JP4604335B2

JP4604335B2 - Spherical boundary wave element

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Publication number: JP4604335B2
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Inventors: 教尊中曽
Original assignee: Toppan Inc
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Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: JP2002141769A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は弾性境界波素子に関係しており、より詳細には、少なくとも一部は球面形状の表面を有する内部基材あるいはそれに中間層を有して形成されていて円環状に連続した境界面の一部に弾性境界波発生手段を設けた球状弾性境界波素子に関係している。
【０００２】
【従来の技術】
基材上に弾性表面波を発生させるとともに基材上に発生された弾性表面波を受信するものとして弾性表面波素子は従来から良く知られている。従来の弾性表面波素子では圧電体上に１対の櫛形電極が設けられていて、一方の櫛形電極に高周波電圧を供給することにより一方の櫛形電極の並んでいる方向に弾性表面波を発生させ、他方の櫛形電極が一方の櫛形電極から発生される弾性表面波の移動方向に配置されていて上記弾性表面波を受け取る。弾性表面波素子は、遅延線，発信機の為の発振素子及び共振素子，周波数を選択する為のフィルター，化学センサー，バイオセンサー，またはリモートタグ等に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの弾性表面波素子の精度を高める為には、１対の櫛形電極相互間を弾性表面波が伝搬する際の伝搬損失を出来る限り小さくすることが望まれている。
【０００４】
しかしながら、通常の弾性表面波素子は１対の櫛形電極が設けられている圧電体の表面及び基材の表面が平坦であるので、一方の櫛形電極から発生された弾性表面波は他方の櫛形電極に向かい伝搬する間に上記表面上で伝搬方向と直交する方向にも拡散し弱まってしまう。この為に弾性表面波の伝搬損失を小さくすることが出来ず、また弾性表面波の発信から受信までの時間変化を測定対象として観測して応用する場合に、伝搬損失が大きくなると十分な強度の信号を得ることが出来ず、性能を高めることに限界がある。
また、球状基材の外表面に櫛型電極を用いるなどしてコンパクトで電気的に優れた弾性表面波素子を構成することも出来るが、外部に弾性表面波が伝搬する領域が露出するために、接触が許されない部分が存在し、取り扱いや固定、さらに、電気的な処理を行うに必要な電気部品をそれに付加するにその十分なスペースを球の表面に確保できないなどの難がある。
さらに、一般の固体材料は、温度が変化すると弾性的な性質がかわり出力が変化してしまうことによってセンサーとして使用する場合はその測定精度に、また共振素子などに使用する場合はその共振周波数を変化させてしまう一因になっていた。
【０００５】
この発明はこのような事情の下でなされ、この発明の課題は、従来の弾性表面波素子に比べ遥かに性能を高めることが出来るばかりでなく、コンパクトでもある球状境界波素子を提供し、且つ外部雰囲気の影響を受けにくい構成にすることが容易で、固定が容易で、さらに、入出力に必要な電気部品などを容易に追加可能な球状境界波素子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項１の発明は球面の一部で形成されていて円環状に連続している外表面を有した内部基材と；さらに上記外表面と円環状に接する外部基材と；上記内部基材と外部基材の円環状の境界に設けられた弾性境界波発生手段とを備えており、かつ、上記弾性境界波発生手段は高周波電源に接続される櫛形電極を含んでおり、かつ、弾性境界波発生手段が上記境界に沿い境界の連続する方向と交差する方向に拡散せずに上記境界の連続する方向に向かうよう境界波を発生させる、ことを特徴とする球状境界波素子としたものである。
【０００７】
さらに、請求項２においては、上記内部基材と外部基材の間に少なくとも一層の中間基材の層が上記連続する方向に存在する、請求項１に記載の球状境界波素子としたものである。
【０００８】
さらに、請求項３においては、上記のいずれの基材も非圧電材料で形成されていて、上記弾性境界波発生手段は、上記基材間のいずれかの境界に圧電材料膜を有すると共に圧電材料膜に電界を印可して上記基材の境界の連続する方向に弾性境界波を発生させることを特徴とする請求項１に記載の球状境界波素子としたものである。
【０００９】
また、請求項４では、上記内部基材、中間基材、外部基材のいずれかが圧電材料で形成されていて、上記弾性境界波発生手段は、圧電材料の基材に電界を印可して上記基材の境界の連続する方向に弾性境界波を発生することを特徴とする請求項２に記載の球状境界波素子としたものである。
【００１０】
また、請求項５では、上記弾性境界波発生手段が発生する弾性境界波は、ストーンリー波を含み、上記内部基材、中間基材、外部基材の少なくともいずれか一対（ａ、ｂ）の基材間のそれぞれの横波音速度Ｖｔ（ａ）、Ｖｔ（ｂ）、それぞれのレーリー波位相速度Ｖｒ（ａ）、Ｖｒ（ｂ）が、Ｖｔ（ａ）とＶｔ（ｂ）のいずれか小さい値が、Ｖｒ（ａ）とＶｒ（ｂ）のいずれか大きい値よりさらに大きくなっている関係にある、請求項２または４に記載の球状境界波素子としたものである。
【００１２】
また、請求項６では、櫛形電極の発生する弾性境界波の波長は上記外部基材の内側の球面の半径の１／１０以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の球状境界波素子としたものである。
【００１３】
また、請求項７では、櫛型電極の発生する弾性境界波の伝搬方向に直交する方向における電極の重なり幅は上記外部基材の内側の球面の直径の半分以下で上記内部基材の球面の半径の１／１００以上である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の球状境界波素子としたものである。
【００１５】
尚、本発明では、内部基材と外部基材の境界や中間層にエネルギーを集中させて伝搬する弾性波を境界波と総称しており、通常ストーンリー波とよばれる狭義弾性境界波だけでなく、中間層が有る場合に中間層にエネルギーを集中させて伝搬するガイディッドウエーブや、SH（シェアーホリゾンタル）波をふくみ、さらに、基材が異方性材料である場合に励起伝搬する擬似的な境界波も含んでいる。
このような弾性波を発生する場合についても、本発明ではその発生手段を弾性境界波発生手段と呼んでいる。
【００１６】
さらに、弾性境界波発生手段は、一般に弾性波を発生するだけでなく自身の部分に弾性波が伝搬してきた場合に弾性波を検出する機能を持つ。本発明は弾性境界波発生手段を検出手段として用いる場合も区別して述べることはせずに弾性境界波発生手段と呼ぶ事とする。
【００１７】
上述した課題を達成する為に、この発明に従った球状弾性境界波素子は、少なくとも球面の一部で形成されていて円環状に連続している外表面を有した内部基材とさらに上記外表面と少なくとも円環状に接する外部基材と；
上記内部基材と外部基材の円環状の境界に設けられた弾性境界波発生手段と
を備えており、弾性境界波発生手段が上記境界に沿い境界の連続する方向と交差する方向に拡散せずに上記境界の連続する方向に向かうよう弾性境界波を発生させる、ことを特徴とする球状弾性境界波素子としたものである、ことを特徴としている。
この為に弾性境界波は上記各基材間境界を円周方向に繰り返し伝搬することが出来、ひいては無限に伝搬することが出来る。
【００１８】
従って、従来の弾性表面波素子に比べ遥かに性能を高めることが出来るし、円環状に連続している境界を弾性境界波の伝搬路としているのでコンパクトでもある。
【００１９】
さらに、上記内部基材と外部基材の間に中間基材を設ける事によって、中間基材にエネルギーを集中させて伝搬する弾性境界波を用いた弾性素子を作成すれば、より様々な材料の組み合わせで弾性境界波の伝搬経路を構成出来る。
さらに内部基材、中間基材、外部基材のいずれも非圧電材料で形成されていて、上記弾性境界波発生手段は、上記基材のいずれかの基材間に設けられ、圧電材料膜を有すると共に圧電材料膜に電界を印可して上記基材の境界や中間層の連続する方向に弾性境界波を発生させることを特徴とすることで、効率よく弾性境界波を励起し、外部の環境の影響を受けにくい性能の良い素子を構成することができる。
【００２０】
また、上記内部基材、中間基材、外部基材のいずれかが圧電材料で形成されていている場合も、上記弾性境界波発生手段は、上記いずれかの基材の表面あるいは圧電材料で構成された中間層を挟んで設けられ、圧電材料でできた基材に電界を印可して上記基材の境界の連続する方向に弾性境界波を発生させることを特徴とすることで、作成が容易で、効率よく弾性境界波を励起し、性能の良い素子を容易に構成することができる。
また、上記弾性境界波が異種基材間境界にエネルギーを集中させて伝搬するストーンリー波である場合、より精度の高い素子を構成する事が出来る。
【００２１】
ここで、上記電界を印可する手段は、高周波電源に接続される櫛形電極を含んでいることを特徴とするのでさらに高い効率で、且つ特定の方向に弾性境界波を励起することが出来、結果としてさらに性能の良い素子を構成することができる。
【００２２】
さらに、櫛形電極の発生する弾性境界波の波長は上記外部基材の球面の半径の１／１０以下であることを特徴とすることにより、振動が球全体の固有振動ではなく、波長が電極周期に等しい弾性境界波とみなせる。
【００２３】
