部が溝部（反射部）３０の反射面（第４面）３６で反射され、すべり弾性表面波の残りが図１Ｂにおける溝部３０の底面（第３面）と圧電基板２４の下面との間を通過する。また、バルク波は、圧電基板２４の全体に伝搬し、バルク波の一部が溝部３０の反射面３６で反射され、バルク波の残りが図１Ｂにおける溝部３０の底面と圧電基板２４の下面との間を通過し、バルク波伝搬部３４を伝搬した後、圧電基板２４の端部（第２面）２８で反射される。ここで、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、溝部３０が有する底面は、圧電基板２４の表層部分に対して平行である。
　圧電基板２４は、弾性表面波を伝搬させることができる機能を有していれば、圧電基板２４の構造は特に限定されないが、３６°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム単結晶）であることが好ましい。
　櫛形電極２６は、極性の異なる複数対の電極指２７ａ、２７ｂを弾性表面波の波長λの間隔で伝搬方向にＮ対が配列して構成される（例えば、図１Ａでは４対）。櫛形電極２６は、発振器１４で生成された高周波発振信号（例えば、中心周波数が２５０ＭＨｚ）に基づいて弾性表面波を励振させ、反応場３２に伝搬させる。櫛形電極２６は、反応場３２を伝搬して溝部３０の反射面３６により反射され、反応場３２を介して戻ってきたすべり弾性表面波を受信する。また、櫛形電極２６は、反応場３２からバルク波伝搬部３４に伝搬して圧電基板２４の端部２８により反射され、バルク波伝搬部３４及び反応場３２を介して戻ってきたバルク波を受信する。櫛形電極２６は、被測定物が付着することで測定精度が低下することを回避するため、樹脂又はガラス等の封止部材３８により密閉される。
　溝部３０は、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向（矢印Ｙ方向）に配置されている。溝部３０は、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に圧電基板２４の一方の端（第一基板端）から他端（第二基板端）に延在するように形成されている。溝部３０は、弾性表面波が伝搬する圧電基板２４の表面に略垂直な反射面３６を有している。このように、溝部３０の断面形状は、圧電基板２４の表層部分から圧電基板２４の内部に向けて突出するような凸状の多角形である。換言すると、溝部３０の反射面３６と、底面と、バルク波伝搬部３４の表面と同一平面であって溝部３０を閉じるように延長された仮想線とによって囲まれた形状が凸状の多角形である（以下、凸多角形と称する）である。本実施形態では、溝部３０の断面形状が四角形である。反射面３６は、すべり弾性表面波を櫛形電極２６に向けて反射する。溝部３０の圧電基板２４の表面から圧電基板２４の内部に向かう方向における深さｄ（図１Ｂ参照、反射部が有する壁の高さｄ）は、被測定物特性測定装置１０の設計者により次式の関係を満たす値が選択される。
　　λ／２≦ｄ≦Ｈ／２
　　　　λ：弾性表面波の波長
　　　　Ｈ：圧電基板２４の厚さ
　反応場３２には、圧電基板２４上に蒸着された金属膜４０が形成される。金属膜４０は、電気的に短絡された短絡伝搬路を構成する。金属膜４０の材料は、特に限られないが、反応場３２に滴下される被測定物に対して化学的に安定している金を用いることが好ましい。
　バルク波伝搬部３４は、バルク波が伝搬される領域であり、溝部３０の反射面３６から圧電基板２４の端部２８までの距離Ｌ２は、被測定物特性測定装置１０の設計者により次式の関係を満たす値が選択される。
　　Ｌ２≧Ｎ×λ／２
　　λ：弾性表面波の波長
　　Ｎ：電極指２７ａ、２７ｂの対の数
　測定部２０を構成する発振器１４は、高周波発振信号を生成する。分配器１６は、高周波発振信号を櫛形電極２６に供給するとともに、弾性波検出器１８に供給する。弾性波検出器１８は、分配器１６で分配された高周波発振信号と、櫛形電極２６により受信された弾性表面波に基づく信号との振幅比、位相差及び伝搬遅延差を検出し、検出した振幅比、位相差及び伝搬遅延差に基づく信号を処理部２２に出力する。処理部２２は、弾性波検出器１８から供給される信号に基づき、被測定物の物理的特性を求める。また、処理部２２は、所定のタイミングで、スイッチ１７の端子１と端子３との接続、または端子２と端子３との接続を切り替える。なお、物理的特性とは、例えば、被測定物の粘度、密度等である。処理部２２は、例えば、反応場３２に何も滴下されていない状態のとき、供給された信号の周波数変化、位相変化を求める。反応場３２にまず何も滴下しない場合、被測定物は空気である。次に、反応場３２に被測定物が滴下されている状態のとき、供給された信号の周波数変化、位相変化を求める。処理部２２は、この２つの測定データの算出することで、滴下された被測定物の粘度や密度等を算出する。
＜第１実施形態による測定処理＞
　第１実施形態に係る被測定物特性測定装置１０は、基本的には以上のように構成される。次に、被測定物特性測定装置１０を用いた被測定物の物理的特性の測定処理について、図１Ａ、図１Ｂ、及び図６を用いて説明する。図６は、第１実施形態におけるすべり弾性表面波信号及びバルク波信号の伝搬を説明する図である。図６は、図１Ｂと同様に、図１Ａに示す弾性表面波素子のＩＢ－ＩＢ線断面の一部を示している。図６において、曲線ｓ１１１は、すべり弾性表面波信号を表し、曲線ｓ１１２及びｓ１１３は、バルク波信号を表している。
　先ず、測定者は、被測定物を弾性表面波素子１２の反応場３２に滴下する。この場合、櫛形電極２６は、封止部材３８によって密閉されているため、櫛形電極２６に被測定物が付着することで測定精度が低下する事態を回避することができる。なお、被測定物としては、液体状の被測定物であれば、例えば、純液、混合液のいずれであってもよく、メタノール、エタノール等のアルコールの物理的特性を測定する場合に特に有効である。また、被測定物に抗原、抗体、バクテリア等が含まれる状態においても、物理的特性を測定できる。
