JP2010169962A

JP2010169962A - 電気光学結晶支持台、電気光学結晶支持方法および電界検出光学装置

Info

Publication number: JP2010169962A
Application number: JP2009013343A
Authority: JP
Inventors: Akinori Furuya; 彰教古谷; Aiichiro Sasaki; 愛一郎佐々木; Mitsuru Shinagawa; 満品川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: JP5184394B2

Abstract

【課題】欠損や特性の劣化が生じないように電気光学結晶を支持する。
【解決手段】金属体２２は、形状記憶合金であり、変形させた後、ランプヒータ等で加熱される。金属体２２が変態温度に達すると、金属体２２は元の形状に戻ろうとして逆方向に変形する。金属体２２は元の形状に戻る前に電極１２に当接する。金属体２２はさらに変形しようとするので、結晶１に応力が加わる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気光学結晶支持台、電気光学結晶支持方法および電界検出光学装置に関するものである。

電界通信は、例えば体の表面を伝送経路とするものである。通信時には微弱な電界の変化が測定され、このようにして情報が電界により伝達される。電界通信には、電気光学結晶（以下、結晶という）の光学的性質が電界により変化するのを利用して、この変化をレーザ光で検出する検出装置が用いられる。例えば、検出装置としては、特許文献１に記載のものが知られている。

結晶は、元々はミリメートルオーダーのサイズを有する比較的大きな直方体である。図１６に示すように、結晶１０は、例えば、直方体の結晶の上部を手作業で薄く削り、その薄い部分（リッジ）を電極１１，１２で挟持してなるものである。信号検出の際には、レーザ光がリッジを通過する。このような結晶は、特許文献２に開示されている。

特開２００５−２７７７１９号公報特開２００７−１８３５１７号公報

ところで、結晶は高価なため、薄型および小型化によるコスト低減の試みがなされている。薄型、小型の結晶自体は扱いにくいが、図１７に示すように、そのような薄型、小型の結晶１００を大きな支持台２００で支持すれば、支持台２００を持つことで結晶１００を扱え、しかも扱い易い。

しかしながら、結晶は堅くもろいので、例えば、小型の結晶を支持台に半田付けやボンディングで固定する場合、その工程において、誤って結晶に大きな応力（衝撃）が加わり、その一部が欠損したり、応力により結晶の特性が劣化する可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、欠損や特性の劣化が生じないように電気光学結晶を支持できる電気光学結晶支持台、電気光学結晶支持方法、電気光学結晶支持台を用いた電界検出光学装置を提供することにある。

本発明の電気光学結晶支持台は、２つの電極を有する電気光学結晶を支持する電気光学結晶支持台であって、前記各電極に接触する金属体を有し、少なくとも一方の当該金属体が変形しようとすることにより前記電気光学結晶に応力を加えるようになっている。

例えば、前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、形状記憶合金であり、前記形状記憶合金を応力により変形させ、前記形状記憶合金を加熱した場合、前記形状記憶合金が加熱により逆方向に変形し、逆方向への変形の際に、前記形状記憶合金が前記電気光学結晶に応力を加えるようになっている。

例えば、前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、バイメタルであり、前記バイメタルを加熱した場合、前記バイメタルが加熱の際に変形し、前記バイメタルが冷却されて逆方向に変形し、逆方向への変形の際に、前記バイメタルが前記電気光学結晶に応力を加えるようになっている。

例えば、前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、複数の屈曲箇所を有する。

例えば、前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、板状を有する板状金属体であり、前記板状金属体を変形させた場合、前記板状金属体が逆方向に変形しようとすることにより前記電気光学結晶に応力を加えるようになっている。

本発明の電気光学結晶支持方法は、２つの電極を有する電気光学結晶を支持する電気光学結晶支持台による電気光学結晶支持方法であって、前記電気光学結晶支持台は、前記各電極に接触する金属体を有し、前記電気光学結晶支持方法は、少なくとも一方の当該金属体が変形しようとすることにより前記電気光学結晶に応力を加えることを特徴とする。

例えば、前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、形状記憶合金であり、前記電気光学結晶支持方法は、前記形状記憶合金を変形させる工程と、前記形状記憶合金を加熱する工程とを含み、前記形状記憶合金が加熱の際に逆方向に変形し、逆方向の変形の際に、前記形状記憶合金が前記電気光学結晶に応力を加える。

