JP3934544B2 - 弾性波観測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、レーザ光を用いた計測により弾性波の分布を観測する弾性波観測装置、及び弾性波観測装置に利用される弾性表面波装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
ＳＡＷデバイスなどの弾性波を用いたデバイスが盛んに開発されており、これらの素子の挙動を理解し、素子の改良に役立てるために弾性波を観測する手段が要望されている。
【０００４】
表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いたデバイス（ＳＡＷデバイス）において、表面波分布を観測する技術として、ヘルシンキ工科大学のＭ．Ｍ．サロマ氏らの干渉計を用いたものがある。この方法では、試料表面で反射した光と参照ミラーで反射した光の干渉を用いて、合成光の微小な強度変化から表面の変位を測定している。面に垂直な変位が光路差を変えることを検出するので、測定されるのは表面に垂直な弾性波変位である。
【０００５】
一方、面内の変位を観測するためには、弾性波による歪みによって生じる弾性光学効果（応力複屈折）を透過光の偏光変化から検出することが考えられる。弾性光学効果による複屈折から、物体内の応力歪みを観察するものとしては偏光顕微鏡があり、また、電気光学効果による光変調器と同じ構成で、逆に光の強度変化から複屈折を検出することが考えられる。
【０００６】
なお、本発明に関連する従来の技術として、特許出願公表平５−５０３８６２号公報には、円偏光の光ビームを偏光保持型ファイバに入力して入射超音波により励起されるモード結合度を出力する超音波センサが示されている。
【特許文献１】
特許出願公表平５−５０３８６２号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
干渉計を用いて測定する方法では、測定できるのは表面に対して垂直な変位に限られる。しかし、ＳＡＷデバイスにおいて利用している表面波は面垂直な変位をもっているものばかりではない。実際に、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）の３６°Ｙカット板を用いたデバイスなどは、面内変位しか持たないか、またはほとんどのエネルギが面内変位である弾性波を利用している。このようなＳＡＷデバイスでは弾性波の観察を干渉計で行うことは適していない。
【０００８】
一方、面内の変位を観測するため、弾性光学効果（応力複屈折）を透過光の偏光変化から検出することを考えると、ＳＡＷデバイスの結晶基板は光学的にも異方性を持ち、また表面が複雑な角度のカット面となっているため、電気光学効果を用いた光変調器のような簡略な構成で、実際のＳＡＷデバイスでの弾性波観測を行うことはできない。
【０００９】
図１に、弾性光学効果により生じる複屈折および屈折率変化を、透過光を用いて検出する従来の弾性波測定装置の光学系の構成を示す。図１の構成は、光変調器などに用いられている。
【００１０】
図１に示した光学系は、光源からの円偏光の光２が、被測定物である結晶３に入射し、結晶３を透過した光が位相差補償板４、偏光フィルタ５の順に透過した後、受光器６に入射するよう構成されている。光の伝搬方向に対して結晶３の屈折率が定まる軸をＸ軸１４、Ｙ軸１５とすると、屈折率はＸ軸１４に対してｎｘ、Ｙ軸１５に対してｎｙとなっている。
【００１１】
図２（ａ）のようにＸ軸方向の屈折率の変化Δｎにより、円偏光で入射した光は４５°方向を主軸とした楕円偏光となり、４５°方向の偏光成分の強度（図２（ｂ）に示した線４６と原点との距離）、つまり４５°方向を透過軸４２とする偏光フィルタ４１を透過する強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉ０＋Ｃ・Δｎ （Ｉ０：屈折率変化のないときの強度、Ｃ：係数）
となる。この構成では、偏光フィルタ４１の透過軸の方向は、結晶の屈折率が定まる軸Ｘ、Yとは４５°の角度としたときが感度最大であり、０°では感度はない。
【００１２】
異方性の結晶では屈折率は光の伝搬方向により異なり、屈折率楕円体と伝搬方向に垂直な平面( 原点を通る)との交点が成す楕円の主軸の向きが屈折率が定まる向きであり、それぞれの主軸の長さが屈折率となる。
【００１３】
弾性光学効果が起きる場合には、屈折率楕円体が変形して、それが任意の伝搬方向の光に対する屈折率の変化となって現れる。最終的な変化は、弾性波による歪み成分、弾性光学効果、光の伝搬方向によって決まり、上記の図１の構成で検出されるような変化が、都合よく現れるとは限らない。
【００１４】
被測定物である結晶３がタンタル酸リチウムの３６°Yカット板であり、カット面に垂直に光が伝搬する場合には、屈折率の変化は、図３（ａ）のように屈折率の定まる軸が回転して、屈折率の値自体はほとんど変化しないことが分かった。この場合、図１の従来の構成では、弾性波によって起きた変化を検出することはできない。
【００１５】
また、従来の弾性波観測方式によれば、ＳＡＷデバイス内の弾性波分布を観測することが可能であるが、ＳＡＷデバイス中の、光を透過させられない領域、例えば、金属電極領域における弾性波の挙動を観測できないという問題がある。ＳＡＷデバイスの金属電極は、いわゆるミラーとして機能し、金属電極領域に入射した光は反射してしまうため、金属電極領域は入射光がＳＡＷデバイスの基板結晶とは相互作用しない不感領域となってしまう。
【００１６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ＳＡＷデバイス等の、光学的に異方性をもち、表面が複雑な角度のカット面となっている結晶基板における弾性波の面内変位の測定を適切に行うことが可能な弾性波観測装置を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明の他の目的は、ＳＡＷデバイス等の結晶基板内の全領域において、不感領域なく弾性波分布を観測することを可能とし、弾性波の挙動をより精密に観測する弾性波観測装置及び弾性波観測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、光源からの円偏光の光が被測定物に入射し、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、受光器に入射するように配置された光学系と、前記受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する検出回路とを備える弾性波観測装置であって、前記偏光フィルタを、その偏光透過軸方向が被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちのいずれか一方の方向と一致するよう配置したことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するため、請求項２に記載した発明は、光源からの円偏光の光がビームスプリッタにより分岐され、分岐された一方の光が被測定物に入射し、他方の光が参照ミラーに入射するように配置され、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、第１の受光器に入射するように配置され、かつ、前記ビームスプリッタが被測定物の表面で反射される光と前記参照ミラーで反射される光とを重ね合わせて合成光を生成し、前記合成光が第２の受光器に入射するように配置された光学系と、前記第１の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第１の検出回路と、前記第２の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第２の検出回路と、前記第１の検出回路の出力値と前記第２の検出回路の出力値とに基づいて演算処理を行う演算回路とを備える弾性波観測装置であって、前記偏光フィルタを、その偏光透過軸方向が被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちいずれか一方の方向と一致するよう配置したことを特徴とする。
【００２０】
本発明の弾性波観測装置によれば、弾性表面波デバイス等の被測定物でこれまで観測できなかった弾性波の面内変位成分を適正に観測することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の弾性波観測装置によれば、ＳＡＷデバイスなどの弾性表面波装置でこれまで観測できなかった弾性波の面内変位成分の分布を適正に観測することができ、装置の改良に貢献するところが大きい。
【発明の実施の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２３】
図５は、本発明の弾性波観測装置の基本的構成を示す。図６は、本発明の一実施例に係る弾性波観測装置を示す。本発明の弾性波観測装置では、測定手段は弾性光学効果により生じる複屈折を、透過光の偏光状態の変化で検出する。
【００２４】
図６に示した弾性波観測装置においては、光学系は、光源１からの円偏光の光２が被測定物３に入射し、被測定物３を透過した光は、位相差補償板４、偏光フィルタ５の順に透過した後、受光器６に入射するように配置されている。上記の光学系の出力に検出回路７が接続されている。弾性波により生じる複屈折の周期的な変化が受光器６の出力に現れるため、検出回路７はこの出力の周期的な変動成分を検出することで、弾性波の強度を測定する。
【００２５】
図５に示したように、上記実施例の弾性波観測装置においては、偏光フィルタ５の偏光透過軸方向１６が、被測定物３の屈折率楕円体と入射光方向に垂直でかつ原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向１４、１５のうち、いずれか一方と一致する方向となるように構成している。また、位相差補償板４は、被測定物３の基板部の自然複屈折を補償するために用いられている。
【００２６】