また、櫛型電極および付随の電気回路パターンなどの表面構造の全幅は、球の周囲長の半分以下である必要があり、したがって櫛型電極の重なり部分の合理的な幅は直径の半分以下となる。一方、櫛型電極の電極の重なり幅が櫛形電極が形成される球面の半径の1/100以下になると、境界波は伝搬とともに大きく拡散し、電極取り出し部や電極回路パターンや構造保持体などを球面形状の境界に設置することが困難になる。
【００２４】
さらに外部基材をレーザービームを透過する材料で構成されるとともに、外部基材と内部基材表面の間の少なくとも一部に、上記レーザービームを吸収して弾性境界波を含む弾性振動を発生するレーザービーム吸収層を弾性境界波発生手段として有する場合には、基材内部に圧電材料や電極パターンを構成することなく弾性境界波を発生且つ検出することができる利点を持つ。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下この発明の第１の実施の形態に従った球状弾性境界波素子について添付の図面中の図１を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の球状弾性境界波素子の第一の実施の形態例を斜視で表した説明図で、図１（ｂ）は本形態例に係る弾性境界波発生手段を平面で表した説明図である。図１（ｃ）は本形態例に係る弾性境界波発生手段の断面を模式的に示した説明図である。
【００２６】
第１の実施の形態に従った球状弾性境界波素子１は、球形状の外表面２ｃを持つ内部基材２と、それと少なくとも円環状に接する外部基材１０と、その接する境界の所望の位置に設置された弾性境界波発生手段４とを備えている。弾性境界波発生手段４は自身の設置位置を通過する内部基材２と外部基材１０の境界面（２ｃ）の連続する方向にある最大円周線２ａに沿い矢印Ａで示す如く伝搬する弾性境界波を発生させる。弾性境界波発生手段４が発生させる上記弾性境界波は、内部基材と外部基材の境界において最大円周線２ａに沿い少なくとも球面の一部で構成されていて円環状に連続している境界面内の円環領域２ｂ内を移動し、上記外表面（２ｃ）に沿い上記境界（２ｃ）が連続する方向にある最大円周線２ａに対し交差する方向において円環領域２ｂ外に拡散しない。
【００２７】
より詳細に説明すると、例えば直径１２．５ｍｍの球形状を持つ内部基材２は非圧電材料、例えば溶融石英、により形成されている。弾性境界波発生手段４は、内部基材２の外表面２ｃ上の上記所望の位置に形成された圧電材料膜４ａと、圧電材料膜４ａ上下に設けられる櫛型電極４ｄ、４ｃと、を備えている。さらにそれと接して先の溶融石英とは異なるガラス材で外部基材１０で覆われている。外部基材１０は固定用治具８で、固定基板９に設置されている。
この実施の形態において、弾性境界波発生手段４は、高周波電源６に接続されている櫛形電極４ｃ及び、４ｄで圧電材料膜４ｃを挟んだ構造を成している。櫛形電極４ｃ、４ｄの複数の電極片は上記連続する方向に配列されていてその電極の重なり幅Ｗが2mmであり、且つ電極周期Ｐは３５０μｍであり、最大円周線２ａに対し交差する方向において円環領域２ｂ外から外部基材を貫いて高周波電源６の両極が接続されている。なお、櫛型電極４ｄの形成後、圧電膜の形成は、ＺｎＯのDCスパッタ法などによって形成することが出来る。次に、上部電極を下部電極同様に蒸着して形成する。スパッタで用いるガスの濃度やＤＣ高圧電圧の電圧など、また蒸着マスクの作成方法についても、公知の方法を利用できる。
尚、電極周期Pは図２に示すような形状の櫛型電極でも定義される。一般にPの値は櫛型電極の最も発振しやすい弾性境界波の波長にほぼ等しい。また通常の平面基板に構成される櫛型電極は電極の重なり部分が直線であるが、曲線であったり電極周期が一定でない場合も本特許はそれを除外しない。
また弾性境界波発生手段において、圧電材料に電界を印可する為の電極の一方を内部基材、中間基材、外部基材のいずれかが兼ねていても良い。
【００２８】
球状弾性境界波素子１は、直方体の外部基材２の外表面にさらに金属膜（図示せず）でおおわれており、内部を外部雑音から守っている。
【００２９】
弾性境界波発生手段４から発生される弾性境界波の波長は３５０μｍであり、球形状の内部基材と外部基材境界のなす球半径の１／１０以下に設定されていて、この為に櫛形電極４ｃ、４ｄの複数の電極周期Ｐの距離も３５０μｍで球形状境界の半径の１／１０以下に設定されている。さらに、上記外表面２ｃに沿い上記連続する方向と交差する方向における上記弾性境界波の幅は３ｍｍ弱であり、球形状の境界の直径１２．５ｍｍ以下（より好ましくは、この直径の半分以下）で上記内部基材の球面の半径の１／１００以上になるよう設定されている。この為に、櫛形電極４ｃ、４ｄの重なり幅は球形状の基材境界の直径以下（より好ましくは、この直径の半分以下）で上記内部基材の球面の半径の１／１００以上になるよう設定されている。
図３は、ZnOを中間層４ｅとして構成した球状境界波素子の他の実施例の一部分を、断面で示した説明図である。このような構成にすることで、ZnO膜の有る部分と無い部分で境界波の反射が起こり精度が悪化することが無い。内部基材と外部基材の密着が悪い場合には境界波が発生しないために、密着させるために中間層を用いても良く、中間層の役割について本特許は制限しない。
また圧電材料膜に電界を印可する構成であれば問題はなく、櫛形電極は、圧電材料膜の表裏に形成された構造であっても、また図３のような構造であっても良い。
【００３０】
なおこの発明は、本願の発明者等が球面形状を持つ材料境界において所定の範囲の円弧（球形状境界面上の直線的な音源幅）で上記円弧と直交する方向に弾性境界波を発生させることにより上記円弧と直交する方向に沿い弾性境界波が上記円弧の方向に拡散することなく上記円弧と直交する方向に上記球状境界面を周回することを発見するとともに、2種類の材料の境界に境界波を伝搬させることで取り扱いやすく、安定した信号の送受が出来ることを発見したことによりなされた。
ストーンリー波（狭義の弾性境界波）は異種材料の境界に、両基材の弾性定数、例えば基材aと基材bの基材間のそれぞれの横波音速度Vt(a)、Vt(b)、レーリー波位相速度Vr(a)、Vr(b)が、次の場合にのみ伝搬可能であって、境界からエネルギーが外部に漏れる事のない波である。
「Vt(a)とVt(b)のいずれか小さい値が、Vr(a)とVr(b)のいずれか大きい値よりさらに大きくなっている」
このために、逆に境界以外の部分の素子の構造や環境の変化にその伝搬過程が影響されることを小さくできるとともに、例えば腐食性ガス中でも安定した素子を構成できる。ストーンリー波（狭義の弾性境界波）は公知の現象であるのでここではこれ以上の説明は加えないこととする。
また、レーリー波位相速度についても同様に公知であるので説明を要しない。
なお、内部基材と外部基材の間に境界波の波長以下の厚さで中間層を形成することでも球状弾性境界波素子を構成出来、特に中間層を圧電体で構成すればその表裏あるいはその一方に電極を形成する事によって弾性境界波発生手段を容易に構成でき、さらに横波を発生する圧電材料を用いれば、SH（シェアーホリゾンタル）波と呼ばれる弾性波を中間層を中心に発生して伝搬させることも容易である。
【００３１】
なお、弾性境界波の伝搬する球面の半径の１／１００よりも小さな弾性境界波の発生源（音源）では、話を簡単にする為に弾性境界波の発生源を点とすると、弾性境界波は発生源を中心にして球形境界面を同心円状に広がった後に上記発生源とは正反対の側の地点に向かい同心円状に集束し、また上記正反対の側の地点から球形状の基材の内表面上を同心円状に広がった後に球形状の基材の内表面において上記正反対の側の地点とは正反対に位置する弾性境界波の発生源に再度集束する。即ち、上記球面の半径の１／１００よりも小さな弾性境界波の発生源では、弾性境界波の発生源から放射された弾性境界波は上記境界においてその進行方向と直交する方向に拡散してしまい、電極取り出しなどの影響によって弾性境界波の伝搬に影響を与えてしまう。
【００３２】
幅の広い弾性境界波の発生源では、発生源から発生された弾性境界波は上記所定の範囲の中心を通過し上記所定の範囲の円弧と直交する方向に沿い移動するとともに上記円弧を含む円周線を赤道と仮に考えた時の極に該当する位置に向かい集束し、極に該当する位置を通過した後は上記円周線上において上記所定の範囲とは正反対の側で上記所定の範囲と同じ所定の範囲に拡散し、さらに別の極に該当する位置に向かい集束し、別の極に該当する位置を通過した後は上記所定の範囲に再度拡散するという、球の半周毎に集束と拡散とを繰り返している。この場合も理論的には無限に繰り返し可能であるが、点に集束するときに局所的に振幅が大きくなりすぎることによって線形効果が生じて出力に予想外の影響が出る事が考えられる。それ以外の場合でも、電極取り出し口などの取り付け場所が弾性波の伝搬を妨害しない領域に確保できないなどの問題が生じる。
【００３３】
弾性境界波が上記円弧の方向に拡散することなく上記円弧と直交する方向に上記球面を周回する為の条件は以下のようにして求められた。
【００３４】
図４には、本発明の効果を示す計算のための座標系が示されている。ｘｙｚ座標軸と半径ｒの球面の交点をＡ，Ｂ，Ｃとして、円弧ＡＣに対し平行な円弧ＤＦ上の点Ｐから発生した弾性境界波が円弧ＣＧ上の点Ｑに達するとする。角度φ_o ，θ_o ，φ₁ ，θ₁ を図２中に示したように取ると、点Ｐ，Ｑの座標は
（ｒｃｏｓφ_o ｃｏｓθ_o ，ｒｓｉｎφ_o ，ｒｃｏｓφ_o ｓｉｎθ_o ）及び
（ｒｃｏｓφ₁ ｃｏｓθ₁ ，ｒｃｏｓθ₁ ｓｉｎφ₁ ，ｒｓｉｎθ₁ ）
となるため、
ＰＱ² ＝２ｒ² ［１−ｃｏｓφ_o ｃｏｓθ_o ｃｏｓφ₁ ｃｏｓθ₁ −
ｓｉｎφ_o ｃｏｓφ₁ ｃｏｓθ₁ −ｃｏｓφ_o ｓｉｎφ_o ｓｉｎθ₁ ］…(1)
である。従って、角ＰＯＱ＝θとおくと余弦定理より
ｃｏｓθ＝ｃｏｓφ_o ｃｏｓθ_o ｃｏｓφ₁ ｃｏｓθ₁ ＋
ｓｉｎφ_o ｃｏｓφ₁ ｃｏｓθ₁ ＋ｃｏｓφ_o ｓｉｎφ_o ｓｉｎθ₁ …(2)
の関係が成り立つ。
【００３５】
点Ｐで発生した弾性境界波の点Ｑにおける粒子変位の半径方向成分は、
【００３６】
【数１】