　次に、発振器１４でバースト的に生成された高周波発振信号は、分配器１６で分配され、櫛形電極２６及び弾性波検出器１８に同一信号が供給される。櫛形電極２６では、供給された高周波発振信号に基づいて弾性波が励振される。弾性波は、被測定物の滴下された反応場３２に沿って矢印Ｘ方向に伝搬される。
　この場合、反応場３２を伝搬する弾性波のうち、すべり弾性表面波ｓ１１１は、圧電基板２４の表層部分を伝搬し、一部が溝部３０の反射面３６（反射面３６Ａ（図６））によって反射された後、再度、反応場３２を伝搬し、櫛形電極２６で受信される。
　また、反応場３２を伝搬する弾性波のうち、バルク波（ｓ１１２、ｓ１１３）は、圧電基板２４の全体に伝搬し、図６に示すように一部（ｓ１１３）が溝部３０の底面と圧電基板２４の下面との間を通過してバルク波伝搬部３４を伝搬し、圧電基板２４の端部２８に到達する。次いで、このバルク波ｓ１１３は、端部２８によって反射された後、再度、バルク波伝搬部３４及び反応場３２を伝搬し、櫛形電極２６で受信される。
　ここで、すべり弾性表面波を高精度に検出するため、溝部３０の深さｄは以下のように被測定物特性測定装置１０の設計者が選択する。すべり弾性表面波は、圧電基板２４の表層部分に沿って伝搬する波である。このため、溝部３０の深さｄを、次式（１）の関係を満たす値
　　λ／２≦ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
　　　　λ：弾性波の波長
に選択することにより、弾性表面波素子１２は、５０％以上のすべり弾性表面波を溝部３０の反射面３６で反射させ、櫛形電極２６で受信することができる。
　一方、バルク波は、圧電基板２４の全体に伝搬する波である。このため、溝部３０の深さｄが圧電基板２４の厚さＨの半分以下となるように、次式（２）の関係を満たす値
　　ｄ≦Ｈ／２　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
に選択することにより、弾性表面波素子１２は、溝部３０の反射面３６によるバルク波の反射を５０％以下に抑え、残りのバルク波を溝部３０の底面と圧電基板２４の下面との間からバルク伝搬部３４に伝搬させることができる。
　従って、設計者は、溝部３０の反射面３６によって反射されるすべり弾性表面波を高精度に検出するために、（１）、（２）式から、溝部の深さｄを、次式（３）の関係を満たす値
　　　　λ／２≦ｄ≦Ｈ／２　　　　　　　　　　（３）
に選択する。
　また、溝部３０の反射面３６によって反射されるすべり弾性表面波と、バルク波伝搬部３４を伝搬し、圧電基板２４の端部２８によって反射されたバルク波とを時間的に分離して検出するため、設計者は、バルク波伝搬部３４の距離Ｌ２を以下のように設定する。すなわち、櫛形電極２６を構成する極性の異なる複数対の電極指２７ａ、２７ｂの間隔は、弾性波の波長λであり、電極指２７ａ、２７ｂの対の数をＮとすると、櫛形電極２６の幅は、（Ｎ×λ）である（ただし、Ｎは１以上の整数）。すべり弾性表面波とバルク波とを確実に分離するために、設計者は、すべり弾性表面波が溝部３０の反射面３６で反射されて櫛形電極２６に戻るまでの時間ｔ１と、バルク波が圧電基板２４の端部２８で反射されて櫛形電極２６に戻るまでの時間ｔ２との時間差（ｔ２－ｔ１）を、次式（４）の関係を満たす値
　　ｔ２－ｔ１≧Ｎ×λ／ｖ　　　　　　　　　　（４）
　　　　ｖ：弾性波の伝搬速度
に選択する。この時間差（ｔ２－ｔ１）は、バルク波が距離Ｌ２の伝搬部３６を往復するのに要する時間であるから、次式（５）
　　ｔ２－ｔ１＝２×Ｌ２／ｖ　　　　　　　　　（５）
である。
　従って、受信した弾性波からバルク波を時間的に分離し、すべり弾性表面波を高精度に検出するために、設計者は、（４）、（５）式から、伝搬部３６の距離Ｌ２を、次式（６）の関係を満たす値
　　Ｌ２≧Ｎ×λ／２　　　　　　　　　　　　　（６）
に選択する。
　櫛形電極２６により受信されたすべり弾性表面波及びバルク波は、すべり弾性表面波信号及びバルク波信号に変換された後、弾性波検出器１８に供給される。図２は、第１実施形態の弾性表面波素子１２の櫛形電極２６によるすべり弾性表面波信号及びバルク波信号の受信時間と信号レベルとの関係説明図である。図２において、横軸は時間を表し、縦軸は信号レベルを表している。弾性波検出器１８は、分配器１６から供給された高周波発振信号と、受信した信号との振幅比、位相差及び伝搬遅延差を検出し、当該検出された振幅比、位相差及び伝搬遅延差に基づく信号を処理部２２に出力する。処理部２２は、弾性波検出器１８から供給されたこれらの信号のうち、すべり弾性表面波信号に対して所定時間遅延しているバルク波信号を分離し、すべり弾性表面波信号に係る信号に基づき、被測定物の物理的特性を求める。図２において、時間ｔ１を中心に分離されている信号ｓ１０１がすべり弾性表面波信号であり、このすべり弾性表面波信号より遅延した時間ｔ２を中心に分離されている信号ｓ１０２がバルク波信号である。
　このように、第１実施形態の弾性表面波素子１２を備えた被測定物特性測定装置１０は、反応場３２を伝搬し、溝部（反射部）３０の反射面３６によって反射された後、櫛形電極２６に入力するすべり弾性表面波と、反応場３２から溝部３０の下部を通過してバルク波伝搬部３４を伝搬し、圧電基板２４の端部２８によって反射された後、櫛形電極２６に入力するバルク波との間に所定の時間差が生じるように構成されている。従って、処理部２２は、弾性波検出器１８より供給された信号から、すべり弾性表面波に基づく信号に対して所定時間遅延して供給されるバルク波に基づく信号を分離することができる。この結果、処理部２２は、すべり弾性表面波に係る信号に基づいて、反応場３２に滴下された被測定物の物理的特性を高精度に求めることができる。
　また、弾性表面波素子１２は、すべり弾性表面波を溝部３０の反射面３６で反射させて往復させる一方、バルク波を圧電基板２４の端部２８で反射させて往復させ、単一の櫛形電極２６ですべり弾性表面波及びバルク波を検出する構成としている。従って、被測定物の物理的特性を高精度に求めることのできる小型で安価な弾性表面波素子１２を備えた被測定物特性測定装置１０を得ることができる。
