弾性波センサ
【課題】弾性波センサにおいて、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行う。
【解決手段】発振用弾性波素子１２を含む発振ループ２０が形成されている。出力用櫛形電極１６は、入力弾性波レベルと出力電気信号レベルとの間のゲイン特性がその通過帯域において周波数の変化とともに変化する特性となるように形成されている。発振用弾性波素子１２上に形成された感応膜１８が被測定物を吸着すると、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数が変化するため、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【解決手段】発振用弾性波素子１２を含む発振ループ２０が形成されている。出力用櫛形電極１６は、入力弾性波レベルと出力電気信号レベルとの間のゲイン特性がその通過帯域において周波数の変化とともに変化する特性となるように形成されている。発振用弾性波素子１２上に形成された感応膜１８が被測定物を吸着すると、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数が変化するため、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ）や横波弾性波（ＳＴＷ）等の弾性波を用いる弾性波センサに関し、特に、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成された弾性波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（ＳＡＷ）や横波弾性波（ＳＴＷ）等の弾性波を用いる弾性波センサにおいては、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されている。この感応膜が被測定物を吸着することで、弾性波素子の発振周波数が変化する。したがって、この発振周波数の変化を周波数測定器により検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【０００３】
ただし、発振周波数の変化を周波数測定器により検出することで被測定物の濃度を検出する場合は、発振周波数を測定する周波数測定器が必要であるため、コスト高を招いてしまうというという問題点がある。
【０００４】
そこで、周波数測定器を用いることなく被測定物の濃度を検出する弾性波センサの従来例が特許文献１に開示されている。特許文献１の弾性波センサは、感応膜が形成されたＳＡＷフィルタを含む発振ループを少なくとも３つ備えている。各ＳＡＷフィルタは、感応膜の被測定物吸着量によって変化する互いに等しい遅延特性を有するとともに、互いにトラップの周波数がずれた異なる周波数特性を有する。
【０００５】
感応膜に被測定物が吸着すると、各ＳＡＷフィルタの遅延量が変化し、各発振ループの発振状態が変化する。具体的には、発振周波数がトラップに位置した発振ループは発振が停止し、他の発振ループは発振を維持する。特許文献１の弾性波センサにおいては、この性質を利用して、各発振ループが順番に繰り返して発振を停止する際の繰り返し方向及びその回数を検出することで、周波数測定器を用いることなく被測定物の濃度を検出している。
【０００６】
また、その他の背景技術として、特許文献２の水晶振動子による圧電センサが開示されている。そして、弾性波素子に用いられる櫛形電極の重み付け手法が非特許文献１に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２１８４８１号公報
【特許文献２】実開平５−７３５６０号公報
【非特許文献１】日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会編、「弾性波素子技術ハンドブック」、第１版、オーム社、平成３年１１月３０日、ｐ．１９５，２０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の弾性波センサにおいて、周波数測定器を用いることなく被測定物の濃度を検出するためには、感応膜が形成されたＳＡＷ（弾性波）フィルタを含む発振ループを少なくとも３つ必要とする。したがって、部品点数が増大してしまい、回路規模の増大やコスト高を招いてしまうという問題点がある。また、各発振ループ間における発振特性のばらつきによって、被測定物の測定精度が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる弾性波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る弾性波センサは、弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、前記圧電性基板上に形成され、前記励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極と、を有し、前記発振用弾性波素子上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、前記出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを要旨とする。
【００１１】
この本発明において、発振用弾性波素子上に形成された感応膜が被測定物を吸着すると、発振ループを循環する発振信号の周波数が変化し、励振用電極から出力用電極へ伝搬する弾性波の周波数も変化する。ここで、出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されていることにより、感応膜が被測定物を吸着すると、出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、この本発明によれば、出力用電極から出力される電気信号のレベルを検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る弾性波センサは、弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、前記圧電性基板上に形成され、前記励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極と、を有し、前記出力用電極上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、前記出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを要旨とする。
【００１３】
この本発明においては、励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換する出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されていることにより、出力用電極上に形成された感応膜が被測定物を吸着すると、出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、この本発明によれば、出力用電極から出力される電気信号のレベルを検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる。
【００１４】
この本発明に係る弾性波センサにおいて、前記出力用電極は、前記圧電性基板上に複数形成されており、各出力用電極上には、それぞれ異なる種類の被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されているものとすることもできる。こうすれば、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで複数種類の被測定物の測定を行うことができる。
【００１５】
また、本発明に係る弾性波センサは、弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、該発振ループ中の電気信号を弾性波に変換する入力用電極と該弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極とが圧電性基板上に形成された検出用弾性波素子と、を有し、前記発振用弾性波素子上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、前記検出用弾性波素子は、前記入力用電極に入力される電気信号のレベルと前記出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを要旨とする。
【００１６】
この本発明において、発振用弾性波素子上に形成された感応膜が被測定物を吸着すると、発振ループを循環する発振信号の周波数が変化し、検出用弾性波素子の入力用電極に入力される電気信号の周波数も変化する。ここで、検出用弾性波素子は、入力用電極に入力される電気信号のレベルと出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されていることにより、感応膜が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子の出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、この本発明によれば、出力用電極から出力される電気信号のレベルを検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる。
【００１７】
また、本発明に係る弾性波センサは、弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、該発振ループ中の電気信号を弾性波に変換する入力用電極と該弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極とが圧電性基板上に形成された検出用弾性波素子と、を有し、前記入力用電極上と前記出力用電極上の少なくとも一方には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、前記検出用弾性波素子は、前記入力用電極に入力される電気信号のレベルと前記出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを要旨とする。
【００１８】
この本発明においては、発振ループ中の電気信号が入力される検出用弾性波素子は、入力用電極に入力される電気信号のレベルと出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されていることにより、入力用電極上と出力用電極上の少なくとも一方に形成された感応膜が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子の出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、この本発明によれば、出力用電極から出力される電気信号のレベルを検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる。
【００１９】
この本発明に係る弾性波センサにおいて、前記検出用弾性波素子は、複数設けられており、各検出用弾性波素子の入力用電極上と出力用電極上の少なくとも一方には、それぞれ異なる種類の被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されているものとすることもできる。こうすれば、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで複数種類の被測定物の測定を行うことができる。
【００２０】