…(３)
【００３７】
である（Ｖｉｋｔｏｒｏｖ，ＲａｙｌｅｉｇｈａｎｄＬａｍｂＷａｖｅｓ）。この式はレイリー波やラム波について求められたものであるが境界波にも適用できる。なおここで、Ｃは定数、ｍは円周の長さと弾性境界波の波長との比で、波数パラメータと呼ぶ。またＣ_R は境界波の位相速度，ｔは時間である。角度θは式（２）から求められる。点Ｅから見こむ角度が２θ_A の円弧状音源による点Ｑの音場は、式（３）をθ_o について−θ_A からθ_A まで積分することにより得られる。音場分布は点Ｑの迎角θ₁ を変化させて計算することで求められる。
【００３８】
図５の（ａ），（ｂ），（ｃ），そして（ｄ）には点ＰがＸＺ面上にあるφ_o＝０の場合について上記の式（３）を使用して求めた弾性境界波が球形状の内部基材２と外部基材１０の境界面上を伝搬する４つの状態が示されている。
【００３９】
図３の（ａ），（ｂ），そして（ｃ）は、波数パラメータｍ＝６００の場合の音場（粒子変位の絶対値の角度θ₁ 依存性）を調べた結果である。図の各々において、最も下のプロットは球面上の弾性境界波の伝搬を表す角度（伝搬角）φ₁ が１０°の場合の音場であり、上に向かって２０°づつ増加した場合の音場が順にプロットしてある。
【００４０】
図５の（ａ）は、開口半角θ_A ＝３０°の場合である。この場合には、図５の（ａ）から明らかなように、弾性境界波の伝搬状態は集束ビーム形状である。即ち、伝搬角φ₁ が増加するにつれて音場の幅が減少しφ₁ ＝９０°で最小になった後は再び幅が増加し対極点１８０°で音源上と同じ分布が再現される。以降は１８０°毎に上記同じ変化が繰り変えされ、何周回っても同じ変化が繰り変えされる。これは回折による波の拡散が全く無い球面に独特な現象である。この場合、開口半角θ_A ＝３０°よりも音場が広がることがなく、θ₁ ＜θ_A の帯状部分に弾性境界波のエネルギーが閉じ込められている。この場合には、球形状の基材１２の境界上においてθ₁ ＞θ_A の部分に他の構造物や欠陥などがあっても音場に擾乱は生じない。
【００４１】
図５の（ｃ）は、開口半角θ_A ＝１°の場合である。この場合には、図５の（ｃ）から明らかなように、弾性境界波の伝搬状態は点音源の場合と類似した発散ビーム形状である。即ち、伝搬角φ₁ が増加するにつれて音場の幅も増加しφ₁ ＝９０°で最大になった後は再び幅が減少し対極点１８０°で音源上と同じ分布が再現される。この場合は、図３の（ａ）を参照しながら上述した集束ビームに場合とは異なり、θ₁ ＜θ_A の帯状部分に弾性境界波のエネルギーが閉じ込められることが無く、φ₁ ＝９０°では略大円全体に広がってしまう。この場合には、球形状の内部基材２と外部基材１０の境界においてθ₁ ＞θ_A の部分に他の構造物や欠陥などがあると音場に擾乱が生じる。
【００４２】
図５の（ｂ）は、開口半角θ_A ＝３．５°の場合である。この場合には、図５の（ｂ）から明らかなように、弾性境界波の伝搬状態は伝搬角φ₁ が増加しても音場の幅は殆ど変化しないコリメートビーム形状である。即ち、θ₁ ＝θ_A の帯状部分に弾性境界波のエネルギーが閉じ込められている。これは無限媒体中のベッセルビームと同様な特性である。そしてコリメートビームが得られる開口半角θ_A をコリメート角θ_col と呼ぶ。
【００４３】
図５の（ａ）乃至（ｃ）から明かなように、開口半角θ_A がコリメート角θ_col に略等しい時、最も幅の狭い帯状部分に弾性境界波のエネルギーが閉じ込められている。
【００４４】
さらに、波数パラメータを変化させて上述したのと同様の数値解析を行った結果、波数パラメータｍによりコリメート角θ_col が変化することが分かった。図５の（ｄ）は、波数パラメータｍが３００の場合に弾性境界波の伝搬状態がコリメートビーム形状になるのは、開口半角θ_A が略４．５°であることを示しており、この場合のコリメート角θ_col は略４．５°になる。
【００４５】
以下には、波数パラメータｍが変化した場合のコリメート角θ_col の値を示す。
【００４６】
波数パラメータｍコリメート角θ_col
（球の周囲長／弾性境界波波長）
１５０７．０
３００４．５
４５０４．０
６００３．５
７５０３．０
なおこれは、数値計算による近似値である。
【００４７】
以上詳述したことから明かなように、この実施の形態では、波数パラメータｍから上記の式（３）を使用してコリメート角θ_col を求めるようにしている。そして、球形状の表面を持つの基材２の境界の所望の位置に弾性境界波発生手段４、より詳細には弾性境界波発生手段４の櫛形電極４ｃ及び４ｄの相対位置で決まる電極の重なり幅W、がコリメート角θ_col により規定される幅より広く設置され、この弾性境界波発生手段４により弾性境界波を発生させると、この弾性境界波は球形状を持つの内部基材２の境界面上で電極の重なり幅により規定された範囲内を上記コリメート角θ_col の方向に拡散することなく伝搬する。図１では、電極の重なり幅により規定された上記範囲が円環領域２ｂに相当しており、また上記コリメート角θ_col と直交する方向が最大円周線２ａに沿った方向に相当している。
【００４８】
そして実際には、波長パラメータ（上記球面の上記連続する方向における周囲長さ／弾性境界波波長）が１００乃至８００であり、櫛形電極の電極の幅がコリメート角（コリメートビームが得られる角）と等しいかそれに近いことが好ましい。
【００４９】
ここで、発生する弾性境界波の波長は櫛型電極に電界が印可されることで圧電材料中に生じる電界分布の周期長すなわち電極周期に一般的に等しい。また、広帯域用の弾性境界波素子に見られるように、電極間隔が複数あるいは連続した幅を持つ場合にも、それに相当する弾性境界波の各周波数成分の波長について上記条件が成り立つ場合には、その周波数成分については伝搬方向垂直に弾性境界波が拡散しない弾性境界波素子が構成できる。
【００５０】
図６は、圧電材料による基材を用いた時の第２の実施の形態例を示した説明図である。本発明の球状弾性境界波素子を用いて、温度センサーを構成した時の実施例を示す。
PZTセラミック製で半径Ｒが６．２５ｍｍ（直径１２．５ｍｍ）の球の2面を削るとともに、円筒形に貫通穴４０を形成した内部基材４１の外側表面に櫛型電極によりなる弾性境界波発生手段４を作成する。櫛型電極は抵抗加熱蒸着により形成できる。最後に表１に示す弾性定数を持つ溶融したガラス材料を5mmの厚さにモールドして外部基材とした。さらにPZT圧電材料は高電圧をかけてポーリングする必要がありこれについて、内部貫通穴４０に電極を挿入すると共に、外部基材４２の外周にポーリング用の電極で囲んだ上で両電極間に高電圧をかけることで内部基材であるPZTセラミックの分極処理を施した。
この場合には、弾性境界波素子は、弾性境界波の励起手段が櫛形電極だけであるので、素子の境界を周回する境界波の伝搬を妨害する圧電材料による膜などを作る必要がなく、高精度な素子の作成が可能であった。
【００５１】
【表１】