　図３は、第１実施形態の弾性表面波素子１２に形成される溝部３０の変形例の部分拡大断面図である。図３は、図１Ｂと同様に、図１Ａに示す弾性表面波素子のＩＢ－ＩＢ線断面の一部を示している。溝部３０には、圧電基板２４の表面から突出しない範囲で、樹脂４２、例えば、エポキシ樹脂が充填される。なお、図３において、溝部３０の深さは（３）式を満たす深さである。
　このように構成することにより、溝部３０の反射面３６によるすべり弾性表面波に対する音響（特性）インピーダンスの変化を抑制することができる。すなわち、溝部３０に樹脂４２を充填しない場合、溝部３０に空気層があるときと、溝部３０に液体状の被測定物が滴下されたときとでは、反射面３６の音響（特性）インピーダンスが大きく異なる。従って、溝部３０に被測定物が滴下されてしまうと、櫛形電極２６により検出される信号レベルも大きく変化し、測定誤差が大きくなることが懸念される。これに対して、溝部３０の一部に樹脂４２を充填した場合、被測定物の一部が溝部３０に滴下されるような事態が生じても、反射面３６の音響（特性）インピーダンスの変化が小さい。このため、被測定物の滴下状態によって櫛形電極２６により検出される信号レベルが異なってしまう事態を回避することができる。この結果、被測定物の物理的特性を安定した状態で高精度に求めることができる。
　なお、圧電基板２４の表面から樹脂４２が突出しないように樹脂４２を溝部３０に充填することにより、溝部３０内の樹脂４２上に被測定物が滴下された場合であっても、溝部３０の反射面３６により反射されるすべり弾性表面波に対する影響が少ない。このため、被測定物の物理的特性を高精度に求めることができる。
＜第２実施形態の構成＞
　図４は、第２実施形態の弾性表面波素子４４を備えた被測定物特性測定装置４６の平面構成図である。なお、弾性表面波素子４４を構成する材料は、第１実施形態の弾性表面波素子１２と同様である。
　被測定物特性測定装置４６は、弾性表面波素子４４と、発振器４８、分配器５０、弾性波検出器５２、スイッチ５３ａ及びスイッチ５３ｂから構成される測定部５４と、処理部５６とを備える。なお、スイッチ５３ａ及びスイッチ５３ｂの端子１と端子３との接続、または端子２と端子３との接続の切替は、処理部５６が行う。
　弾性表面波素子４４は、圧電基板５８上（第１面）に形成される２つの櫛形電極６０ａ、６０ｂと、櫛形電極６０ａ、６０ｂと圧電基板５８の端部（第２面）６２との間に形成される溝部（反射部）６４と、各櫛形電極６０ａ、６０ｂと溝部６４との間に、各櫛形電極６０ａ、６０ｂに対応して形成される反応場６６ａ、６６ｂと、溝部６４と端部６２との間に形成されるバルク波伝搬部６８とを備える。
　２つの櫛形電極６０ａ、６０ｂは、溝部６４の長手方向（矢印Ｙ方向）に併設して形成され、櫛形電極２６（図１Ａ、図１Ｂ参照）と同様に樹脂又はガラス等の封止部材７０ａ、７０ｂにより密閉される。なお、櫛形電極６０ａ及び６０ｂは、各々、図１Ａ、図１Ｂの櫛形電極２６に相当し、各々が極性の異なる複数対の電極指２７ａ及び２７ｂに相当する複数対の電極指を有している。
　溝部６４は、２つの櫛形電極６０ａ、６０ｂと弾性表面波の伝搬方向（矢印Ｘ方向）における圧電基板５８の端部６２との間に形成され、反射面３６に対応する反射面（第４面）７２が形成される。また、溝部６４の断面は、例えば図１Ｂと同様であり、溝部の深さは符号ｄで示されている。溝部３０の深さは（３）式を満たす深さである。
　反応場６６ａ、６６ｂは、各櫛形電極６０ａ、６０ｂと溝部６４との間に、各櫛形電極６０ａ、６０ｂに対応して形成される。各反応場６６ａ、６６ｂには、圧電基板５８上に蒸着された金属膜７４ａ、７４ｂが形成される。
　溝部６４と端部６２との間には、バルク波伝搬部３４（図１Ａ、図１Ｂ参照）と同様のバルク波伝搬部６８が形成される。
　測定部５４を構成する発振器４８は、高周波発振信号を生成する。分配器５０は、高周波発振信号を各櫛形電極６０ａ、６０ｂに供給するとともに、弾性波検出器５２に供給する。弾性波検出器５２は、分配器５０で分配された高周波発振信号と、各櫛形電極６０ａ、６０ｂで受信した弾性表面波に基づく信号との振幅比、位相差及び伝搬遅延差を検出し、検出した振幅比、位相差及び伝搬遅延差に基づく信号を処理部５６に出力する。処理部５６は、弾性波検出器５２から供給された信号に基づき、各反応場６６ａ、６６ｂに滴下された被測定物の物理的特性を求める。
　このように、第２実施形態の被測定物特性測定装置４６は、第１組（櫛形電極６０ａ、反応場６６ａ）と、第２組（櫛形電極６０ｂ、反応場６６ｂ）とが、伝搬方向がＸ方向に平行になるように、並列して配置されている。
＜第２実施形態による測定処理＞
　このように構成される第２実施形態に係る測定装置４６では、第１実施形態に係る測定装置１０と同様にして、各反応場６６ａ、６６ｂに滴下された被測定物の物理的特性を測定することができる。
　すなわち、発振器４８で生成された高周波発振信号は、分配器５０で分配され、弾性表面波素子４４の各櫛形電極６０ａ、６０ｂ及び測定部５４の弾性波検出器５２に供給される。
　櫛形電極６０ａでは、供給された高周波発振信号に基づいて弾性波が励振され、すべり弾性表面波が被測定物の滴下された反応場６６ａに沿って矢印Ｘ方向に伝搬した後、反射面７２に到達する。次いで、すべり弾性表面波は、反射面７２によって反射され、再度、反応場６６ａを伝搬し、櫛形電極６０ａで受信される。櫛形電極６０ｂにより励振されたすべり弾性表面波は、上述した実施形態と同様である。
　また、櫛形電極６０ａにより励振されたバルク波は、反応場６６ａからバルク波伝搬部６８を伝搬し、端部６２に到達する。次いで、バルク波は、端部６２によって反射され、再度、バルク波伝搬部６８及び反応場６６ａを伝搬し、櫛形電極６０ａで受信される。櫛形電極６０ｂにより励振されたバルク波は、上述した実施形態と同様である。