検出用弾性波素子を有する態様の本発明に係る弾性波センサにおいて、前記発振用弾性波素子及び前記検出用弾性波素子に用いられる圧電性基板は共通化されているものとすることもできる。こうすれば、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００２２】
「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。本実施形態に係る弾性波センサにおいては、発振用弾性波素子１２及び増幅器ＡＭＰ１を含む発振ループ２０が形成されている。
【００２３】
発振用弾性波素子１２については、励振用櫛形電極１２ａ及び受信用櫛形電極１２ｂが圧電性基板１０上に形成されることで構成される。励振用櫛形電極１２ａは、弾性波を圧電性基板１０へ励振する。励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波は、励振用櫛形電極１２ａの両側へ伝搬する。
【００２４】
受信用櫛形電極１２ｂは、励振用櫛形電極１２ａにより励振される弾性波の伝搬方向の一方側に励振用櫛形電極１２ａと所定間隔をおいて配置されている。そして、受信用櫛形電極１２ｂは、励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波を受信して電気信号に変換する。受信用櫛形電極１２ｂにて変換された電気信号は、増幅器ＡＭＰ１により増幅されてから励振用櫛形電極１２ａに入力される。これによって、発振用弾性波素子１２の通過帯域内で且つ発振ループ２０の位相特性が２ｎπ［ｒａｄ］（ｎは整数）となる周波数の発振信号が発振ループ２０を循環する。
【００２５】
発振用弾性波素子１２には、被測定物に対して吸着性を示し例えばたんぱく質により構成される感応膜１８が形成されている。図１に示す例では、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されている場合を示している。ここで、被測定物及びこの被測定物を吸着する感応膜１８の組み合わせの一例を挙げると、被測定物はＣ−反応性タンパク（ＣＲＰ）抗原であり、かつ感応膜１８は抗ＣＲＰモノクローナル抗体である。
【００２６】
出力用櫛形電極１６は、圧電性基板１０上に形成されており、励振用櫛形電極１２ａにより励振される弾性波の伝搬方向の他方側に励振用櫛形電極１２ａと所定間隔をおいて配置されている。そして、出力用櫛形電極１６は、励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波を電気信号に変換して出力する。出力用櫛形電極１６から出力された電気信号は、増幅器ＡＭＰ２により増幅されてから検波器ＤＥＴにより検波されることで、そのレベルが検出される。なお、出力用櫛形電極１６上には感応膜１８が形成されておらず、出力用櫛形電極１６は被測定物に対して吸着性を示さない。
【００２７】
さらに、出力用櫛形電極１６については、図２に示すように、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間のゲイン特性がその通過帯域（弾性波を電気信号に変換可能な帯域）において周波数の増大とともに低下する特性となるように形成されている。この特性については、例えばアポダイズ電極や間引き電極等の非特許文献１に開示されている既知の重み付け手法を出力用櫛形電極１６に適用することで実現することができる。
【００２８】
一方、発振用弾性波素子１２については、図３に示すように、励振用櫛形電極１２ａへの入力電気信号レベルと受信用櫛形電極１２ｂからの出力電気信号レベルとの間の挿入損失（ゲイン）特性がその通過帯域において周波数が変化してもほぼ変化しない特性となっている。
【００２９】
なお、ここでの発振用弾性波素子１２としては、例えば圧電性基板１０の表面を伝搬するＳＡＷ（レイリー波）を利用するＳＡＷ素子を用いることができる。あるいは、発振用弾性波素子１２として、圧電性基板１０の表面近傍を伝搬するＳＴＷ（バルク波）を利用するＳＴＷ素子を用いることもできる。発振用弾性波素子１２としてＳＴＷ素子を用いた場合は、弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されることによる弾性波（ＳＴＷ）の伝搬損失を少なくすることができる。また、感応膜１８については、金膜（図示せず）を介在させた状態で発振用弾性波素子１２に形成することもできる。
【００３０】
図１に示す弾性波センサにおいて、感応膜１８が被測定物を吸着すると、発振用弾性波素子１２の通過特性が変化することで、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化する。これによって、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数が変化する。ここで、出力用櫛形電極１６については、入力弾性波レベルと出力電気信号レベルとの間のゲイン特性が弾性波の周波数の変化とともに変化する特性となっているため、感応膜１８が被測定物を吸着すると、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００３１】
なお、出力用櫛形電極１６の通過帯域については、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数の可変範囲を含むように設定される。ここで、出力用櫛形電極１６の通過帯域については、例えば出力用櫛形電極１６の電極指対数の設定により調整可能である。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態においては、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検出することで、被測定物の濃度を検出することができるので、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができる。そして、特許文献１，２とは異なり、１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができるので、部品点数を削減することができる。したがって、回路規模の縮小及びコスト削減を実現することができる。さらに、複数の発振ループ間における発振特性のばらつきが発生することがないので、被測定物の測定精度を向上させることができる。
【００３３】
また、発振用弾性波素子１２の励振用櫛形電極１２ａ及び受信用櫛形電極１２ｂと、出力用櫛形電極１６とが共通の圧電性基板１０上に形成されているため、温度等の外部環境の変化に対する特性変化が、発振用弾性波素子１２と出力用櫛形電極１６とで異なってくるのを抑えることができる。したがって、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【００３４】
なお、本実施形態の説明においては、出力用櫛形電極１６への入力弾性波レベルと出力用櫛形電極１６からの出力電気信号レベルとの間のゲイン特性が出力用櫛形電極１６の通過帯域において周波数の増大とともに低下する特性である場合について説明した。ただし、出力用櫛形電極１６への入力弾性波レベルと出力用櫛形電極１６からの出力電気信号レベルとの間のゲイン特性が出力用櫛形電極１６の通過帯域において周波数の増大とともに増大する特性であってもよい。
【００３５】
また、本実施形態の説明においては、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されている場合について説明した。ただし、感応膜１８については、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上の少なくとも１つに形成されていれば、感応膜１８による被測定物の吸着によって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを変化させることができる。例えば図４に示すように、励振用櫛形電極１２ａ上及び受信用櫛形電極１２ｂ上には感応膜１８が形成されておらず、励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上のみに感応膜１８が形成されていてもよい。
【００３６】
図４に示す弾性波センサにおいて、感応膜１８が被測定物を吸着すると、励振用櫛形電極１２ａから受信用櫛形電極１２ｂへ伝搬する弾性波の伝搬速度が変化することで、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化する。これによって、図１に示す構成と同様に、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数が変化し、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００３７】
また、本実施形態の説明においては、励振用櫛形電極１２ａの両側に受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６が配置されている場合について説明した。ただし、図５，６に示すように、励振用櫛形電極１２ａの片側に受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６を配置することもできる。
【００３８】
図５，６に示す弾性波センサにおいては、励振用櫛形電極１２ａの弾性波を励振する部分の長さ（励振用櫛形電極１２ａの開口長）ａが、受信用櫛形電極１２ｂの弾性波を受信する部分の長さ（受信用櫛形電極１２ｂの開口長）ｂと出力用櫛形電極１６の弾性波を受信する部分の長さ（出力用櫛形電極１６の開口長）ｃの和ｂ＋ｃより長い。そして、受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６については、その開口が励振用櫛形電極１２ａの開口と対向するように配置され、かつ励振用櫛形電極１２ａより励振される弾性波の伝搬方向と略垂直方向に関して所定距離はなされて配置されている。この受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６の配置によって、励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波を受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６の両方により検出することができる。
【００３９】
なお、図５は、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されている場合を示している。一方、図６は、励振用櫛形電極１２ａ上及び受信用櫛形電極１２ｂ上に感応膜１８が形成されておらず、励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上のみに感応膜１８が形成されている場合を示している。また、他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４０】
図５，６に示す弾性波センサにおいても、感応膜１８が被測定物を吸着すると、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化する。これによって、図１に示す構成と同様に、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数が変化し、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の濃度を検出することができる。
【００４１】
「実施形態２」
図７は、本発明の実施形態２に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。本実施形態においては、発振用弾性波素子１２に感応膜１８が形成されておらず、発振用弾性波素子１２は被測定物に対して吸着性を示さない。そして、出力用櫛形電極１６上に感応膜１８が形成されている。なお、他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４２】