本発明者は、図３（ａ）のような変化を検出するための構成を調べた結果、図５のように、入射偏光は円偏光２で、偏光フィルタ５の透過軸１６を結晶の屈折率の定まる軸であるＸ軸１４( またはＹ軸１５) と一致させる構成がよいことを見いだした。
【００２７】
なお、Ｘ軸１４は弾性光学効果により方向が変わるが、変化は微小であるので、偏光フィルタ５の透過軸１６を一致させる方向が回転前か回転後かは特に区別する必要はない。この時の偏光状態は図３（ｂ）に示したように、入射した円偏光は、弾性波の起きている領域の自然複屈折(ｎｘとｎｙが異なる) のために必ず楕円偏光になり、この楕円偏光の主軸の向きが屈折率の定まる軸のＸ軸１４、Ｙ 軸１５に伴って回転するので、Ｘ軸方向の偏光成分強度（図３（ｂ）に示した線４７と原点の距離）の変化として現れる。
【００２８】
図７は、本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置を示す。図４は、弾性表面波の変位成分を説明するための図である。
【００２９】
表面波の変位成分には、図４（ａ）に示した面垂直成分と図４（ｂ）に示したような面内成分があるが、表面波が両方の成分を持つが、面内成分のみの分布を観測したい場合には、図７のように面垂直成分を測定する干渉計による測定と組み合わせて、干渉計による面垂直変位の測定を、受光器１１の出力の周期的成分の大きさを検出回路１２で求めることで行い、これを、偏光検出での弾性波の強度を示す検出回路７の出力から、演算回路１３により差し引くことで面内変位成分のみの寄与を求めることができる。
【００３０】
すなわち、図７に示した弾性波観測装置においては、光学系は、光源１からの円偏光の光２が、ビームスプリッタ８により分岐され、分岐された一方の光が被測定物３に入射し、他方の光が参照ミラー９に入射するように配置されている。
【００３１】
図７の弾性波観測装置においては、被測定物３を透過した光が位相差補償板４、偏光フィルタ５の順に透過した後、受光器６に入射するように配置されている。
また、図５の構成と同様に、偏光フィルタ５の偏光透過軸方向１６は、被測定物３の屈折率楕円体と入射光方向に垂直でかつ原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向１４、１５のうち、いずれか一方と一致する方向であるように構成されている。
【００３２】
また、図７の弾性波観測装置においては、被測定物３の表面で反射された光は、参照ミラー９で反射された光と、ビームスプリッタ８により重ね合わされ、受光器１１に入射するように配置されている。さらに、図７の弾性波観測装置は、受光器６の出力の周期的な変動成分を検出する検出回路７と、受光器１１の出力の周期的な変動成分を検出する検出回路１２と、検出回路７の出力値と検出回路１２の出力値を演算処理する演算回路１３とを備える。
【００３３】
図７に示した弾性波観測装置においては、面内成分が主である表面波を利用する弾性表面波装置を被測定物３として使用する場合に、被測定物３にレイリー波の共振が起きる周波数の電気信号を入力した時の検出回路７の出力と検出回路１２の出力が演算回路１３で演算され零を出力するように、演算回路１３において、検出回路７の出力から、検出回路１２の出力に係数を掛けて引く演算を行ったときの演算結果にもとづいて、上記の係数を求めるように構成されている。
【００３４】
この実施例の演算回路１３において、偏光検出の信号である検出回路７の出力値から干渉計で得られる信号値である検出回路１２の出力を差し引くとき、検出回路１２の出力に掛ける係数を知る必要がある。つまり、偏光検出で得られる信号Ｓｐｏｌから干渉計で得られる信号Ｓｉｎｔに係数を掛けたものを引いて、面内成分による偏光検出への寄与であるＳｐを求める。
【００３５】
Ｓｐ＝Ｓｐｏｌ−Ｓｉｎｔ・Ｄ （Ｄ：係数）
理論的な感度計算から求めることもできるが、実際の光学系が理想的ではないことなどのために、実験的に係数を決める方法が求められる。この係数を求めるために、面内変位をもつ表面波を使用するように設計されたデバイスであっても、レイリー波を励起させて係数を求める方法が有効である。
【００３６】
ＳＡＷデバイスでは周期的な構造を持つ電極が形成されており、弾性波の速度と電極の周期とから共振周波数が次式のように求まる。
【００３７】
ｆｒ＝Ｖ／λｓ
ここで、ｆｒは共振周波数、λｓは電極の周期、Ｖは弾性波の速度を示す。素子が例えば漏洩表面波を用いるように設計されたものならば、この速度は漏洩表面波のものである。これとは別にレイリー波が存在し得て、レイリー波の速度Ｖｒから
ｆ′＝Ｖｒ／λｓ
で求まる周波数ｆ′の電気信号を電極に印加すると、ＳＡＷデバイスがレイリー波を励起するように設計されていなくても、大きなレイリー波が励起されることがある。
【００３８】
表面波の変位には、面垂直な変位のＳＶ成分、面内変位であり縦波成分のＰ成分、面内変位であり横波成分のＳＨ成分という３つの成分がある。レイリー波はこの内のＳＶ成分とＰ成分をもつ。偏光検出がＳＨ成分とＳＶ成分により寄与を受ける場合に、上記の係数を求めるにはレイリー波を発生させたときの、干渉計による信号Ｓｉｎｔ′と偏光検出測定の信号Ｓｐｏｌ′ から
係数＝Ｓｐｏｌ′／Ｓｉｎｔ′
とすればよい。
【００３９】
図８は、本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置を示す。図９は、ステージ位置に応じた合成光の強度変化を説明するための図である。
【００４０】
図８に示した弾性波観測装置においては、ビームスプリッタ８で分岐された光の１つは、レンズ２３を透過して被測定物３の表面に入射し、分岐された他方はレンズ３１を透過して参照ミラー９に入射する構成である。被測定物３は、レンズ２３との距離を変える方向に移動可能なステージ３５に取り付けられている。また、参照ミラー９は、その表面がレンズ３１の焦点位置となるように位置が調整されている。
【００４１】
図８の弾性波観測装置においては、ステージ３５により被測定物３が移動されたときの、被測定物３の表面からの反射光と参照ミラー９からの反射光の合成光１０の強度を示す信号が受光器１１より出力される。受光器１１の出力値を取り込む検出回路３４が設けてあり、検出回路３４は、光波干渉による強度変化の最大位置が検出可能な回路である。本実施例の弾性波観測装置においては、検出回路３４により求めた位置に、ステージ３５を調整されるように構成されている。
【００４２】
本実施例の弾性波観測装置で弾性波、特に弾性表面波を測定しようとする場合に、レンズにより弾性波の波長よりも小さい集光スポットで被測定物表面に集光して、測定するのが好ましい。
【００４３】
ここで、レンズの焦点位置に被測定物の表面が一致するように調整する必要があり、この方法として、干渉計部分を用いた効率的な方法は、図８の被測定物３の位置を光路方向に駆動するステージ３５を移動した場合に受光器１１の出力に起きる干渉による強度変化が、最大になる位置にステージ３５を調整することである。
【００４４】
この変化は、図９に示したように、ステージ移動量のλ／２（λ：光の波長）の周期でおきる。参照ミラー９を予めレンズ３１の焦点位置に調整しておくと、被測定物３の表面がレンズ２３の焦点に合ったときに、それぞれの反射光はビームスプリッタ８において波面がきちんと重なりあうために干渉度はよくなる。しかし、被測定物３の表面が焦点からずれていると波面が重ならず干渉度が低くなる。したがって、干渉による強度変化が最も大きい位置が焦点位置である。
【００４５】
図１０は、従来の弾性表面波装置の漏れ弾性波の分布を説明するための図である。図１１は、本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極の一例を示す図である。
【００４６】
上述した弾性波観測装置を用いることで、図１０に示したように共振器型の弾性表面波装置（デバイス）７２において、弾性波の伝搬方向と一定角度をなす方向Ｄにおいて漏れている弾性波が観察された。
【００４７】
そこで、この漏れの角度と直交する向きに電極を形成することにより、漏れようとする弾性波を反射させることでデバイス外部へのエネルギの漏れを小さくすることができる。
【００４８】
図１１に示した弾性表面波装置においては、圧電基板と、圧電基板の表面に形成された第１の櫛形電極５１と、第１の櫛形電極５１の電極指と交互に入り込む電極指を有する第２の櫛形電極５２とが形成されている。第１の櫛形電極５１の電極指と第２の櫛形電極５２の電極指は、互いに他方の電極指の根元の一定の長さの部分には入り込まない構成としている。
【００４９】
図１１の弾性表面波装置において、各電極指は、弾性波の伝搬方向（図１１に示した矢印Ａの方向）に周期的に並んでおり、電極指の根元の他方の電極指が入り込んでいない長さの部分５５、５６は、弾性波が漏洩する方向（これは本発明の弾性波観測装置によって観測される）と直交する向きとなるように、バスバー部５３、５４から先端に向けて、伝搬方向Ａと直交する方向よりも一定の角度だけ外側向きに形成されている。すなわち、右半分では右向き、左半分では左向きに形成されている。
【００５０】
また、図１１の弾性表面波装置においては、各電極指の部分５５、５６より先の部分５７、５８は、伝搬方向Ａと直交する向きに電極が延伸するように形成してある。
【００５１】
図１１に示した実施例によれば、櫛形電極の根元の部分に角度を付け、この部分で漏れる弾性波を反射することにより、外部に漏れるエネルギを減少させることができ、電気特性を向上させることができる。
【００５２】
図１２は、本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極の一例を示す。
【００５３】
図１２に示した弾性表面波装置においては、第１の櫛形電極５１の各電極指の中間位置に、第１の櫛形電極５１のバスバー部５３に接続され、第２の櫛形電極５２の電極指の先端の手前まで伸びるダミー電極５９が形成される。同様に、第２の櫛形電極５２の各電極指の中間位置に、第２の櫛形電極５２のバスバー部５４に接続され、第１の櫛形電極５１の電極指の先端の手前まで伸びるダミー電極６０が形成される。
【００５４】