　各櫛形電極６０ａ、６０ｂにより受信されたすべり弾性表面波及びバルク波は、すべり弾性表面波信号及びバルク波信号に変換された後、弾性波検出器５２に供給される。弾性波検出器５２は、分配器５０から供給された高周波発振信号と、受信した信号との振幅比、位相差及び伝搬遅延差を検出し、当該検出された振幅比、位相差に基づく信号を処理部５６に出力する。処理部５６は、弾性波検出器５２から供給された信号のうち、すべり弾性表面波に係る信号に対して所定時間遅延しているバルク波に係る信号を分離し、得られたすべり弾性表面波に係る信号に基づき、反応場６６ａ、６６ｂに滴下された各被測定物の物理的特性を求める。
　このように構成される第２実施形態に係る被測定物特性測定装置４６では、第１実施形態に係る被測定物特性測定装置１０と同様にして、弾性表面波に係る信号からバルク波に係る信号を分離し、すべり弾性表面波に係る信号に基づき、各反応場６６ａ、６６ｂに滴下された各被測定物の物理的特性を求めることができる。すなわち、被測定物特性測定装置４６では、同一又は異なる複数の被測定物の物理的特性を同時に高精度に求めることができる。
　また、第２実施形態の弾性表面波素子４４を含む被測定物特性測定装置４６では、各反応場６６ａ、６６ｂに滴下された各被測定物の物理的特性を同時に求めることができる。さらに、一方の反応場６６ａにのみ被測定物を滴下させ、各櫛形電極６０ａ、６０ｂが検出したすべり弾性表面波信号を処理することにより、弾性表面波素子４４の環境条件の変化、例えば、温度変化の影響を補償して被測定物の物理的特性を高精度に求めることもできる。
＜第３実施形態＞
　図５は、第３実施形態の弾性表面波素子７６を備えた被測定物特性測定装置７８の平面構成図である。なお、第２実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、弾性表面波素子７６を構成する材料は、第１実施形態の弾性表面波素子１２と同様である。また、溝部６４の断面は、例えば図１Ｂと同様であり、溝部の深さは符号ｄで示されている。溝部３０の深さは（３）式を満たす深さである。
　弾性表面波素子７６は、図５に示すように、第２実施形態の弾性表面波素子４４（図４参照）における反応場６６ｂの金属膜７４ｂの一部が剥離され、圧電基板５８が露出した剥離部８０を有する。剥離部８０の構成を除いて、弾性表面波素子７６の構成は、弾性表面波素子４４と同一の構成である。圧電基板５８が露出する反応場６６ｂは、反応場６６ａとは異なる振幅・位相特性を有する電気的な開放状態である。
　反応場６６ａが電気的に短絡されている場合の出力信号は、力学的相互作用のみを受けている。また、反応場６６ｂが電気的に開放されている場合の出力信号は、物理的相互作用（電気的相互作用及び力学的相互作用）を受けている。従って、２つの反応場６６ｂと反応場６６ａに基づく出力信号から力学的相互作用を相殺し、電気的相互作用を抽出することにより、被測定物の比誘電率や導電率を求めることができる（例えば、羽藤逸文他２名、「ＳＡＷ発振器一体型ＳＡＷセンサシステムの開発」、信学技報、電子情報通信学会、２００３年２月　参照）。
　このように構成される第３実施形態に係る被測定物特性測定装置７８では、各反応場６６ａ、６６ｂに同一の被測定物が滴下され、次いで、各櫛形電極６０ａ、６０ｂにより弾性波が励振される。処理部５６は、電気的に短絡されている反応場６６ａから得られたすべり弾性表面波に係る信号と、電気的に開放されている反応場６６ｂから得られたすべり弾性表面波に係る信号とに基づき、被測定物の誘電率や導電率等の物理的特性を高精度に求めることができる。
　なお、第１～第３実施形態では、溝部（反射部）（３０、６４）が溝である例を説明したが、本発明はこの構造に限られない。図７は、弾性表面波素子１２’を備えた被測定物特性測定装置のＩＢ－ＩＢ線断面図である。なお、図７は、第１実施形態に係る図１Ａの断面図を示しているが、第２実施形態（図４）、第３実施形態（図５）にも、図７に示された構造を同様に適用できる。
　図７に示すように、弾性表面波素子１２’は、圧電基板２４の表面（第１面）の法線方向に表面と異なる位置に配置された第３面３６Ｃ’が形成されている。この第３面は、バルク波伝搬部３４の上面と連続している。そして、第４面である反射面３６Ａ’は、第１面の端部と第３面の端部とを結んで形成されている。すなわち、本発明に係る被測定物特性測定装置（１０、４６、及び７８）では、反射面３６（３６Ａ、３６’、及び７２）のみ有し、反射面３６（３６Ａ、３６’、及び７２）に平行に設けられている面３６Ｂ（図６参照）を有していなくてもよい。このように構成することで、第１～第３実施形態と同様に、すべり弾性表面波ｓ１１１が反射面３６Ａ’により反射し、バルク波ｓ１１３が端部２８により反射するので、すべり弾性表面波ｓ１１１とバルク波ｓ１１３とを分離することができる。従って、被測定物の物理的特性を高精度に求めることのできる小型で安価な弾性表面波素子１２’を備えた被測定物特性測定装置１０を得ることができる。
＜第４実施形態＞
　図８は、第１実施形態における溝部３０の深さｄが０．０６［ｍｍ］の場合の実測値の一例を示す図である。図９は、第１実施形態における溝部３０の深さｄが０．０１［ｍｍ］の場合の実測値の一例を示す図である。図８及び図９において、横軸は時間を表し、縦軸は信号レベルを表している。図８及び図９において、曲線ｓ４０１及びｓ４１１は、バルク波の時間対信号レベルの特性であり、曲線ｓ４０２及びｓ４１２は、すべり弾性表面波の時間対信号レベルの特性である。
　図１Ｂまたは図６に示すように、第１実施形態において溝部３０の底面（第３面）は、圧電基板２４の下面と略平行に形成されている。
　図８に示すように溝部３０の深さｄが０．０６［ｍｍ］の場合、時刻約２［μｓ］～約３［μｓ］の間、バルク波ｓ４０１とすべり弾性表面波ｓ４０２とのレベル差は、約６０［ｄＢ］である。次に、図９に示すように溝部３０の深さｄが０．０１［ｍｍ］の場合、時刻約２［μｓ］～約３［μｓ］の間、バルク波ｓ４１１とすべり弾性表面波ｓ４１２とのレベル差は、約７０［ｄＢ］である。
　このように、溝部３０の深さｄが所定の深さより深い場合、バルク波の信号レベルが大きくなる。この要因は、図６で説明したように、溝部３０の反射面３６Ａにバルク波が反射して、櫛形電極２６に戻ってくる信号レベルが大きくなるためである。このため、反射面３６Ａが上述した関係式（３）を満たす場合、バルク波ｓ４０１とすべり弾性表面波ｓ４０２とのレベル差を大きくできる。
