発振器及び発振器用の弾性表面波素子
【課題】小型で且つ広い温度範囲に亘って安定した周波数信号が得られる発振器及びこの発振器用の弾性表面波素子を提供すること。
【解決手段】共通の圧電基板１上に第１の共振子２及び第２の共振子３を配置すると共に、第２の共振子３から出力される信号を温度補償用の信号として用いるために、これら第１の共振子２及び第２の共振子３の夫々の共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定する。具体的には、第１の共振子２におけるＩＤＴ電極１２の周期長λ１と、第２の共振子３におけるＩＤＴ電極１２の周期長λ２とを互いに異なる値に設定すると共に、これらＩＤＴ電極１２の膜厚ｔ１、ｔ２を互いに異なる寸法に設定する。
【解決手段】共通の圧電基板１上に第１の共振子２及び第２の共振子３を配置すると共に、第２の共振子３から出力される信号を温度補償用の信号として用いるために、これら第１の共振子２及び第２の共振子３の夫々の共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定する。具体的には、第１の共振子２におけるＩＤＴ電極１２の周期長λ１と、第２の共振子３におけるＩＤＴ電極１２の周期長λ２とを互いに異なる値に設定すると共に、これらＩＤＴ電極１２の膜厚ｔ１、ｔ２を互いに異なる寸法に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設定周波数信号を出力する発振器及びこの発振器に用いられる弾性表面波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子（水晶振動子）は、基準周波数（設定周波数）信号を出力する発振源として、発振器に広く使用されている。このような発振器の一つとして、出力信号の安定性を高めるため、例えば温度センサ及びヒータを備えた恒温槽内に水晶振動子を収納することにより、周囲の温度の影響を抑えるように構成された温度制御水晶発振器（ＯＣＸＯ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が知られている。
【０００３】
ここで、近年の電子機器の小型化及び高周波数化に伴って、発振器についても小型化が要求されている。そのため、水晶振動子を用いた発振器に代えて、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を利用した発振器が検討されている。具体的には、圧電基板上に例えば１ポート型のＳＡＷ共振子を形成して、この共振子を発振器に適用しようとしている。しかし、ＳＡＷを利用した共振子であっても、温度安定性を得ようとすると、依然として恒温槽が必要となり、従って小型化は困難である。また、恒温槽を用いると、ヒータへの給電が必要であり、更にヒータによる共振子への入熱効率もそれ程良くないので、発振器の省電力化も困難である。更にまた、恒温槽用の温度センサが共振子に対して離間して配置されるので、共振子は、基準周波数信号を出力できる温度とは異なる温度となっているおそれもある。
【０００４】
特許文献１には、既述の水晶振動子を２つ並べると共にこれら水晶振動子の一方を温度検出用のセンサとして利用することにより、恒温槽を用いずに小型の発振器を構成した技術について記載されている。また、特許文献２、３には、共通の基板上に複数の弾性表面波素子（共振器）Ｍ１、Ｍ２を配置すると共に、これら弾性表面波素子のうち一方に対して他方が傾斜するように配置して、各々の弾性表面波素子に対して並列に信号の入出力を行う技術について記載されている。しかしながら、これら特許文献１〜３には、温度安定性に優れた小型の発振器については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０８１７０
【特許文献２】特開昭５３−１４５５９５（第９図）
【特許文献３】特開２００４−２７４６９６（図１５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で且つ広い温度範囲に亘って安定した周波数信号が得られる発振器及びこの発振器用の弾性表面波素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発振器は、
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記第１の共振子及び前記第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び第２の発振回路と、
前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の少なくとも一方は、温度検出のために用いられることを特徴とする。
【０００８】
前記発振器は、以下のように構成しても良い。
前記第２の発振回路の出力信号の周波数に対応する信号を温度検出信号として用いるか、あるいは前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分に対応する信号を温度検出信号として用い、前記温度検出信号に基づいて前記第１の発振周波数の温度変動分を補償する構成。
発振器は、恒温槽付き発振器として構成され、
前記第２の発振回路の出力信号の周波数に対応する信号を温度検出信号として用いるか、あるいは前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分に対応する信号を温度検出信号として用い、前記温度検出信号に基づいて前記恒温槽の加熱源の供給電力を制御する構成。
前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、各々のＩＤＴ電極における電極指の周期長が互いに異なる値に設定されている構成。前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、各々のＩＤＴ電極における電極指の膜厚が互いに異なる寸法に設定されている構成。前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、前記圧電基板上における弾性表面波の伝搬方向が互いに異なる向きとなるように、これら第１の共振子及び第２の共振子のうち一方の共振子に対して他方の共振子が傾斜して配置されている構成。
【０００９】
また、本発明の発振器は、
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記第１の共振子及び前記第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び第２の発振回路と、
前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分を検出する周波数差検出部と、を備え、
この周波数差検出部にて得られた周波数差に対応する周波数の発振出力を得るように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の弾性表面波素子は、
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、前記第１の共振子を第１の発振回路に接続するための第１の信号ポートと、
前記圧電基板上に形成され、前記第２の共振子を第２の発振回路に接続するために、前記第１の信号ポートとは独立して設けられた第２の信号ポートと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、共通の圧電基板上に第１の共振子及び第２の共振子を配置すると共に、これら第１の共振子及び第２の共振子の互いの共振周波数をずらしている。そのため、これら第１の共振子及び第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び前記第２の発振回路の出力信号の少なくとも一方を温度検出のために用いることにより、広い温度範囲に亘って安定した周波数信号を出力できる小型の発振器及び弾性表面波素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の弾性表面波素子の一例を示す平面図である。
【図２】前記弾性表面波素子を示す縦断面図である。
【図３】前記弾性表面波素子の周波数特性を示す模式図である。
