JP2009229284A - 光学軸方位測定装置、光学軸方位測定方法、球状弾性表面波デバイス製造装置及び球状弾性表面波デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学軸の測定自体が簡易であって、その後の赤道面の検出や加工組立を容易にする球状光学的一軸性結晶の光学軸測定方法を提供すること。
【解決手段】本発明の第１の態様に係る光学軸方位測定装置は、複屈折性を有する光学的一軸性結晶の単結晶からなる球状部材の光学軸方位測定装置であって、ポラライザ１０２を介して前記球状部材に光を照射する光照射手段と、球状部材１１に入射し、当該球状部材１１の底面で反射し、当該球状部材１１からに出射する光が、ポラライザ１０２とクロスニコルの関係にあるアナライザ１０７を介して構成するアイソジャイアを観察するアイソジャイア観察手段と、を備える反射型の光学軸方位測定装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学軸方位測定方法、これを利用した光学軸方位測定装置、球状弾性表面波デバイス製造方法及びこれを利用した球状弾性表面波デバイス製造装置に関する。

弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）が、水晶、ランガサイト、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３等の圧電性材料の単結晶からなる球の表面を伝播する場合、周囲の水素濃度によりその伝播速度が変化することを利用したボールＳＡＷセンサー（球状弾性表面波デバイス）が知られている（特許文献１及び２参照）。上記球の表面に弾性表面波を励起すると、弾性表面波は、通常の波のように拡がらず、所定の結晶軸回りの球の大円に沿った有限幅の円環状領域を、ほとんど減衰することなく、多数回周回する。この弾性表面波が球を周回する回数に比例して、上記伝播速度の変化が増幅されるため、ボールＳＡＷセンサーは非常に高感度な水素センサーである。

図５に弾性表面波素子の構成を簡単に示す。圧電性材料の単結晶からなる球形状の基体１１上に櫛形電極１２及び感応膜１３が形成されている。感応膜１３は、水素を吸蔵するＰｄ、Ｎｉ、Ｐｄ−Ｎｉ合金等からなる。水素を吸収した感応膜１３は硬くなり、感応膜１３上では、弾性表面波の伝播速度が速くなるため、水素センサーとして利用できる。ここで、櫛形電極１２及び感応膜１３は、基体１１上の所定の位置に形成される必要がある。具体的には、図５に示すように、球の中心を通る光学軸１４を地軸とした場合、赤道上に櫛形電極１２及び感応膜１３が形成されている。本明細書では、球の中心を通る光学軸を単に光学軸とも言う。さらには、赤道上においても櫛型電極１２を形成する位置でボールＳＡＷセンサーの特性が異なることが分かっている。特に、櫛形電極１２の形成位置がずれるとボールＳＡＷセンサーの感度が急激に低下するため、高い精度で櫛形電極１２を形成することが要求される。なお、水晶、ランガサイト、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３等の圧電性材料は光学的一軸性結晶であり、１つの光学軸を有する。

ここで、櫛形電極１２の形成位置を決定するため、例えば、まず光学軸１４を検出する。検出した光学軸１４から９０度回転させた位置、即ち、赤道上に櫛形電極１２を形成する。櫛形電極１２の形成位置がずれると素子の感度が低下し、品質を一定に保つことができない。そのため、正確な光学軸１４の検出が要求され、発明者らは特願２００６−３２２９９３、特願２００７−２５３００６に記載した光学軸の検出方法を採用している。これらの方法により、簡易かつ確実に光学軸を検出することができる。
特開２００３−１１５７４３号公報 特開２００５−２９１９５５号公報

しかしながら、上述の通り、検出した光学軸１４から赤道を特定し、さらに赤道上における最適な位置を特定して、そこに櫛形電極１２を形成する必要がある。具体的には、直径１ｍｍの基体１１の光学軸１４を検出した後、この基体１１を把持した状態で次工程へ搬送し、次工程では検出された光学軸１４から９０°の位置に弾性表面波を励振してその信号から最適な位置を特定して櫛形電極１２を形成する必要があった。このような作業は煩雑であり、かつ、その過程で櫛形電極１２の形成位置にずれが生じるおそれがある。