　しかしながら、図９に示すように溝部３０の深さｄが０．０１［ｍｍ］であっても、時刻約３［μｓ］過ぎから、バルク波ｓ４０１の信号レベルが上昇している。ここで、時刻約３［μｓ］過ぎから、バルク波ｓ４０１の信号レベルが上昇する理由を説明する。
　図１０は、溝部３０における端部による反射を説明する図である。図６と同じ箇所は、同じ符号を用いて説明を省略する。
　図１０において、点４０１は溝部３０における反射面（第４面）３６Ａの端部を表している。また、曲線ｓ４２１はバルク波を表し、矢印ｓ４２２と矢印ｓ４２３は、端部４０１により、新たに発生したバルク波を表している。また符号３６Ｂは、反射面３６Ａと対向してバルク波伝搬部３４に接して設けられている面を表し、符号３６Ｃは、溝部３０の底面（第３面）を表している。
　図１０に示すように、溝部３０の底面３６Ｃと圧電基板２４の下面との間を通過し端部（第２面）２８で反射するバルク波ｓ１１３以外に、溝部３０の反射面３６Ａで反射するバルク波ｓ１１２、ｓ４２１がある。反射面３６Ａの端部４０１で反射するバルク波ｓ４２１は、単に端部４０１で反射するだけではなく、矢印ｓ４２２及び矢印ｓ４２３のように、新たなバルク波を発生させる。このように新たに発生したバルク波ｓ４２２及びｓ４２３が、遅れて櫛形電極２６に到達するため、図９に示したように時刻約３［μｓ］過ぎから、バルク波ｓ４０１の信号レベルが上昇している。
　このため、第４実施形態では、溝部の端部で新たに発生するバルク波を抑えることで、さらにバルク波とすべり弾性表面波との分離を良くする。
　図１１は、第４実施形態に係る溝部３０ａの形状を説明する図である。図１１において、弾性表面波が伝搬する方向をＸ方向、弾性表面波が伝搬する方向に対して垂直な方向をＹ方向、圧電基板２４の厚み方向をＺ方向とする。なお、図１１は、第１実施形態の図１Ａに示した被測定物特性測定装置１０に第４実施形態の溝部３０ａを適用した例の図であるが、第２及び第３実施形態の被測定物特性測定装置４６及び７８にも適用可能である。またＨは圧電基板２４のＺ方向の厚みである。
　図１１に示すように、溝部（反射部）３０ａは、Ｚ方向に深さｄの側面（第４面）３６Ａａ及び側面３６Ｂａと、例えば直径ｗの半円の曲面（第３面）３６Ｃａとを有している（前記第３面の少なくとも１部が曲面である）。この側面３６Ａａの深さｄは、第１実施形態と同様に、λ／２以上かつＨ／２以下である。また、第１～第３実施形態と同様に、側面３６Ｂａは、側面３６Ａａと略平行して形成されていてもよい。
　曲面３６ＣａのＺ方向の深さｄ’は、例えばｗ／２である。従って、溝部３０ａの深さの合計は、最大ｄ＋ｄ’である。
　このように、弾性表面波素子１２ａにおける溝部３０ａの底面３６Ｃａは、第１～第３実施形態の底面３６Ｃ（図６参照）のように圧電基板２４の下面と略平行な形状ではなく、曲面を有している。このため、底面３６Ｃａは、Ｚ方向の位置毎にＸ方向の位置が異なる。Ｚ方向の位置毎にＸ方向の位置が異なるとは、具体的には、底面３６Ｃａの各座標をＸＺ平面で表した場合、位置１＝（ｘ１、ｚ１）、位置２＝（ｘ２、ｚ２）、・・・のように、位置毎に少なくともＸ方向かＺ方向の座標が異なることである。なお、溝部３０ａは、凸多角形により略半円に形成されるようにしてもよい。
　なお、第４実施形態では、側面３６Ａａが、第１実施形態の反射面３６に相当する。
　図１２は、図１１に示した溝部３０ａを備える場合の実測値の一例を示す図である。図１２において、横軸は時間を表し、縦軸は信号レベルを表している。また、曲線ｓ４５１は、バルク波の時間対信号レベルの特性であり、曲線ｓ４５２は、すべり弾性表面波の時間対信号レベルの特性である。図１２は、図１１において溝部３０ａの深さｄ＋ｄ’が０．０６［ｍｍ］である場合の実測値である。
　図１２に示すように溝部３０ａを有する場合、時刻約２［μｓ］～約３［μｓ］の間、バルク波ｓ４５１とすべり弾性表面波ｓ４５２とのレベル差は、図９と同様に約７０［ｄＢ］である。図９では、時刻約３［μｓ］過ぎから、バルク波ｓ４０１の信号レベルが上昇していたが、第４実施形態では、図１２に示すように時刻約３［μｓ］過ぎてもバルク波ｓ４５１のレベルが上昇しない。このように、図１２に示した測定値は、同じ深さ０．０６［ｍｍ］である図８、及び側面３６Ａ及び３６Ｂを有して深さが０．０１［ｍｍ］の図９のどちらと比較しても、バルク波の信号レベルが低減されている。
　ここで、第４実施形態の溝部３０ａを被測定物特性測定装置に適用した場合に、バルク波による信号レベルを減少できる理由を説明する。図１０で説明したように、バルク波が反射する面に端部があると、この端部により新たなバルク波が発生する。図１１のように、溝部３０ａの側面３６Ａａと連続する底面３６Ｃａを、曲面により形成した場合、側面３６Ａａと底面３６Ｃａとの接続部等に端部が形成されない。このため、図１１に示した溝部３０ａのように形成すれば、端部による新たなバルク波が発生しない。
　図１１の場合、側面３６Ａａに加えて底面３６Ｃａでもバルク波が反射する。しかしながら、底面３６Ｃａが曲面のため、この面で反射し、櫛形電極２６（図１Ａ、図１Ｂ参照）が受信するバルク波のタイミングが、例えばＺ方向の深さの位置毎に異なる。すなわち、櫛形電極２６が受信するバルク波が分散する。この結果、第４実施形態によれば、図１２に示したように、時刻約３［μｓ］過ぎてもバルク波による信号レベルを減少できる。
　以上のように、第４実施形態による弾性表面波素子１２ａが有する溝部３０ａは、第１～第３実施形態で説明した溝部３０と同様にＸＹ平面に対して垂直な側面３６Ａａを有し、さらに底面として曲面３６Ｃａを有している。この構成により、第４実施形態の被測定物特性測定装置における弾性表面波素子１２ａは、第１～第３実施形態と比べて、さらにすべり弾性表面波とバルク波との分離を向上できる。この結果、被測定物の物理的特性を高精度に求めることができる小型で安価な弾性表面波素子１２ａを備えた被測定物特性測定装置１０を得ることができる。
　次に、溝部の形状の変形例を説明する。