図７に示す弾性波センサにおいては、感応膜１８が被測定物を吸着しても、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化しないので、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数も変化しない。ただし、感応膜１８が被測定物を吸着すると、出力用櫛形電極１６の通過帯域がシフトする。ここで、出力用櫛形電極１６については、図２に示すように、入力弾性波レベルと出力電気信号レベルとの間のゲイン特性が周波数の変化とともに変化する特性となっているため、感応膜１８が被測定物を吸着すると、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００４３】
なお、出力用櫛形電極１６の通過帯域については、その可変（シフト）範囲において発振ループ２０を循環する発振信号の周波数を常に含むように設定される。ここで、出力用櫛形電極１６の通過帯域については、例えば出力用櫛形電極１６の電極指対数の設定により調整可能である。
【００４４】
本実施形態においても、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができる。したがって、回路規模の縮小及びコスト削減を実現することができる。そして、複数の発振ループ間における発振特性のばらつきが発生することがないので、被測定物の測定精度を向上させることができる。また、温度等の外部環境の変化に対する特性変化が、発振用弾性波素子１２と出力用櫛形電極１６とで異なってくるのを抑えることができるので、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【００４５】
なお、本実施形態の説明においては、励振用櫛形電極１２ａの両側に受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６が配置されている場合について説明した。ただし、図８に示すように、励振用櫛形電極１２ａの片側に受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６を配置することもできる。
【００４６】
図８に示す弾性波センサにおいては、複数の出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３が圧電性基板１０上に形成されている。そして、励振用櫛形電極１２ａの弾性波を励振する部分の長さ（励振用櫛形電極１２ａの開口長）ａが、受信用櫛形電極１２ｂの弾性波を受信する部分の長さ（受信用櫛形電極１２ｂの開口長）ｂと出力用櫛形電極１６−１の弾性波を受信する部分の長さ（出力用櫛形電極１６−１の開口長）ｃと出力用櫛形電極１６−２の弾性波を受信する部分の長さ（出力用櫛形電極１６−２の開口長）ｄと出力用櫛形電極１６−３の弾性波を受信する部分の長さ（出力用櫛形電極１６−３の開口長）ｅの和ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅより長い。また、受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３については、その開口が励振用櫛形電極１２ａの開口と対向するように配置され、かつ励振用櫛形電極１２ａより励振される弾性波の伝搬方向と略垂直方向に関して所定距離はなされて配置されている。この受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３の配置によって、励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波を受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３により検出することができる。
【００４７】
さらに、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３上には、感応膜１８−１，１８−２，１８−３がそれぞれ形成されている。ここで、各感応膜１８−１，１８−２，１８−３は、それぞれ異なる種類の被測定物Ａ，Ｂ，Ｃに対して吸着性を示す。そして、図８では図示を省略しているが、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３から出力された電気信号は、増幅器により増幅されてから検波器により検波されることで、そのレベルがそれぞれ検出される。なお、他の構成については図７に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４８】
図８に示す弾性波センサにおいては、感応膜１８−１が被測定物Ａを吸着すると、出力用櫛形電極１６−１の通過帯域がシフトする。このとき、他の感応膜１８−２，１８−３はこの被測定物Ａを吸着しないため、出力用櫛形電極１６−２，１６−３の通過帯域はシフトしない。したがって、出力用櫛形電極１６−１から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−２，１６−３から出力される電気信号のレベルは変化しない。同様に、感応膜１８−２が被測定物Ｂを吸着すると、出力用櫛形電極１６−２から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−１，１６−３から出力される電気信号のレベルは変化しない。そして、感応膜１８−３が被測定物Ｃを吸着すると、出力用櫛形電極１６−３から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−１，１６−２から出力される電気信号のレベルは変化しない。したがって、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３から出力される電気信号のレベルをそれぞれ検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で複数種類の被測定物Ａ，Ｂ，Ｃの濃度を検出することができる。
【００４９】
「実施形態３」
図９は、本発明の実施形態３に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。本実施形態においては、発振ループ２０内の発振用弾性波素子１２の他に、検出用弾性波素子２２が設けられている。
【００５０】
検出用弾性波素子２２については、入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６が圧電性基板１０上に形成されることで構成される。入力用櫛形電極１４は、発振ループ２０と増幅器ＡＭＰ１の出力の位置にて接続されており、発振ループ２０中の電気信号を弾性波に変換する。出力用櫛形電極１６は、入力用櫛形電極１４により励振される弾性波の伝搬方向の一方側に入力用櫛形電極１４と所定間隔をおいて配置されている。そして、出力用櫛形電極１６は、入力用櫛形電極１４により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する。なお、検出用弾性波素子２２上には感応膜１８が形成されておらず、検出用弾性波素子２２は被測定物に対して吸着性を示さない。
【００５１】
このように、本実施形態においては、励振用櫛形電極１２ａ、受信用櫛形電極１２ｂ、入力用櫛形電極１４、及び出力用櫛形電極１６が共通の圧電性基板１０上に形成されていることで、発振用弾性波素子１２及び検出用弾性波素子２２に用いられる圧電性基板１０が共通化されている。そして、図９に示すように、発振用弾性波素子１２及び検出用弾性波素子２２については、弾性波伝搬方向が略平行となるように配置されており、かつ発振用弾性波素子１２が励振する弾性波と検出用弾性波素子２２が励振する弾性波とが互いに干渉しないように、弾性波伝搬方向と略垂直方向に関して所定距離はなされて配置されている。
【００５２】
なお、ここでの弾性波素子１２，２２としては、例えば圧電性基板１０の表面を伝搬するＳＡＷ（レイリー波）を利用するＳＡＷ素子を用いることができる。あるいは、弾性波素子１２，２２として、圧電性基板１０の表面近傍を伝搬するＳＴＷ（バルク波）を利用するＳＴＷ素子を用いることもできる。
【００５３】
さらに、本実施形態における検出用弾性波素子２２については、図１０に示すように、入力用櫛形電極１４に入力される電気信号のレベルと出力用櫛形電極１６から出力する電気信号のレベルとの間の挿入損失（ゲイン）特性がその通過帯域において周波数の増大とともに低下する特性となるように形成されている。この特性については、例えばアポダイズ電極や間引き電極等の非特許文献１に開示されている既知の重み付け手法を入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６の少なくとも一方に適用することで実現することができる。なお、他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００５４】
図９に示す弾性波センサにおいて、感応膜１８が被測定物を吸着すると、発振用弾性波素子１２の通過特性が変化することで、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化する。これによって、検出用弾性波素子２２の入力用櫛形電極１４に入力される電気信号の周波数が変化する。ここで、検出用弾性波素子２２については、入出力間の挿入損失（ゲイン）特性が周波数の変化とともに変化する特性となっているため、感応膜１８が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子２２の出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００５５】
なお、検出用弾性波素子２２の通過帯域については、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数の可変範囲を含むように設定される。ここで、検出用弾性波素子２２の通過帯域については、例えば入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６の電極指対数の設定により調整可能である。
【００５６】
本実施形態においても、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができる。したがって、回路規模の縮小及びコスト削減を実現することができる。そして、複数の発振ループ間における発振特性のばらつきが発生することがないので、被測定物の測定精度を向上させることができる。
【００５７】
また、発振用弾性波素子１２の励振用櫛形電極１２ａ及び受信用櫛形電極１２ｂと、検出用弾性波素子２２の入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６とが共通の圧電性基板１０上に形成されているため、温度等の外部環境の変化に対する特性変化が、発振用弾性波素子１２と検出用弾性波素子２２とで異なってくるのを抑えることができる。したがって、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施形態の説明においては、入力用櫛形電極１４への入力電気信号レベルと出力用櫛形電極１６からの出力電気信号レベルとの間の挿入損失（ゲイン）特性が検出用弾性波素子２２の通過帯域において周波数の増大とともに低下する特性である場合について説明した。ただし、入力用櫛形電極１４への入力電気信号レベルと出力用櫛形電極１６からの出力電気信号レベルとの間の挿入損失（ゲイン）特性が検出用弾性波素子２２の通過帯域において周波数の増大とともに増大する特性であってもよい。
【００５９】