【００５２】
このように、本願の発明に従った球状弾性境界波素子は弾性境界波が伝搬される円環領域が外部基材で覆われている為に素子の固定が容易であるばかりでなく、基材の外部表面に、信号処理用の増幅装置などを設置することも可能であり、全体を導体で囲えば、外部からの電気的な雑音に強く、また内部の信号を外部に漏洩して他の装置に影響を与えることを防ぐことも容易である。特にレーザービームを用いて境界波を励起して使用する外部基材が透明な材料を用いた素子を構成する場合に、外部基材表面自体にレンズやプリズムの形状加工を行うことも可能である。
【００５３】
また、この発明の球状弾性境界波素子において使用する少なくとも球面の一部で形成されていて円環状に連続している基材間境界の直径には制限がなく非常に大きな直径のものから非常に小さな直径のものまで、現在知り得る全ての手段により準備することが出来る。
【００５４】
さらに、上記基材の境界の所定の位置に設けられる圧電材料膜も現在知り得る全ての手段により準備することが出来るし、この圧電材料膜上または上記基材の境界の所定の位置に設けられる弾性境界波発生手段も現在知り得る全ての手段により準備することが出来る。ここにおける現在知り得る全ての手段には、導電性箔から櫛形電極状に独立して形成されたものを圧電材料膜上または上記基材境界の所定の位置に貼り付けたり、圧電材料膜上または上記基材の基材境界に蒸着や印刷やスパッタリングや、ゾルゲル法等により形成することを含んでいる。
【００５５】
さらに、内部基材と外部基材の間に液体やオイルなどを中間基材として使用し、ガイデッドウエーブや、先に述べたように、SH（シェアーホリゾンタル）波と呼ばれる、通常境界波と呼ばれないが内部基材と外部基材の境界や中間層にエネルギーを集中して伝搬する弾性波を用いても良い。
【００５６】
以下この発明のその他の実施の形態について図７を用いて説明する。この第３の実施の形態では、弾性波や弾性境界波を励起して検出する方法が異なる。
弾性境界波は以上詳述したような圧電材料に電界をかけることによって発生させることが出来るが、レーザービームを材料に照射して熱膨張を起こすことによっても弾性境界波を発生することが出来る。この場合にはレーザービームを吸収して熱膨張を起こす膜を内部基材と外部基材の間に構成して弾性境界波発生手段を構成しても良い。前記レーザービーム吸収膜を縞形状に形成すれば、縞の間隔で決まる波長の弾性境界波を強く励振する事ができる。あるいは内部基材がその表面でレーザービームを吸収する材料で構成される場合には内部基材の表面が弾性境界波発生手段を兼ねることになる。この場合も、レーザービームを吸収しない膜を縞形状に構成して縞の間隔で決まる波長の弾性境界波のみを強く励振する事ができる。
【００５７】
レーザービームのあて方としては、材料（基材）境界に直線形状の照射域を移動することで、直線に垂直方向に弾性境界波を励起伝搬させることが出来る。
また、効率良く弾性境界波を発生させる方法として、走査干渉縞（ＳＩＦ）を用いる方法がある。これらのレーザービームを用いて弾性境界波を励起する方法は公知であるのでここでは詳しく説明しないが、ＳＩＦを用いた方法についてその実施の形態について説明を加える。
【００５８】
球形状の内部基材２は、たとえばPZTで作成される。外部基材１０はガラス製で固定が容易な為に直方体に加工され平滑に光学研磨されている。
この構成の場合に、PZT外表面はレーザービームL1及びL2を吸収するために、この表面は弾性境界波発生手段を兼ねている。
【００５９】
レーザー発振器から発信されたレーザービームLは２本のビームL1,L2にビームスプリッタと呼ばれる光学部品１４ｂ,１４ｆによって分けられ一方のみΔｆだけ周波数をかえる。これらのビームを内部基材２のPZT面上で干渉させることで、レーザービームによる走査干渉縞が形成され、同じ干渉縞の分布でPZT面が熱膨張をおこして弾性波、特に境界波を効率良く発振して伝搬させることができる。
【００６０】
図７（ａ）はその他の実施形態の例の、弾性境界波発生に使用される装置の全体を概略的に示す説明図、図７（ｂ）は、本実施形態例の弾性境界波素子を断面で表した説明図である。図７の（ａ）が、球形状の内部基材２と外部基材１０の境界２ｃ上に弾性境界波を発生させ、それを検出する為の装置を示している。３ｍｍの直径の２本のＹＡＧレーザービームＬ１，Ｌ２が内部基材２の表面１２の所定の範囲Ｗ（図７の（ｂ））に対し略直角に向けられており、一方のＹＡＧレーザービームＬ１に対し他方のＹＡＧレーザービームＬ２はブラグセル１４ｇを使用して３０ＭＨｚだけ周波数が偏移されている。異なった周波数を伴った２本のレーザービームＬ１，Ｌ２の干渉により、基材１０の内表面の所定の範囲Ｗ（図７（ｂ））において２本のレーザービームＬ１，Ｌ２が照射された部分に走査干渉縞が形成される。
なお、レーザーに対して透明な外部基材の外側を凸形状にする等してレンズの役割をはたさせることが出来る。
【００６１】
第１の副回動反射鏡１４ｄ，第２の副回動反射鏡１４ｈ，さらに主回動反射鏡１４ｅのような機械的な調整手段により、干渉縞の平均隙間が弾性境界波の波長に等しくされるとともに、干渉縞の走査速度は位相速度に等しくされ、干渉縞と弾性境界波との位相の整合が行われる。レーザービームＬ１，Ｌ２は、干渉縞と弾性境界波との間の長い相互作用時間を達成する為に、１００ｎｓ程度の特別に設計された長いパルスを有している。
【００６２】
なお上記所定の範囲Ｗ（図７の（ｂ））は最大円周線１２ａに沿い球形状の内部基材２と外部基材１０の境界２ｃの一部で規定されている円環状に連続している円環領域１２ｂを規定している。
このように、櫛型電極を用いなくとも、内部基材と外部基材の間に、ある音源幅をもって条件に沿った波長の弾性境界波を特定の方向に伝搬するように励起することで、ある円環の幅内を、拡散することなく周回させることが出来る。
【００６３】
内部基材と外部基材境界を伝搬する弾性境界波の検出はナイフエッジ法等を用いて光学的に行うことが出来る。ナイフエッジ法を用いる場合は、細く絞ったレーザービームをレーザーを反射する内部基材表面の微小領域に集束照射して、その反射光の一部をスリット１６ｄ等で遮蔽する。遮蔽されなかったビームの強度を電気的にフォトダイオード１６ｅなどを用いて信号化するものであって、基材境界を弾性境界波が伝搬することで起きる内部基材表面の微小な傾きによるレーザー反射波ビームの振れから非接触で弾性境界波を電気信号として観測することが出来る。
【００６４】
この構成の場合、弾性境界波を励起させるための圧電材料を形成する必要が無く、パターンニングされた電極も無い為に、圧電材料が励起されて基材境界を周回する弾性境界波の伝搬を阻害することがないだけでなく、任意の周波数を励起出来るなどの特徴を持つことは明白である。
【００６５】
なお、内部基材表面を帯状に伝搬する弾性境界波は互いに伝搬経路を交差しても互いに影響しないことから、図８に示すように複数の弾性境界波発生手段を同一境界面上に構成する事もできる。図に２つの弾性境界波発生手段による境界波伝搬経路１，２（６０，６１）を模式的に示した。この事は、圧電材料を用いて弾性境界波を励起するときも、レーザービームを用いて励起するときも同様である。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したことから明かなように、この発明に従った球状弾性境界波素子は、従来の弾性表面波素子に比べ遥かに性能を高めることが出来るばかりでなく、コンパクトでもあり、外部の環境に対して安定な弾性境界波素子を構成でき、取り扱いや固定が容易で、且つ基材外部の表面に電子回路等を形成することも出来る。
【００６７】
なお、弾性境界波の発生を、レーザービームを用いて行う方法によっても、上記の利点は共通であり、とくに、基材表面の加工よって光学系を兼ねさせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の球状弾性境界波素子の第１の実施形態の例を示す説明図で、図１（ａ）はこの発明の第１の実施の形態に従った球状弾性境界波素子の概略的な説明図、図１（ｂ）は弾性境界波発生手段の一例を平面で示した説明図、図１（ｃ）はその断面の説明図である。
【図２】本発明の弾性境界波発生手段に用いる櫛型電極の一例を示す説明図である。
【図３】中間層を有する場合の断面の説明図である。
【図４】球状弾性境界波素子の内表面の所定の位置に振動手段を設ける幅を規定する為に使用する式の基礎となる座標系を概略的に示す斜視図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ），そして（ｄ）は、図４の座標系を使用して作成された式により計算された波数パラメータｍ（円周の長さと弾性境界波の波長の比）と開口半角（振動手段を設ける幅の１／２）を変えて得られた弾性境界波が球状弾性境界波素子の球形状の境界を伝搬する４つの状態を概略的に示す図である。
【図６】内部基材にＰＺＴセラミックを使用した実施例の説明図である。
【図７】（ａ）は、第２の実施例の形態で利用されるレーザーを用いて弾性境界波を発生するにもちいられるレーザー発振装置、その加工を行う光学系、及び弾性境界波表面で発生する弾境界波をレーザーをもちいて検出する方法の説明図、（ｂ）は第２の実施の形態に従った、レーザーを用いて弾性境界波を励起する方法を採用するにもちいる弾性境界波素子の構成を断面で示す説明図である。
【図８】本発明の球面弾性境界波素子の実施例の一部分を示す説明図である。
【符号の説明】
１球状弾性境界波素子・・・・
２・・・・内部基材
２ａ・・・・最大円周線
２ｂ・・・・円環領域
２ｃ・・・・外表面
４・・・・弾性境界波発生手段
４ａ・・・・圧電材料膜
４ｃ・・・・櫛型電極
４ｄ・・・・櫛型電極
４ｅ・・・・中間層（ＺｎＯ圧電膜材料）
８・・・・固定用治具
９・・・・固定基板
１０・・・・外部基材
１２ａ・・・・最大円周線
１２ｂ・・・・円環領域
１４ｂ・・・・光学部品
１４ｄ・・・・第１の副回動反射鏡
１４ｅ・・・・主回動反射鏡
１４ｆ・・・・光学部品
１４ｇ・・・・ブラグセル
１４ｈ・・・・第２の副回動反射鏡
１６ｄ・・・・スリット
１６ｅ・・・・フォトダイオード
４０・・・・貫通穴
４１・・・・内部基材（ＰＺＴセラミックス）
４２・・・・外部基材（ガラス材）
６０・・・・境界波伝搬経路１
６１・・・・境界波伝搬経路２
L、Ｌ２、Ｌ３・・・・レーザービーム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a boundary acoustic wave element, and more specifically, at least a part of an inner base material having a spherical surface or an intermediate layer formed on the inner base material, and a boundary surface continuous in an annular shape. This is related to a spherical boundary acoustic wave element in which boundary acoustic wave generating means is provided in a part thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A surface acoustic wave element has been well known as one that generates surface acoustic waves on a substrate and receives surface acoustic waves generated on the substrate. In a conventional surface acoustic wave element, a pair of comb electrodes are provided on a piezoelectric body, and by supplying a high frequency voltage to one comb electrode, a surface acoustic wave is generated in the direction in which the one comb electrode is aligned. The other comb-shaped electrode is arranged in the moving direction of the surface acoustic wave generated from the one comb-shaped electrode and receives the surface acoustic wave. The surface acoustic wave element is used for a delay line, an oscillation element and a resonance element for a transmitter, a filter for selecting a frequency, a chemical sensor, a biosensor, or a remote tag.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to increase the accuracy of these surface acoustic wave elements, it is desired to minimize the propagation loss when the surface acoustic wave propagates between a pair of comb electrodes.
[0004]
However, since a normal surface acoustic wave element has a flat piezoelectric substrate surface and a substrate surface on which a pair of comb electrodes are provided, the surface acoustic wave generated from one comb electrode is the other comb electrode. While propagating toward the surface, the light diffuses and weakens in the direction perpendicular to the propagation direction on the surface. For this reason, the propagation loss of surface acoustic waves cannot be reduced, and when the time variation from the surface acoustic wave transmission to reception is observed and applied as a measurement target, the propagation loss increases with sufficient strength. There is a limit to improving the performance because the signal cannot be obtained.
In addition, it is possible to construct a compact and electrically excellent surface acoustic wave element by using a comb-shaped electrode on the outer surface of the spherical base material, but because the region where the surface acoustic wave propagates is exposed to the outside There is a portion where contact is not allowed, and there is a difficulty that a sufficient space cannot be secured on the surface of the sphere for handling, fixing, and adding an electrical component necessary for electrical processing.
Furthermore, general solid materials change their elastic properties when the temperature changes, and the output changes, so that the measurement accuracy when used as a sensor, and the resonance frequency when used as a resonant element, etc. It was one of the causes that changed.
[0005]
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a spherical boundary wave device that not only can have a much higher performance than a conventional surface acoustic wave device, but is also compact, and An object of the present invention is to provide a spherical boundary wave element that can be easily configured to be hardly affected by the external atmosphere, can be easily fixed, and can easily add electric parts necessary for input / output.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention solves this problem, and the invention of claim 1ballAn inner substrate having an outer surface formed of a part of a surface and continuous in an annular shape; and the outer surfaceAnd circleAn external base material in contact with the ring; and boundary acoustic wave generating means provided at the annular boundary between the internal base material and the external base material,The boundary acoustic wave generating means includes a comb-shaped electrode connected to a high frequency power source, andA spherical boundary wave element characterized in that the boundary acoustic wave generating means generates a boundary wave so as not to diffuse in a direction intersecting with the boundary continuous direction along the boundary but toward the continuous direction of the boundary. Is.
[0007]
Furthermore, in Claim 2, it is set as the spherical boundary wave element of Claim 1 in which the layer of at least one intermediate base material exists in the said continuous direction between the said internal base material and an external base material. is there.
[0008]
  Further, according to a third aspect of the present invention, any of the above base materials is formed of a non-piezoelectric material, and the boundary acoustic wave generating means includes a piezoelectric material film at any boundary between the base materials and a piezoelectric material. A boundary acoustic wave is generated in a continuous direction of the boundary of the substrate by applying an electric field to the film.In claim 1The spherical boundary wave element described is used.
[0009]