また、図１２の弾性表面波装置においては、第１の櫛形電極５１のダミー電極５９は、周囲の第１の櫛形電極５１の電極指の根元部分５５と同じ方向に形成されており、同様に、第２の櫛形電極５２のダミー電極６０は、周囲の第２の櫛形電極の電極指の根元部分５６と同じ方向に形成されている。
【００５５】
また、図１２の弾性表面波装置においては、圧電基板はＬｉＴａＯ３単結晶を結晶のＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に３６度から４６度の範囲で回転させた方位を有するものであり、各反射器の端部は、弾性波の伝搬方向であるＡ軸と直交する向きから８度から１５度の範囲で傾斜させて形成させている。
【００５６】
図１２の実施例によれば、ダミー電極５９、６０を追加することにより、反射効率を向上することができ、また、電極指の交わる部分５７、５８がある部分との表面負荷の不連続を避けることができる。
【００５７】
図１３は、本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極及び反射器の一例を示す。
【００５８】
図１３に示した弾性表面波装置においては、圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成された第１の櫛形電極７１と第２の櫛形電極７２が交互に組み合わされてインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）７３が形成されている。ＩＤＴ７３の弾性波の伝搬方向（Ａ軸とする）に隣接して反射器７４、７５が配設されている。
【００５９】
反射器７４、７５は、周期的な電極指群からなり、各電極指は中央部分７６がＡ軸方向（図１１）に直交する方向であり、両端の部分７７、７８は、弾性波がＩＤＴ７３から漏洩する方向（この方向は上記実施例の弾性波観測装置により検出できる）と直交する向きとなるように、中央部分７６との接続部から先端に向けてＡ軸と直交する方向よりも一定の角度だけ内側向きに形成される。すなわち、右側半分の端部７７、７８では左内側向きに一定の角度だけ傾斜させ、左側半分の端部では右内側向きに一定の角度だけ傾斜させて形成される。
【００６０】
図１３の弾性表面波装置においては、圧電基板はＬｉＴａＯ３単結晶を、結晶のＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に３６度から４６度の範囲で回転させた方位を有するものであり、反射器７４、７５の両端の部分は、弾性波の伝搬方向と直交する向きから８度から１５度の範囲で傾斜させて形成してある。
【００６１】
図１３に示したように、ＩＤＴ７３の両側に配置される反射器７４、７５の端を、図１０に示した従来の構造よりも延長し、さらに漏洩弾性波の放射方向と直交する角度とすることで、弾性波の閉じ込め効率を向上させることができる。
【００６２】
図１４は、本発明の一実施例に係る弾性波観測装置の構成を示す。
【００６３】
図１４に示したように、光源２１は直線偏光のレーザ（例えばＨｅ−Ｎｅ：６３３ｎｍ）であり、４ 分の１波長板２２を透過させることで、偏光を円偏光に変える。この円偏光のレーザ光を、対物レンズ２３により被測定デバイス３に集光する。デバイス３の結晶基板を透過した光を、対物レンズ２５で平行光に変換し、結晶基板の自然複屈折で起きた位相差を補償する補償板４、偏光フィルタ５を透過させ、受光器６で光の強度を検出する。偏光フィルタ５の角度は図５と同様である。
【００６４】
図１４の弾性波観測装置においては、被測定デバイス３には周期的な電気信号を入力し、受光器６の出力のうち、この周波数と同じ周波数の成分をスペクトラムアナライザである検出回路７で検出し弾性波の強度を求める。被測定デバイス３は、３軸のステージ２４に固定され、対物レンズ２３による集光位置をデバイス３表面上で、走査しながら弾性波測定を行うことで、弾性波の２次元的な分布を観測することが出来る。
【００６５】
図１５は、本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置の構成を示す。
【００６６】
図１５に示したように、光源２１からの直線偏光の光を４分の１波長板２２を透過させることで、偏光を円偏光に変える。この円偏光の光はビームスプリッタ８により分岐され、１つは対物レンズ２３により被測定デバイス３に集光され、他の１つは対物レンズ３１により参照ミラー９に集光される。被測定デバイス３の表面で反射された光と、反射ミラー９で反射された光は、ビームスプリッタ８で合成され、この合成された光がレンズ３３により受光器１１に集光され、受光器１１により合成光の強度が検出される。
【００６７】
一方、被測定デバイス３に集光された光の内、デバイスの結晶基板を透過した光は、対物レンズ２５で平行光に変換され、結晶基板の自然複屈折で起きた位相差を補償する補償板４、偏光フィルタ５を透過させ、受光器６で強度を検出する。
【００６８】
また、図１５の弾性波観測装置において、反射ミラー９は１軸のステージ３２に取り付けられ、光路方向に位置を駆動できるようになっている。このステージ３２はストロークが１０μｍ程度で、高速動作に対応するため、ピエゾ素子を用いたステージが好ましい。被測定デバイス３は、３軸のステージ２４に固定され、対物レンズ２３による集光位置をデバイス表面上で走査しながら弾性波測定を行うことで、弾性波の2 次元的な分布を観測することが出来る。
【００６９】
また、干渉計による測定の場合には、参照ミラー９が取り付けられたステージ３２の駆動により感度最大の光路差を実現しながら、同じく２次元的な走査を行う。
【００７０】
図１５の弾性波観測装置では、上記した構成により、受光器６の出力からは、弾性光学効果から生じる信号を得られ、受光器１１の出力からは、干渉計測によって得られる面垂直な変位の信号を得られる。２つの信号のそれぞれの分布を観測すること、さらに２つの信号を演算処理する演算回路１３を用いることで、面内成分のみから得られる信号分布を評価することができる。
【００７１】
また、被測定デバイス３を取り付けたステージ２４を、光路方向に駆動したとき干渉による強度変化を最大にする位置にステージを調整することで、対物レンズＡ２３による集光位置をデバイス表面に合わせる。
【００７２】
図１６は、本発明の一実施例に係る弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極および反射器を示す図である。
【００７３】
図１６に示したように、この実施例の弾性表面波装置においては、根元の部分に角度をつけた電極指をもつ櫛形電極５１、５２と、反射器６１、６２から構成されている。この実施例の弾性表面波装置では、櫛形電極５１、５２は図１２に示したＩＤＴ電極と同一の構成を有し、反射器６１、６２は図１０に示した従来の反射器と同一の構成を有する。
【００７４】
以上説明したように、上記の実施例及び従来の弾性波観測方法及び弾性波観測装置は、ＳＡＷデバイス基板を透過する光の偏光状態の変化から弾性波の存在を検知する技術である。例えば、図１９は、従来の弾性波観測方法を説明するための図である。
【００７５】
図１９に示したように、従来の弾性波観測方法においては、入射光２を、矢印Ａで示した方向に、圧電性結晶５０と金属電極５１、５２を含む圧電基板３（被測定物）に入射させて、圧電基板３を、矢印Ｂで示した方向に、透過した光を受光器に入射させて、その透過光の偏光状態の変化を検出する。
【００７６】
上記実施例及び従来の弾性波観測方式によれば、透過光の偏光状態の変化を検出することで、ＳＡＷデバイス内の弾性波分布を観測することが可能であるが、ＳＡＷデバイス内の光を透過しない領域、例えば、金属電極領域における弾性波の挙動を観測できないという問題がある。ＳＡＷデバイスの金属電極は、いわゆるミラーとして機能し、金属電極領域に入射した光が反射してしまうため、金属電極領域においては入射光がＳＡＷデバイス基板の結晶と相互作用しない不感領域となってしまう。
【００７７】
以下に説明する弾性波観測方法及び弾性波観測装置においては、上記の問題点を解消して、ＳＡＷデバイス内の全領域において、不感領域なく弾性波分布を観測することができ、弾性波の挙動をより精密に観測することを目的とする。
【００７８】
図１７は、本発明の一実施例に係る弾性波観測方法を説明するための図である。
【００７９】
図１７の弾性波観測方法においては、圧電性結晶５０からなる圧電基板３（被測定物）の表面３ａ側に金属電極５１、５２を形成して、金属電極５１、５２が形成されていない圧電基板３の裏面３ｂ側を入射光２側に向けて配置する。ここで、裏面３ｂに入射する光の乱反射を防止するため、圧電基板３の裏面３ｂは予め研磨しておく。
【００８０】
入射光２を、矢印Ａで示した方向に、圧電基板３の裏面３ｂに入射させて、圧電基板３の表面３ａの金属電極５１、５２と圧電性結晶５０との界面で、矢印Ｃで示した方向に、反射した光を受光器に入射させて、その反射光の偏光状態の変化を検出する。
【００８１】
図１７の弾性波観測方法において、金属電極５１、５２はいわゆるミラーとして機能し、それ自体で偏光状態を乱すことは無いため、受光器で検出される偏光状態の変化量は、該当する光照射点における弾性波強度に依存する。なお、偏光状態変化は検光子により所定の振動成分のみが弁別された光の強度変化として検出する。
【００８２】
図１７の構成により、従来観測不能であった、圧電基板３の金属電極下の弾性波分布が観測可能となる。しかし、図１７の弾性波観測方法では、圧電基板３の金属電極の無い領域においては、空気と圧電基板界面における屈折率差が小さく、反射率が低いため、低感度領域となり、素子全体の分布を観測しにくいという問題が生ずる。
【００８３】
図１８は、図１７に示した弾性波観測方法の変形例を説明するための図である。
図１８の弾性波観測方法は、図１７の構成の上記問題点を解消するために構成したものである。
【００８４】
図１７の構成と同様に、圧電性結晶５０からなる圧電基板３（被測定物）の表面３ａ側に金属電極５１、５２を形成して、金属電極５１、５２が形成されていない圧電基板３の裏面３ｂ側を入射光２側に向けて配置する。図１８の弾性波観測方法においては、第１の偏光解析光学系と第２の偏光解析光学系とを使用する。