　図１３及び図１４は、第４実施形態に係る溝部の変形例である。なお、図１３及び図１４は、ＸＺ平面における弾性表面波素子の断面図の一部である。また、圧電基板のＺ方向の厚みはＨである。
　図１３に示すように、弾性表面波素子１２ｂの溝部（反射部）３０ｂは、Ｚ方向に深さｄの側面３６Ａｂ及び側面３６Ｂｂと、斜面３６Ｃｂ１（第３面）と、斜面３６Ｃｂ２（第３面）とを有している。斜面３６Ｃｂ１は、側面３６Ａｂに対して角θ１で傾斜しており、一端（端部４１１、第一端）で側面３６Ａｂと接している平面である。斜面３６Ｃｂ２は、側面３６Ｂｂに対して角θ１で傾斜しており、一端（第一端）で側面３６Ｂｂと接している平面である。斜面３６Ｃｂ１の他端（端部４１２、第二端）は、斜面３６Ｃｂ２の他端と接している。また、側面３６Ａｂの深さｄは、第１実施形態と同様に、λ／２以上かつＨ／２以下である。また、溝部３０ｂのＺ方向における深さは、最大ｄ＋ｄ’である。即ち、溝部３０ｂが有する斜面の少なくとも１部は、圧電基板の第１面の法線方向に対して所定角度傾斜して形成されている斜面である。このように、溝部３０ｂの断面形状は、圧電基板２４の表層部分から圧電基板２４の内部に向けて突出するような凸状の多角形である。換言すると、側面３６Ａｂと、側面３６Ｂｂと、斜面３６Ｃｂ１と、斜面３６Ｃｂ２と、バルク波伝搬部３４の表面と同一平面であって溝部３０ｂを閉じるように延長された仮想線とによって囲まれた形状が凸状の多角形である（以下、凸多角形と称する）である。本実施形態では、溝部３０ｂの断面形状が五角形である。
　なお、図１３に示した例では、側面３６Ａｂと側面３６Ｂｂとの深さが同じ場合を説明したが、深さは異なっていてもよい。ただし、この場合であっても、側面３６Ａｂの深さｄは、λ／２以上かつＨ／２以下であればよい。同様に、側面３６Ａｂと斜面３６Ｃｂ１とのなす角θ１と、側面３６Ｂｂと斜面３６Ｃｂ２とのなす角θ１とは、同じであっても異なっていてもよい。このように溝部３０ｂは、凸多角形に形成されている。
　図１４に示すように、弾性表面波素子１２ｃの溝部（反射部）３０ｃは、Ｚ方向に深さｄの側面３６Ａｃと、Ｚ方向に深さｄ＋ｄ’の側面３６Ｂｃと、斜面３６Ｃｃ１（第３面）と、底面３６Ｃｃ２とを有している。斜面３６Ｃｃ１は、側面３６Ａｃに対して角θ２で傾斜しており、一端（端部４２１、第一端）で側面３６Ａｃと接している平面である。底面３６Ｃｃ２の一端は、斜面３６Ｃｃ１の他端（端部４２２、第二端）で斜面３６Ｃｃ１と接しており、底面３６Ｃｃ２の他端は、側面３６Ｂｃの下端と接しており、底面３６Ｃｃ２は、圧電基板２４の下面と平行である。
　この側面３６Ａｃの深さｄは、第１実施形態と同様に、λ／２以上かつＨ／２以下である。また、溝部３０ｃのＺ方向における深さは、最大ｄ＋ｄ’である。　即ち、溝部３０ｃが有する斜面の少なくとも１部は、圧電基板の第１面の法線方向に対して所定角度傾斜して形成されている斜面である。このように、溝部３０ｃの断面形状は、圧電基板２４の表層部分から圧電基板２４の内部に向けて突出するような凸状の多角形である。換言すると、側面３６Ａｃと、側面３６Ｂｃと、斜面３６Ｃｃ１と、底面３６Ｃｃ２と、バルク波伝搬部３４の表面と同一平面であって溝部３０ｃを閉じるように延長された仮想線とによって囲まれた形状が凸状の多角形である（以下、凸多角形と称する）である。本実施形態では、溝部３０ｃの断面形状が五角形である。
　なお、図１４に示した例では、溝部３０ｃが底面３６Ｃｃ２を有している例を説明したが、底面３６Ｃｃ２を有していなくてもよい。この場合、斜面３６Ｃｃ１の他端は、側面３６Ｂｃの下端と接していてもよい。このように溝部３０ｃは、凸多角形に形成されている。
　次に、図１３及び図１４のような形状の溝部におけるバルク波の伝搬について説明する。
　図１３に示したように、溝部３０ｂは、端部４１１及び端部４１２を有している。このため、これらの端部により新たなバルク波が生じる。同様に、図１４に示したように、溝部３０ｃは、端部４２１及び端部４２２を有している。このため、これらの端部により新たなバルク波が生じる。
　しかしながら、第４実施形態の溝部３０ｂは、第１～第３実施形態（例えば図６）と異なり、深さｄの側面３６Ａｂに連続する斜面３６Ｃｂ１を有している。同様に、第４実施形態の溝部３０ｃは、深さｄの側面３６Ａｃに連続する斜面３６Ｃｃ１を有している。
　このため、バルク波は、上述した端部（４１１及び４１２、または４２１及び４２２）で反射するのみではなく、斜面３６Ｃｂ１または３６Ｃｃ１の各位置で反射する。斜面３６Ｃｂ１または３６Ｃｃ１は、図１１に示した底面３６Ｃａと同様に、斜面のＸＺ平面の各位置が異なる。
　従って、本実施形態では、端部４１１、４１２、４２１、及び４２２で発生した新たなバルク波に加え、各位置で反射したバルク波を、各々、異なる時刻に櫛形電極２４が受信する。この結果、底面３６Ｃａが曲面の場合と同様に、櫛形電極２４が受信するバルク波が時間方向に分散する。従って、図１３または図１４の溝部３０ｂまたは３０ｃを備える弾性表面波素子１２ｂまたは１２ｃによれば、バルク波による信号レベルを減少できる。
　以上のように、第４実施形態では、第１～第３実施形態の溝部（３０または６４）が有する深さｄの側面（３６Ａａ、３６Ａｂ、または３６Ａｃ）に加えて、曲面の底面３６Ｃａまたは斜面（３６Ｃｂ１、または３６Ｃｃ１）を有している。この構成により、第１～第３実施形態と同様に、櫛形電極２４は、側面（３６Ａａ、３６Ａｂ、または３６Ａｃ）により反射したすべり弾性表面波に基づく信号を受信する。また、櫛形電極２４は、側面（３６Ａａ、３６Ａｂ、または３６Ａｃ）、底面３６Ｃａまたは斜面（３６Ｃｂ１、または３６Ｃｃ１）、及び端部２８により反射したバルク波に基づく信号を受信する。上記のうち、底面３６Ｃａまたは斜面（３６Ｃｂ１、または３６Ｃｃ１）、及び端部２８により反射したバルク波は、分散されて受信される。これにより、図１３のように側面３６Ａｂと斜面３６Ｃｂ１との間に端部４１１等があっても、バルク波を分散できるので、新たに発生するバルク波の影響を低減できる。