  According to a fourth aspect of the present invention, any one of the internal base material, the intermediate base material, and the external base material is formed of a piezoelectric material, and the boundary acoustic wave generating means applies an electric field to the base material of the piezoelectric material. A boundary wave is generated in a continuous direction of the boundary of the substrate.Claim 2The spherical boundary wave element described is used.
[0010]
  Further, in claim 5, the boundary acoustic wave generated by the boundary acoustic wave generating means includes a Stoneley wave, and at least one pair (a, b) of the internal base material, the intermediate base material, and the external base material. The transverse sound velocities Vt (a) and Vt (b) between the substrates and the Rayleigh wave phase velocities Vr (a) and Vr (b) are the smaller of Vt (a) and Vt (b). Is in a relationship that is larger than the larger value of either Vr (a) or Vr (b).Claim 2 or 4The spherical boundary wave element described is used.
[0012]
  Claims6Then, the wavelength of the boundary acoustic wave generated by the comb electrode is 1/10 or less of the radius of the inner spherical surface of the external base material.1 to 5The spherical boundary wave element described above is used.
[0013]
  Claims7Then, the overlapping width of the electrodes in the direction orthogonal to the propagation direction of the boundary acoustic wave generated by the comb-shaped electrode is less than half of the diameter of the inner spherical surface of the outer base material and is 1/100 of the radius of the spherical surface of the inner base material. Or more.In any one of 1 to 6The spherical boundary wave element described is used.
[0015]
In the present invention, the elastic wave propagating by concentrating energy on the boundary between the inner base material and the outer base material or the intermediate layer is collectively referred to as a boundary wave, and only a narrowly-defined elastic boundary wave, usually called a Stoneley wave, is used. In addition, when there is an intermediate layer, it includes a guided wave that propagates by concentrating energy in the intermediate layer and SH (shear horizontal) waves, and in addition, it is a pseudo-propagation that propagates when the substrate is an anisotropic material Including the boundary wave.
Even in the case where such an elastic wave is generated, in the present invention, the generating means is called elastic boundary wave generating means.
[0016]
Further, the boundary acoustic wave generating means generally has a function of not only generating an elastic wave but also detecting an elastic wave when the elastic wave propagates to itself. In the present invention, the boundary acoustic wave generating means is used as the detecting means.
[0017]
In order to achieve the above-described problems, a spherical boundary acoustic wave element according to the present invention includes an inner base material having an outer surface that is formed of at least a part of a spherical surface and is continuous in an annular shape, and further An external substrate in contact with the surface at least in an annular shape;
Boundary acoustic wave generating means provided at the annular boundary between the inner substrate and the outer substrate;
The boundary acoustic wave generating means generates the boundary acoustic wave so as to go in the continuous direction of the boundary without diffusing in the direction intersecting the continuous direction of the boundary along the boundary. It is characterized by a spherical boundary acoustic wave element.
For this reason, the boundary acoustic wave can propagate repeatedly in the circumferential direction along the boundary between the base materials, and can propagate infinitely.
[0018]
Therefore, the performance can be improved much more than that of the conventional surface acoustic wave device, and it is compact because the boundary that is continuous in an annular shape is used as the propagation path of the boundary acoustic wave.
[0019]
Furthermore, by providing an intermediate base material between the internal base material and the external base material, if an elastic element using boundary acoustic waves that propagate by concentrating energy on the intermediate base material is created, more various materials can be used. The propagation path of the boundary acoustic wave can be configured in combination.
Furthermore, any of the internal base material, the intermediate base material, and the external base material is formed of a non-piezoelectric material, and the boundary acoustic wave generating means is provided between any of the base materials, and the piezoelectric material film is And generating an elastic boundary wave in the continuous direction of the boundary of the base material and the intermediate layer by applying an electric field to the piezoelectric material film, thereby efficiently exciting the elastic boundary wave and external environment. Thus, it is possible to configure a device with high performance that is not easily affected by the above.
[0020]
Further, even when any of the internal base material, the intermediate base material, and the external base material is formed of a piezoelectric material, the boundary acoustic wave generating means is configured by the surface of any of the base materials or the piezoelectric material. Easily created by applying an electric field to a base material made of a piezoelectric material and generating elastic boundary waves in the continuous direction of the base material boundary. Therefore, it is possible to efficiently excite the boundary acoustic wave and easily configure a device with good performance.
In addition, when the boundary acoustic wave is a Stoneley wave that propagates while concentrating energy on the boundary between different kinds of base materials, a more accurate element can be configured.
[0021]
Here, the means for applying the electric field includes a comb-shaped electrode connected to a high-frequency power supply, so that the boundary acoustic wave can be excited in a specific direction with higher efficiency, and as a result. As a result, it is possible to configure an element with higher performance.
[0022]
Furthermore, the wavelength of the boundary acoustic wave generated by the comb-shaped electrode is 1/10 or less of the radius of the spherical surface of the external substrate, so that the vibration is not the natural vibration of the entire sphere, and the wavelength is the electrode period. It can be regarded as an elastic boundary wave equal to.
[0023]
Also, the total width of the surface structure such as the comb electrode and the accompanying electrical circuit pattern should be less than half the circumference of the sphere, so the reasonable width of the overlapping part of the comb electrode is less than half the diameter. Become. On the other hand, when the overlapping width of the electrodes of the comb-shaped electrode becomes 1/100 or less of the radius of the spherical surface on which the comb-shaped electrode is formed, the boundary wave is greatly diffused as it propagates, It becomes difficult to install at the boundary of the spherical shape.
[0024]
Further, the external base material is made of a material that transmits the laser beam, and at least part of the surface of the external base material and the internal base material absorbs the laser beam and generates elastic vibration including elastic boundary waves. In the case of having the laser beam absorption layer as the boundary acoustic wave generating means, there is an advantage that the boundary acoustic wave can be generated and detected without forming a piezoelectric material or an electrode pattern inside the substrate.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A spherical boundary acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIG. 1 in the accompanying drawings. FIG. 1A is an explanatory view showing a first embodiment of the spherical boundary acoustic wave element of the present invention in perspective, and FIG. 1B is a plan view of the boundary acoustic wave generating means according to this embodiment. It is explanatory drawing represented. FIG. 1C is an explanatory view schematically showing a cross section of the boundary acoustic wave generating means according to this embodiment.
[0026]
The spherical boundary acoustic wave device 1 according to the first embodiment includes an inner base material 2 having a spherical outer surface 2c, an outer base material 10 in contact with at least an annular shape thereof, and a desired position of the boundary in contact with the inner base material 2. The boundary acoustic wave generating means 4 is provided. The elastic boundary wave generating means 4 is an elastic wave propagating as indicated by an arrow A along the maximum circumferential line 2a in the direction in which the boundary surface (2c) between the inner base material 2 and the outer base material 10 passing through its installation position continues. Generate boundary waves. The boundary acoustic wave generated by the boundary acoustic wave generating means 4 is a boundary which is formed of at least a part of a spherical surface along the maximum circumferential line 2a at the boundary between the inner base material and the outer base material and is continuous in an annular shape. It moves within the in-plane annular region 2b and does not diffuse outside the annular region 2b in the direction intersecting the maximum circumferential line 2a in the direction in which the boundary (2c) continues along the outer surface (2c). .
[0027]
More specifically, for example, the inner base material 2 having a spherical shape with a diameter of 12.5 mm is formed of a non-piezoelectric material, for example, fused quartz. The boundary acoustic wave generating means 4 includes a piezoelectric material film 4a formed at the desired position on the outer surface 2c of the inner base material 2, and comb-shaped