また、本実施形態の説明においては、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されている場合について説明した。ただし、感応膜１８については、実施形態１と同様に、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上の少なくとも１つに形成されていれば、感応膜１８による被測定物の吸着によって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを変化させることができる。例えば図１１に示すように、励振用櫛形電極１２ａ上及び受信用櫛形電極１２ｂ上には感応膜１８が形成されておらず、励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上のみに感応膜１８が形成されていてもよい。
【００６０】
「実施形態４」
図１２は、本発明の実施形態４に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。本実施形態においては、発振用弾性波素子１２に感応膜１８が形成されておらず、発振用弾性波素子１２は被測定物に対して吸着性を示さない。そして、検出用弾性波素子２２の入力用櫛形電極１４上及び出力用櫛形電極１６上に感応膜１８が形成されている。なお、他の構成については図９に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
図１２に示す弾性波センサにおいては、感応膜１８が被測定物を吸着しても、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化しないので、検出用弾性波素子２２の入力用櫛形電極１４に入力される電気信号の周波数も変化しない。ただし、感応膜１８が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子２２の通過帯域がシフトする。ここで、検出用弾性波素子２２については、図１０に示すように、入出力間の挿入損失（ゲイン）特性が周波数の変化とともに変化する特性となっているため、感応膜１８が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子２２の出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００６２】
なお、検出用弾性波素子２２の通過帯域については、その可変（シフト）範囲において発振ループ２０を循環する発振信号の周波数を常に含むように設定される。ここで、検出用弾性波素子２２の通過帯域については、例えば入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６の電極指対数の設定により調整可能である。
【００６３】
本実施形態においても、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができる。したがって、回路規模の縮小及びコスト削減を実現することができる。そして、複数の発振ループ間における発振特性のばらつきが発生することがないので、被測定物の測定精度を向上させることができる。また、温度等の外部環境の変化に対する特性変化が、発振用弾性波素子１２と検出用弾性波素子２２とで異なってくるのを抑えることができる。したがって、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【００６４】
なお、本実施形態においては、図１３に示すように、複数の検出用弾性波素子２２−１，２２−２を設けることもできる。
【００６５】
図１３の発振用弾性波素子１２及び検出用弾性波素子２２−１，２２−２については、弾性波伝搬方向が略平行となるように配置されており、かつ発振用弾性波素子１２が励振する弾性波、検出用弾性波素子２２−１が励振する弾性波、及び検出用弾性波素子２２−２が励振する弾性波が互いに干渉しないように、弾性波伝搬方向と略垂直方向に関して所定距離はなされて配置されている。そして、発振ループ２０中の電気信号は、入力用櫛形電極１４−１，１４−２に入力される。
【００６６】
さらに、入力用櫛形電極１４−１上及び出力用櫛形電極１６−１上には感応膜１８−１が形成されており，入力用櫛形電極１４−２上及び出力用櫛形電極１６−２上には感応膜１８−２が形成されている。ここで、各感応膜１８−１，１８−２は、それぞれ異なる種類の被測定物Ａ，Ｂに対して吸着性を示す。そして、図１３では図示を省略しているが、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２から出力された電気信号は、増幅器により増幅されてから検波器により検波されることで、そのレベルがそれぞれ検出される。なお、他の構成については図１２に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００６７】
図１３に示す弾性波センサにおいては、感応膜１８−１が被測定物Ａを吸着すると、検出用弾性波素子２２−１の通過帯域がシフトする。このとき、他の感応膜１８−２はこの被測定物Ａを吸着しないため、検出用弾性波素子２２−２の通過帯域はシフトしない。したがって、出力用櫛形電極１６−１から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−２から出力される電気信号のレベルは変化しない。同様に、感応膜１８−２が被測定物Ｂを吸着すると、出力用櫛形電極１６−２から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−１から出力される電気信号のレベルは変化しない。したがって、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２から出力される電気信号のレベルをそれぞれ検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で複数種類の被測定物Ａ，Ｂの濃度を検出することができる。
【００６８】
また、本実施形態の説明においては、入力用櫛形電極１４（１４−１，１４−２）上及び出力用櫛形電極１６（１６−１，１６−２）上の両方に感応膜１８（１８−１，１８−２）が形成されている場合について説明した。ただし、感応膜１８（１８−１，１８−２）については、入力用櫛形電極１４（１４−１，１４−２）上及び出力用櫛形電極１６（１６−１，１６−２）上の少なくとも１つに形成されていれば、感応膜１８（１８−１，１８−２）による被測定物の吸着によって、出力用櫛形電極１６（１６−１，１６−２）から出力される電気信号のレベルを変化させることができる。
【００６９】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態１に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。
【図２】出力用櫛形電極の入出力間におけるゲイン特性の一例を示す図である。
【図３】発振用弾性波素子の入出力間におけるゲイン特性の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。
【図１０】検出用弾性波素子の入出力間におけるゲイン特性の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態４に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態４に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 圧電性基板、１２ 発振用弾性波素子、１２ａ 励振用櫛形電極、１２ｂ 受信用櫛形電極、１４（１４−１，１４−２） 入力用櫛形電極、１６（１６−１，１６−２，１６−３） 出力用櫛形電極、１８（１８−１，１８−２，１８−３） 感応膜、２０ 発振ループ、２２（２２−１，２２−２） 検出用弾性波素子、ＡＭＰ１，ＡＭＰ２ 増幅器、ＤＥＴ 検波器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ）や横波弾性波（ＳＴＷ）等の弾性波を用いる弾性波センサに関し、特に、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成された弾性波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（ＳＡＷ）や横波弾性波（ＳＴＷ）等の弾性波を用いる弾性波センサにおいては、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されている。この感応膜が被測定物を吸着することで、弾性波素子の発振周波数が変化する。したがって、この発振周波数の変化を周波数測定器により検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【０００３】
ただし、発振周波数の変化を周波数測定器により検出することで被測定物の濃度を検出する場合は、発振周波数を測定する周波数測定器が必要であるため、コスト高を招いてしまうというという問題点がある。
【０００４】
そこで、周波数測定器を用いることなく被測定物の濃度を検出する弾性波センサの従来例が特許文献１に開示されている。特許文献１の弾性波センサは、感応膜が形成されたＳＡＷフィルタを含む発振ループを少なくとも３つ備えている。各ＳＡＷフィルタは、感応膜の被測定物吸着量によって変化する互いに等しい遅延特性を有するとともに、互いにトラップの周波数がずれた異なる周波数特性を有する。
【０００５】
感応膜に被測定物が吸着すると、各ＳＡＷフィルタの遅延量が変化し、各発振ループの発振状態が変化する。具体的には、発振周波数がトラップに位置した発振ループは発振が停止し、他の発振ループは発振を維持する。特許文献１の弾性波センサにおいては、この性質を利用して、各発振ループが順番に繰り返して発振を停止する際の繰り返し方向及びその回数を検出することで、周波数測定器を用いることなく被測定物の濃度を検出している。
【０００６】
また、その他の背景技術として、特許文献２の水晶振動子による圧電センサが開示されている。そして、弾性波素子に用いられる櫛形電極の重み付け手法が非特許文献１に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２１８４８１号公報
【特許文献２】実開平５−７３５６０号公報
【非特許文献１】日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会編、「弾性波素子技術ハンドブック」、第１版、オーム社、平成３年１１月３０日、ｐ．１９５，２０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の弾性波センサにおいて、周波数測定器を用いることなく被測定物の濃度を検出するためには、感応膜が形成されたＳＡＷ（弾性波）フィルタを含む発振ループを少なくとも３つ必要とする。したがって、部品点数が増大してしまい、回路規模の増大やコスト高を招いてしまうという問題点がある。また、各発振ループ間における発振特性のばらつきによって、被測定物の測定精度が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる弾性波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る弾性波センサは、弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、前記圧電性基板上に形成され、前記励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極と、を有し、前記発振用弾性波素子上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、前記出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを要旨とする。
【００１１】