【図４】前記弾性表面波素子の周波数特性の温度変化を示す模式図である。
【図５】前記弾性表面波素子が適用される本発明の発振器の一例を概略的に示す回路図である。
【図６】前記弾性表面波素子の他の例を示す平面図である。
【図７】前記発振器の他の例を概略的に示す回路図である。
【図８】前記発振器の別の例を概略的に示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の発振器に用いられる弾性表面波素子の実施の形態の一例について、図１及び図２を参照して説明する。この弾性表面波素子は、図１に示すように、共通の圧電基板１上に各々配置された２つのＳＡＷ共振子２、３を備えており、以下に説明するように、これらＳＡＷ共振子２、３における各々の共振周波数が互いに異なる値となるように構成されている。この例では、圧電基板１は、ＳＴカット板である水晶により構成されている。図１において、圧電基板１上における弾性波（弾性表面波）の伝搬方向を左右方向、弾性波の伝搬方向に直交する方向を前後方向と呼ぶと、ＳＡＷ共振子２及びＳＡＷ共振子３は、圧電基板１上において夫々手前側及び奥側に配置されている。以下の説明において、これらＳＡＷ共振子２及びＳＡＷ共振子３について、便宜上夫々「第１の共振子」及び「第２の共振子」と呼ぶこととする。
【００１４】
第１の共振子２は、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極１２と、このＩＤＴ電極１２の左右両側に各々配置された反射器１３、１３とを備えている。ＩＤＴ電極１２は、左右方向に各々伸びると共に互いに平行となるように形成された一対のバスバー１４、１４と、これらバスバー１４、１４の一方側から他方側に向かって交互に交差するように櫛歯状に配置された複数の電極指１５とを備えている。この例では、互いに隣接して伸びる２本の電極指１５、１５が左右方向に周期的に配置されており、これら２本の電極指１５、１５の幅寸法及び電極指１５、１５間の離間寸法からなる周期長λ１は、例えば４．３μｍ程度となっている。
【００１５】
一対のバスバー１４、１４のうち例えば手前側のバスバー１４には、圧電基板１の端部領域から伸びる引き出し電極１６の一端側が接続されており、この引き出し電極１６の他端側は、前記端部領域に形成された第１の信号ポート２１ａに接続されている。また、奥側のバスバー１４は、同様に引き出し電極１６を介して、圧電基板１の端部側に形成された第１の信号ポート２１ｂに接続されている。
【００１６】
反射器１３、１３は、一対のグレーティングバスバー１７、１７及びこれらグレーティングバスバー１７、１７同士を互いに接続するように配置された複数のグレーティング電極指１８を各々備えている。グレーティング電極指１８についても、既述の周期長λ１となるように配置されている。また、図２に示すように、これらＩＤＴ電極１２及び反射器１３、１３の膜厚ｔ１は、例えば０．１４μｍとなっている。従って、この第１の共振子２の共振周波数ｆ１は、例えば３１５ＭＨｚとなっている。尚、図２は、図１におけるＡ−Ａ線にて圧電基板１を切断した縦断面図を示している。
【００１７】
第２の共振子３は、第１の共振子２と同様に、ＩＤＴ電極１２及びこのＩＤＴ電極１２の左右両側に各々配置された反射器１３、１３を備えている。この第２の共振子３におけるＩＤＴ電極１２の奥側のバスバー１４は、引き出し電極１６を介して、圧電基板１の端部側に設けられた第２の信号ポート２２ａに接続されている。また、第２の共振子３におけるＩＤＴ電極１２の手前側のバスバー１４は、同様に引き出し電極１６を介して、圧電基板１の端部側に設けられた第２の信号ポート２２ｂに接続されている。従って、これら第２の信号ポート２２ａ、２２ｂは、第１の信号ポート２１ａ、２１ｂとは独立して（導通しないように）設けられている。後述の発振回路２３（２４）は、例えば図示しないワイヤなどを介して信号ポート２１ａ、２１ｂ（２２ａ、２２ｂ）に接続される。
【００１８】
第２の共振子３では、電極指１５やグレーティング電極指１８の周期長λ２は、第１の共振子２における周期長λ１とは異なる寸法例えば４．５μｍとなっている。また、第２の共振子３におけるＩＤＴ電極１２の膜厚ｔ２は、第１の共振子２における膜厚ｔ１とは異なる寸法例えば０．１５μｍとなっている。従って、第２の共振子３の共振周波数ｆ２は、図３に示すように、例えば３００ＭＨｚ（≠ｆ１）となっている。この時、共通の圧電基板１上に２つの第１の共振子２及び第２の共振子３を形成していることから、これら共振子２、３の置かれる雰囲気の温度がほぼ揃う。そのため、図４に示すように、これら共振子２、３の各々の温度特性（温度変化に対して共振周波数が変化する度合い）についても互いに揃う。尚、図３及び図４は、各々の共振子２、３の特性を模式的に示している。
【００１９】
次に、このような弾性表面波素子の製造方法について、リフトオフ技術を用いた場合を例に挙げて簡単に説明する。始めに、圧電基板１上に例えばアルミニウム（Ａｌ）などからなる金属膜を成膜し、続いてレジストマスクを介してドライエッチングを行うフォトリソグラフィ法により、例えば第２の共振子３を形成する。そして、この第２の共振子３を覆うように、別のレジストマスクを圧電基板１上に成膜すると共に、露光処理及び現像処理により、第１の共振子２、引き出し電極１６及び信号ポート２１、２２に対応する領域が開口するように前記別のレジストマスクに開口部を形成する。その後、例えばアルミニウムの蒸着により前記開口部に金属膜を埋め込み、続いて圧電基板１を有機溶剤やアルカリ水溶液などに浸漬して、レジストマスクを当該レジストマスクの上方の不要な金属膜と共に除去することにより、既述の図１に示す弾性表面波素子が形成される。
【００２０】
この時、リフトオフ技術に代えてエッチングを利用して弾性表面波素子を製造する場合には、始めにフォトリソグラフィ法により互いに同じ膜厚となるように共振子２、３を形成する。続いて、例えば第２の共振子３を覆うと共に第１の共振子２が露出するようにレジストマスクを形成し、その後第１の共振子２の膜厚ｔ１が既述の寸法となるように、エッチング液により当該第１の共振子２をウエットエッチングする。
【００２１】
続いて、以上説明した弾性表面波素子を備えた発振器の一例について、図５を参照して説明する。この発振器（ＴＣＸＯ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）は、外部に設定周波数ｆ０の信号を出力するための回路であり、ＴＣＸＯの外部の温度変化に依らずに、あるいは外部の温度変化の影響を抑えて、この設定周波数ｆ０を出力できるように構成されている。この設定周波数ｆ０は、基準温度Ｔ０例えば２９℃において、基準電圧Ｖ０を以下に説明する第１の発振回路２３に印加した時に得られる出力周波数である。
【００２２】
第１の共振子２には、第１の信号ポート２１ａ、２１ｂを介して第１の発振回路２３が接続されており、第２の共振子３には、同様に第２の信号ポート２２ａ、２２ｂを介して、当該第２の共振子３を温度センサーとして用いるための第２の発振回路２４が接続されている。そして、これら発振回路２３、２４間には、第２の発振回路２４から入力される温度補償用の周波数信号に基づいて既述の弾性表面波素子の温度を推定し、この温度において第１の発振回路２３にて設定周波数ｆ０が得られる制御電圧Ｖｃ（Ｖｃ＝Ｖ０−ΔＶ）を演算するための制御電圧供給部４１が信号出力部として設けられている。図５中４２は、第２の発振回路２４に制御電圧Ｖ１０が入力される入力端であり、４３は発振器の出力端である。また、図５中４４はバリキャップダイオードである。
【００２３】
具体的には、制御電圧供給部４１は、第２の発振回路２４から入力される周波数信号から周波数ｆを計測するための例えば周波数カウンターなどからなる周波数検出部４５と、この周波数検出部４５において計測した周波数ｆに基づいて温度Ｔを推定する温度推定部４６と、温度推定部４６において推定した温度Ｔに基づいて補償電圧ΔＶを演算するための補償電圧演算部４７と、補償電圧演算部４７にて演算された補償電圧ΔＶを基準電圧Ｖ０から減算した制御電圧Ｖｃを第１の発振回路２３に出力するための混合器４８と、を備えている。温度推定部４６には、以下の（１）式に示す第２の発振回路２４の周波数温度特性（例えば３次関数）が記憶されており、この温度特性と第２の発振回路２４の発振周波数ｆとに基づいて、弾性表面波素子の温度が求められる。