【００８５】
第１の偏光解析光学系では、入射光２を、矢印Ａで示した方向に、圧電基板３の裏面３ｂから入射させて、圧電基板３の表面３ａ上の金属電極５１、５２と圧電性結晶５０との界面で、矢印Ｃで示した方向に、反射した反射光の偏光状態の変化を検出する。第１の偏光解析光学系には、例えば、反射光の偏光状態を検出するための、レンズ、反射ミラー、検光子及び受光器等が含まれる。
【００８６】
また、第２の偏光解析光学系では、矢印Ｂで示した方向に、圧電基板３の表面３ａ上の金属電極５１、５２が形成されていない領域の圧電性結晶５０を透過する透過光の偏光状態の変化を検出する。第２の偏光解析光学系には、例えば、透過光の偏光状態を検出するための、レンズ、検光子及び受光器等が含まれる。
【００８７】
図１８の構成では、金属電極５１、５２と圧電性結晶５０との界面で光が反射してしまう不感領域については、第１の偏光解析光学系の出力信号を用いると共に、金属電極５１、５２間等の光が透過する領域については、第２の偏光解析光学系の出力信号を用いることにより、圧電基板３などのＳＡＷデバイスの全領域において、不感領域なく、弾性波の検知と分布観測が可能となる。
【００８８】
しかし、一般的に言って、反射光に対する第１の偏光解析光学系からの出力信号と、透過光に対する第２の偏光解析光学系からの出力信号とは信号強度が一致しないため、何らかの補正が必要となる。一致しない原因としては、金属電極で反射される光は結晶内の弾性波と往復２回相互作用するのに対し、透過する光は１度しか相互作用しないことや、第１の偏光解析光学系に入射する光量と、第２の偏光解析光学系に入射する光量とが異なることなどが考えられる。
【００８９】
両解析光学系の出力信号間に一意性を持たせるためには、両者の出力信号に所定の補正係数を乗じて補正を加えれば良い。この補正のための乗算は、観測データを取得した後に計算機上で実行する。あるいは、両解析光学系の出力信号を専用回路に入力して、補正のための乗算を専用回路にて実行することも可能である。
【００９０】
ＳＡＷデバイス基板となる圧電性結晶は、有限の屈折率を有しており、空気との界面においても幾分の光反射を生ずる。例えば、代表的な圧電性結晶であるＬｉＴａＯ３の反射率は１３％程度である。従って、金属電極間の光が透過する領域においても、反射光を用いる第1の偏光解析光学系により弾性波の検知が可能である。この第1の偏光解析光学系からの出力信号が、透過光を用いる第２の偏光解析光学系からの出力信号と一致するように補正係数を定める。
【００９１】
但し、補正係数を決定する前に、各々の光学系で受光した光量で信号量を除し、光量依存性を補償する必要がある。このようにして決定した補正係数を利用することにより、２つの偏光解析光学系からの出力信号間に一意性を付与することが可能となる。従って、ＳＡＷデバイスの全領域における弾性波分布を観測、可視化することが可能となる。上記した補正係数を求める方法については、後述する。
【００９２】
図２０は、本発明の一実施例に係る弾性波観測装置の構成を示す。ＳＡＷデバイス内に存在する弾性波、特にＳＨ波の強度分布を不感領域なく観測するために、この実施例の弾性波観測装置は、観測光学系と信号切替部とを備える。
【００９３】
図１８の構成と同様に、図２０の弾性波観測装置において、圧電性結晶５０からなる圧電基板３（ＳＡＷデバイス）は、表面３ａに金属電極が形成されており、金属電極の形成されていない裏面３ｂを光源からの光が入射する側にして配置する。
【００９４】
図２０の構成において、圧電基板３に対する観測光学系は、単色性光源（例えば、レーザ光源）８１と、偏光状態を所望の状態に調整する偏光調整光学系８２と、圧電基板３からの反射光を利用する第1の偏光解析光学系と、圧電基板３を透過した透過光を利用する第２の偏光解析光学系とから構成される。
【００９５】
第１の偏光解析光学系には、ハーフミラー８３、レンズ８４、検光子８８、及び受光器８９が含まれる。レンズ８４は、光源８１からのレーザ光を圧電基板３の金属電極上に集光すると共に、圧電基板３からの反射光をコリメートする。ハーフミラー８３は、光源８１からのレーザ光を透過すると共に、圧電基板３からの反射光の一部を検光子８８に向けて反射する。検光子８８を透過したレーザ光が受光器８９に入射し、受光器８９は、反射光の偏光状態の変化を示す信号を出力する。
【００９６】
第２の偏光解析光学系には、レンズ８５、検光子８６、及び受光器８７が含まれる。レンズ８５は、圧電基板３を透過したレーザ光を再度コリメートする。検光子８６を透過したレーザ光が受光器８７に入射し、受光器８７は透過光の偏光状態の変化を示す信号を出力する。
【００９７】
さらに、図２０の観測光学系は、ＳＡＷデバイス３内における光入射位置を変えるために、レーザ光の光軸方向に対し直交する方向に圧電基板３を移動する走査機構 (図示なし)を有している。また、図２０の弾性波観測装置は、ＳＡＷデバイス３の金属電極５１、５２間に駆動電圧を印加するための駆動信号源（図示なし）を備えている。
【００９８】
図２０の弾性波観測装置においては、第１及び第２の偏光解析光学系からの出力信号を信号切替え部にて切り替えて、信号処理する。この信号切替え部はスイッチ９１で構成され、スイッチ９１を介して供給される、第１の偏光解析光学系又は第２の偏光解析光学系からの出力信号に対する信号処理は周波数分析器９０により実行される。
【００９９】
図２０の構成において、上記信号処理には周波数分析器９０を使うのが好適であるが、この実施例に限定されるものではない。スイッチ９１の切り替えタイミングは、レーザ光照射位置の切り替えタイミングと同期し、レーザ光の入射位置が金属電極面であるか否かを判定して切替えられる。この切替えタイミングの制御及びレーザ光入射位置の判定は、図示しない制御部にて実行される。
【０１００】
例えば、レーザ光の入射位置が金属電極面であると判定したとき、制御部はスイッチ９１を切替えて、受光器８９からの出力信号が周波数分析器９０に供給するように制御する。レーザ光の入射位置が金属電極面でないと判定したとき、制御部はスイッチ９１を切替えて、受光器８７からの出力信号が周波数分析器９０に供給するように制御する。
【０１０１】
上記の制御方式とは異なり、図２０の構成において、制御部が、第１及び第２の偏光解析光学系からの出力信号に基づいて受光光量を比較し、単純に受光光量が大きい方を選択するようにスイッチ９１の切替えタイミングを制御することも可能である。この場合、信号処理後に収集されたデータを計算機上で逐次補正することが必要である。この補正のための補正係数の算出方法については、後述する。
【０１０２】
以上説明したように、図２０の弾性波観測装置によれば、ＳＡＷデバイスの全領域における弾性波分布を不感領域なく観測、可視化することが可能となる。
【０１０３】
図２１は、図２０に示した弾性波観測装置の変形例を示す。ＳＡＷデバイス内に存在する弾性波、特にＳＨ波の強度分布を不感領域なく観測するために、この実施例の弾性波観測装置は、観測光学系と信号補正部とを備える。
【０１０４】
図２１の弾性波観測装置において、圧電基板３に対する観測光学系は、図２０の構成と同一であり、その説明は省略する。図２１の構成においては、信号補正部は、反射光に対する受光器８９の出力信号を補正する第１の補正回路９３と、透過光に対する受光器８７の出力信号を補正する第２の補正回路９２と、２つの補正回路からの出力を足し合せる加算器９４とから構成される。
【０１０５】
図２１の構成においては、第１及び第２の偏光解析光学系からの出力信号がそれぞれ、第１及び第２の補正回路９３、９２にて補正され、補正後の出力信号が加算器９４にて足し合せられた信号が、周波数分析器９０に供給される。周波数分析器９０は、加算器９４からの出力信号に対する信号処理を実行する。
【０１０６】
図２１の弾性波観測装置では、第１及び第２の偏光解析光学系からの出力信号に対し、第１及び第２の補正回路９３、９２はそれぞれ、予め定められた補正係数を電気的に乗算することにより補正し、その後、加算器９４が補正後の出力信号を加算する構成となっている。この実施例によれば、計算機上での演算処理負荷を軽減できるため、データ点数の多い大規模なＳＡＷデバイスの観測も実施可能となる。
【０１０７】
次に、上記した第１及び第２の補正回路９３、９２に用いられる、補正係数の算出方法について説明する。ここでは、説明を簡単化するため、１次元の弾性波分布についてのみ考える。しかし、２次元の場合についても同様に考えることができることは明らかである。
【０１０８】
光は弾性波中を透過することによってわずかに変調されており、この変調成分のみが検出すべき信号である。従って、信号強度Ｓｉｇｎａｌは、弾性波強度Ｓ（ｘ）と受光光量Ｉｏに比例する。
【０１０９】
Ｓｉｇｎａｌ＝ｍ・Ｉｏ (ｍ：１０−３〜１０−４)
ｍ＝ｋ・Ｓ（ｘ）
ここで、次のように用語を定義する。Ｓ（ｘ）は弾性波の強度分布を示し、Ｒｍは電極金属の反射率を示し、Ｒｃは結晶表面の反射率（圧電性結晶ＬｉＴａＯ３の場合、Ｒｃ≒１３％）を示し、Ｔｃは結晶表面の透過率を示し（Ｔｃ＝１−Ｒｃ）、Ｉｉは入射光の強度（一定）を示し、Ｉｏｒ（ｘ）は反射光側の受光光量を示し、Ｉｏｔ（ｘ）は透過光側の受光光量を示し、Ｃ１は第１の補正回路９３に用いられる予め定められた補正係数を示し、Ｃ２は第２の補正回路９２に用いられる予め定められた補正係数を示し、Ｌｒは反射光側の測定光路の光量損失率を示し、Ｌｔは透過光側の測定光路の光量損失率を示す。また、ｘ＝０は金属電極面を示し、ｘ＝１は圧電結晶面を示す。
【０１１０】
上述したように、反射光を用いる第１の偏光解析光学系の出力のみで測定を行うと、ＳＡＷデバイス内の金属電極面と結晶表面との反射率が異なるため、受光器で受光する光量が大きく異なり、最終的に得られる弾性波信号分布に不連続が生じる恐れがある。このため、透過光を用いる第２の偏光解析光学系の出力も利用するが、光学系が異なるために何らかの補正が必要である。このため、補正係数Ｃ１、Ｃ２を以下に説明するように算出する。
【０１１１】
圧電結晶（ＳＡＷデバイス）３の金属電極面での反射光を受光することにより、得られる信号Ｓｉｇｎａｌ（０）は、次式（１）で表される。