electrodes

4d and 4c provided above and below the piezoelectric material film 4a. ing. Further, it is covered with the external base material 10 with a glass material different from the above fused quartz. The external base material 10 is a fixing jig 8 and is installed on a fixed substrate 9.
In this embodiment, the boundary acoustic wave generating means 4 has a structure in which a piezoelectric material film 4c is sandwiched between

comb electrodes

4c and 4d connected to a high frequency power source 6. The plurality of electrode pieces of the comb-shaped

electrodes

4c and 4d are arranged in the continuous direction, the overlapping width W of the electrodes is 2 mm, the electrode period P is 350 μm, and the direction intersecting the maximum circumferential line 2a In FIG. 5, both poles of the high-frequency power source 6 are connected from outside the annular region 2b through the external base material. In addition, after the formation of the comb-shaped electrode 4d, the piezoelectric film can be formed by a ZnO DC sputtering method or the like. Next, the upper electrode is formed by vapor deposition in the same manner as the lower electrode. Known methods can be used for the gas concentration used in sputtering, the voltage of the DC high voltage, and the like, and also for the method of creating the vapor deposition mask.
The electrode period P is also defined by a comb-shaped electrode having a shape as shown in FIG. In general, the value of P is approximately equal to the wavelength of the boundary acoustic wave that is most likely to oscillate in the comb electrode. Further, in the comb-shaped electrode formed on a normal flat substrate, the overlapping portion of the electrodes is a straight line, but this patent does not exclude the case where the electrode is a curved line or the electrode period is not constant.
In the boundary acoustic wave generating means, one of the electrodes for applying an electric field to the piezoelectric material may serve as an internal base material, an intermediate base material, or an external base material.
[0028]
The spherical boundary acoustic wave element 1 is further covered with a metal film (not shown) on the outer surface of a rectangular parallelepiped external base material 2 to protect the inside from external noise.
[0029]
The wavelength of the boundary acoustic wave generated from the boundary acoustic wave generating means 4 is 350 μm, and is set to 1/10 or less of the spherical radius formed by the boundary between the spherical inner base material and the outer base material. The distance between the plurality of electrode periods P of the

electrodes

4c and 4d is also set to 350 μm, which is set to 1/10 or less of the radius of the spherical boundary. Further, the width of the boundary acoustic wave in the direction crossing the continuous direction along the outer surface 2c is less than 3 mm, and the diameter of the spherical boundary is 12.5 mm or less (more preferably, half or less of this diameter). And set to be 1/100 or more of the radius of the spherical surface of the inner base material. For this reason, the overlapping width of the comb-shaped

electrodes

4c and 4d is not more than the diameter of the spherical substrate boundary (more preferably not more than half of this diameter) and is not less than 1/100 of the radius of the spherical surface of the inner substrate. Is set.
FIG. 3 is an explanatory view showing, in section, a part of another embodiment of the spherical boundary wave device in which ZnO is used as the intermediate layer 4e. By adopting such a configuration, the boundary wave is reflected between the portion with and without the ZnO film, and the accuracy does not deteriorate. When the adhesion between the internal substrate and the external substrate is poor, no boundary wave is generated. Therefore, an intermediate layer may be used for the adhesion, and this patent does not limit the role of the intermediate layer.
Further, there is no problem as long as an electric field is applied to the piezoelectric material film, and the comb electrode may have a structure formed on the front and back of the piezoelectric material film or a structure as shown in FIG.
[0030]
In the present invention, the inventors of the present application generate a boundary acoustic wave in a direction orthogonal to the arc with a predetermined range of arc (a linear sound source width on the spherical boundary surface) at the material boundary having a spherical shape. As a result, it was discovered that elastic boundary waves circulate around the spherical boundary surface in the direction orthogonal to the arc without diffusing in the direction of the arc along the direction orthogonal to the arc, and at the boundary between the two types of materials. It was made by discovering that it is easy to handle by transmitting the boundary wave and that it can send and receive stable signals.
Stoneley waves (boundary elastic waves in the narrow sense) are at the boundary between different materials, and the elastic constants of both substrates, for example, the transverse wave velocities Vt (a) and Vt (b ), Rayleigh wave phase velocities Vr (a) and Vr (b) are waves that can be propagated only in the following cases, and energy does not leak outside from the boundary.
"The smaller value of Vt (a) or Vt (b) is larger than the larger value of Vr (a) or Vr (b)."
Therefore, on the contrary, it is possible to reduce the influence of the propagation process on the structure of the element other than the boundary and the change of the environment, and it is possible to configure a stable element even in a corrosive gas, for example. Since Stoneley waves (elastic boundary waves in the narrow sense) are known phenomena, further explanation is omitted here.
Further, the Rayleigh wave phase velocity is also well known and need not be explained.
A spherical boundary acoustic wave element can also be formed by forming an intermediate layer with a thickness equal to or less than the wavelength of the boundary wave between the inner substrate and the outer substrate. In particular, if the intermediate layer is made of a piezoelectric material, By forming an electrode on one of them, the boundary acoustic wave generating means can be easily configured. Furthermore, if a piezoelectric material that generates transverse waves is used, an elastic wave called SH (shear horizontal) wave is generated around the intermediate layer. It is easy to propagate.
[0031]
For the boundary acoustic wave source (sound source) smaller than 1/100 of the radius of the spherical surface where the boundary acoustic wave propagates, for the sake of simplicity, the boundary acoustic wave source is defined as a point. After concentrically spreading the spherical boundary surface around the source, it converges concentrically toward the point on the opposite side of the source, and from the point on the opposite side, After concentrically spreading on the surface, the light is focused again on the elastic boundary wave source located on the inner surface of the spherical base material on the opposite side of the point on the opposite side. That is, in a boundary acoustic wave source smaller than 1/100 of the radius of the spherical surface, the boundary acoustic wave radiated from the boundary acoustic wave source diffuses in the direction perpendicular to the traveling direction at the boundary. In addition, the propagation of the boundary acoustic wave is affected by the influence of electrode extraction or the like.
[0032]
In a wide boundary acoustic wave generation source, the boundary acoustic wave generated from the generation source passes through the center of the predetermined range, moves along a direction orthogonal to the arc of the predetermined range, and includes a circle including the arc. Focusing toward the position corresponding to the pole when the circumference is considered to be the equator, and passing through the position corresponding to the pole, the predetermined range on the opposite side of the predetermined range on the circumference is Focusing is performed for each half of the sphere, diffusing into the same predetermined range, focusing toward a position corresponding to another pole, and passing through a position corresponding to another pole and then diffusing again into the predetermined range. It repeats diffusion. In this case as well, theoretically it can be repeated indefinitely. However, it is conceivable that a linear effect occurs due to an excessively large amplitude when focusing on a point and an unexpected influence is exerted on the output. Even in other cases, there arises a problem that the mounting location such as the electrode outlet cannot be secured in a region where the propagation of the elastic wave is not disturbed.
[0033]
The conditions for circulating the spherical surface in the direction orthogonal to the arc without diffusing the boundary acoustic wave in the direction of the arc were determined as follows.
[0034]
FIG. 4 shows a coordinate system for calculation showing the effect of the present invention. Assume that the intersections of the xyz coordinate axis and the spherical surface with radius r are A, B, and C, and the boundary acoustic wave generated from point P on arc DF parallel to arc AC reaches point Q on arc CG. Angle φ_o , Θ_o , Φ₁ , Θ₁ Is taken as shown in FIG. 2, the coordinates of the points P and Q are
(Rcosφ_o cosθ_o , Rsinφ_o , Rcosφ_o sinθ_o )as well as
(Rcosφ₁ cosθ₁ , R cos θ₁ sinφ₁ , Rsinθ₁ )
So that
PQ² = 2r² [1-cosφ_o cosθ_o cosφ₁ cosθ₁ −
sinφ_o cosφ₁ cosθ₁ -Cosφ_o sinφ_o sinθ₁ ] ... (1)
It is. Therefore, if the angle POQ = θ, the cosine theorem
cos θ = cos φ_o cosθ_o cosφ₁ cosθ₁ +
sinφ_o cosφ₁ cosθ₁ + Cosφ_o sinφ_o sinθ₁ … (2)
The relationship holds.
[0035]
The radial component of the particle displacement at point Q of the boundary acoustic wave generated at point P is
[0036]
[Expression 1]