例えば、前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、バイメタルであり、前記電気光学結晶支持方法は、前記バイメタルを加熱する工程を含み、前記バイメタルが加熱の際に変形し、前記バイメタルが冷却されて逆方向に変形し、逆方向への変形の際に、前記バイメタルが前記電気光学結晶に応力を加える。

例えば、前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、板状を有する板状金属体であり、前記電気光学結晶支持方法は、前記板状金属体を変形させる工程を含み、前記変形した板状金属体が逆方向に変形しようとすることにより前記電気光学結晶に応力を加える。

本発明の電界検出光学装置は、前記電気光学結晶支持台と、前記電気光学結晶と前記電気光学結晶に光を入射させる手段と、前記各金属体間に電気信号を印加する手段と、前記電気光学結晶から出射する光により前記電気信号を検出する手段とを備える。

本発明によれば、金属体が変形することにより電気光学結晶に応力を加えるので、電気光学結晶に衝撃を与えず、欠損や特性の劣化が生じないように電気光学結晶を支持することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電気光学結晶支持台と電気光学結晶を示す斜視図および側面図である。図１に示す電気光学結晶支持台の金属体を変形させる様子を示す斜視図および側面図である。図１に示す電気光学結晶支持台に電気光学結晶が配置される様子を示す斜視図および側面図である。図１に示す電気光学結晶支持台の金属体が逆方向に変形する様子を示す斜視図および側面図である。図１に示す電気光学結晶支持台を含む電界検出光学装置の構成例を示す模式図である。図１に示す電気光学結晶支持台を含む電界検出光学装置の別な構成例を示す模式図である。本発明の第３の実施の形態に係る電気光学結晶支持台と電気光学結晶を示す斜視図および側面図である。図７に示す電気光学結晶支持台の金属体を変形させる様子を示す斜視図および側面図である。図７に示す電気光学結晶支持台に電気光学結晶が配置される様子を示す斜視図および側面図である。図７に示す電気光学結晶支持台の金属体が逆方向に変形する様子を示す斜視図および側面図である。本発明の第５の実施の形態に係る電気光学結晶支持台と電気光学結晶を示す斜視図および側面図である。本発明の第６の実施の形態に係る電気光学結晶支持台と電気光学結晶を示す斜視図および側面図である。図１２に示す電気光学結晶支持台に電気光学結晶が配置される様子を示す斜視図および側面図である。図１２に示す電気光学結晶支持台の金属体を変形させる前の様子を示す斜視図および側面図である。図１２に示す電気光学結晶支持台の金属体が変形した様子を示す斜視図および側面図である。従来の電気光学結晶を示す斜視図である。小型化された電気光学結晶と電気光学結晶支持台を示す斜視図である。

［第１の実施の形態（第２の実施の形態）］
図１に示すように、電気光学結晶（以下、結晶という）１は、２つの電極１１，１２に挟持されたものである。結晶１は、例えば、平板状であり、その材料は、ＺｎＴｅまたは閃亜鉛鋼型を有する化合物半導体結晶（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅなど）またはシレナイト化合物（Ｂｉ_１２ＧｅＯ_２０、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０、Ｂｉ_１２ＴｉＯ_２０など）である。電極は、例えば、金と銅の合金であり、スパッタリングによって、結晶１に蒸着される。例えば、結晶１の幅、高さ、長さはそれぞれ０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、７．０ｍｍである。

電気光学結晶支持台（以下、支持台という）２は、結晶１と一体となることで、結晶１を支持するものである。支持台２の材料は、例えば、プラスチックなどの絶縁体である。例えば、支持台２の幅、高さ、長さはそれぞれ１．５ｍｍ、１．５ｍｍ、７．０ｍｍである。

支持台２は、電極１１に接触する金属体２１，２１と、電極２１に接触する金属体２２，２２とを備える。金属体２２は、金属体２２自体が変形しようとすることにより電気光学結晶に応力を加えるようになっている。金属体２１は、例えば、電極の材料と同じものからなり、金属体２２からの応力を受けるべく、結晶１を挟んで、金属体２２の反対側に配置されている。