【０１１２】
Ｓｉｇｎａｌ（０）＝２・ｍ（０）・Ｉｏｒ（０）
＝２・ｋ・Ｓ（０）・Ｌｒ・Ｒｍ・Ｉｉ （１）
上式（１）において、係数の２は、光が圧電性結晶５０内を往復するためである。
【０１１３】
一方、結晶表面での反射光を受光することによって得られる信号Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒは、次式（２）で表される。
【０１１４】
Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒ＝２・ｍ（１）・Ｉｏｒ（１）
＝２・ｋ・Ｓ（１）・Ｌｒ・Ｒｃ・Ｉｉ （２）
また、透過光を受光することにより得られる信号Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔは、次式（３）で表される。
【０１１５】
Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔ＝ｍ（１）・Ｉｏｔ（１）
＝ｋ・Ｓ（１）・Ｌｔ・Ｔｃ・Ｉｉ
＝ｋ・Ｓ（１）・Ｌｔ・（１−Ｒｃ）・Ｉｉ （３）
上式（２）、（３）より、Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒとＳｉｇｎａｌ（１）＿ｔの関係が次のように得られる。
【０１１６】
Ｓ（１）＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒ／２・ｋ・Ｌｒ・Ｒｃ・Ｉｉ
＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔ／ｋ・Ｌｔ・（１−Ｒｃ）・Ｉｉ
Ｃ１＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔ／Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒ
＝ｋ・Ｌｔ・（１−Ｒｃ）・Ｉｉ／２・ｋ・Ｌｒ・Ｒｃ・Ｉｉ
＝Ｌｔ・（１−Ｒｃ）／２・Ｌｒ・Ｒｃ
上式で表される第１の補正係数Ｃ１を用いれば、結晶面に光があたる場合には、受光光量の大きい透過光側の受光器８７の出力を使用することで、弾性波の検出感度を改善することが可能となる。
【０１１７】
次に、同一強度の弾性波が金属電極下と結晶表面に存在する場合（Ｓ（０）＝Ｓ（１）の場合）には、得られる信号強度が同一となることが必要である。すなわち、Ｓ（０）＝Ｓ（１）の場合、受光光量が異なる光学系から得られる信号量はＳｉｇｎａｌ（０）＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒ＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔ／Ｃ１の関係を満足しており、次式で表される第２の補正係数Ｃ２を導入する必要がある。
【０１１８】
２・ｍ（０）・Ｉｏｒ（０）＝２・ｍ（０）・Ｉｏｒ（１）・Ｃ２
＝ｍ（０）・Ｉｏｔ（１）・Ｃ２／Ｃ１
このとき、Ｃ２は総受光光量の比として、次式により算出される。
【０１１９】
Ｃ２＝Ｉｏｒ（０）／Ｉｏｒ（１）
以上より、図２１に示した弾性波観測装置の構成において、第1の補正回路９３は1倍の増幅度を有する増幅器とし、第2の補正回路９２はＣ２・（１＋Ｃ１）／Ｃ１で表される増幅度を有する増幅器とすればよい。第１の補正回路９３の出力と第２の補正回路９２の出力とを加算器９４で足し合わせる。加算器９４の出力を周波数分析器９０に供給することによって、常に安定した感度を有する弾性波観測装置を構成することが出来る。
【０１２０】
なお、上記の補正回路９２、９３の構成は一例を示したものであり、上記の実施例のみに限定されるものではない。他の補正回路の構成を利用しても、同様の効果が得られることは明らかである。
【０１２１】
以上説明したように、上記実施例の弾性波観測装置及び弾性波観測方法によれば、ＳＡＷデバイス内の全領域において、不感領域なく弾性波分布を観測することを可能とし、弾性波の挙動をより精密に観測することが可能である。
【０１２２】
（付記１）
光源からの円偏光の光が被測定物に入射し、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、受光器に入射するように配置された光学系と、前記受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する検出回路とからなる弾性波観測装置であって、前記偏光フィルタを、その偏光透過軸方向が、被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちのいずれか一方の方向と一致するよう配置したことを特徴とする弾性波観測装置。
【０１２３】
（付記２）
光源からの円偏光の光がビームスプリッタにより分岐され、分岐された一方の光が被測定物に入射し、他方の光が参照ミラーに入射するように配置され、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、第１の受光器に入射するように配置され、かつ、前記ビームスプリッタが被測定物の表面で反射される光と前記参照ミラーで反射される光とを重ね合わせて合成光を生成し、前記合成光が第２の受光器に入射するように配置された光学系と、前記第１の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第１の検出回路と、前記第２の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第２の検出回路と、前記第１の検出回路の出力値と前記第２の検出回路の出力値とに基づいて演算処理を行う演算回路とからなる弾性波観測装置であって、前記偏光フィルタを、その偏光透過軸方向が、被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちいずれか一方の方向と一致するよう構成したことを特徴とする弾性波観測装置。
【０１２４】
（付記３）
前記被測定物は、表面波の面内変位成分が測定される弾性表面波装置であり、かつ、前記被測定物にレイリー波の共振が起きる周波数の電気信号を入力したときに、前記演算回路が、前記第１の検出回路の出力値から、前記第２の検出回路の出力値に係数を乗算して得られた値を差し引いた演算結果が０となることに基づいて、前記係数を決定することを特徴とする付記２記載の弾性波観測装置。
【０１２５】
（付記４）
前記光学系が、前記ビームスプリッタで分岐された一方の光が第１のレンズを透過して被測定物の表面に入射し、分岐された他方の光が第２のレンズを透過して前記参照ミラーに入射する構成であり、前記被測定物を、前記第１のレンズとの距離を変える方向に移動可能なステージに取り付け、前記参照ミラーをその表面が前記第２のレンズの焦点位置になるように位置決めされており、かつ、前記弾性波観測装置がさらに、前記ステージにより前記被測定物が移動されたときに、前記第２の受光器が前記被測定物の表面からの反射する反射光と前記参照ミラーから反射する反射光との合成光の強度を示す信号を出力し、前記第２の受光器からの出力値に基づいて、光波干渉による強度変化の最大位置を検出する第３の検出回路を有し、前記第３の検出回路により検出された位置に基づいて前記ステージを位置決めすることを特徴とする付記２記載の弾性波観測装置。
【０１２６】
（付記５）
圧電基板と、交互に組み合わせて前記圧電基板の表面に形成される電極指を有する第１の櫛形電極および第２の櫛形電極とを備える弾性表面波装置であって、 前記第１の櫛形電極の電極指と前記第２の櫛形電極の電極指とが、互いに他方の電極指の根元部分に入り込まない構造であり、各電極指は、弾性波の伝搬方向に周期的に並んでおり、各電極指の根元部分は、弾性波が漏洩する方向と直交する向きとなり、弾性波の伝搬方向と直交する方向よりも所定の角度だけ各櫛形電極のバスバー部から先端に向けて左右外方に傾斜させて形成されるよう構成したことを特徴とする弾性表面波装置。
【０１２７】
（付記６）
前記第１の櫛形電極は、各電極指の中間位置に、前記第１の櫛形電極のバスバー部に接続させ、前記第２の櫛形電極の電極指の先端の手前まで延伸する第１のダミー電極を有し、かつ、前記第２の櫛形電極は、各電極指の中間位置に、前記第２の櫛形電極のバスバー部に接続させ、前記第１の櫛形電極の電極指の先端の手前まで延伸する第２のダミー電極を有することを特徴とする付記５記載の弾性表面波装置。
【０１２８】
（付記７）
圧電基板と、第１の櫛形電極と第２の櫛形電極とを交互に組み合わせて前記圧電基板の表面に形成されるインターデジタルトランスデューサと、弾性波の伝搬方向に沿って前記インターデジタルトランスデューサの左右端部に隣接させて形成される一対の反射器とを備える弾性表面波装置であって、前記第１及び第２の櫛形電極の各電極指はその中央部分を弾性波の伝搬方向に直交する方向に延伸するよう形成され、前記一対の反射器は、周期的な電極指群からなり、かつ、各反射器の端部は、弾性波の漏洩方向と直交する向きとなるように、前記インターデジタルトランスデューサの左右端部から弾性波の伝搬方向と直交する方向から所定の角度だけ左右内方に傾斜させて形成されることを特徴とする弾性表面波装置。
【０１２９】
（付記８）
前記圧電基板は、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３の単結晶より構成され、前記結晶のＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に３６度から４６度の範囲で回転させた方位を有し、かつ、各反射器の端部は、弾性波の伝搬方向と直交する方向から８度から１５度の範囲で傾斜させて形成されることを特徴とする付記５乃至７記載の弾性表面波装置。
【０１３０】
（付記９）
前記第１及び第２の櫛形電極の各電極指の他方の電極指の根元部分に入り込まない直線部分は、弾性波の伝搬方向と直交する方向に延伸するよう形成されることを特徴とする付記５記載の弾性表面波装置。
【０１３１】
（付記１０）