特に、従来の光学軸測定方法では、図６に示すように、測定対象である基体１１の一方からポラライザ２を介して平行光を照射し、基体１１及びアナライザ７を透過した光が構成するアイソジャイアを観察していた。即ち、透過型の光学系装置を用いていた。透過型では測定対象の下側に照射系（光源１、ポラライザ２、赤色フィルタ３、開口絞り４、コンデンサレンズ５）を、また上側に観察系（対物レンズ６、アナライザ７、ＣＣＤカメラ８）を備える。そのため、基体１１を支えるには、弾性表面波の伝搬路となる赤道付近を把持する必要があった。従って、光学軸測定後、そのままの状態で弾性表面波を外部から励振させて櫛型電極１２の最適な形成位置を決定することはできず、次工程への搬送を余儀なくされていた。

本発明は、光学軸の測定自体が簡易であって、その後の赤道面の検出や加工組立を容易にする球状光学的一軸性結晶の光学軸測定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る光学軸方位測定装置は、複屈折性を有する光学的一軸性結晶の単結晶からなる球状部材の光学軸方位測定装置であって、
ポラライザを介して前記球状部材に光を照射する光照射手段と、
前記球状部材に入射し、当該球状部材の底面で反射し、当該球状部材からに出射する光が、前記ポラライザとクロスニコルの関係にあるアナライザを介して構成するアイソジャイアを観察するアイソジャイア観察手段と、
を備える反射型の光学軸方位測定装置である。

本発明の態様２に係る光学軸方位測定装置は、上記発明の態様１において、光が入射するのとは反対側から、前記球状部材を支持する支持手段をさらに備えること特徴とするものである。

本発明の態様３に係る光学軸方位測定装置は、上記発明の態様２において、前記支持手段により、前記球状部材に入射する光の光軸をＺ軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸周りに前記球状部材を回転可能であること特徴とするものである。

本発明の態様４に係る光学軸方位測定装置は、上記発明の態様２又は３において、
前記球状部材の中心を通る水平面において前記球状部材に近接して配置可能であって、前記球状部材に対し弾性表面波を励起するとともに、弾性表面波を受信する弾性表面波送受信手段をさらに備えること特徴とするものである。

本発明の態様５に係る球状弾性表面波デバイス製造装置は、上記発明の態様４に記載の光学軸方位測定装置の各構成を備え、前記球状部材の光学軸を地軸とした赤道上に、櫛形電極チップを装着する櫛形電極形成手段をさらに備えること特徴とするものである。

本発明の態様６に係る光学軸方位測定方法は、複屈折性を有する光学的一軸性結晶の単結晶からなる球形状部材の光学軸方位測定方法であって、
ポラライザを介して前記球状部材に対し光を入射させるステップと、
前記球状部材の底面で反射し、当該球状部材からに出射する光が、前記ポラライザとクロスニコルの関係にあるアナライザを介して構成するアイソジャイアを観察するステップと、を備える光学軸方位測定方法である。

本発明の態様７に係る光学軸方位測定方法は、上記発明の態様６において、光が入射するのとは反対側から、前記球状部材を支持すること特徴とするものである。

本発明の態様８に係る光学軸方位測定方法は、上記発明の態様７において、前記球状部材に入射する光の光軸をＺ軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸周りに前記球状部材を回転可能であること特徴とするものである。

本発明の態様９に係る光学軸方位測定方法は、上記発明の態様７または８において、前記アイソジャイアを観察し、前記球状部材の光学軸を前記入射光の光軸に一致させるステップをさらに備えること特徴とするものである。

本発明の態様１０に係る光学軸方位測定方法は、上記発明の態様９において、前記アイソジャイアを観察し、前記球状部材の光学軸を前記入射光の光軸に一致させるステップをさらに備えること特徴とするものである。

本発明の態様１１に係る球状弾性表面波デバイスの製造方法は、上記発明の態様１０に記載の光学軸方位測定方法の各ステップを備え、前記赤道上に櫛形電極チップを装着するステップをさらに備えること特徴とするものである。