この本発明において、発振用弾性波素子上に形成された感応膜が被測定物を吸着すると、発振ループを循環する発振信号の周波数が変化し、励振用電極から出力用電極へ伝搬する弾性波の周波数も変化する。ここで、出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されていることにより、感応膜が被測定物を吸着すると、出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、この本発明によれば、出力用電極から出力される電気信号のレベルを検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る弾性波センサは、弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、前記圧電性基板上に形成され、前記励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極と、を有し、前記出力用電極上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、前記出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを要旨とする。
【００１３】
この本発明においては、励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換する出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されていることにより、出力用電極上に形成された感応膜が被測定物を吸着すると、出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、この本発明によれば、出力用電極から出力される電気信号のレベルを検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる。
【００１４】
この本発明に係る弾性波センサにおいて、前記出力用電極は、前記圧電性基板上に複数形成されており、各出力用電極上には、それぞれ異なる種類の被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されているものとすることもできる。こうすれば、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで複数種類の被測定物の測定を行うことができる。
【００１５】
また、本発明に係る弾性波センサは、弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、該発振ループ中の電気信号を弾性波に変換する入力用電極と該弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極とが圧電性基板上に形成された検出用弾性波素子と、を有し、前記発振用弾性波素子上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、前記検出用弾性波素子は、前記入力用電極に入力される電気信号のレベルと前記出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを要旨とする。
【００１６】
この本発明において、発振用弾性波素子上に形成された感応膜が被測定物を吸着すると、発振ループを循環する発振信号の周波数が変化し、検出用弾性波素子の入力用電極に入力される電気信号の周波数も変化する。ここで、検出用弾性波素子は、入力用電極に入力される電気信号のレベルと出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されていることにより、感応膜が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子の出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、この本発明によれば、出力用電極から出力される電気信号のレベルを検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる。
【００１７】
また、本発明に係る弾性波センサは、弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、該発振ループ中の電気信号を弾性波に変換する入力用電極と該弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極とが圧電性基板上に形成された検出用弾性波素子と、を有し、前記入力用電極上と前記出力用電極上の少なくとも一方には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、前記検出用弾性波素子は、前記入力用電極に入力される電気信号のレベルと前記出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを要旨とする。
【００１８】
この本発明においては、発振ループ中の電気信号が入力される検出用弾性波素子は、入力用電極に入力される電気信号のレベルと出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されていることにより、入力用電極上と出力用電極上の少なくとも一方に形成された感応膜が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子の出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、この本発明によれば、出力用電極から出力される電気信号のレベルを検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで被測定物の測定を行うことができる。
【００１９】
この本発明に係る弾性波センサにおいて、前記検出用弾性波素子は、複数設けられており、各検出用弾性波素子の入力用電極上と出力用電極上の少なくとも一方には、それぞれ異なる種類の被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されているものとすることもできる。こうすれば、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループで複数種類の被測定物の測定を行うことができる。
【００２０】
検出用弾性波素子を有する態様の本発明に係る弾性波センサにおいて、前記発振用弾性波素子及び前記検出用弾性波素子に用いられる圧電性基板は共通化されているものとすることもできる。こうすれば、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００２２】
「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。本実施形態に係る弾性波センサにおいては、発振用弾性波素子１２及び増幅器ＡＭＰ１を含む発振ループ２０が形成されている。
【００２３】
発振用弾性波素子１２については、励振用櫛形電極１２ａ及び受信用櫛形電極１２ｂが圧電性基板１０上に形成されることで構成される。励振用櫛形電極１２ａは、弾性波を圧電性基板１０へ励振する。励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波は、励振用櫛形電極１２ａの両側へ伝搬する。
【００２４】
受信用櫛形電極１２ｂは、励振用櫛形電極１２ａにより励振される弾性波の伝搬方向の一方側に励振用櫛形電極１２ａと所定間隔をおいて配置されている。そして、受信用櫛形電極１２ｂは、励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波を受信して電気信号に変換する。受信用櫛形電極１２ｂにて変換された電気信号は、増幅器ＡＭＰ１により増幅されてから励振用櫛形電極１２ａに入力される。これによって、発振用弾性波素子１２の通過帯域内で且つ発振ループ２０の位相特性が２ｎπ［ｒａｄ］（ｎは整数）となる周波数の発振信号が発振ループ２０を循環する。
【００２５】
発振用弾性波素子１２には、被測定物に対して吸着性を示し例えばたんぱく質により構成される感応膜１８が形成されている。図１に示す例では、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されている場合を示している。ここで、被測定物及びこの被測定物を吸着する感応膜１８の組み合わせの一例を挙げると、被測定物はＣ−反応性タンパク（ＣＲＰ）抗原であり、かつ感応膜１８は抗ＣＲＰモノクローナル抗体である。
【００２６】
出力用櫛形電極１６は、圧電性基板１０上に形成されており、励振用櫛形電極１２ａにより励振される弾性波の伝搬方向の他方側に励振用櫛形電極１２ａと所定間隔をおいて配置されている。そして、出力用櫛形電極１６は、励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波を電気信号に変換して出力する。出力用櫛形電極１６から出力された電気信号は、増幅器ＡＭＰ２により増幅されてから検波器ＤＥＴにより検波されることで、そのレベルが検出される。なお、出力用櫛形電極１６上には感応膜１８が形成されておらず、出力用櫛形電極１６は被測定物に対して吸着性を示さない。
【００２７】
さらに、出力用櫛形電極１６については、図２に示すように、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間のゲイン特性がその通過帯域（弾性波を電気信号に変換可能な帯域）において周波数の増大とともに低下する特性となるように形成されている。この特性については、例えばアポダイズ電極や間引き電極等の非特許文献１に開示されている既知の重み付け手法を出力用櫛形電極１６に適用することで実現することができる。
【００２８】
一方、発振用弾性波素子１２については、図３に示すように、励振用櫛形電極１２ａへの入力電気信号レベルと受信用櫛形電極１２ｂからの出力電気信号レベルとの間の挿入損失（ゲイン）特性がその通過帯域において周波数が変化してもほぼ変化しない特性となっている。
【００２９】
なお、ここでの発振用弾性波素子１２としては、例えば圧電性基板１０の表面を伝搬するＳＡＷ（レイリー波）を利用するＳＡＷ素子を用いることができる。あるいは、発振用弾性波素子１２として、圧電性基板１０の表面近傍を伝搬するＳＴＷ（バルク波）を利用するＳＴＷ素子を用いることもできる。発振用弾性波素子１２としてＳＴＷ素子を用いた場合は、弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されることによる弾性波（ＳＴＷ）の伝搬損失を少なくすることができる。また、感応膜１８については、金膜（図示せず）を介在させた状態で発振用弾性波素子１２に形成することもできる。
【００３０】
図１に示す弾性波センサにおいて、感応膜１８が被測定物を吸着すると、発振用弾性波素子１２の通過特性が変化することで、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化する。これによって、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数が変化する。ここで、出力用櫛形電極１６については、入力弾性波レベルと出力電気信号レベルとの間のゲイン特性が弾性波の周波数の変化とともに変化する特性となっているため、感応膜１８が被測定物を吸着すると、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００３１】