ｆ＝ｆ１０｛１＋α２(Ｔ−Ｔ１０)3＋β２(Ｔ−Ｔ１０)＋γ２｝ ・・・（１）
【００２４】
また、補償電圧演算部４７は、第１の発振回路２３の温度特性である例えば３次関数発生器を備えており、以下の（２）〜（４）式及び温度Ｔに基づいて、補償電圧ΔＶを求めるように構成されている。
ΔＶ＝Ｖ０（Δｆ／ｆ０） ・・・（２）
Δｆ／ｆ０＝α１(Ｔ−Ｔ０)3＋β１(Ｔ−Ｔ０)＋γ１ ・・・（３）
ΔＶ＝Ｖ０｛α１(Ｔ−Ｔ０)3＋β１(Ｔ−Ｔ０)＋γ１｝・・・・（４）
α１、β１、γ１及びα２、β２、γ２は夫々第１の発振回路２３及び第２の発振回路２４に固有の定数であり、温度や基準電圧を種々変えて出力周波数を測定することにより求められる。尚、Δｆ＝ｆ−ｆ０であり、またｆ１０は第２の発振回路２４において基準温度Ｔ１０にて基準電圧Ｖ１０を印加した時に得られる出力周波数である。
【００２５】
この発振器において入力端４２に制御電圧Ｖ１０を入力すると、第２の発振回路２４では、弾性表面波素子の温度Ｔに基づいて、既述の式（１）で求められる発振周波数ｆにおいて基本波の厚み滑り振動で発振する。この発振周波数ｆは、既述のように周波数検出部４５を介して温度推定部４６に入力され、この温度推定部４６において弾性表面波素子の温度Ｔが推定される。そして、補償電圧演算部４７では、温度推定部４６にて得られた温度Ｔに基づいて補償電圧ΔＶが演算され、混合器４８を介して制御電圧Ｖｃが第１の発振回路２３に印加される。第１の発振回路２３では、弾性表面波素子の温度Ｔ及び制御電圧Ｖｃに応じた発振周波数ｆ、即ち設定周波数ｆ０において厚み滑り振動で振動する。つまり、温度Ｔでは、第１の発振回路２３は、基準温度Ｔ０との差分（Ｔ−Ｔｏ）だけ、当該第１の発振回路２３の周波数温度特性の３次関数に沿って発振周波数ｆが設定周波数ｆ０からずれようとする。しかし、設定周波数ｆ０が得られる制御電圧Ｖｃを第１の発振回路２３に印加していることから、即ち前記差分に対応する分だけ基準電圧Ｖ０よりも低い（あるいは高い）制御電圧Ｖｃを印加していることから、当該差分を相殺した出力周波数（設定周波数ｆ０）が得られる。
【００２６】
上述の実施の形態によれば、共通の圧電基板１上に第１の共振子２及び第２の共振子３を配置すると共に、第２の共振子３の共振周波数（出力信号）を温度補償用の信号として用いるために、共振子２、３の共振周波数を互いにずらしている。そのため、これら共振子２、３では温度差がなくなるか、あるいは極めて小さくなるので、広い温度範囲に亘って安定した周波数信号を出力できる。そして、温度補償を行うにあたり、既述の恒温槽を用いていないことから、更には水晶基板の上下両面に電極膜を形成した水晶振動子よりも小型化が可能なＳＡＷ共振子（第１の共振子２及び第２の共振子３）を用いていることから、小型の発振器及び弾性表面波素子を得ることができる。また、このように小型の発振器を構成していることから、更には既述のように恒温槽を用いていないことから、省電力性に優れた共振器を得ることができる。
【００２７】
この時、第１の共振子２及び第２の共振子３間において周期長λ１、λ２及び膜厚ｔ１、ｔ２を互いに異なる値としたが、共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定するにあたって、周期長λ及び膜厚ｔの少なくとも一方だけを変えるようにしても良い。また、膜厚ｔについて、共振子２、３間において反射器１３の膜厚を揃えると共に、夫々のＩＤＴ電極１２の膜厚だけを変えても良いし、あるいはＩＤＴ電極１２の電極指１５の膜厚だけを互いに変えても良い。更に、周期長λについて、共振子２、３間において各々の反射器１３、１３の周期長λを揃えると共に、ＩＤＴ電極１２の周期長λだけを互いに変えるようにしても良い。
【００２８】
次に、弾性表面波素子の他の例について、図６を参照して説明する。この例では、第１の共振子２及び第２の共振子３は、周期長λ及び膜厚ｔが互いに揃うように形成されると共に、共振周波数ｆ１、ｆ２が互いにずれるように、一方の共振子２（３）に対して他方の共振子３（２）が傾斜するように配置されている。具体的には、各々の共振子２、３においてバスバー１４に沿って伸びる直線（電極指１５の向きに対して直交する直線）に夫々「Ｌ１」及び「Ｌ２」を付すと、これら直線Ｌ１及び直線Ｌ２のなす角度θは、例えば４５°となっている。尚、図６において、図１と同じ構成の部位については同じ符号を付して説明を省略している。
【００２９】
即ち、第１の共振子２は、前記直線Ｌ１が圧電基板１の結晶軸におけるＸ軸方向（圧電基板１の左右方向）と平行になるように形成されている。そして、第２の共振子３は、直線Ｌ２が圧電基板１のＸ軸に対して４５°傾斜するように配置されている。従って、第１の共振子２及び第２の共振子３では、弾性波が夫々直線Ｌ１及び直線Ｌ２に沿うように伝搬するので、第１の共振子２及び第２の共振子３において弾性波の伝搬速度が互いに異なる速度となる。即ち、第２の共振子３の周期長λ２について、弾性波から見た時に、第１の共振子２の周期長λ１よりも長く形成していると言える。そのため、これら第１の共振子２及び第２の共振子３では、夫々の共振周波数ｆ１、ｆ２が互いに異なる値となる。この弾性表面波素子においても、既述の図５の発振器が構成され、同様の効果が得られる。
【００３０】
図６における角度θとしては、どのような角度であっても良く、具体的には０°＜θ＜１８０°（θ≠９０°）であっても良い。また、第１の共振子２について、直線Ｌ１が圧電基板１のＸ軸に対して傾斜するように配置しても良く、この場合には直線Ｌ１、Ｌ２が夫々圧電基板１のＹ軸（Ｘ軸に直交する軸）に対して傾斜すると共に角度θ≠０°（１８０°）となるように構成しても良い。即ち、各々の共振子２、３は、弾性波が伝搬するように配置される。
【００３１】
また、図６のように第１の共振子２に対して第２の共振子３を傾斜させて配置すると共に、図１のようにこれら共振子２、３において周期長λや膜厚ｔを互いにずらしても良い。更に、共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定するにあたって、周期長λ、膜厚ｔ及び傾斜角度θを調整することに代えて、あるいはこれら周期長λ、膜厚ｔ及び傾斜角度θと共に、ＩＤＴ電極１２における電極指１５の交差長（一方のバスバー１４から伸びる電極指１５と当該電極指１５に隣接して他方のバスバー１４から伸びる電極指１５とが交差する寸法）を共振子２、３間で互いに変えるようにしても良い。
【００３２】
この時、共通の水晶基板に２つの水晶振動子を形成し、これら水晶振動子の一方を温度補償用として用いた場合（既述の特許文献１）には、これら水晶振動子の間で共振周波数をずらそうとすると、水晶基板の上下両面に形成される電極膜の膜厚や大きさ（表面積）を調整する手法を採らざるを得ない。一方、共振子２、３を用いた場合には、以上説明したように、膜厚ｔだけでなく、周期長λ及び傾斜角度θについても互いの共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定するにあたってのいわばパラメータとして利用できる。従って、共振子２、３の各々の共振周波数ｆ１、ｆ２について、容易に互いに異なる寸法に設定できる。言い換えると、共振子２、３を用いることにより、各々の共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定するにあたってのパラメータの調整幅を広く取ることができる。
以上の共振子２（３）としては、一つのＩＤＴ電極１２を挟むように一対の反射器１３、１３を配置した構成を採ったが、これら反射器１３、１３間に複数のＩＤＴ電極１２を配置しても良い。
【００３３】
以下に、本発明の発振器の他の例について説明する。図７は、第１の発振回路２３及び第２の発振回路２４における各々の出力信号の差分を取るために、これら発振回路２３、２４に混合器４８を周波数差検出部として接続した例を示している。即ち、共振子２、３では周波数温度特性が揃っていることから、発振回路２３、２４から出力される周波数信号の差分（ｆ１−ｆ２）は、外部の温度変化ではほとんど変化しないので、当該差分を設定周波数ｆ０として利用しても良い。図７中２５は、前記周波数信号の差分を逓倍するための逓倍回路である。
【００３４】