第１の実施の形態では、金属体２２は形状記憶合金（例えば、ニッケルチタン合金）である。ニッケルチタン合金である結晶記憶合金の変態温度は、ニッケルの組成により定まる。例えば、ニッケル組成が４６．８〜４７．０％の場合、変態温度は５０〜８０℃となり、ニッケル組成が５４〜５６％の場合は、変態温度は７０〜１００℃となる。第１の実施の形態では、形状記憶合金である金属体２２に応力を加えて変形させるのだが、前者の組成の場合、弾性係数は常温で０に近いため、必要な応力を小さくすることができる。

一方、本発明の第２の実施の形態に係る支持台は、支持台２に類似した構成を有し、金属体２２がバイメタルであることのみが異なる。バイメタルとは、熱膨張率の異なる２つの金属を貼り合わせたものである。バイメタルとしては、例えば、低い熱膨張率を有する金属であるＮｉ−Ｆｅ合金（Ｎｉ３６％）と、高い熱膨張率を有する金属であるＣｕ、Ｎｉ等の合金とを貼り合わせたものがある。第２の実施の形態では、バイメタルである金属体２２を加熱や冷却により変形させるのだが、２つの金属の種類は、どの程度変形させるかに鑑みて選択すればよく、上記例の組み合わせでなくてもよい。

まず、第１の実施の形態つまり金属体２２が形状記憶合金の場合における電気光学結晶支持方法（以下、電気光学結晶支持方法を単に支持方法という）を説明し、次に、第２の実施の形態つまり金属体２２がバイメタルの場合における支持方法を説明する。

（金属体２２が形状記憶合金の場合）
まず、金属体２２に形状を記憶させる。金属体２２がニッケルチタン合金の場合、例えば、４００〜５００℃で焼き入れをするなどして、形状を記憶させる。そして、金属体２２を、図１に示すように支持台２に配置する。この時点で、金属体２２と電極１２の間隔が狭くて、結晶１が配置できないようになっている。

次に、図２に示すように金属体２２を外部からの応力により、例えば手で、変形させる。金属体２２はＶ字になっており、つまり、金属体２２には屈曲箇所が１箇所だけあるので、この屈曲箇所だけが変形する。この変形により、結晶１を配置する空間が生じる。屈曲箇所の変形が大きすぎると金属体２２は形状を記憶しておけないので、例えば、屈曲箇所の変形は１０％程度とするのが好ましい。

次に、図３に示すように結晶１を支持台２に配置する。金属体２２の変態温度が常温より高い場合、ここまでの工程は、例えば、常温で行われる。

次に、金属体２２をランプヒータ、加熱コテ、温風等で加熱する。金属体２２が変態温度に達すると、図４に示すように金属体２２は逆方向に変形する。

図１のように、予め結晶１を配置できる空間をなくしておけば、金属体２２は元の形状に戻る前に電極１２に当接する。金属体２２はさらに変形しようとするので、結晶１に応力が加わる。

次に、加熱を止める。金属体２２は常温まで冷却される。冷却された金属体２２は電極１２を介して結晶１に応力を加え続ける。

（金属体２２がバイメタルの場合）
まず、図１に示すように、金属体２２を支持台２に配置する。この時点で、金属体２２と電極１２の間隔が狭くて、結晶１が配置できないようになっている。

次に、金属体２２をランプヒータ等で加熱する。加熱により金属体２２は、図２に示すように変形する。金属体２２には屈曲箇所が１箇所だけあり、この屈曲箇所だけが変形する。この変形により、結晶１を配置する空間が生じる。

次に、図３に示すように結晶１を支持台２に配置する。この配置に先立ち、または、配置後に加熱を止める。図４に示すように、金属体２２は冷却されて逆方向に変形する。

図１のように、予め結晶１を配置する空間をなくしておけば、金属体２２は元の形状に戻る前に電極１２に当接する。金属体２２はさらに変形しようとするので、電極１２を介して結晶１に応力を加え続ける。

図５に示すように電界検出光学装置は、例えば、結晶１に光を入射させる手段３と、金属体２１，２２間に電気信号を印加するための電極４１，４２と、結晶１から出射する光により電気信号を検出する手段５とを備える。例えば、一方の金属体２１は電極４１に接続されている。また、例えば、一方の金属体２２は電極４２に接続されている。電極４１，４２間には電気信号が印加される。レーザダイオード３１から出射したレーザ光はレンズ３２、偏光ビームスプリッタ３３、波長板３４を通過する。レーザ光は一方の端面から結晶１に入射する。結晶１には電気信号により電界が生じている。電界によりレーザ光は変調され、他方の端面から出射する。レーザ光は、偏光ビームスプリッタ５１により、Ｐ波成分およびＳ波成分に分離される。フォトダイオード５２，５２はＰ波成分およびＳ波成分を電気信号に変換する。