なお、出力用櫛形電極１６の通過帯域については、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数の可変範囲を含むように設定される。ここで、出力用櫛形電極１６の通過帯域については、例えば出力用櫛形電極１６の電極指対数の設定により調整可能である。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態においては、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検出することで、被測定物の濃度を検出することができるので、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができる。そして、特許文献１，２とは異なり、１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができるので、部品点数を削減することができる。したがって、回路規模の縮小及びコスト削減を実現することができる。さらに、複数の発振ループ間における発振特性のばらつきが発生することがないので、被測定物の測定精度を向上させることができる。
【００３３】
また、発振用弾性波素子１２の励振用櫛形電極１２ａ及び受信用櫛形電極１２ｂと、出力用櫛形電極１６とが共通の圧電性基板１０上に形成されているため、温度等の外部環境の変化に対する特性変化が、発振用弾性波素子１２と出力用櫛形電極１６とで異なってくるのを抑えることができる。したがって、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【００３４】
なお、本実施形態の説明においては、出力用櫛形電極１６への入力弾性波レベルと出力用櫛形電極１６からの出力電気信号レベルとの間のゲイン特性が出力用櫛形電極１６の通過帯域において周波数の増大とともに低下する特性である場合について説明した。ただし、出力用櫛形電極１６への入力弾性波レベルと出力用櫛形電極１６からの出力電気信号レベルとの間のゲイン特性が出力用櫛形電極１６の通過帯域において周波数の増大とともに増大する特性であってもよい。
【００３５】
また、本実施形態の説明においては、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されている場合について説明した。ただし、感応膜１８については、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上の少なくとも１つに形成されていれば、感応膜１８による被測定物の吸着によって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを変化させることができる。例えば図４に示すように、励振用櫛形電極１２ａ上及び受信用櫛形電極１２ｂ上には感応膜１８が形成されておらず、励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上のみに感応膜１８が形成されていてもよい。
【００３６】
図４に示す弾性波センサにおいて、感応膜１８が被測定物を吸着すると、励振用櫛形電極１２ａから受信用櫛形電極１２ｂへ伝搬する弾性波の伝搬速度が変化することで、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化する。これによって、図１に示す構成と同様に、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数が変化し、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００３７】
また、本実施形態の説明においては、励振用櫛形電極１２ａの両側に受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６が配置されている場合について説明した。ただし、図５，６に示すように、励振用櫛形電極１２ａの片側に受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６を配置することもできる。
【００３８】
図５，６に示す弾性波センサにおいては、励振用櫛形電極１２ａの弾性波を励振する部分の長さ（励振用櫛形電極１２ａの開口長）ａが、受信用櫛形電極１２ｂの弾性波を受信する部分の長さ（受信用櫛形電極１２ｂの開口長）ｂと出力用櫛形電極１６の弾性波を受信する部分の長さ（出力用櫛形電極１６の開口長）ｃの和ｂ＋ｃより長い。そして、受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６については、その開口が励振用櫛形電極１２ａの開口と対向するように配置され、かつ励振用櫛形電極１２ａより励振される弾性波の伝搬方向と略垂直方向に関して所定距離はなされて配置されている。この受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６の配置によって、励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波を受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６の両方により検出することができる。
【００３９】
なお、図５は、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されている場合を示している。一方、図６は、励振用櫛形電極１２ａ上及び受信用櫛形電極１２ｂ上に感応膜１８が形成されておらず、励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上のみに感応膜１８が形成されている場合を示している。また、他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４０】
図５，６に示す弾性波センサにおいても、感応膜１８が被測定物を吸着すると、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化する。これによって、図１に示す構成と同様に、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数が変化し、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の濃度を検出することができる。
【００４１】
「実施形態２」
図７は、本発明の実施形態２に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。本実施形態においては、発振用弾性波素子１２に感応膜１８が形成されておらず、発振用弾性波素子１２は被測定物に対して吸着性を示さない。そして、出力用櫛形電極１６上に感応膜１８が形成されている。なお、他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４２】
図７に示す弾性波センサにおいては、感応膜１８が被測定物を吸着しても、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化しないので、励振用櫛形電極１２ａから出力用櫛形電極１６へ伝搬する弾性波の周波数も変化しない。ただし、感応膜１８が被測定物を吸着すると、出力用櫛形電極１６の通過帯域がシフトする。ここで、出力用櫛形電極１６については、図２に示すように、入力弾性波レベルと出力電気信号レベルとの間のゲイン特性が周波数の変化とともに変化する特性となっているため、感応膜１８が被測定物を吸着すると、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００４３】
なお、出力用櫛形電極１６の通過帯域については、その可変（シフト）範囲において発振ループ２０を循環する発振信号の周波数を常に含むように設定される。ここで、出力用櫛形電極１６の通過帯域については、例えば出力用櫛形電極１６の電極指対数の設定により調整可能である。
【００４４】
本実施形態においても、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができる。したがって、回路規模の縮小及びコスト削減を実現することができる。そして、複数の発振ループ間における発振特性のばらつきが発生することがないので、被測定物の測定精度を向上させることができる。また、温度等の外部環境の変化に対する特性変化が、発振用弾性波素子１２と出力用櫛形電極１６とで異なってくるのを抑えることができるので、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【００４５】
なお、本実施形態の説明においては、励振用櫛形電極１２ａの両側に受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６が配置されている場合について説明した。ただし、図８に示すように、励振用櫛形電極１２ａの片側に受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６を配置することもできる。
【００４６】
図８に示す弾性波センサにおいては、複数の出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３が圧電性基板１０上に形成されている。そして、励振用櫛形電極１２ａの弾性波を励振する部分の長さ（励振用櫛形電極１２ａの開口長）ａが、受信用櫛形電極１２ｂの弾性波を受信する部分の長さ（受信用櫛形電極１２ｂの開口長）ｂと出力用櫛形電極１６−１の弾性波を受信する部分の長さ（出力用櫛形電極１６−１の開口長）ｃと出力用櫛形電極１６−２の弾性波を受信する部分の長さ（出力用櫛形電極１６−２の開口長）ｄと出力用櫛形電極１６−３の弾性波を受信する部分の長さ（出力用櫛形電極１６−３の開口長）ｅの和ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅより長い。また、受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３については、その開口が励振用櫛形電極１２ａの開口と対向するように配置され、かつ励振用櫛形電極１２ａより励振される弾性波の伝搬方向と略垂直方向に関して所定距離はなされて配置されている。この受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３の配置によって、励振用櫛形電極１２ａにより励振された弾性波を受信用櫛形電極１２ｂ及び出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３により検出することができる。
【００４７】
さらに、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３上には、感応膜１８−１，１８−２，１８−３がそれぞれ形成されている。ここで、各感応膜１８−１，１８−２，１８−３は、それぞれ異なる種類の被測定物Ａ，Ｂ，Ｃに対して吸着性を示す。そして、図８では図示を省略しているが、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３から出力された電気信号は、増幅器により増幅されてから検波器により検波されることで、そのレベルがそれぞれ検出される。なお、他の構成については図７に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４８】