また、図８（ａ）は、共振子２、３における夫々の共振周波数ｆ１、ｆ２の差分に対応する信号（（ｆ１−ｆ２）／ｆ１）を温度センサとして利用した例を示している。即ち、前記差分は、外部の温度変化ではほとんど変化しないが、極めて微視的に見ると、外部の温度変化に伴ってごく僅かに変化する。そこで、図８（ａ）では、前記差分に基づいて外部の温度を検出して、この検出結果を用いて周波数シンセサイザ５０の温度補償を行っている。
【００３５】
具体的には、第１の発振回路２３は、周波数シンセサイザ５０における後述のＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に対して駆動用のクロック信号を供給するために、当該周波数シンセサイザ５０に接続されている。また、発振回路２３、２４には、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分に対応する信号（（ｆ２−ｆ１）／ｆ１）を検出するための差分検出部５１が接続されており、この差分検出部５１には、温度補償量を求めるための補償量演算部５２が接続されている。
【００３６】
環境温度と（ｆ２−ｆ２）／ｆ１との関係、及び環境温度と混合器５３に入力する設定値に対する補償値との関係は、いずれも事前に分かっていることから、補償量演算部５２には、（ｆ２−ｆ１）／ｆ１と補償値との関係を示す関係データあるいは関係式が記憶され、このため補償量演算部５２から温度に応じた補償値が出力される。即ち、既述のＤＤＳの駆動用のクロック信号として第１の発振回路２３の出力信号を用いているので、このＤＤＳから出力される信号は、弾性表面波素子の温度変化に応じて、設定値に対応する値からずれようとするが、このずれ分が補償される。
【００３７】
この周波数シンセサイザ５０では、混合器５３の入力値に対応するリファレンスクロック信号をＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）から出力すると共に、このリファレンス信号をＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｄ Ｌｏｏｐ）回路の位相比較部の一方の入力端に入力する。こうしてリファレンス信号の周波数に対応した周波数信号が出力される。
【００３８】
図８（ｂ）は、本発明の弾性表面波素子を恒温槽（図示せず）付きの発振器に適用した例を示している。弾性表面波素子（共振子２、３の形成された圧電基板１）は、加熱源であるヒータ３１の設けられた恒温槽内に設置されている。第１の発振回路２３は、図８（ａ）と同様に周波数シンセサイザ５０に接続されている。図８（ｂ）中３２は、ヒータ３１の制御回路であり、この制御回路３２に差分検出部５１が接続されている。制御回路３２には、共振周波数の差分と温度との相関データが記憶されており、この相関データに基づいてヒータ３１への供給電力を調整できるように構成されている。
【００３９】
このような構成の発振器の場合には、共振子２、３では、外部の温度に応じた共振周波数で各々発振して、差分検出部５１においてこれら共振周波数の差分が算出される。制御回路３２では、前記差分に応じてヒータ３１の温度が調整される。従って、第１の発振回路２３から周波数シンセサイザ５０に出力されるＤＤＳの駆動用のクロック信号は、外部の温度の影響が小さく抑えられる。そのため、既述のように周波数シンセサイザ５０に対して設定値を入力すると、リファレンス信号の周波数に対応した周波数信号が温度の影響をほとんど受けずに出力される。この発振器では、共振子２、３の共振周波数の差分を用いてヒータ３１の出力を調整しているので、極めて安定したクロック信号を得ることができる。
【００４０】
周波数シンセサイザ５０を用いる場合においても、既述の図５と同様に、第２の共振子３の共振周波数ｆ２を温度センサとして用いても良い。即ち、図８（ａ）の場合には、共振周波数ｆ２に基づいて温度が算出されると共に補償量が設定される。そして、ＤＤＳの駆動用として用いられる第１の発振回路２３の出力信号が外部の温度変化によって変動することを相殺するために、混合器５３に入力される設定値に前記補償量が加算される。また、図８（ｂ）の場合には、第２の発振回路２４に制御回路３２が接続されて、この制御回路３２において、共振周波数ｆ２に基づいて外部の温度が算出されると共に、ヒータ３１への供給電力が調整される。従って、既述の例と同様に、ＤＤＳに対して、温度変化に依らずに、あるいは温度の影響をほとんど受けずに、第１の発振回路２３の出力信号が当該ＤＤＳの駆動用のクロック信号として供給される。
また、図８（ａ）及び図８（ｂ）において、ＤＤＳの駆動用のクロック信号として、温度センサとして用いる共振子２、３とは別に、圧電基板１に第３の共振子を設けておき、第１の発振回路２３から出力される出力信号に代えて、この第３の共振子から第３の発振回路（いずれも図示せず）を介して出力される出力信号を用いても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１ 圧電基板
２ 第１の共振子
３ 第２の共振子
２１ 第１の信号ポート
２２ 第２の信号ポート
２３ 第１の発振回路
２４ 第２の発振回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設定周波数信号を出力する発振器及びこの発振器に用いられる弾性表面波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子（水晶振動子）は、基準周波数（設定周波数）信号を出力する発振源として、発振器に広く使用されている。このような発振器の一つとして、出力信号の安定性を高めるため、例えば温度センサ及びヒータを備えた恒温槽内に水晶振動子を収納することにより、周囲の温度の影響を抑えるように構成された温度制御水晶発振器（ＯＣＸＯ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が知られている。
【０００３】
ここで、近年の電子機器の小型化及び高周波数化に伴って、発振器についても小型化が要求されている。そのため、水晶振動子を用いた発振器に代えて、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を利用した発振器が検討されている。具体的には、圧電基板上に例えば１ポート型のＳＡＷ共振子を形成して、この共振子を発振器に適用しようとしている。しかし、ＳＡＷを利用した共振子であっても、温度安定性を得ようとすると、依然として恒温槽が必要となり、従って小型化は困難である。また、恒温槽を用いると、ヒータへの給電が必要であり、更にヒータによる共振子への入熱効率もそれ程良くないので、発振器の省電力化も困難である。更にまた、恒温槽用の温度センサが共振子に対して離間して配置されるので、共振子は、基準周波数信号を出力できる温度とは異なる温度となっているおそれもある。
【０００４】
特許文献１には、既述の水晶振動子を２つ並べると共にこれら水晶振動子の一方を温度検出用のセンサとして利用することにより、恒温槽を用いずに小型の発振器を構成した技術について記載されている。また、特許文献２、３には、共通の基板上に複数の弾性表面波素子（共振器）Ｍ１、Ｍ２を配置すると共に、これら弾性表面波素子のうち一方に対して他方が傾斜するように配置して、各々の弾性表面波素子に対して並列に信号の入出力を行う技術について記載されている。しかしながら、これら特許文献１〜３には、温度安定性に優れた小型の発振器については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０８１７０
【特許文献２】特開昭５３−１４５５９５（第９図）
【特許文献３】特開２００４−２７４６９６（図１５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で且つ広い温度範囲に亘って安定した周波数信号が得られる発振器及びこの発振器用の弾性表面波素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発振器は、
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記第１の共振子及び前記第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び第２の発振回路と、
前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の少なくとも一方は、温度検出のために用いられることを特徴とする。