図６に示す電界検出光学装置は、同様の原理で動作するもので、結晶１の評価に用いられる。交流電源６は交流信号を電極４１，４２間に印加する。交流信号による結晶１内の電界は、通過するレーザ光を偏光させる。評価装置７は、レーザ光の偏光の割合を評価し、評価結果を表示装置８に表示する。

［第３の実施の形態（第４の実施の形態）］
図７に示すように支持台２Ａは、図１等に示した第１の実施の形態に係る支持台２に類似した構成を有し、形状記憶合金である金属体２２が、複数の屈曲箇所を有することのみが異なる。金属体２２は湾曲しているのである。

ここで、第１の実施の形態を顧みれば、図２に示す金属体２２では、例えば、結晶１を配置する空間を広くすべく、金属体２２を大きく変形させると、唯一の屈曲箇所に大きな変形が生じる。形状記憶合金の特性上、屈曲箇所の変形が大きすぎると元の形状（記憶している形状）に戻らなくなってしまう。場合によっては、図４において、金属体２２が電極２１に当接せず、結晶１に応力が加わらない。

これに対し、第３の実施の形態では、図８に示すように金属体２２を大きく変形させた場合であっても、変形の量が分散され、各屈曲箇所での変形は小さい。よって、金属体２２を大きく変形させても、元の形状に戻り、結晶１に応力を確実に加えることができる。また、金属体２２を大きく変形させることで、結晶１を配置する空間を広くできるので、結晶１の出し入れが容易であり、結晶１を配置しやすくすることができる。

すなわち、第３の実施の形態でも、図９に示すように結晶１を支持台２Ａに配置し、金属体２２を加熱すると、図１０に示すように金属体２２は逆方向に変形する。図７のように、予め結晶１を配置する空間をなくしておけば、金属体２２は電極１２に当接する。金属体２２はさらに変形しようとするので、結晶１に応力が加わる。加熱を止めると、金属体２２は常温まで冷却される。冷却された金属体２２は電極１２を介して結晶１に応力を加え続ける。

本発明の第４の実施の形態に係る支持台は、支持台２Ａに類似した構成を有し、金属体２２がバイメタルであることのみが異なる。

形状記憶合金と同様にバイメタルでも、その特性上、変形が大きすぎると元の形状に戻らず、結晶１に応力が加わらないことがある。

これに対し、第４の実施の形態では、形状記憶合金と同様に、金属体２２を同じように変形させた場合であっても、各屈曲箇所での変形は小さい。よって、元の形状に戻りやすく、結晶１に応力を確実に加えることができる。また、結晶１を配置する空間を広くでき、結晶１を配置しやすくすることができる。

［第５の実施の形態］
図１１に示すように支持台２Ｂは、図７等に示した支持台２Ａに類似した構成を有し、金属体２２の数が１であることのみが異なる。すなわち、本発明では金属体２２の数は任意である。また、金属体２２は図１１に示すように湾曲せず、一箇所で屈曲していてもよい。また、金属体２１を金属体２２と同様に構成してもよい。第５の実施の形態における支持方法、作用効果は、第１の実施の形態等のものと同様である。

［第６の実施の形態］
図１２に示すように支持台２Ｃの金属体２２は、板状を有する板状金属体である。金属体２２には貫通孔２２ａとその周囲の切り込み２２ｂが形成されている。金属体２２は、貫通孔２２ａを中心にして対称に湾曲している。金属体２２の各端部は逆方向に湾曲している。支持台２Ｃには、固定球２ａを貫通した軸棒２ｂの一方端が固定されている。

まず、図１３に示すように結晶１を支持台３Ｃに配置する。次に、図１４に示すように軸棒２ｂを貫通孔２２ａに貫通させる。次に、金属体２２を固定球２ａの方に押しつける。すると、固定球２ａが切り込み２２ｂを広げ、図１５に示すように、固定球２ａが貫通孔２２ａを貫通する。固定球２ａが切り込み２２ｂを広げているときに金属体２２が電極１２に接触するようにしておけば、固定球２ａが貫通孔２２ａを貫通したときの金属体２２は固定球２ａから応力を受けて変形している。金属体２２は逆方向に変形しようとするので、結晶１に応力が加わる。