図８に示す弾性波センサにおいては、感応膜１８−１が被測定物Ａを吸着すると、出力用櫛形電極１６−１の通過帯域がシフトする。このとき、他の感応膜１８−２，１８−３はこの被測定物Ａを吸着しないため、出力用櫛形電極１６−２，１６−３の通過帯域はシフトしない。したがって、出力用櫛形電極１６−１から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−２，１６−３から出力される電気信号のレベルは変化しない。同様に、感応膜１８−２が被測定物Ｂを吸着すると、出力用櫛形電極１６−２から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−１，１６−３から出力される電気信号のレベルは変化しない。そして、感応膜１８−３が被測定物Ｃを吸着すると、出力用櫛形電極１６−３から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−１，１６−２から出力される電気信号のレベルは変化しない。したがって、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２，１６−３から出力される電気信号のレベルをそれぞれ検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で複数種類の被測定物Ａ，Ｂ，Ｃの濃度を検出することができる。
【００４９】
「実施形態３」
図９は、本発明の実施形態３に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。本実施形態においては、発振ループ２０内の発振用弾性波素子１２の他に、検出用弾性波素子２２が設けられている。
【００５０】
検出用弾性波素子２２については、入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６が圧電性基板１０上に形成されることで構成される。入力用櫛形電極１４は、発振ループ２０と増幅器ＡＭＰ１の出力の位置にて接続されており、発振ループ２０中の電気信号を弾性波に変換する。出力用櫛形電極１６は、入力用櫛形電極１４により励振される弾性波の伝搬方向の一方側に入力用櫛形電極１４と所定間隔をおいて配置されている。そして、出力用櫛形電極１６は、入力用櫛形電極１４により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する。なお、検出用弾性波素子２２上には感応膜１８が形成されておらず、検出用弾性波素子２２は被測定物に対して吸着性を示さない。
【００５１】
このように、本実施形態においては、励振用櫛形電極１２ａ、受信用櫛形電極１２ｂ、入力用櫛形電極１４、及び出力用櫛形電極１６が共通の圧電性基板１０上に形成されていることで、発振用弾性波素子１２及び検出用弾性波素子２２に用いられる圧電性基板１０が共通化されている。そして、図９に示すように、発振用弾性波素子１２及び検出用弾性波素子２２については、弾性波伝搬方向が略平行となるように配置されており、かつ発振用弾性波素子１２が励振する弾性波と検出用弾性波素子２２が励振する弾性波とが互いに干渉しないように、弾性波伝搬方向と略垂直方向に関して所定距離はなされて配置されている。
【００５２】
なお、ここでの弾性波素子１２，２２としては、例えば圧電性基板１０の表面を伝搬するＳＡＷ（レイリー波）を利用するＳＡＷ素子を用いることができる。あるいは、弾性波素子１２，２２として、圧電性基板１０の表面近傍を伝搬するＳＴＷ（バルク波）を利用するＳＴＷ素子を用いることもできる。
【００５３】
さらに、本実施形態における検出用弾性波素子２２については、図１０に示すように、入力用櫛形電極１４に入力される電気信号のレベルと出力用櫛形電極１６から出力する電気信号のレベルとの間の挿入損失（ゲイン）特性がその通過帯域において周波数の増大とともに低下する特性となるように形成されている。この特性については、例えばアポダイズ電極や間引き電極等の非特許文献１に開示されている既知の重み付け手法を入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６の少なくとも一方に適用することで実現することができる。なお、他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００５４】
図９に示す弾性波センサにおいて、感応膜１８が被測定物を吸着すると、発振用弾性波素子１２の通過特性が変化することで、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化する。これによって、検出用弾性波素子２２の入力用櫛形電極１４に入力される電気信号の周波数が変化する。ここで、検出用弾性波素子２２については、入出力間の挿入損失（ゲイン）特性が周波数の変化とともに変化する特性となっているため、感応膜１８が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子２２の出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００５５】
なお、検出用弾性波素子２２の通過帯域については、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数の可変範囲を含むように設定される。ここで、検出用弾性波素子２２の通過帯域については、例えば入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６の電極指対数の設定により調整可能である。
【００５６】
本実施形態においても、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができる。したがって、回路規模の縮小及びコスト削減を実現することができる。そして、複数の発振ループ間における発振特性のばらつきが発生することがないので、被測定物の測定精度を向上させることができる。
【００５７】
また、発振用弾性波素子１２の励振用櫛形電極１２ａ及び受信用櫛形電極１２ｂと、検出用弾性波素子２２の入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６とが共通の圧電性基板１０上に形成されているため、温度等の外部環境の変化に対する特性変化が、発振用弾性波素子１２と検出用弾性波素子２２とで異なってくるのを抑えることができる。したがって、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施形態の説明においては、入力用櫛形電極１４への入力電気信号レベルと出力用櫛形電極１６からの出力電気信号レベルとの間の挿入損失（ゲイン）特性が検出用弾性波素子２２の通過帯域において周波数の増大とともに低下する特性である場合について説明した。ただし、入力用櫛形電極１４への入力電気信号レベルと出力用櫛形電極１６からの出力電気信号レベルとの間の挿入損失（ゲイン）特性が検出用弾性波素子２２の通過帯域において周波数の増大とともに増大する特性であってもよい。
【００５９】
また、本実施形態の説明においては、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上に感応膜１８が形成されている場合について説明した。ただし、感応膜１８については、実施形態１と同様に、励振用櫛形電極１２ａ上、受信用櫛形電極１２ｂ上、及び励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上の少なくとも１つに形成されていれば、感応膜１８による被測定物の吸着によって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを変化させることができる。例えば図１１に示すように、励振用櫛形電極１２ａ上及び受信用櫛形電極１２ｂ上には感応膜１８が形成されておらず、励振用櫛形電極１２ａと受信用櫛形電極１２ｂとの間の弾性波伝搬路上のみに感応膜１８が形成されていてもよい。
【００６０】
「実施形態４」
図１２は、本発明の実施形態４に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。本実施形態においては、発振用弾性波素子１２に感応膜１８が形成されておらず、発振用弾性波素子１２は被測定物に対して吸着性を示さない。そして、検出用弾性波素子２２の入力用櫛形電極１４上及び出力用櫛形電極１６上に感応膜１８が形成されている。なお、他の構成については図９に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
図１２に示す弾性波センサにおいては、感応膜１８が被測定物を吸着しても、発振ループ２０を循環する発振信号の周波数が変化しないので、検出用弾性波素子２２の入力用櫛形電極１４に入力される電気信号の周波数も変化しない。ただし、感応膜１８が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子２２の通過帯域がシフトする。ここで、検出用弾性波素子２２については、図１０に示すように、入出力間の挿入損失（ゲイン）特性が周波数の変化とともに変化する特性となっているため、感応膜１８が被測定物を吸着すると、検出用弾性波素子２２の出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルが変化する。したがって、出力用櫛形電極１６から出力される電気信号のレベルを検波器ＤＥＴにより検出することで、被測定物の濃度を検出することができる。
【００６２】
なお、検出用弾性波素子２２の通過帯域については、その可変（シフト）範囲において発振ループ２０を循環する発振信号の周波数を常に含むように設定される。ここで、検出用弾性波素子２２の通過帯域については、例えば入力用櫛形電極１４及び出力用櫛形電極１６の電極指対数の設定により調整可能である。
【００６３】
本実施形態においても、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で被測定物の測定を行うことができる。したがって、回路規模の縮小及びコスト削減を実現することができる。そして、複数の発振ループ間における発振特性のばらつきが発生することがないので、被測定物の測定精度を向上させることができる。また、温度等の外部環境の変化に対する特性変化が、発振用弾性波素子１２と検出用弾性波素子２２とで異なってくるのを抑えることができる。したがって、被測定物の測定精度をさらに向上させることができる。
【００６４】
なお、本実施形態においては、図１３に示すように、複数の検出用弾性波素子２２−１，２２−２を設けることもできる。
【００６５】
図１３の発振用弾性波素子１２及び検出用弾性波素子２２−１，２２−２については、弾性波伝搬方向が略平行となるように配置されており、かつ発振用弾性波素子１２が励振する弾性波、検出用弾性波素子２２−１が励振する弾性波、及び検出用弾性波素子２２−２が励振する弾性波が互いに干渉しないように、弾性波伝搬方向と略垂直方向に関して所定距離はなされて配置されている。そして、発振ループ２０中の電気信号は、入力用櫛形電極１４−１，１４−２に入力される。
【００６６】
さらに、入力用櫛形電極１４−１上及び出力用櫛形電極１６−１上には感応膜１８−１が形成されており，入力用櫛形電極１４−２上及び出力用櫛形電極１６−２上には感応膜１８−２が形成されている。ここで、各感応膜１８−１，１８−２は、それぞれ異なる種類の被測定物Ａ，Ｂに対して吸着性を示す。そして、図１３では図示を省略しているが、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２から出力された電気信号は、増幅器により増幅されてから検波器により検波されることで、そのレベルがそれぞれ検出される。なお、他の構成については図１２に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００６７】
図１３に示す弾性波センサにおいては、感応膜１８−１が被測定物Ａを吸着すると、検出用弾性波素子２２−１の通過帯域がシフトする。このとき、他の感応膜１８−２はこの被測定物Ａを吸着しないため、検出用弾性波素子２２−２の通過帯域はシフトしない。したがって、出力用櫛形電極１６−１から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−２から出力される電気信号のレベルは変化しない。同様に、感応膜１８−２が被測定物Ｂを吸着すると、出力用櫛形電極１６−２から出力される電気信号のレベルが変化し、出力用櫛形電極１６−１から出力される電気信号のレベルは変化しない。したがって、各出力用櫛形電極１６−１，１６−２から出力される電気信号のレベルをそれぞれ検出することで、周波数測定器を用いることなく、且つ１つの発振ループ２０で複数種類の被測定物Ａ，Ｂの濃度を検出することができる。