　従って、第４実施形態によれば、第１～第３実施形態より、さらにバルク波を低減できるので、バルク波とすべり弾性表面波と分離できる。この結果、第４実施形態では、このようにしてバルク波から分離されたすべり弾性表面波を用いることで、被測定物の物理的特性を高精度に求めることができる。
＜第５実施形態＞
　図１５は、第５実施形態の弾性表面波素子１２ａを備えた被測定物特性測定装置１０ａの平面構成図である。図１６Ａは、図１５に示す弾性表面波素子１２ａのＩＢ－ＩＢ線断面図である。図１６Ｂは、図１６Ａの符号Ａで示された部分を示す拡大断面図であり、反射部５００を含む部分の拡大図である。
　被測定物特性測定装置１０ａは、被測定物の物理的特性を測定する。被測定物特性測定装置１０ａは、弾性表面波素子１２ａと、発振器１４ａ、分配器１６ａ、スイッチ１７ａ及び弾性波検出器１８ａから構成される測定部２０ａと、パソコン等で構成される処理部２２とを備える。測定部２０ａは、第１実施形態の測定部２０と同様の機能を有している。
　弾性表面波素子１２ａは、圧電基板２４と、圧電基板２４上に形成され弾性波を励振させる櫛形電極２６と、櫛形電極２６と弾性波の伝搬方向（矢印Ｘ方向）における圧電基板２４の端部２８との間に形成される反射部５００と、櫛形電極２６と反射部５０１～５０３との間に形成され被測定物が負荷される反応場３２と、反射部５０１～５０３と端部２８との間に形成されるバルク波が伝搬するバルク波伝搬部３４とを備える。反射部５００は、反射部５０１～５０３を備える。本実施形態の弾性表面波素子１２ａは、反射部５０１～５０３を備えている点で、第１実施形態と異なる。
　また、図１５，図１６Ａ，及び図１６Ｂにおいて、弾性波の伝搬方向をＸ方向、弾性表面波の伝搬方向と直交する方向をＹ方向とする。
　反射部５０１～５０３は、Ｙ方向に圧電基板２４の一方の端（第一基板端）から他端（第二基板端）に延在するように形成されている。反射部５０１～５０３は、弾性波が伝搬する圧電基板２４の表面に略垂直な高さｈ（図１６Ａ及び図１６Ｂ参照）の壁を有している。反射部５０１～５０３の壁の高さｈは、弾性表面波の波長λに応じて決定されている。
　反射部５０１は、Ｘ方向に、反応場３２から距離Ｌ１１離れて形成されている。また、反射部５０１のＸ方向の幅は、Ｌ１２である。反射部５０１は、Ｘ方向に面５１１（第３面）を有し、圧電基板２４の表面から高さｈの反射面５２１（第４面）を有している。
　反射部５０２は、Ｘ方向に、反射部５０１から距離Ｌ１３離れて形成されている。また、反射部５０２のＸ方向の幅は、Ｌ１４である。反射部５０２は、Ｘ方向に面５１２（第３面）を有し、圧電基板２４の表面から高さｈの反射面５２２（第４面）を有している。
　反射部５０３は、Ｘ方向に、反射部５０２から距離Ｌ１５離れて形成されている。また、反射部５０３のＸ方向の幅は、Ｌ１６である。反射部５０３は、Ｘ方向に面５１３（第３面）を有し、圧電基板２４の表面から高さｈの反射面５２３（第４面）を有している。
　弾性表面波は、圧電基板２４の表層部分を伝搬し、反射部５０１～５０３の各面５２１～５２３によって反射された後、再度、反応場３２を伝搬し、櫛形電極２６で受信される。
　なお、距離Ｌ１１、Ｌ１３及びＬ１５は、同じであっても異なっていてもよい。幅Ｌ１２、Ｌ１４及びＬ１６は、同じであっても異なっていてもよい。また、反射部５０１～５０３の反射面５２１～５２２の高さｈは、同じであっても異なっていてもよい。
　なお、図１５，図１６Ａ，及び図１６Ｂでは、弾性表面波素子１２ａが反射部を３つ備える例を示したが、反射部の数は、１つ以上であればよい。
　次に、被測定物特性測定装置１０ａによる処理の一例を説明する。
　処理部２２は、スイッチ１７ａを端子１と端子３とが接続されるように切り替える。これにより、分配器１６ａは、スイッチ１７ａを介して、高周波発振信号を櫛形電極２６に供給する。
　櫛形電極２６は、供給された高周波発振信号に基づいて弾性波が励振される。弾性波は、被測定物の滴下された反応場３２に沿って矢印Ｘ方向に伝搬される。
　反応場３２を伝搬する弾性波のうち、弾性表面波であるすべり弾性表面波は、圧電基板２４の表層部分を伝搬し、反射部５０１～５０３の反射面５２１～５２３によって反射された後、再度、反応場３２を伝搬し、櫛形電極２６で受信される。また、バルク波は、圧電基板２４の内部のバルク波伝搬部３４及び反応場３２を伝搬し、圧電基板２４の端部２８に達する。次いで、このバルク波は、端部２８によって反射された後、再度、バルク波伝搬部３４及び反応場３２を伝搬し、櫛形電極２６で受信される。
　処理部２２は、スイッチ１７ａを端子２と端子３とが接続されるように切り替える。
　櫛形電極２６により受信された弾性表面波及びバルク波は、弾性表面波信号及びバルク波信号に変換された後、弾性波検出器１８ａに供給される。
　なお、弾性波検出器１８ａは、例えば、反射部５０１～５０３のうち、３つのうちの中心に位置されている反射部５０２の反射による弾性表面波信号を用いて検出する。反射部が２つ以上の場合、弾性波検出器１８ａは、反射部５０１～５０３において中心に配置されている反射部の反射による弾性表面波信号を用いて検出するようにしてもよい。反射部の数が偶数の場合、例えば反射部が４つの場合（第１反射部～第４反射部）、弾性波検出器１８ａは、４つの反射部のうち中心に配置されている第２反射部または第３反射部による弾性表面波信号を用いて検出するようにしてもよい。
　以上のように、第５実施形態の被測定物特性測定装置１０ａにおいて、弾性表面波は、反応場３２を伝搬し、反射部５００の反射面（５２１～５２３）により反射されて櫛形電極２６で受信されるのに対して、バルク波は、反応場からバルク波伝搬部３４に伝搬し、圧電基板２４の端部２８で反射された後、弾性表面波よりも所定時間だけ遅延して櫛形電極２６で受信される。そのため、この遅延時間を利用して弾性波に基づく信号からバルク波に基づく信号を分離し、弾性表面波による信号を抽出することができる。従って、弾性表面波による信号に基づき、被測定物の物理的特性を高精度に求めることができる。
　なお、第５実施形態では、櫛形電極２６、反応場３２が１つの例を説明したが、第２及び第３実施形態のように複数であってもよい。この場合であっても、例えば、図４の溝部６４、図５の溝部６４の代わりに反射部５００を適用してもよい。