前記第１のダミー電極は、周囲の前記第１の櫛形電極の各電極指の根元部分と同じ方向に傾斜させて形成されており、かつ、前記第２のダミー電極は、周囲の前記第２の櫛形電極の各電極指の根元部分と同じ方向に傾斜させて形成されることを特徴とする付記６記載の弾性表面波装置。
【０１３２】
（付記１１）
付記１乃至付記４のいずれかに記載の弾性波観測装置を用いて、弾性表面波装置を観測し、観測された信号分布に基づいて弾性表面波装置の構造を改良することを特徴とする弾性表面波装置の設計方法。
【０１３３】
（付記１２）
付記１乃至付記４のいずれかに記載の弾性波観測装置を用いて、圧電性基板上に形成されたインターデジタルトランスデューサからなる弾性表面波装置を観測し、観測されたインターデジタルトランスデューサの外部へ漏洩する弾性波の位置、角度に基づいて弾性表面波装置を、前記漏洩する弾性波がインターデジタルトランスデューサに向けて反射するよう構成することを特徴とする弾性表面波装置の設計方法。
【０１３４】
（付記１３）
駆動電圧が印加される金属電極が圧電性結晶の一方の面に形成され、他方の面が予め研磨された圧電基板に光を入射させ、前記圧電基板中の弾性波と相互作用させた光の偏光状態の変化を検出することにより前記圧電基板中の弾性波の分布を観測する弾性波観測装置であって、光源からの光を、前記圧電基板の前記他方の面から入射させて、前記金属電極と前記圧電性結晶との界面で反射した反射光を受光するように配設された第１の偏光解析光学系を備え、前記第１の偏光解析光学系が受光した反射光の偏光状態の変化を検出することを特徴とする弾性波観測装置。
【０１３５】
（付記１４）
前記光源からの光が前記圧電基板の前記金属電極が形成されていない領域の前記圧電性結晶を透過する場合の透過光を受光するように配設された第２の偏光解析光学系を備え、前記第２の偏光解析光学系が受光した透過光の偏光状態の変化を検出することを特徴とする付記１３記載の弾性波観測装置。
【０１３６】
（付記１５）
前記第１の偏光解析光学系からの出力信号と、前記第２の偏光解析光学系からの出力信号の信号強度が一致するように、前記第１及び第２の偏光解析光学系からの２つの出力信号の一方に補正係数を乗じて、前記補正係数を乗じた信号を他方の出力信号に加算する信号補正部を備えることを特徴とする付記１４記載の弾性波観測装置。
【０１３７】
（付記１６）
駆動電圧が印加される金属電極が圧電性結晶の一方の面に形成され、他方の面が予め研磨された圧電基板に光を入射させ、前記圧電基板中の弾性波と相互作用させた光の偏光状態の変化を検出することにより前記圧電基板中の弾性波の分布を観測する弾性波観測方法であって、光源からの光を、前記圧電基板の前記他方の面から入射させて、前記金属電極と前記圧電性結晶との界面で反射した反射光を受光するように第１の偏光解析光学系を配設する手順と、前記第１の偏光解析光学系が受光した反射光の偏光状態の変化を検出する手順とを有することを特徴とする弾性波観測方法。
【０１３８】
（付記１７）
前記光源からの光が前記圧電基板の前記金属電極が形成されていない領域の前記圧電性結晶を透過する場合の透過光を受光するよう第２の偏光解析光学系を配置する手順と、前記第２の偏光解析光学系が受光した透過光の偏光状態の変化を検出する手順とを有することを特徴とする付記１６記載の弾性波観測方法。
【０１３９】
（付記１８）
前記第１の偏光解析光学系からの出力信号と、前記第２の偏光解析光学系からの出力信号の信号強度が一致するように、前記第１及び第２の偏光解析光学系からの２つの出力信号の一方に補正係数を乗じる手順と、前記補正係数を乗じた信号を他方の出力信号に加算する手順を有することを特徴とする付記１７記載の弾性波観測方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の弾性波観測装置の構成を示す図である。
【図２】 屈折率の変化と偏光の変化を説明するための図である。
【図３】 屈折率の定まる方向の変化と偏光変化を説明するための図である。
【図４】 弾性表面波の変位成分を説明するための図である。
【図５】 本発明の弾性波観測装置の基本的構成を示す図である。
【図６】 本発明の一実施例に係る弾性波観測装置を示すブロック図である。
【図７】 本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置を示すブロック図である。
【図８】 本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置を示すブロック図である。
【図９】 ステージ位置に応じた合成光の強度変化を説明するための図である。
【図１０】 従来の弾性表面波装置の漏れ弾性波の分布を説明するための図である。
【図１１】 本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極の一例を示す図である。
【図１２】 本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極の一例を示す図である。
【図１３】 本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極及び反射器の一例を示す図である。
【図１４】 本発明の一実施例に係る弾性波観測装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】 本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】 本発明の一実施例に係る弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極および反射器を示す図である。
【図１７】 本発明の一実施例に係る弾性波観測方法を説明するための図である。
【図１８】 図１７に示した弾性波観測方法の変形例を説明するための図である。
【図１９】 従来の弾性波観測方法を説明するための図である。
【図２０】 本発明の一実施例に係る弾性波観測装置の構成を示す図である。
【図２１】 図２０に示した弾性波観測装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 円偏光の光
３ 圧電基板（被測定物）
３ａ 圧電基板表面
３ｂ 圧電基板裏面
４ 補償板
５ 偏光フィルタ
６ 受光器
７ 周期成分検出回路
８ ビームスプリッタ
９ 参照ミラー
１０ 合成光
１１ 受光器
１２ 周期成分検出回路
１３ 演算回路
１４、１５ 屈折率の定まる方向
１６ 透過軸方向
１７ 直線偏光
２１ 直線偏光レーザ
２２ ４分の１波長板
２３ レンズ
２４ ３軸並進ステージ
２５ レンズ
３１ レンズ
３２ １軸並進ステージ
３３ レンズ
３４ 回路
３５ １軸ステージ
４１ 偏光フィルタ
４２ 透過軸
４３ 直線偏光
４６、４７ 偏光成分強度を示す線
５０ 圧電性結晶
５１、５２ 櫛形電極
５３、５４ バスバー部
５５、５６ 電極指根元
５７、５８ 電極指の先の部分
５９、６０ ダミー電極
６１、６２ 反射器
７１、７２ 櫛形電極
７３ インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）
７４、７５ 反射器
７６ 電極指中央部
７７、７８ 電極指端部
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、レーザ光を用いた計測により弾性波の分布を観測する弾性波観測装置、及び弾性波観測装置に利用される弾性表面波装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
ＳＡＷデバイスなどの弾性波を用いたデバイスが盛んに開発されており、これらの素子の挙動を理解し、素子の改良に役立てるために弾性波を観測する手段が要望されている。
【０００４】
表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いたデバイス（ＳＡＷデバイス）において、表面波分布を観測する技術として、ヘルシンキ工科大学のＭ．Ｍ．サロマ氏らの干渉計を用いたものがある。この方法では、試料表面で反射した光と参照ミラーで反射した光の干渉を用いて、合成光の微小な強度変化から表面の変位を測定している。面に垂直な変位が光路差を変えることを検出するので、測定されるのは表面に垂直な弾性波変位である。
【０００５】
一方、面内の変位を観測するためには、弾性波による歪みによって生じる弾性光学効果（応力複屈折）を透過光の偏光変化から検出することが考えられる。弾性光学効果による複屈折から、物体内の応力歪みを観察するものとしては偏光顕微鏡があり、また、電気光学効果による光変調器と同じ構成で、逆に光の強度変化から複屈折を検出することが考えられる。
【０００６】
なお、本発明に関連する従来の技術として、特許出願公表平５−５０３８６２号公報には、円偏光の光ビームを偏光保持型ファイバに入力して入射超音波により励起されるモード結合度を出力する超音波センサが示されている。
【特許文献１】
特許出願公表平５−５０３８６２号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
干渉計を用いて測定する方法では、測定できるのは表面に対して垂直な変位に限られる。しかし、ＳＡＷデバイスにおいて利用している表面波は面垂直な変位をもっているものばかりではない。実際に、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）の３６°Ｙカット板を用いたデバイスなどは、面内変位しか持たないか、またはほとんどのエネルギが面内変位である弾性波を利用している。このようなＳＡＷデバイスでは弾性波の観察を干渉計で行うことは適していない。
【０００８】
一方、面内の変位を観測するため、弾性光学効果（応力複屈折）を透過光の偏光変化から検出することを考えると、ＳＡＷデバイスの結晶基板は光学的にも異方性を持ち、また表面が複雑な角度のカット面となっているため、電気光学効果を用いた光変調器のような簡略な構成で、実際のＳＡＷデバイスでの弾性波観測を行うことはできない。
【０００９】