【０００８】
前記発振器は、以下のように構成しても良い。
前記第２の発振回路の出力信号の周波数に対応する信号を温度検出信号として用いるか、あるいは前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分に対応する信号を温度検出信号として用い、前記温度検出信号に基づいて前記第１の発振周波数の温度変動分を補償する構成。
発振器は、恒温槽付き発振器として構成され、
前記第２の発振回路の出力信号の周波数に対応する信号を温度検出信号として用いるか、あるいは前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分に対応する信号を温度検出信号として用い、前記温度検出信号に基づいて前記恒温槽の加熱源の供給電力を制御する構成。
前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、各々のＩＤＴ電極における電極指の周期長が互いに異なる値に設定されている構成。前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、各々のＩＤＴ電極における電極指の膜厚が互いに異なる寸法に設定されている構成。前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、前記圧電基板上における弾性表面波の伝搬方向が互いに異なる向きとなるように、これら第１の共振子及び第２の共振子のうち一方の共振子に対して他方の共振子が傾斜して配置されている構成。
【０００９】
また、本発明の発振器は、
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記第１の共振子及び前記第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び第２の発振回路と、
前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分を検出する周波数差検出部と、を備え、
この周波数差検出部にて得られた周波数差に対応する周波数の発振出力を得るように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の弾性表面波素子は、
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、前記第１の共振子を第１の発振回路に接続するための第１の信号ポートと、
前記圧電基板上に形成され、前記第２の共振子を第２の発振回路に接続するために、前記第１の信号ポートとは独立して設けられた第２の信号ポートと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、共通の圧電基板上に第１の共振子及び第２の共振子を配置すると共に、これら第１の共振子及び第２の共振子の互いの共振周波数をずらしている。そのため、これら第１の共振子及び第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び前記第２の発振回路の出力信号の少なくとも一方を温度検出のために用いることにより、広い温度範囲に亘って安定した周波数信号を出力できる小型の発振器及び弾性表面波素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の弾性表面波素子の一例を示す平面図である。
【図２】前記弾性表面波素子を示す縦断面図である。
【図３】前記弾性表面波素子の周波数特性を示す模式図である。
【図４】前記弾性表面波素子の周波数特性の温度変化を示す模式図である。
【図５】前記弾性表面波素子が適用される本発明の発振器の一例を概略的に示す回路図である。
【図６】前記弾性表面波素子の他の例を示す平面図である。
【図７】前記発振器の他の例を概略的に示す回路図である。
【図８】前記発振器の別の例を概略的に示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の発振器に用いられる弾性表面波素子の実施の形態の一例について、図１及び図２を参照して説明する。この弾性表面波素子は、図１に示すように、共通の圧電基板１上に各々配置された２つのＳＡＷ共振子２、３を備えており、以下に説明するように、これらＳＡＷ共振子２、３における各々の共振周波数が互いに異なる値となるように構成されている。この例では、圧電基板１は、ＳＴカット板である水晶により構成されている。図１において、圧電基板１上における弾性波（弾性表面波）の伝搬方向を左右方向、弾性波の伝搬方向に直交する方向を前後方向と呼ぶと、ＳＡＷ共振子２及びＳＡＷ共振子３は、圧電基板１上において夫々手前側及び奥側に配置されている。以下の説明において、これらＳＡＷ共振子２及びＳＡＷ共振子３について、便宜上夫々「第１の共振子」及び「第２の共振子」と呼ぶこととする。
【００１４】
第１の共振子２は、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極１２と、このＩＤＴ電極１２の左右両側に各々配置された反射器１３、１３とを備えている。ＩＤＴ電極１２は、左右方向に各々伸びると共に互いに平行となるように形成された一対のバスバー１４、１４と、これらバスバー１４、１４の一方側から他方側に向かって交互に交差するように櫛歯状に配置された複数の電極指１５とを備えている。この例では、互いに隣接して伸びる２本の電極指１５、１５が左右方向に周期的に配置されており、これら２本の電極指１５、１５の幅寸法及び電極指１５、１５間の離間寸法からなる周期長λ１は、例えば４．３μｍ程度となっている。
【００１５】
一対のバスバー１４、１４のうち例えば手前側のバスバー１４には、圧電基板１の端部領域から伸びる引き出し電極１６の一端側が接続されており、この引き出し電極１６の他端側は、前記端部領域に形成された第１の信号ポート２１ａに接続されている。また、奥側のバスバー１４は、同様に引き出し電極１６を介して、圧電基板１の端部側に形成された第１の信号ポート２１ｂに接続されている。
【００１６】
反射器１３、１３は、一対のグレーティングバスバー１７、１７及びこれらグレーティングバスバー１７、１７同士を互いに接続するように配置された複数のグレーティング電極指１８を各々備えている。グレーティング電極指１８についても、既述の周期長λ１となるように配置されている。また、図２に示すように、これらＩＤＴ電極１２及び反射器１３、１３の膜厚ｔ１は、例えば０．１４μｍとなっている。従って、この第１の共振子２の共振周波数ｆ１は、例えば３１５ＭＨｚとなっている。尚、図２は、図１におけるＡ−Ａ線にて圧電基板１を切断した縦断面図を示している。
【００１７】
第２の共振子３は、第１の共振子２と同様に、ＩＤＴ電極１２及びこのＩＤＴ電極１２の左右両側に各々配置された反射器１３、１３を備えている。この第２の共振子３におけるＩＤＴ電極１２の奥側のバスバー１４は、引き出し電極１６を介して、圧電基板１の端部側に設けられた第２の信号ポート２２ａに接続されている。また、第２の共振子３におけるＩＤＴ電極１２の手前側のバスバー１４は、同様に引き出し電極１６を介して、圧電基板１の端部側に設けられた第２の信号ポート２２ｂに接続されている。従って、これら第２の信号ポート２２ａ、２２ｂは、第１の信号ポート２１ａ、２１ｂとは独立して（導通しないように）設けられている。後述の発振回路２３（２４）は、例えば図示しないワイヤなどを介して信号ポート２１ａ、２１ｂ（２２ａ、２２ｂ）に接続される。
【００１８】
第２の共振子３では、電極指１５やグレーティング電極指１８の周期長λ２は、第１の共振子２における周期長λ１とは異なる寸法例えば４．５μｍとなっている。また、第２の共振子３におけるＩＤＴ電極１２の膜厚ｔ２は、第１の共振子２における膜厚ｔ１とは異なる寸法例えば０．１５μｍとなっている。従って、第２の共振子３の共振周波数ｆ２は、図３に示すように、例えば３００ＭＨｚ（≠ｆ１）となっている。この時、共通の圧電基板１上に２つの第１の共振子２及び第２の共振子３を形成していることから、これら共振子２、３の置かれる雰囲気の温度がほぼ揃う。そのため、図４に示すように、これら共振子２、３の各々の温度特性（温度変化に対して共振周波数が変化する度合い）についても互いに揃う。尚、図３及び図４は、各々の共振子２、３の特性を模式的に示している。