　また、図１６Ａ及び図１６Ｂでは、反射部５０１～５０３の面５１１～５１３の形状は、圧電基板２４と略平面な形状の例を示したが、本発明はこの例に限られない。反射部５０１～５０３の面５１１～５１３の形状は、他の形状、例えば半円、斜面等であってもよい。
　なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
　例えば、第２実施形態の弾性表面波素子４４及び第３実施形態の弾性表面波素子７６に形成される溝部６４は、図３に示す場合と同様に、樹脂４２で覆うことにより、溝部６４に被測定物の一部が滴下された場合であっても、被測定物の物理的特性を高精度に求めることができる。
１０、１０ａ、４６、７８…被測定物特性測定装置
１２、１２ａ、４４、７６…弾性表面波素子
１４、４８…発振器
１６、５０…分配器
１８、５２…弾性波検出器
２０、５４…測定部
２２、５６…処理部
２４、５８…圧電基板
２６、６０ａ、６０ｂ…櫛形電極
２７ａ、２７ｂ…電極指
２８、６２…端部
３０、６４…溝部
３２、６６ａ、６６ｂ…反応場
３４、６８…バルク波伝搬部
３６、７２、５２１～５２３…反射面
３８、７０ａ、７０ｂ…封止部材
４０、７４ａ、７４ｂ…金属膜
４２…樹脂
８０…剥離部
５００～５０４…反射部

Claims (8)

  1. 　圧電基板上の第１面に形成され、弾性波を励振させ、前記弾性波に基づく反射を受信する櫛形電極と、
    　前記櫛形電極と前記弾性波の伝搬方向における前記圧電基板の前記第１面に直交する第２面との間に、前記第１面の法線方向に前記第１面と異なる位置に形成される第３面と、前記第１面の法線方向に垂直に形成される前記第１面の端部と前記第３面とを結ぶ第４面とを有する反射部と、
    　前記櫛形電極と前記反射部との間に形成され被測定物が負荷される反応場と、
    　前記反射部と前記第２面との間に形成されている伝搬部と、
    　を備える弾性表面波素子を備え、
    　前記櫛形電極から前記反応場を伝搬し、前記反射部の前記第４面により反射され、前記櫛形電極により受信された前記弾性波に含まれる前記圧電基板の表面を伝搬する弾性表面波を、前記圧電基板の前記第２面により反射され、前記櫛形電極により受信された前記弾性波に含まれる前記圧電基板の内部を伝搬するバルク波から分離して抽出し、抽出した前記弾性表面波に基づき、前記被測定物の特性を求める
    　ことを特徴とする被測定物特性測定装置。
  2. 　前記圧電基板の前記表面から前記圧電基板の内部に向かう方向における前記反射部が有する壁の高さｄは、次式の関係を満たす値である
    　λ／２≦ｄ≦Ｈ／２
    　　　　λ：前記弾性波の波長
    　　　　Ｈ：前記圧電基板の厚さ
    　ことを特徴とする請求項１に記載の被測定物特性測定装置。
  3. 　前記櫛形電極は、
    　複数の電極指をＮ（Ｎは１以上の整数）対、備え、
    　前記反射部の前記第４面から前記圧電基板の前記端部までの距離Ｌ２は、次式の関係を満たす値である
    　Ｌ２≧Ｎ×λ／２
    　　　　λ：前記弾性波の波長
    　　　　Ｎ：前記櫛形電極を構成する複数の電極指の対の数
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の被測定物特性測定装置。
  4. 　前記反射部が有する前記第３面は、前記圧電基板の前記第１面に対して平行である
    　ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の被測定物特性測定装置。
  5. 　前記反射部が有する前記第３面の少なくとも１部は、曲面である
    　ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の被測定物特性測定装置。
  6. 　前記反射部が有する前記第３面の少なくとも１部は、前記圧電基板の前記第１面の法線方向に対して所定角度傾斜して形成されている斜面である
    　ことを特徴とする請求項１から請求項３、請求項５のいずれか一項に記載の被測定物特性測定装置。
  7. 　前記反射部には、
    　前記圧電基板の前記第１面から突出しない範囲で樹脂が充填される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の被測定物特性測定装置。
  8. 　前記圧電基板には、前記弾性波の伝搬方向に対して垂直方向に複数の前記櫛形電極が形成されるとともに、前記各櫛形電極と前記反射部の前記第３面との間に、前記各櫛形電極に対応する複数の前記反応場が形成される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の被測定物特性測定装置。
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Free format text: APRESENTAR, EM ATE 60 (SESSENTA) DIAS, DOCUMENTOS COMPROBATORIOS QUE EXPLIQUEM E REGULARIZEM A DIVERGENCIA NO NOME DO INVENTOR CONSTANTE NA PUBLICACAO INTERNACIONAL WO/2013/094531 DE 27/06/2013 COMO HIROMI YATSUDA E O CONSTANTE NO FORMULARIO DA PETICAO INICIAL NO 020140020028 DE 16/03/2014 COMO HIROMU YATSUDA UMA VEZ QUE NAO HOUVE ENVIO DE DOCUMENTO COMPROVANDO QUE OS NOME CORRETO DO INVENTOR E O DECLARADO NA ENTRADA NACIONAL.

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