本発明によれば、光学軸の測定自体が簡易であって、その後の赤道面の検出や加工組立を容易にする球状光学的一軸性結晶の光学軸測定方法を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化されている。

図１を用いて、本発明の実施の形態に係る光学的一軸性結晶の単結晶からなる球形状部材の光学軸方位測定装置について説明する。まず、測定用の光学系について説明する。図１は実施の形態に係る測定用の光学系の構成を模式的に示す図である。実施の形態に係る測定用の光学系は、図１に示すように、光源１０１、ポラライザ１０２、光波長フィルタ１０３、開口絞り１０４、ハーフミラー１０５、対物レンズ１０６、アナライザ１０７、ＣＣＤカメラを備える。具体的には、偏光顕微鏡がこのような構成を備える。

図１に示すように、本光学系は反射型である。具体的には、照射系を構成する光源１０１、ポラライザ１０２、光波長フィルタ１０３、開口絞り１０４、ハーフミラー１０５が水平方向に一列に配置されている。一方、観察系を構成する対物レンズ１０６、ハーフミラー１０５、アナライザ１０７、ＣＣＤカメラ１０８は鉛直方向に一列に配置されている。即ち、照射系と観察系とは垂直な位置関係にある。ここで、ハーフミラー１０５は、観察系の光軸と、照射系の光軸との交点に位置する。なお、照射系および観察系は本構成に限定されず、入射光と出射光が同一領域に形成させるものであれば良い。

測定対象物は、弾性表面波素子の基体１１であり、対物レンズ１０６の下側に配置される。基体１１が、即ち複屈折性を有する単結晶からなる球形部材である。基体１１を構成する具体的な物質としては、水晶、ランガサイト、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３等を挙げることができる。なお、ボールＳＡＷセンサーには通常直径１〜１０ｍｍ程度の基体１１が用いられるが、本発明に係る光学軸極点測定方法がこの直径に限定されるわけではない。

まず、光源１０１を出射した光は、特定の波長の光だけを透過する光波長フィルタ１０３を通過し、単色光となる。そして、開口絞り１０４により絞られた光は、ポラライザ１０２を通過し直線偏光となる。ハーフミラー１０５により鉛直下向きとなった光は、対物レンズ１０６を通過し、基体１１に入射する。基体１１において反射した光は再び対物レンズ１０６に入射し、その後、ハーフミラー１０５を透過した光は、ポラライザ１０２とクロスニコルの方向に設置されたアナライザ１０７を通過し、ＣＣＤカメラ１０８により観察される。

ここで、上記光を当該複屈折性結晶の光学軸方向から同心円の干渉縞及びその中心で交わる十字状のアイソジャイアが観察される。すわなち、干渉縞の中心とアイソジャイアの中心とは一致する。従って、アイソジャイアの中心を観察することと、干渉縞の中心を観察することは同義である。反射型であっても、透過型と同様にアイソジャイアを観察することができる。

ここで、図２に示すように、本発明の実施形態に係る光学軸方位測定装置は、図１で詳細に説明した光学軸検出部２０１に加え、ボール位置決め部２０２、弾性表面波送受信装置２０３を備える。ここで、光学軸検出部２０１は基体１１の鉛直方向上側に配置されている。また、ボール位置決め部２０２は、基体１１を鉛直方向下側から支持している。そして、弾性表面波送受信装置２０３は、基体１１の中心を通る水平面において基体１１に近接して配置することができる。なお、本構成に限定させるものではなく、例えば光学軸検出部２０１を斜め上方向に、ボール位置決め部２０２を対向する斜め下方に配置するようにしても良い。

ボール位置決め部２０２は、図２に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸周りの回転運動が可能である。このボール位置決め部２０２により、基体１１を任意の位置に合わせ、また、基体１１の光学軸の方向を鉛直方向に調整することが可能となる。