図１に、弾性光学効果により生じる複屈折および屈折率変化を、透過光を用いて検出する従来の弾性波測定装置の光学系の構成を示す。図１の構成は、光変調器などに用いられている。
【００１０】
図１に示した光学系は、光源からの円偏光の光２が、被測定物である結晶３に入射し、結晶３を透過した光が位相差補償板４、偏光フィルタ５の順に透過した後、受光器６に入射するよう構成されている。光の伝搬方向に対して結晶３の屈折率が定まる軸をＸ軸１４、Ｙ軸１５とすると、屈折率はＸ軸１４に対してｎｘ、Ｙ軸１５に対してｎｙとなっている。
【００１１】
図２（ａ）のようにＸ軸方向の屈折率の変化Δｎにより、円偏光で入射した光は４５°方向を主軸とした楕円偏光となり、４５°方向の偏光成分の強度（図２（ｂ）に示した線４６と原点との距離）、つまり４５°方向を透過軸４２とする偏光フィルタ４１を透過する強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉ０＋Ｃ・Δｎ （Ｉ０：屈折率変化のないときの強度、Ｃ：係数）
となる。この構成では、偏光フィルタ４１の透過軸の方向は、結晶の屈折率が定まる軸Ｘ、Yとは４５°の角度としたときが感度最大であり、０°では感度はない。
【００１２】
異方性の結晶では屈折率は光の伝搬方向により異なり、屈折率楕円体と伝搬方向に垂直な平面( 原点を通る)との交点が成す楕円の主軸の向きが屈折率が定まる向きであり、それぞれの主軸の長さが屈折率となる。
【００１３】
弾性光学効果が起きる場合には、屈折率楕円体が変形して、それが任意の伝搬方向の光に対する屈折率の変化となって現れる。最終的な変化は、弾性波による歪み成分、弾性光学効果、光の伝搬方向によって決まり、上記の図１の構成で検出されるような変化が、都合よく現れるとは限らない。
【００１４】
被測定物である結晶３がタンタル酸リチウムの３６°Yカット板であり、カット面に垂直に光が伝搬する場合には、屈折率の変化は、図３（ａ）のように屈折率の定まる軸が回転して、屈折率の値自体はほとんど変化しないことが分かった。この場合、図１の従来の構成では、弾性波によって起きた変化を検出することはできない。
【００１５】
また、従来の弾性波観測方式によれば、ＳＡＷデバイス内の弾性波分布を観測することが可能であるが、ＳＡＷデバイス中の、光を透過させられない領域、例えば、金属電極領域における弾性波の挙動を観測できないという問題がある。ＳＡＷデバイスの金属電極は、いわゆるミラーとして機能し、金属電極領域に入射した光は反射してしまうため、金属電極領域は入射光がＳＡＷデバイスの基板結晶とは相互作用しない不感領域となってしまう。
【００１６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ＳＡＷデバイス等の、光学的に異方性をもち、表面が複雑な角度のカット面となっている結晶基板における弾性波の面内変位の測定を適切に行うことが可能な弾性波観測装置を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明の他の目的は、ＳＡＷデバイス等の結晶基板内の全領域において、不感領域なく弾性波分布を観測することを可能とし、弾性波の挙動をより精密に観測する弾性波観測装置及び弾性波観測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、光源からの円偏光の光が被測定物に入射し、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、受光器に入射するように配置された光学系と、前記受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する検出回路とを備える弾性波観測装置であって、前記偏光フィルタを、その偏光透過軸方向が被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちのいずれか一方の方向と一致するよう配置したことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するため、請求項２に記載した発明は、光源からの円偏光の光がビームスプリッタにより分岐され、分岐された一方の光が被測定物に入射し、他方の光が参照ミラーに入射するように配置され、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、第１の受光器に入射するように配置され、かつ、前記ビームスプリッタが被測定物の表面で反射される光と前記参照ミラーで反射される光とを重ね合わせて合成光を生成し、前記合成光が第２の受光器に入射するように配置された光学系と、前記第１の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第１の検出回路と、前記第２の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第２の検出回路と、前記第１の検出回路の出力値と前記第２の検出回路の出力値とに基づいて演算処理を行う演算回路とを備える弾性波観測装置であって、前記偏光フィルタを、その偏光透過軸方向が被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちいずれか一方の方向と一致するよう配置したことを特徴とする。
【００２０】
本発明の弾性波観測装置によれば、弾性表面波デバイス等の被測定物でこれまで観測できなかった弾性波の面内変位成分を適正に観測することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の弾性波観測装置によれば、ＳＡＷデバイスなどの弾性表面波装置でこれまで観測できなかった弾性波の面内変位成分の分布を適正に観測することができ、装置の改良に貢献するところが大きい。
【発明の実施の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２３】
図５は、本発明の弾性波観測装置の基本的構成を示す。図６は、本発明の一実施例に係る弾性波観測装置を示す。本発明の弾性波観測装置では、測定手段は弾性光学効果により生じる複屈折を、透過光の偏光状態の変化で検出する。
【００２４】
図６に示した弾性波観測装置においては、光学系は、光源１からの円偏光の光２が被測定物３に入射し、被測定物３を透過した光は、位相差補償板４、偏光フィルタ５の順に透過した後、受光器６に入射するように配置されている。上記の光学系の出力に検出回路７が接続されている。弾性波により生じる複屈折の周期的な変化が受光器６の出力に現れるため、検出回路７はこの出力の周期的な変動成分を検出することで、弾性波の強度を測定する。
【００２５】
図５に示したように、上記実施例の弾性波観測装置においては、偏光フィルタ５の偏光透過軸方向１６が、被測定物３の屈折率楕円体と入射光方向に垂直でかつ原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向１４、１５のうち、いずれか一方と一致する方向となるように構成している。また、位相差補償板４は、被測定物３の基板部の自然複屈折を補償するために用いられている。
【００２６】
本発明者は、図３（ａ）のような変化を検出するための構成を調べた結果、図５のように、入射偏光は円偏光２で、偏光フィルタ５の透過軸１６を結晶の屈折率の定まる軸であるＸ軸１４( またはＹ軸１５) と一致させる構成がよいことを見いだした。
【００２７】
なお、Ｘ軸１４は弾性光学効果により方向が変わるが、変化は微小であるので、偏光フィルタ５の透過軸１６を一致させる方向が回転前か回転後かは特に区別する必要はない。この時の偏光状態は図３（ｂ）に示したように、入射した円偏光は、弾性波の起きている領域の自然複屈折(ｎｘとｎｙが異なる) のために必ず楕円偏光になり、この楕円偏光の主軸の向きが屈折率の定まる軸のＸ軸１４、Ｙ 軸１５に伴って回転するので、Ｘ軸方向の偏光成分強度（図３（ｂ）に示した線４７と原点の距離）の変化として現れる。
【００２８】
図７は、本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置を示す。図４は、弾性表面波の変位成分を説明するための図である。
【００２９】
表面波の変位成分には、図４（ａ）に示した面垂直成分と図４（ｂ）に示したような面内成分があるが、表面波が両方の成分を持つが、面内成分のみの分布を観測したい場合には、図７のように面垂直成分を測定する干渉計による測定と組み合わせて、干渉計による面垂直変位の測定を、受光器１１の出力の周期的成分の大きさを検出回路１２で求めることで行い、これを、偏光検出での弾性波の強度を示す検出回路７の出力から、演算回路１３により差し引くことで面内変位成分のみの寄与を求めることができる。
【００３０】
すなわち、図７に示した弾性波観測装置においては、光学系は、光源１からの円偏光の光２が、ビームスプリッタ８により分岐され、分岐された一方の光が被測定物３に入射し、他方の光が参照ミラー９に入射するように配置されている。
【００３１】
図７の弾性波観測装置においては、被測定物３を透過した光が位相差補償板４、偏光フィルタ５の順に透過した後、受光器６に入射するように配置されている。
また、図５の構成と同様に、偏光フィルタ５の偏光透過軸方向１６は、被測定物３の屈折率楕円体と入射光方向に垂直でかつ原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向１４、１５のうち、いずれか一方と一致する方向であるように構成されている。
【００３２】
また、図７の弾性波観測装置においては、被測定物３の表面で反射された光は、参照ミラー９で反射された光と、ビームスプリッタ８により重ね合わされ、受光器１１に入射するように配置されている。さらに、図７の弾性波観測装置は、受光器６の出力の周期的な変動成分を検出する検出回路７と、受光器１１の出力の周期的な変動成分を検出する検出回路１２と、検出回路７の出力値と検出回路１２の出力値を演算処理する演算回路１３とを備える。
【００３３】