なお、軸棒２ｂは、ネジ式などにして、後から支持台２Ｃに固定してもよい。また、そのような軸棒２ｂにボルトを通し、そのボルトにより金属体２２を所望の位置に固定してもよい。

以上説明したように、各実施の形態に係る支持台は、各電極１１，１２に接触する金属体２１，２２を有し、少なくとも一方の金属体が変形しようとすることにより結晶１に応力を加えるようになっているので、結晶１に衝撃を与えず、欠損や特性の劣化が生じないように結晶１を支持することができる。よって、結晶と支持台からなる素子の歩留まりを向上でき、また、半田付けやボンディングが不要なので、コスト低減を図れる。もちろん、支持台を持てるので、結晶の扱いが容易である。また、従来の素子（図１６参照）と形状的に互換性があり、代替可能な安価な素子として使用可能である。

１電気光学結晶
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ電気光学結晶支持台
１１，１２電極
２１，２２金属体
２ａ固定球
２ｂ軸棒
２２ａ貫通孔
２２ｂ切り込み

Claims

２つの電極を有する電気光学結晶を支持する電気光学結晶支持台であって、
前記各電極に接触する金属体を有し、少なくとも一方の当該金属体が変形しようとすることにより前記電気光学結晶に応力を加えるようになっている
ことを特徴とする電気光学結晶支持台。
前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、形状記憶合金であり、
前記形状記憶合金を応力により変形させ、前記形状記憶合金を加熱した場合、前記形状記憶合金が加熱により逆方向に変形し、逆方向への変形の際に、前記形状記憶合金が前記電気光学結晶に応力を加えるようになっている
ことを特徴とする請求項１記載の電気光学結晶支持台。
前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、バイメタルであり、
前記バイメタルを加熱した場合、前記バイメタルが加熱の際に変形し、前記バイメタルが冷却されて逆方向に変形し、逆方向への変形の際に、前記バイメタルが前記電気光学結晶に応力を加えるようになっている
ことを特徴とする請求項１記載の電気光学結晶支持台。
前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、複数の屈曲箇所を有する
ことを特徴とする請求項２または３記載の電気光学結晶支持台。
前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、板状を有する板状金属体であり、
前記板状金属体を変形させた場合、前記板状金属体が逆方向に変形しようとすることにより前記電気光学結晶に応力を加えるようになっている
ことを特徴とする請求項１記載の電気光学結晶支持台。
２つの電極を有する電気光学結晶を支持する電気光学結晶支持台による電気光学結晶支持方法であって、
前記電気光学結晶支持台は、前記各電極に接触する金属体を有し、
前記電気光学結晶支持方法は、少なくとも一方の当該金属体が変形しようとすることにより前記電気光学結晶に応力を加える
ことを特徴とする電気光学結晶支持方法。
前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、形状記憶合金であり、
前記電気光学結晶支持方法は、前記形状記憶合金を変形させる工程と、前記形状記憶合金を加熱する工程とを含み、
前記形状記憶合金が加熱の際に逆方向に変形し、逆方向の変形の際に、前記形状記憶合金が前記電気光学結晶に応力を加える
ことを特徴とする請求項６記載の電気光学結晶支持方法。
前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、バイメタルであり、
前記電気光学結晶支持方法は、前記バイメタルを加熱する工程を含み、
前記バイメタルが加熱の際に変形し、前記バイメタルが冷却されて逆方向に変形し、逆方向への変形の際に、前記バイメタルが前記電気光学結晶に応力を加える
ことを特徴とする請求項６記載の電気光学結晶支持方法。
前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、複数の屈曲箇所を有することを特徴とする請求項７または８記載の電気光学結晶支持方法。
前記電気光学結晶に応力を加える金属体は、板状を有する板状金属体であり、
前記電気光学結晶支持方法は、前記板状金属体を変形させる工程を含み、
前記変形した板状金属体が逆方向に変形しようとすることにより前記電気光学結晶に応力を加える
ことを特徴とする請求項６記載の電気光学結晶支持方法。
請求項１ないし５のいずれかに記載の電気光学結晶支持台と、
前記電気光学結晶と
前記電気光学結晶に光を入射させる手段と、
前記各金属体間に電気信号を印加する手段と
前記電気光学結晶から出射する光により前記電気信号を検出する手段と
を備えることを特徴とする電界検出光学装置。