図６に示すような透過型の光学軸測定装置では、測定対象の下側に照射系を、また上側に観察系を備える。そのため、基体１１を支えるには、赤道付近を把持する必要があった。従って、光学軸測定後、そのままの状態で弾性表面波を外部から励振させて櫛型電極１２の最適な形成位置を決定することはできず、次工程への搬送を余儀なくされていた。一方、本発明に係る光学軸測定装置は反射型の光学系を備えるため、上述のように、基体１１を鉛直方向下側から支持することができる。

具体的には、例えば、図２（ａ）に示すように、本発明に係る光学軸測定装置では、光学軸検出部２０１によりアイソジャイアを観察しながら、ボール位置決め部２０２を操作し、基体１１の光学軸と鉛直軸（図中Ｚ軸）即ち光学軸検出部２０１の光軸とを一致させることができる。これにより、光学軸を地軸とした赤道を水平面に位置させることができる。

ここで、図５に示すように、櫛形電極はこの赤道上に形成される。櫛形電極を形成するための最適な位置は、図２（ａ）に示すように、弾性表面波送受信装置２０３を用いて決定する。弾性表面波送受信装置２０３は、基体１１の中心を通る水平面上に配置されている。鉛直軸と基体１１の光学軸を一致させると、基体１１の中心を通る水平面が赤道面となる。ここで、赤道面とは、光学軸を地軸とした場合の赤道を含む平面のことをいう。弾性表面波送受信装置２０３には、櫛形電極が形成されている。これにより、基体１１に弾性表面波を励振させ、ボール位置決め部２０２により基体１１をＺ軸中心に回転させながら励起された弾性表面波の周波数等をモニターし、球状部材の結晶方位を測定することができる。本発明では、上述のとおり、基体１１を鉛直方向下側から支持しているため、そのままの状態で即ち搬送することなく、赤道上における櫛形電極１２の最適な形成位置を決定することができる。

さらに、赤道上における櫛形電極１２の最適な形成位置を決定した後、例えば、図２（ｂ）に示すように、当該位置に櫛形電極チップ１２ａを装着することができる。ここで、櫛形電極チップとは櫛形電極、櫛形電極を外部電極に接続するための導通部および端子部をチップ上に構成させたものである。本発明では、上述のとおり、基体１１を鉛直方向下側から支持しているため、そのままの状態で即ち搬送することなく、赤道上の最適位置に櫛形電極１２１２ａを装着することができる。これにより、簡易かつ精度よく、基体１１上に櫛形電極１２１２ａを装着することができる。

次に、アイソジャイアの測定による光学軸方位測定方法について、図３及び４を用いて説明する。図３は、基体１１の光学軸１４が測定用光学系の光軸と平行でない場合を示す断面図である。一方、図４は、基体１１の光学軸１４が測定用光学系の光軸と平行な場合を示す断面図である。なお、図３及び４は、具体的には、測定用光学系の光軸及び基体１１の光学軸１４と平行かつ基体１１の中心を通過する平面による断面図である。

図３右側に示すように、光軸１４が測定系光軸に対して右回り方向にずれている場合に、基体１１下面付近の観察面１で観察すると当該アイソジャイア中心１１１は基体１１の中心線から左側にずれて観察される。

また、基体１１上方の観察面２で観察すると当該アイソジャイア中心１１１は基体１１の中心線から右側にずれて観察される。
観察面を変えていったときのアイソジャイア中心１１１の軌跡１５は直線となる。

次に、図４について説明する。図４では、基体１１の光学軸１４が測定用光学系の光軸と平行であるため、図３において説明した観察面１、２どちらの観察面においても、図４の右側に示す観察像のように、アイソジャイア中心１１１と基体１１の中心線とが一致して観察される。従って、基体１１の光学軸１４が測定系光源の光軸と一致していることが分かる。

本発明に係る光学軸測定装置では、上述の通り、光学軸検出部２０１によりアイソジャイアを観察しながら、ボール位置決め部を操作し、基体１１の光学軸と鉛直軸（図中Ｚ軸）即ち光学軸検出部２０１の光軸とを一致させることができる。そのため、簡易に基体１１の光学軸１４を特定することができる。