【００６８】
また、本実施形態の説明においては、入力用櫛形電極１４（１４−１，１４−２）上及び出力用櫛形電極１６（１６−１，１６−２）上の両方に感応膜１８（１８−１，１８−２）が形成されている場合について説明した。ただし、感応膜１８（１８−１，１８−２）については、入力用櫛形電極１４（１４−１，１４−２）上及び出力用櫛形電極１６（１６−１，１６−２）上の少なくとも１つに形成されていれば、感応膜１８（１８−１，１８−２）による被測定物の吸着によって、出力用櫛形電極１６（１６−１，１６−２）から出力される電気信号のレベルを変化させることができる。
【００６９】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態１に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。
【図２】出力用櫛形電極の入出力間におけるゲイン特性の一例を示す図である。
【図３】発振用弾性波素子の入出力間におけるゲイン特性の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。
【図１０】検出用弾性波素子の入出力間におけるゲイン特性の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態４に係る弾性波センサの構成の概略を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態４に係る弾性波センサの他の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 圧電性基板、１２ 発振用弾性波素子、１２ａ 励振用櫛形電極、１２ｂ 受信用櫛形電極、１４（１４−１，１４−２） 入力用櫛形電極、１６（１６−１，１６−２，１６−３） 出力用櫛形電極、１８（１８−１，１８−２，１８−３） 感応膜、２０ 発振ループ、２２（２２−１，２２−２） 検出用弾性波素子、ＡＭＰ１，ＡＭＰ２ 増幅器、ＤＥＴ 検波器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、
前記圧電性基板上に形成され、前記励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極と、
を有し、
前記発振用弾性波素子上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、
前記出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、
前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを特徴とする弾性波センサ。
【請求項２】
弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、
前記圧電性基板上に形成され、前記励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極と、
を有し、
前記出力用電極上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、
前記出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、
前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを特徴とする弾性波センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の弾性波センサであって、
前記出力用電極は、前記圧電性基板上に複数形成されており、
各出力用電極上には、それぞれ異なる種類の被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されていることを特徴とする弾性波センサ。
【請求項４】
弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、
該発振ループ中の電気信号を弾性波に変換する入力用電極と該弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極とが圧電性基板上に形成された検出用弾性波素子と、
を有し、
前記発振用弾性波素子上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、
前記検出用弾性波素子は、前記入力用電極に入力される電気信号のレベルと前記出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、
前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを特徴とする弾性波センサ。
【請求項５】
弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、
該発振ループ中の電気信号を弾性波に変換する入力用電極と該弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極とが圧電性基板上に形成された検出用弾性波素子と、
を有し、
前記入力用電極上と前記出力用電極上の少なくとも一方には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、
前記検出用弾性波素子は、前記入力用電極に入力される電気信号のレベルと前記出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、
前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを特徴とする弾性波センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の弾性波センサであって、
前記検出用弾性波素子は、複数設けられており、
各検出用弾性波素子の入力用電極上と出力用電極上の少なくとも一方には、それぞれ異なる種類の被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されていることを特徴とする弾性波センサ。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１に記載の弾性波センサであって、
前記発振用弾性波素子及び前記検出用弾性波素子に用いられる圧電性基板は共通化されていることを特徴とする弾性波センサ。
【請求項１】
弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、
前記圧電性基板上に形成され、前記励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極と、
を有し、
前記発振用弾性波素子上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、
前記出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、
前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを特徴とする弾性波センサ。
【請求項２】
弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、
前記圧電性基板上に形成され、前記励振用電極により励振された弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極と、
を有し、
前記出力用電極上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、
前記出力用電極は、入力される弾性波のレベルと出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、
前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを特徴とする弾性波センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の弾性波センサであって、
前記出力用電極は、前記圧電性基板上に複数形成されており、
各出力用電極上には、それぞれ異なる種類の被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されていることを特徴とする弾性波センサ。
【請求項４】
弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、
該発振ループ中の電気信号を弾性波に変換する入力用電極と該弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極とが圧電性基板上に形成された検出用弾性波素子と、
を有し、
前記発振用弾性波素子上には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、
前記検出用弾性波素子は、前記入力用電極に入力される電気信号のレベルと前記出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、
前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを特徴とする弾性波センサ。
【請求項５】
弾性波を励振する励振用電極と該弾性波を電気信号に変換する受信用電極とが圧電性基板上に形成された発振用弾性波素子を含み、該受信用電極にて変換された電気信号が該励振用電極に入力される発振ループと、
該発振ループ中の電気信号を弾性波に変換する入力用電極と該弾性波を電気信号に変換して出力する出力用電極とが圧電性基板上に形成された検出用弾性波素子と、
を有し、
前記入力用電極上と前記出力用電極上の少なくとも一方には、被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されており、
前記検出用弾性波素子は、前記入力用電極に入力される電気信号のレベルと前記出力用電極から出力する電気信号のレベルとの間の特性が周波数の変化に応じて変化するように形成されており、
前記感応膜が前記被測定物を吸着することで、前記出力用電極から出力される電気信号のレベルが変化することを特徴とする弾性波センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の弾性波センサであって、
前記検出用弾性波素子は、複数設けられており、
各検出用弾性波素子の入力用電極上と出力用電極上の少なくとも一方には、それぞれ異なる種類の被測定物に対して吸着性を示す感応膜が形成されていることを特徴とする弾性波センサ。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１に記載の弾性波センサであって、
前記発振用弾性波素子及び前記検出用弾性波素子に用いられる圧電性基板は共通化されていることを特徴とする弾性波センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２５８７６８（Ｐ２００６−２５８７６８Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８０６１９（Ｐ２００５−８０６１９）
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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