【００１９】
次に、このような弾性表面波素子の製造方法について、リフトオフ技術を用いた場合を例に挙げて簡単に説明する。始めに、圧電基板１上に例えばアルミニウム（Ａｌ）などからなる金属膜を成膜し、続いてレジストマスクを介してドライエッチングを行うフォトリソグラフィ法により、例えば第２の共振子３を形成する。そして、この第２の共振子３を覆うように、別のレジストマスクを圧電基板１上に成膜すると共に、露光処理及び現像処理により、第１の共振子２、引き出し電極１６及び信号ポート２１、２２に対応する領域が開口するように前記別のレジストマスクに開口部を形成する。その後、例えばアルミニウムの蒸着により前記開口部に金属膜を埋め込み、続いて圧電基板１を有機溶剤やアルカリ水溶液などに浸漬して、レジストマスクを当該レジストマスクの上方の不要な金属膜と共に除去することにより、既述の図１に示す弾性表面波素子が形成される。
【００２０】
この時、リフトオフ技術に代えてエッチングを利用して弾性表面波素子を製造する場合には、始めにフォトリソグラフィ法により互いに同じ膜厚となるように共振子２、３を形成する。続いて、例えば第２の共振子３を覆うと共に第１の共振子２が露出するようにレジストマスクを形成し、その後第１の共振子２の膜厚ｔ１が既述の寸法となるように、エッチング液により当該第１の共振子２をウエットエッチングする。
【００２１】
続いて、以上説明した弾性表面波素子を備えた発振器の一例について、図５を参照して説明する。この発振器（ＴＣＸＯ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）は、外部に設定周波数ｆ０の信号を出力するための回路であり、ＴＣＸＯの外部の温度変化に依らずに、あるいは外部の温度変化の影響を抑えて、この設定周波数ｆ０を出力できるように構成されている。この設定周波数ｆ０は、基準温度Ｔ０例えば２９℃において、基準電圧Ｖ０を以下に説明する第１の発振回路２３に印加した時に得られる出力周波数である。
【００２２】
第１の共振子２には、第１の信号ポート２１ａ、２１ｂを介して第１の発振回路２３が接続されており、第２の共振子３には、同様に第２の信号ポート２２ａ、２２ｂを介して、当該第２の共振子３を温度センサーとして用いるための第２の発振回路２４が接続されている。そして、これら発振回路２３、２４間には、第２の発振回路２４から入力される温度補償用の周波数信号に基づいて既述の弾性表面波素子の温度を推定し、この温度において第１の発振回路２３にて設定周波数ｆ０が得られる制御電圧Ｖｃ（Ｖｃ＝Ｖ０−ΔＶ）を演算するための制御電圧供給部４１が信号出力部として設けられている。図５中４２は、第２の発振回路２４に制御電圧Ｖ１０が入力される入力端であり、４３は発振器の出力端である。また、図５中４４はバリキャップダイオードである。
【００２３】
具体的には、制御電圧供給部４１は、第２の発振回路２４から入力される周波数信号から周波数ｆを計測するための例えば周波数カウンターなどからなる周波数検出部４５と、この周波数検出部４５において計測した周波数ｆに基づいて温度Ｔを推定する温度推定部４６と、温度推定部４６において推定した温度Ｔに基づいて補償電圧ΔＶを演算するための補償電圧演算部４７と、補償電圧演算部４７にて演算された補償電圧ΔＶを基準電圧Ｖ０から減算した制御電圧Ｖｃを第１の発振回路２３に出力するための混合器４８と、を備えている。温度推定部４６には、以下の（１）式に示す第２の発振回路２４の周波数温度特性（例えば３次関数）が記憶されており、この温度特性と第２の発振回路２４の発振周波数ｆとに基づいて、弾性表面波素子の温度が求められる。
ｆ＝ｆ１０｛１＋α２(Ｔ−Ｔ１０)3＋β２(Ｔ−Ｔ１０)＋γ２｝ ・・・（１）
【００２４】
また、補償電圧演算部４７は、第１の発振回路２３の温度特性である例えば３次関数発生器を備えており、以下の（２）〜（４）式及び温度Ｔに基づいて、補償電圧ΔＶを求めるように構成されている。
ΔＶ＝Ｖ０（Δｆ／ｆ０） ・・・（２）
Δｆ／ｆ０＝α１(Ｔ−Ｔ０)3＋β１(Ｔ−Ｔ０)＋γ１ ・・・（３）
ΔＶ＝Ｖ０｛α１(Ｔ−Ｔ０)3＋β１(Ｔ−Ｔ０)＋γ１｝・・・・（４）
α１、β１、γ１及びα２、β２、γ２は夫々第１の発振回路２３及び第２の発振回路２４に固有の定数であり、温度や基準電圧を種々変えて出力周波数を測定することにより求められる。尚、Δｆ＝ｆ−ｆ０であり、またｆ１０は第２の発振回路２４において基準温度Ｔ１０にて基準電圧Ｖ１０を印加した時に得られる出力周波数である。
【００２５】
この発振器において入力端４２に制御電圧Ｖ１０を入力すると、第２の発振回路２４では、弾性表面波素子の温度Ｔに基づいて、既述の式（１）で求められる発振周波数ｆにおいて基本波の厚み滑り振動で発振する。この発振周波数ｆは、既述のように周波数検出部４５を介して温度推定部４６に入力され、この温度推定部４６において弾性表面波素子の温度Ｔが推定される。そして、補償電圧演算部４７では、温度推定部４６にて得られた温度Ｔに基づいて補償電圧ΔＶが演算され、混合器４８を介して制御電圧Ｖｃが第１の発振回路２３に印加される。第１の発振回路２３では、弾性表面波素子の温度Ｔ及び制御電圧Ｖｃに応じた発振周波数ｆ、即ち設定周波数ｆ０において厚み滑り振動で振動する。つまり、温度Ｔでは、第１の発振回路２３は、基準温度Ｔ０との差分（Ｔ−Ｔｏ）だけ、当該第１の発振回路２３の周波数温度特性の３次関数に沿って発振周波数ｆが設定周波数ｆ０からずれようとする。しかし、設定周波数ｆ０が得られる制御電圧Ｖｃを第１の発振回路２３に印加していることから、即ち前記差分に対応する分だけ基準電圧Ｖ０よりも低い（あるいは高い）制御電圧Ｖｃを印加していることから、当該差分を相殺した出力周波数（設定周波数ｆ０）が得られる。
【００２６】
上述の実施の形態によれば、共通の圧電基板１上に第１の共振子２及び第２の共振子３を配置すると共に、第２の共振子３の共振周波数（出力信号）を温度補償用の信号として用いるために、共振子２、３の共振周波数を互いにずらしている。そのため、これら共振子２、３では温度差がなくなるか、あるいは極めて小さくなるので、広い温度範囲に亘って安定した周波数信号を出力できる。そして、温度補償を行うにあたり、既述の恒温槽を用いていないことから、更には水晶基板の上下両面に電極膜を形成した水晶振動子よりも小型化が可能なＳＡＷ共振子（第１の共振子２及び第２の共振子３）を用いていることから、小型の発振器及び弾性表面波素子を得ることができる。また、このように小型の発振器を構成していることから、更には既述のように恒温槽を用いていないことから、省電力性に優れた共振器を得ることができる。
【００２７】
この時、第１の共振子２及び第２の共振子３間において周期長λ１、λ２及び膜厚ｔ１、ｔ２を互いに異なる値としたが、共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定するにあたって、周期長λ及び膜厚ｔの少なくとも一方だけを変えるようにしても良い。また、膜厚ｔについて、共振子２、３間において反射器１３の膜厚を揃えると共に、夫々のＩＤＴ電極１２の膜厚だけを変えても良いし、あるいはＩＤＴ電極１２の電極指１５の膜厚だけを互いに変えても良い。更に、周期長λについて、共振子２、３間において各々の反射器１３、１３の周期長λを揃えると共に、ＩＤＴ電極１２の周期長λだけを互いに変えるようにしても良い。
【００２８】
次に、弾性表面波素子の他の例について、図６を参照して説明する。この例では、第１の共振子２及び第２の共振子３は、周期長λ及び膜厚ｔが互いに揃うように形成されると共に、共振周波数ｆ１、ｆ２が互いにずれるように、一方の共振子２（３）に対して他方の共振子３（２）が傾斜するように配置されている。具体的には、各々の共振子２、３においてバスバー１４に沿って伸びる直線（電極指１５の向きに対して直交する直線）に夫々「Ｌ１」及び「Ｌ２」を付すと、これら直線Ｌ１及び直線Ｌ２のなす角度θは、例えば４５°となっている。尚、図６において、図１と同じ構成の部位については同じ符号を付して説明を省略している。
【００２９】