なお、図３及び４における、観察面１、２はいずれも測定用光学系の光軸と垂直な平面であり、図１において説明した対物レンズ１０６の焦点に位置する。

以上説明したとおり、本発明に係る光学軸測定装置は反射型の光学系を備えるため、上述のように、基体１１を光が入射するのとは反対側から支持することができる。したがって、光学軸測定後、搬送することなく、そのままの状態で、赤道上における櫛形電極を最適な位置に形成することができる。

本発明の実施の形態に係る反射型の光学軸測定装置の光学系を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る反射型の光学軸測定装置を示す模式図である。 アイソジャアの中心を構成する光の光路を示す模式図である。 アイソジャアの中心を構成する光の光路を示す模式図である。 ボールＳＡＷセンサーの構成を示す模式図である。 透過型の光学軸測定装置の光学系を示す模式図である。

符号の説明

１１ 基体
１２ 櫛形電極
１２ａ 櫛形電極チップ
１３ 感応膜
１４ 光学軸
１５ アイソジャイアの中心を構成する光
１０１ 光源
１０２ ポラライザ
１０３ 光波長フィルタ
１０４ 開口絞り
１０５ ハーフミラー
１０６ 対物レンズ
１０７ アナライザ
１０８ ＣＣＤカメラ
１１０ アイソジャイア
１１１ アイソジャイア中心
２０１ 光学軸検出部
２０２ ボール位置決め部
２０３ 弾性表面波送受信装置

Claims (11)

1. 複屈折性を有する光学的一軸性結晶の単結晶からなる球状部材の光学軸方位測定装置であって、
   ポラライザを介して前記球状部材に光を照射する光照射手段と、
   前記球状部材に入射し、当該球状部材の底面で反射し、当該球状部材からに出射する光が、前記ポラライザとクロスニコルの関係にあるアナライザを介して構成するアイソジャイアを観察するアイソジャイア観察手段と、を備える反射型の光学軸方位測定装置。
2. 光が入射するのとは反対側から、前記球状部材を支持する支持手段をさらに備える請求項１に記載の光学軸方位測定装置。
3. 前記支持手段により、前記球状部材に入射する光の光軸をＺ軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸周りに前記球状部材を回転可能である請求項２に記載の光学軸方位測定装置。
4. 請求項２又は３に記載の光学軸方位測定装置の各構成を備え、
   前記球状部材の中心を通る水平面において前記球状部材に近接して配置可能であって、前記球状部材に対し弾性表面波を励起するとともに、弾性表面波を受信する弾性表面波送受信手段をさらに備える光学軸方位測定装置。
5. 請求項４に記載の光学軸方位測定装置の各構成を備え、
   前記球状部材の光学軸を地軸とした赤道上に、櫛形電極チップを装着する櫛形電極装着手段をさらに備える球状弾性表面波デバイス製造装置。
6. 複屈折性を有する光学的一軸性結晶の単結晶からなる球形状部材の光学軸方位測定方法であって、
   ポラライザを介して前記球状部材に対し光を入射させるステップと、
   前記球状部材の底面で反射し、当該球状部材から出射する光が、前記ポラライザとクロスニコルの関係にあるアナライザを介して構成するアイソジャイアを観察するステップと、を備える光学軸方位測定方法。
7. 光が入射するのとは反対側から、前記球状部材を支持する請求項６に記載の光学軸方位測定方法。
8. 前記球状部材に入射する光の光軸をＺ軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸周りに前記球状部材を回転可能である請求項７に記載の光学軸方位測定方法。
9. 前記アイソジャイアを観察し、前記球状部材の光学軸を前記入射光の光軸に一致させるステップをさらに備える請求項７又は８に記載の光学軸方位測定方法。
10. 前記球状部材の光学軸を地軸とした赤道上に弾性表面波を励起するとともに、弾性表面波を受信するステップをさらに備える請求項９に記載の光学軸方位測定方法。
11. 請求項１０に記載の光学軸方位測定方法の各ステップを備え、
    前記赤道上に櫛形電極チップを装着するステップをさらに備える球状弾性表面波デバイスの製造方法。

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