... (3)
[0037]
(Viktorov, Rayleigh and Lamb Waves). This equation is obtained for Rayleigh waves and Lamb waves, but can also be applied to boundary waves. Here, C is a constant, and m is a ratio between the length of the circumference and the wavelength of the boundary acoustic wave, and is called a wave number parameter. Also C_R Is the phase velocity of the boundary wave, and t is time. The angle θ is obtained from the equation (2). The angle seen from point E is 2θ_A The sound field at point Q by the arc-shaped sound source of_o About -θ_A To θ_A Is obtained by integrating up to. Sound field distribution is angle of attack θ of point Q₁ It is calculated by changing
[0038]
In (a), (b), (c), and (d) of FIG. 5, the point P is on the XZ plane._oIn the case of = 0, four states are shown in which the boundary acoustic wave obtained using the above equation (3) propagates on the boundary surface between the spherical inner substrate 2 and the outer substrate 10.
[0039]
(A), (b), and (c) of FIG. 3 show the sound field (the angle θ of the absolute value of the particle displacement) when the wave number parameter m = 600.₁ (Dependency) is the result of examining. In each of the figures, the bottom plot is an angle (propagation angle) φ representing the propagation of the boundary acoustic wave on the spherical surface.₁ Is the sound field in the case of 10 °, and the sound field in the case of increasing by 20 ° upwards is plotted in order.
[0040]
FIG. 5 (a) shows the opening half angle θ._A = 30 °. In this case, as is apparent from FIG. 5A, the propagation state of the boundary acoustic wave is a focused beam shape. That is, the propagation angle φ₁ As the value increases, the width of the sound field decreases and φ₁ After reaching the minimum at 90 °, the width increases again, and the same distribution as that on the sound source is reproduced at the counter electrode 180 °. Thereafter, the same change is repeated every 180 °, and the same change is repeated no matter how many turns. This is a phenomenon peculiar to a spherical surface where there is no wave diffusion due to diffraction. In this case, the opening half angle θ_A = The sound field does not spread more than 30 °, θ₁ <Θ_A The energy of the boundary acoustic wave is confined in the belt-like portion. In this case, θ on the boundary of the spherical substrate 12₁ > Θ_A Even if there are other structures or defects in this part, the sound field will not be disturbed.
[0041]
FIG. 5 (c) shows the opening half angle θ._A = 1 °. In this case, as is clear from FIG. 5C, the propagation state of the boundary acoustic wave has a divergent beam shape similar to that of the point sound source. That is, the propagation angle φ₁ As the value increases, the width of the sound field also increases and φ₁ After reaching the maximum at 90 °, the width decreases again, and the same distribution as that on the sound source is reproduced at the counter electrode 180 °. In this case, unlike the case of the focused beam described above with reference to FIG.₁ <Θ_A The energy of the boundary acoustic wave is not confined in the band-shaped part of₁ At = 90 °, it spreads over the entire great circle. In this case, at the boundary between the spherical inner substrate 2 and the outer substrate 10, θ₁ > Θ_A If there are other structures or defects in this part, the sound field will be disturbed.
[0042]
FIG. 5 (b) shows the opening half angle θ._A = 3.5 °. In this case, as is clear from FIG. 5B, the propagation state of the boundary acoustic wave is the propagation angle φ.₁ The width of the sound field hardly changes even when the value increases. That is, θ₁ = Θ_A The energy of the boundary acoustic wave is confined in the belt-like portion. This is the same characteristic as a Bessel beam in an infinite medium. And the aperture half angle θ at which the collimated beam is obtained_A The collimating angle θ_col Call it.
[0043]
As is clear from (a) to (c) of FIG._A Is the collimating angle θ_col , The energy of the boundary acoustic wave is confined in the narrowest band.
[0044]
Further, as a result of performing the same numerical analysis as described above by changing the wave number parameter, the collimating angle θ is determined by the wave number parameter m._col Was found to change. FIG. 5D shows that when the wave number parameter m is 300, the propagation state of the boundary acoustic wave has a collimated beam shape._A Is approximately 4.5 °, and in this case the collimating angle θ_col Is approximately 4.5 °.
[0045]
Below, the collimating angle θ when the wave number parameter m changes_col Indicates the value of.
[0046]
Wave number parameter m Collimating angle θ_col
(Spherical circumference / boundary boundary wave wavelength)
150 7.0
300 4.5
450 4.0
600 3.5
750 3.0
This is an approximate value by numerical calculation.
[0047]
As is clear from the above detailed description, in this embodiment, the collimation angle θ is calculated from the wave number parameter m using the above equation (3)._col Asking for. Then, the boundary acoustic wave generating means 4 at a desired position of the boundary of the base material 2 having a spherical surface, more specifically, the electrode overlap determined by the relative positions of the

comb electrodes

4c and 4d of the boundary acoustic wave generating means 4 Width W is the collimating angle θ_col When the boundary acoustic wave is generated by the boundary acoustic wave generating means 4, the boundary acoustic wave is generated by the overlapping width of the electrodes on the boundary surface of the inner substrate 2 having a spherical shape. Within the specified range, the collimating angle θ_col Propagate without spreading in the direction of. In FIG. 1, the range defined by the overlapping width of the electrodes corresponds to the annular region 2b, and the collimating angle θ_col The direction perpendicular to the direction corresponds to the direction along the maximum circumferential line 2a.
[0048]
Actually, the wavelength parameter (peripheral length of the spherical surface in the continuous direction / boundary acoustic wave wavelength) is 100 to 800, and the electrode width of the comb-shaped electrode is defined as a collimating angle (an angle at which a collimated beam is obtained). Preferably it is equal or close to it.
[0049]
Here, the wavelength of the generated boundary acoustic wave is generally equal to the period length of the electric field distribution generated in the piezoelectric material, that is, the electrode period, when an electric field is applied to the comb-shaped electrode. In addition, as seen in the boundary acoustic wave element for a wide band, even when the electrode interval has a plurality or continuous width, when the above condition is satisfied for the wavelength of each frequency component of the boundary acoustic wave corresponding thereto, With respect to the frequency component, a boundary acoustic wave element in which the boundary acoustic wave does not diffuse perpendicular to the propagation direction can be configured.
[0050]
FIG. 6 is an explanatory view showing a second embodiment when a substrate made of a piezoelectric material is used. An embodiment when a temperature sensor is configured using the spherical boundary acoustic wave element of the present invention will be described.
A boundary acoustic wave made of PZT ceramic and having a radius R of 6.25 mm (diameter: 12.5 mm) and having a comb-shaped electrode on the outer surface of an inner substrate 41 having a cylindrical through hole 40. Generation means 4 is created. The comb electrode can be formed by resistance heating vapor deposition. Finally, a molten glass material having an elastic constant shown in Table 1 was molded to a thickness of 5 mm to obtain an external substrate. Furthermore, the PZT piezoelectric material needs to be poled by applying a high voltage. In this case, an electrode is inserted into the internal through hole 40 and the outer periphery of the external base material 42 is surrounded by a polling electrode, and a high voltage is applied between both electrodes. By applying voltage, the PZT ceramic as the internal substrate was polarized.
In this case, the boundary acoustic wave element has only a comb-shaped electrode as the means for exciting the boundary acoustic wave, so there is no need to make a film made of a piezoelectric material that obstructs the propagation of the boundary wave that goes around the boundary of the element. It was possible to create an accurate element.
[0051]
[Table 1]

[0052]
Thus, the spherical boundary acoustic wave element according to the invention of the present application is not only easy to fix the element because the annular region in which the boundary acoustic wave is propagated is covered with the external base material, but also the base material. It is also possible to install an amplification device for signal processing on the external surface of the device. If the entire device is surrounded by a conductor, it is resistant to external electrical noise and leaks the internal signal to the outside. It is easy to prevent the apparatus from being affected. It is also possible to shape the lens or prism on the surface of the external substrate itself, especially when the external substrate used by exciting the boundary wave using a laser beam constitutes an element using a transparent material. .
[0053]
Further, the diameter of the boundary between base materials formed in at least a part of the spherical surface used in the spherical boundary acoustic wave element of the present invention and continuing in an annular shape is not limited, and the diameter is very large. Even small diameters can be prepared by all means currently known.
[0054]
Further, the piezoelectric material film provided at a predetermined position on the boundary of the base material can be prepared by all means currently known, or provided on the piezoelectric material film or at a predetermined position on the boundary of the base material. The boundary acoustic wave generating means can be prepared by all means currently known. Here, all means that can be known at present are those formed independently from a conductive foil in the form of a comb-shaped electrode on the piezoelectric material film or at a predetermined position on the substrate boundary, on the piezoelectric material film or It includes forming at the substrate boundary of the substrate by vapor deposition, printing, sputtering, sol-gel method or the like.
[0055]
In addition, liquid or oil is used as an intermediate substrate between the inner substrate and the outer substrate, and it is called a guided wave or, as mentioned earlier, an SH (Shared Horizontal) wave, usually called a boundary wave. Although not present, an elastic wave that concentrates and propagates energy at the boundary between the inner substrate and the outer substrate or the intermediate layer may be used.
[0056]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a method for exciting and detecting an elastic wave and a boundary acoustic wave is different.
The boundary acoustic wave can be generated by applying an electric field to the piezoelectric material described in detail above, but the boundary acoustic wave can also be generated by causing thermal expansion by irradiating the material with a laser beam. In this case, a boundary acoustic wave generating means may be configured by forming a film that absorbs the laser beam and causes thermal expansion between the inner substrate and the outer substrate. If the laser beam absorbing film is formed in a stripe shape, a boundary acoustic wave having a wavelength determined by the interval between the stripes can be strongly excited. Alternatively, when the internal substrate is made of a material that absorbs a laser beam on its surface, the surface of the internal substrate also serves as a boundary acoustic wave generating means. Also in this case, it is possible to strongly excite only the boundary acoustic wave having the wavelength determined by the stripe interval by forming the film that does not absorb the laser beam in a stripe shape.
[0057]
As a method of applying a laser beam, an elastic boundary wave can be excited and propagated in a direction perpendicular to a straight line by moving a linear irradiation region to a material (base material) boundary.
Further, as a method for efficiently generating a boundary acoustic wave, there is a method using a scanning interference fringe (SIF). A method of exciting the boundary acoustic wave using these laser beams is well known and will not be described in detail here, but an embodiment of the method using SIF will be described.
[0058]
The spherical internal substrate 2 is made of, for example, PZT. Since the external base material 10 is made of glass and is easily fixed, it is processed into a rectangular parallelepiped and is optically polished smoothly.
In this configuration, since the outer surface of the PZT absorbs the laser beams L1 and L2, this surface also serves as boundary acoustic wave generating means.
[0059]
The laser beam L transmitted from the laser oscillator is divided into two beams L1 and L2 by