即ち、第１の共振子２は、前記直線Ｌ１が圧電基板１の結晶軸におけるＸ軸方向（圧電基板１の左右方向）と平行になるように形成されている。そして、第２の共振子３は、直線Ｌ２が圧電基板１のＸ軸に対して４５°傾斜するように配置されている。従って、第１の共振子２及び第２の共振子３では、弾性波が夫々直線Ｌ１及び直線Ｌ２に沿うように伝搬するので、第１の共振子２及び第２の共振子３において弾性波の伝搬速度が互いに異なる速度となる。即ち、第２の共振子３の周期長λ２について、弾性波から見た時に、第１の共振子２の周期長λ１よりも長く形成していると言える。そのため、これら第１の共振子２及び第２の共振子３では、夫々の共振周波数ｆ１、ｆ２が互いに異なる値となる。この弾性表面波素子においても、既述の図５の発振器が構成され、同様の効果が得られる。
【００３０】
図６における角度θとしては、どのような角度であっても良く、具体的には０°＜θ＜１８０°（θ≠９０°）であっても良い。また、第１の共振子２について、直線Ｌ１が圧電基板１のＸ軸に対して傾斜するように配置しても良く、この場合には直線Ｌ１、Ｌ２が夫々圧電基板１のＹ軸（Ｘ軸に直交する軸）に対して傾斜すると共に角度θ≠０°（１８０°）となるように構成しても良い。即ち、各々の共振子２、３は、弾性波が伝搬するように配置される。
【００３１】
また、図６のように第１の共振子２に対して第２の共振子３を傾斜させて配置すると共に、図１のようにこれら共振子２、３において周期長λや膜厚ｔを互いにずらしても良い。更に、共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定するにあたって、周期長λ、膜厚ｔ及び傾斜角度θを調整することに代えて、あるいはこれら周期長λ、膜厚ｔ及び傾斜角度θと共に、ＩＤＴ電極１２における電極指１５の交差長（一方のバスバー１４から伸びる電極指１５と当該電極指１５に隣接して他方のバスバー１４から伸びる電極指１５とが交差する寸法）を共振子２、３間で互いに変えるようにしても良い。
【００３２】
この時、共通の水晶基板に２つの水晶振動子を形成し、これら水晶振動子の一方を温度補償用として用いた場合（既述の特許文献１）には、これら水晶振動子の間で共振周波数をずらそうとすると、水晶基板の上下両面に形成される電極膜の膜厚や大きさ（表面積）を調整する手法を採らざるを得ない。一方、共振子２、３を用いた場合には、以上説明したように、膜厚ｔだけでなく、周期長λ及び傾斜角度θについても互いの共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定するにあたってのいわばパラメータとして利用できる。従って、共振子２、３の各々の共振周波数ｆ１、ｆ２について、容易に互いに異なる寸法に設定できる。言い換えると、共振子２、３を用いることにより、各々の共振周波数ｆ１、ｆ２を互いに異なる値に設定するにあたってのパラメータの調整幅を広く取ることができる。
以上の共振子２（３）としては、一つのＩＤＴ電極１２を挟むように一対の反射器１３、１３を配置した構成を採ったが、これら反射器１３、１３間に複数のＩＤＴ電極１２を配置しても良い。
【００３３】
以下に、本発明の発振器の他の例について説明する。図７は、第１の発振回路２３及び第２の発振回路２４における各々の出力信号の差分を取るために、これら発振回路２３、２４に混合器４８を周波数差検出部として接続した例を示している。即ち、共振子２、３では周波数温度特性が揃っていることから、発振回路２３、２４から出力される周波数信号の差分（ｆ１−ｆ２）は、外部の温度変化ではほとんど変化しないので、当該差分を設定周波数ｆ０として利用しても良い。図７中２５は、前記周波数信号の差分を逓倍するための逓倍回路である。
【００３４】
また、図８（ａ）は、共振子２、３における夫々の共振周波数ｆ１、ｆ２の差分に対応する信号（（ｆ１−ｆ２）／ｆ１）を温度センサとして利用した例を示している。即ち、前記差分は、外部の温度変化ではほとんど変化しないが、極めて微視的に見ると、外部の温度変化に伴ってごく僅かに変化する。そこで、図８（ａ）では、前記差分に基づいて外部の温度を検出して、この検出結果を用いて周波数シンセサイザ５０の温度補償を行っている。
【００３５】
具体的には、第１の発振回路２３は、周波数シンセサイザ５０における後述のＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に対して駆動用のクロック信号を供給するために、当該周波数シンセサイザ５０に接続されている。また、発振回路２３、２４には、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分に対応する信号（（ｆ２−ｆ１）／ｆ１）を検出するための差分検出部５１が接続されており、この差分検出部５１には、温度補償量を求めるための補償量演算部５２が接続されている。
【００３６】
環境温度と（ｆ２−ｆ２）／ｆ１との関係、及び環境温度と混合器５３に入力する設定値に対する補償値との関係は、いずれも事前に分かっていることから、補償量演算部５２には、（ｆ２−ｆ１）／ｆ１と補償値との関係を示す関係データあるいは関係式が記憶され、このため補償量演算部５２から温度に応じた補償値が出力される。即ち、既述のＤＤＳの駆動用のクロック信号として第１の発振回路２３の出力信号を用いているので、このＤＤＳから出力される信号は、弾性表面波素子の温度変化に応じて、設定値に対応する値からずれようとするが、このずれ分が補償される。
【００３７】
この周波数シンセサイザ５０では、混合器５３の入力値に対応するリファレンスクロック信号をＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）から出力すると共に、このリファレンス信号をＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｄ Ｌｏｏｐ）回路の位相比較部の一方の入力端に入力する。こうしてリファレンス信号の周波数に対応した周波数信号が出力される。
【００３８】
図８（ｂ）は、本発明の弾性表面波素子を恒温槽（図示せず）付きの発振器に適用した例を示している。弾性表面波素子（共振子２、３の形成された圧電基板１）は、加熱源であるヒータ３１の設けられた恒温槽内に設置されている。第１の発振回路２３は、図８（ａ）と同様に周波数シンセサイザ５０に接続されている。図８（ｂ）中３２は、ヒータ３１の制御回路であり、この制御回路３２に差分検出部５１が接続されている。制御回路３２には、共振周波数の差分と温度との相関データが記憶されており、この相関データに基づいてヒータ３１への供給電力を調整できるように構成されている。
【００３９】
このような構成の発振器の場合には、共振子２、３では、外部の温度に応じた共振周波数で各々発振して、差分検出部５１においてこれら共振周波数の差分が算出される。制御回路３２では、前記差分に応じてヒータ３１の温度が調整される。従って、第１の発振回路２３から周波数シンセサイザ５０に出力されるＤＤＳの駆動用のクロック信号は、外部の温度の影響が小さく抑えられる。そのため、既述のように周波数シンセサイザ５０に対して設定値を入力すると、リファレンス信号の周波数に対応した周波数信号が温度の影響をほとんど受けずに出力される。この発振器では、共振子２、３の共振周波数の差分を用いてヒータ３１の出力を調整しているので、極めて安定したクロック信号を得ることができる。
【００４０】
周波数シンセサイザ５０を用いる場合においても、既述の図５と同様に、第２の共振子３の共振周波数ｆ２を温度センサとして用いても良い。即ち、図８（ａ）の場合には、共振周波数ｆ２に基づいて温度が算出されると共に補償量が設定される。そして、ＤＤＳの駆動用として用いられる第１の発振回路２３の出力信号が外部の温度変化によって変動することを相殺するために、混合器５３に入力される設定値に前記補償量が加算される。また、図８（ｂ）の場合には、第２の発振回路２４に制御回路３２が接続されて、この制御回路３２において、共振周波数ｆ２に基づいて外部の温度が算出されると共に、ヒータ３１への供給電力が調整される。従って、既述の例と同様に、ＤＤＳに対して、温度変化に依らずに、あるいは温度の影響をほとんど受けずに、第１の発振回路２３の出力信号が当該ＤＤＳの駆動用のクロック信号として供給される。
また、図８（ａ）及び図８（ｂ）において、ＤＤＳの駆動用のクロック信号として、温度センサとして用いる共振子２、３とは別に、圧電基板１に第３の共振子を設けておき、第１の発振回路２３から出力される出力信号に代えて、この第３の共振子から第３の発振回路（いずれも図示せず）を介して出力される出力信号を用いても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１ 圧電基板