optical components

14b and 14f called beam splitters, and only one of them changes the frequency by Δf. By making these beams interfere with each other on the PZT surface of the internal substrate 2, scanning interference fringes are formed by the laser beam, and the PZT surface undergoes thermal expansion with the same interference fringe distribution, thereby efficiently generating elastic waves, particularly boundary waves. It can oscillate well and propagate.
[0060]
FIG. 7A is an explanatory diagram schematically showing the entire apparatus used for generating boundary acoustic waves according to another embodiment, and FIG. 7B shows the boundary acoustic wave element according to this embodiment. It is explanatory drawing represented with the cross section. FIG. 7A shows an apparatus for generating and detecting an elastic boundary wave on the boundary 2c between the spherical inner base material 2 and the outer base material 10. FIG. Two YAG laser beams L1 and L2 having a diameter of 3 mm are directed substantially at right angles to a predetermined range W (FIG. 7B) of the surface 12 of the inner substrate 2, and one YAG laser beam L1 is provided. On the other hand, the frequency of the other YAG laser beam L2 is shifted by 30 MHz using the Bragg cell 14g. A portion irradiated with the two laser beams L1 and L2 in the predetermined range W (FIG. 7B) on the inner surface of the base material 10 due to interference between the two laser beams L1 and L2 having different frequencies. Scanning interference fringes are formed in
In addition, the role of a lens can be played by making the outer side of the external base material transparent to the laser convex.
[0061]
By means of mechanical adjustment means such as the first sub-rotating reflecting mirror 14d, the second sub-rotating reflecting mirror 14h, and the main rotating reflecting mirror 14e, the average gap of the interference fringes is equal to the wavelength of the boundary acoustic wave. In addition, the scanning speed of the interference fringes is made equal to the phase speed, and the phase matching between the interference fringes and the boundary acoustic wave is performed. The laser beams L1, L2 have specially designed long pulses on the order of 100 ns in order to achieve a long interaction time between the interference fringes and the boundary acoustic wave.
[0062]
The predetermined range W ((b) in FIG. 7) continues in an annular shape defined by a part of the boundary 2c between the spherical inner substrate 2 and the outer substrate 10 along the maximum circumferential line 12a. An annular region 12b is defined.
Thus, without using a comb-shaped electrode, by exciting a boundary acoustic wave of a wavelength along a condition with a certain sound source width to propagate in a specific direction between the inner substrate and the outer substrate, It is possible to circulate within the width of a certain ring without diffusing.
[0063]
Detection of the boundary acoustic wave propagating through the boundary between the inner substrate and the outer substrate can be performed optically using a knife edge method or the like. When the knife edge method is used, a finely focused laser beam is focused on a minute region on the surface of the internal substrate that reflects the laser, and a part of the reflected light is shielded by the slit 16d or the like. The intensity of the unshielded beam is electrically converted into a signal using a photodiode 16e or the like, and the laser reflection is caused by a minute inclination of the surface of the inner substrate caused by the propagation of the boundary acoustic wave through the substrate boundary. The boundary acoustic wave can be observed as an electrical signal in a non-contact manner from the wave beam fluctuation.
[0064]
In this configuration, there is no need to form a piezoelectric material for exciting the boundary acoustic wave, and there is no patterned electrode, so that the boundary acoustic wave propagates around the substrate boundary when the piezoelectric material is excited. It is obvious that it not only does not inhibit, but also has a feature such that an arbitrary frequency can be excited.
[0065]
In addition, since the boundary acoustic waves propagating in a band shape on the inner base material surface do not affect each other even if they cross the propagation paths, a plurality of boundary acoustic wave generating means are configured on the same boundary surface as shown in FIG. You can also do things. In the figure, boundary wave propagation paths 1 and 2 (60, 61) by two elastic boundary wave generating means are schematically shown. This is the same when exciting a boundary acoustic wave using a piezoelectric material and when exciting using a laser beam.
[0066]
【The invention's effect】
As is clear from the above detailed description, the spherical boundary acoustic wave device according to the present invention not only can greatly improve the performance compared to the conventional surface acoustic wave device, but also is compact and has an external environment. In contrast, a boundary acoustic wave device that is stable can be configured, and can be easily handled and fixed, and an electronic circuit or the like can be formed on the surface outside the substrate.
[0067]
Note that the above-mentioned advantages are common even by a method in which boundary acoustic waves are generated using a laser beam, and in particular, processing of the substrate surface can also serve as an optical system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a first embodiment of a spherical boundary acoustic wave device according to the present invention. FIG. 1 (a) is a diagram of a spherical boundary acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a schematic explanatory view, FIG. 1B is an explanatory view showing an example of the boundary acoustic wave generating means in a plan view, and FIG. 1C is an explanatory view of the cross section thereof.
FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a comb electrode used for the boundary acoustic wave generating means of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view of a cross section when an intermediate layer is provided.
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a coordinate system serving as a basis of an expression used for defining a width in which a vibration means is provided at a predetermined position on an inner surface of a spherical boundary acoustic wave element.
5 (a), (b), (c), and (d) are wave number parameters m (circumference length and elastic boundary calculated by an equation created using the coordinate system of FIG. The four states where the boundary acoustic wave obtained by changing the ratio of the wavelength of the wave) and the half angle of the opening (1/2 of the width for providing the vibration means) propagate through the spherical boundary of the spherical boundary acoustic wave element are schematically shown. FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an example in which PZT ceramic is used as an internal substrate.
FIG. 7A is a laser oscillation device that can be used to generate a boundary acoustic wave using the laser used in the second embodiment, an optical system that performs the processing, and a boundary acoustic wave surface; Explanatory drawing of the method which detects the generated bullet boundary wave using a laser, (b) is the elastic boundary which employ | adopts the method of exciting an elastic boundary wave using a laser according to 2nd Embodiment It is explanatory drawing which shows the structure of a wave element in a cross section.
FIG. 8 is an explanatory view showing a part of an embodiment of a spherical boundary acoustic wave element of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 spherical boundary acoustic wave element ...
2 ... Internal substrate
2a ... Maximum circumference line
2b ... Ring region
2c ... outer surface
4 ... Elastic boundary wave generation means
4a ... Piezoelectric material film
4c ... Comb electrode
4d ... Comb electrode
4e ... Intermediate layer (ZnO piezoelectric film material)
8 ... Fixing jig
9 ... Fixed substrate
10 ... External substrate
12a ... Maximum circumference line
12b ... ・ Ring area
14b ... ・ Optical parts
14d... First sub-rotation reflecting mirror
14e ··· Main rotating reflector
14f ... Optical parts
14g ··· Brassell
14h ··· Second sub-rotation reflector
16d ・・・・ Slit
16e ··· Photodiode
40 ... Through hole
41... Internal substrate (PZT ceramics)
42 ... External substrate (glass material)
60... Boundary wave propagation path 1
61... Boundary wave propagation path 2
L, L2, L3 ... Laser beam

Claims

An internal substrate having an outer surface which is continuous in an annular shape is formed in a portion of a sphere surface;
And an external substrate in contact with the outer surface in an annular shape;
A boundary acoustic wave generating means provided at the annular boundary between the inner base material and the outer base material, and
The boundary acoustic wave generating means includes a comb electrode connected to a high frequency power source, and
A spherical boundary wave element characterized in that the boundary acoustic wave generating means generates a boundary wave so as to go in a direction in which the boundary continues without being diffused in a direction crossing the direction in which the boundary continues along the boundary.

2. The spherical boundary wave device according to claim 1, wherein at least one intermediate base material layer exists in the continuous direction between the internal base material and the external base material.

Any of the above substrates is formed of a non-piezoelectric material, and the boundary acoustic wave generating means has a piezoelectric material film at any boundary between the substrates and applies an electric field to the piezoelectric material film, spherical boundary wave device according to claim 1 you characterized by generating a boundary acoustic wave in a direction of consecutive boundary of the substrate.

Any of the internal base material, the intermediate base material, and the external base material is formed of a piezoelectric material, and the boundary acoustic wave generating means applies an electric field to the base material of the piezoelectric material to continuously connect the boundary of the base material. 3. The spherical boundary wave device according to claim 2, wherein a boundary acoustic wave is generated in a direction in which the spherical boundary wave is generated.

The boundary acoustic wave generated by the boundary acoustic wave generating means includes a Stoneley wave, and each of the lateral surfaces between at least one pair (a, b) of the internal base material, the intermediate base material, and the external base material. Wave sound velocities Vt (a) and Vt (b), and the Rayleigh wave phase velocities Vr (a) and Vr (b) are smaller than Vt (a) and Vt (b). 5. The spherical boundary wave device according to claim 2, wherein the spherical boundary wave device is in a relationship of being larger than any larger value of Vr (b).

Spherical boundary wave of the mounting serial to any one of claims 1 to 5, characterized in that the wavelength of the generated acoustic boundary wave is not more than 1/10 of the radius of the spherical surface of the inside of the outer base of the comb electrodes element.

The overlapping width of the electrodes in the direction orthogonal to the propagation direction of the boundary acoustic wave generated by the comb-shaped electrode is not more than half of the diameter of the inner spherical surface of the outer base material and not less than 1/100 of the radius of the spherical surface of the inner base material. The spherical boundary wave element according to claim 1 , wherein the spherical boundary wave element is provided.