２ 第１の共振子
３ 第２の共振子
２１ 第１の信号ポート
２２ 第２の信号ポート
２３ 第１の発振回路
２４ 第２の発振回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記第１の共振子及び前記第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び第２の発振回路と、
前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の少なくとも一方は、温度検出のために用いられることを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記第２の発振回路の出力信号の周波数に対応する信号を温度検出信号として用いるか、あるいは前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分に対応する信号を温度検出信号として用い、前記温度検出信号に基づいて前記第１の発振周波数の温度変動分を補償するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
発振器は、恒温槽付き発振器として構成され、
前記第２の発振回路の出力信号の周波数に対応する信号を温度検出信号として用いるか、あるいは前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分に対応する信号を温度検出信号として用い、前記温度検出信号に基づいて前記恒温槽の加熱源の供給電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項４】
前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、各々のＩＤＴ電極における電極指の周期長が互いに異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の発振器。
【請求項５】
前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、各々のＩＤＴ電極における電極指の膜厚が互いに異なる寸法に設定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の発振器。
【請求項６】
前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、前記圧電基板上における弾性表面波の伝搬方向が互いに異なる向きとなるように、これら第１の共振子及び第２の共振子のうち一方の共振子に対して他方の共振子が傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の発振器。
【請求項７】
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記第１の共振子及び前記第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び第２の発振回路と、
前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分を検出する周波数差検出部と、を備え、
この周波数差検出部にて得られた周波数差に対応する周波数の発振出力を得るように構成されたことを特徴とする発振器。
【請求項８】
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、前記第１の共振子を第１の発振回路に接続するための第１の信号ポートと、
前記圧電基板上に形成され、前記第２の共振子を第２の発振回路に接続するために、前記第１の信号ポートとは独立して設けられた第２の信号ポートと、を備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項１】
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記第１の共振子及び前記第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び第２の発振回路と、
前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の少なくとも一方は、温度検出のために用いられることを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記第２の発振回路の出力信号の周波数に対応する信号を温度検出信号として用いるか、あるいは前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分に対応する信号を温度検出信号として用い、前記温度検出信号に基づいて前記第１の発振周波数の温度変動分を補償するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
発振器は、恒温槽付き発振器として構成され、
前記第２の発振回路の出力信号の周波数に対応する信号を温度検出信号として用いるか、あるいは前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分に対応する信号を温度検出信号として用い、前記温度検出信号に基づいて前記恒温槽の加熱源の供給電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項４】
前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、各々のＩＤＴ電極における電極指の周期長が互いに異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の発振器。
【請求項５】
前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、各々のＩＤＴ電極における電極指の膜厚が互いに異なる寸法に設定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の発振器。
【請求項６】
前記第１の共振子及び前記第２の共振子は、前記圧電基板上における弾性表面波の伝搬方向が互いに異なる向きとなるように、これら第１の共振子及び第２の共振子のうち一方の共振子に対して他方の共振子が傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の発振器。
【請求項７】
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記第１の共振子及び前記第２の共振子に夫々接続される第１の発振回路及び第２の発振回路と、
前記第１の発振回路の出力信号の周波数及び前記第２の発振回路の出力信号の周波数の差分を検出する周波数差検出部と、を備え、
この周波数差検出部にて得られた周波数差に対応する周波数の発振出力を得るように構成されたことを特徴とする発振器。
【請求項８】
圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備えた第１の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、ＩＤＴ電極及び、このＩＤＴ電極における弾性表面波の伝搬方向の一方側及び他方側に各々配置された反射器を備え、前記第１の共振子とは共振周波数が異なる値に設定された第２の共振子と、
前記圧電基板上に形成され、前記第１の共振子を第１の発振回路に接続するための第１の信号ポートと、
前記圧電基板上に形成され、前記第２の共振子を第２の発振回路に接続するために、前記第１の信号ポートとは独立して設けられた第２の信号ポートと、を備えたことを特徴とする弾性表面波素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１５４９６（Ｐ２０１３−１１５４９６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７７９７（Ｐ２０１１−２５７７９７）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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