図７に示した弾性波観測装置においては、面内成分が主である表面波を利用する弾性表面波装置を被測定物３として使用する場合に、被測定物３にレイリー波の共振が起きる周波数の電気信号を入力した時の検出回路７の出力と検出回路１２の出力が演算回路１３で演算され零を出力するように、演算回路１３において、検出回路７の出力から、検出回路１２の出力に係数を掛けて引く演算を行ったときの演算結果にもとづいて、上記の係数を求めるように構成されている。
【００３４】
この実施例の演算回路１３において、偏光検出の信号である検出回路７の出力値から干渉計で得られる信号値である検出回路１２の出力を差し引くとき、検出回路１２の出力に掛ける係数を知る必要がある。つまり、偏光検出で得られる信号Ｓｐｏｌから干渉計で得られる信号Ｓｉｎｔに係数を掛けたものを引いて、面内成分による偏光検出への寄与であるＳｐを求める。
【００３５】
Ｓｐ＝Ｓｐｏｌ−Ｓｉｎｔ・Ｄ （Ｄ：係数）
理論的な感度計算から求めることもできるが、実際の光学系が理想的ではないことなどのために、実験的に係数を決める方法が求められる。この係数を求めるために、面内変位をもつ表面波を使用するように設計されたデバイスであっても、レイリー波を励起させて係数を求める方法が有効である。
【００３６】
ＳＡＷデバイスでは周期的な構造を持つ電極が形成されており、弾性波の速度と電極の周期とから共振周波数が次式のように求まる。
【００３７】
ｆｒ＝Ｖ／λｓ
ここで、ｆｒは共振周波数、λｓは電極の周期、Ｖは弾性波の速度を示す。素子が例えば漏洩表面波を用いるように設計されたものならば、この速度は漏洩表面波のものである。これとは別にレイリー波が存在し得て、レイリー波の速度Ｖｒから
ｆ′＝Ｖｒ／λｓ
で求まる周波数ｆ′の電気信号を電極に印加すると、ＳＡＷデバイスがレイリー波を励起するように設計されていなくても、大きなレイリー波が励起されることがある。
【００３８】
表面波の変位には、面垂直な変位のＳＶ成分、面内変位であり縦波成分のＰ成分、面内変位であり横波成分のＳＨ成分という３つの成分がある。レイリー波はこの内のＳＶ成分とＰ成分をもつ。偏光検出がＳＨ成分とＳＶ成分により寄与を受ける場合に、上記の係数を求めるにはレイリー波を発生させたときの、干渉計による信号Ｓｉｎｔ′と偏光検出測定の信号Ｓｐｏｌ′ から
係数＝Ｓｐｏｌ′／Ｓｉｎｔ′
とすればよい。
【００３９】
図８は、本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置を示す。図９は、ステージ位置に応じた合成光の強度変化を説明するための図である。
【００４０】
図８に示した弾性波観測装置においては、ビームスプリッタ８で分岐された光の１つは、レンズ２３を透過して被測定物３の表面に入射し、分岐された他方はレンズ３１を透過して参照ミラー９に入射する構成である。被測定物３は、レンズ２３との距離を変える方向に移動可能なステージ３５に取り付けられている。また、参照ミラー９は、その表面がレンズ３１の焦点位置となるように位置が調整されている。
【００４１】
図８の弾性波観測装置においては、ステージ３５により被測定物３が移動されたときの、被測定物３の表面からの反射光と参照ミラー９からの反射光の合成光１０の強度を示す信号が受光器１１より出力される。受光器１１の出力値を取り込む検出回路３４が設けてあり、検出回路３４は、光波干渉による強度変化の最大位置が検出可能な回路である。本実施例の弾性波観測装置においては、検出回路３４により求めた位置に、ステージ３５を調整されるように構成されている。
【００４２】
本実施例の弾性波観測装置で弾性波、特に弾性表面波を測定しようとする場合に、レンズにより弾性波の波長よりも小さい集光スポットで被測定物表面に集光して、測定するのが好ましい。
【００４３】
ここで、レンズの焦点位置に被測定物の表面が一致するように調整する必要があり、この方法として、干渉計部分を用いた効率的な方法は、図８の被測定物３の位置を光路方向に駆動するステージ３５を移動した場合に受光器１１の出力に起きる干渉による強度変化が、最大になる位置にステージ３５を調整することである。
【００４４】
この変化は、図９に示したように、ステージ移動量のλ／２（λ：光の波長）の周期でおきる。参照ミラー９を予めレンズ３１の焦点位置に調整しておくと、被測定物３の表面がレンズ２３の焦点に合ったときに、それぞれの反射光はビームスプリッタ８において波面がきちんと重なりあうために干渉度はよくなる。しかし、被測定物３の表面が焦点からずれていると波面が重ならず干渉度が低くなる。したがって、干渉による強度変化が最も大きい位置が焦点位置である。
【００４５】
図１０は、従来の弾性表面波装置の漏れ弾性波の分布を説明するための図である。図１１は、本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極の一例を示す図である。
【００４６】
上述した弾性波観測装置を用いることで、図１０に示したように共振器型の弾性表面波装置（デバイス）７２において、弾性波の伝搬方向と一定角度をなす方向Ｄにおいて漏れている弾性波が観察された。
【００４７】
そこで、この漏れの角度と直交する向きに電極を形成することにより、漏れようとする弾性波を反射させることでデバイス外部へのエネルギの漏れを小さくすることができる。
【００４８】
図１１に示した弾性表面波装置においては、圧電基板と、圧電基板の表面に形成された第１の櫛形電極５１と、第１の櫛形電極５１の電極指と交互に入り込む電極指を有する第２の櫛形電極５２とが形成されている。第１の櫛形電極５１の電極指と第２の櫛形電極５２の電極指は、互いに他方の電極指の根元の一定の長さの部分には入り込まない構成としている。
【００４９】
図１１の弾性表面波装置において、各電極指は、弾性波の伝搬方向（図１１に示した矢印Ａの方向）に周期的に並んでおり、電極指の根元の他方の電極指が入り込んでいない長さの部分５５、５６は、弾性波が漏洩する方向（これは本発明の弾性波観測装置によって観測される）と直交する向きとなるように、バスバー部５３、５４から先端に向けて、伝搬方向Ａと直交する方向よりも一定の角度だけ外側向きに形成されている。すなわち、右半分では右向き、左半分では左向きに形成されている。
【００５０】
また、図１１の弾性表面波装置においては、各電極指の部分５５、５６より先の部分５７、５８は、伝搬方向Ａと直交する向きに電極が延伸するように形成してある。
【００５１】
図１１に示した実施例によれば、櫛形電極の根元の部分に角度を付け、この部分で漏れる弾性波を反射することにより、外部に漏れるエネルギを減少させることができ、電気特性を向上させることができる。
【００５２】
図１２は、本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極の一例を示す。
【００５３】
図１２に示した弾性表面波装置においては、第１の櫛形電極５１の各電極指の中間位置に、第１の櫛形電極５１のバスバー部５３に接続され、第２の櫛形電極５２の電極指の先端の手前まで伸びるダミー電極５９が形成される。同様に、第２の櫛形電極５２の各電極指の中間位置に、第２の櫛形電極５２のバスバー部５４に接続され、第１の櫛形電極５１の電極指の先端の手前まで伸びるダミー電極６０が形成される。
【００５４】
また、図１２の弾性表面波装置においては、第１の櫛形電極５１のダミー電極５９は、周囲の第１の櫛形電極５１の電極指の根元部分５５と同じ方向に形成されており、同様に、第２の櫛形電極５２のダミー電極６０は、周囲の第２の櫛形電極の電極指の根元部分５６と同じ方向に形成されている。
【００５５】
また、図１２の弾性表面波装置においては、圧電基板はＬｉＴａＯ３単結晶を結晶のＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に３６度から４６度の範囲で回転させた方位を有するものであり、各反射器の端部は、弾性波の伝搬方向であるＡ軸と直交する向きから８度から１５度の範囲で傾斜させて形成させている。
【００５６】
図１２の実施例によれば、ダミー電極５９、６０を追加することにより、反射効率を向上することができ、また、電極指の交わる部分５７、５８がある部分との表面負荷の不連続を避けることができる。
【００５７】
図１３は、本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極及び反射器の一例を示す。
【００５８】
図１３に示した弾性表面波装置においては、圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成された第１の櫛形電極７１と第２の櫛形電極７２が交互に組み合わされてインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）７３が形成されている。ＩＤＴ７３の弾性波の伝搬方向（Ａ軸とする）に隣接して反射器７４、７５が配設されている。
【００５９】
反射器７４、７５は、周期的な電極指群からなり、各電極指は中央部分７６がＡ軸方向（図１１）に直交する方向であり、両端の部分７７、７８は、弾性波がＩＤＴ７３から漏洩する方向（この方向は上記実施例の弾性波観測装置により検出できる）と直交する向きとなるように、中央部分７６との接続部から先端に向けてＡ軸と直交する方向よりも一定の角度だけ内側向きに形成される。すなわち、右側半分の端部７７、７８では左内側向きに一定の角度だけ傾斜させ、左側半分の端部では右内側向きに一定の角度だけ傾斜させて形成される。
【００６０】
図１３の弾性表面波装置においては、圧電基板はＬｉＴａＯ３単結晶を、結晶のＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に３６度から４６度の範囲で回転させた方位を有するものであり、反射器７４、７５の両端の部分は、弾性波の伝搬方向と直交する向きから８度から１５度の範囲で傾斜させて形成してある。
【００６１】
図１３に示したように、ＩＤＴ７３の両側に配置される反射器７４、７５の端を、図１０に示した従来の構造よりも延長し、さらに漏洩弾性波の放射方向と直交する角度とすることで、弾性波の閉じ込め効率を向上させることができる。
【００６２】
図１４は、本発明の一実施例に係る弾性波観測装置の構成を示す。
【００６３】
図１４に示したように、光源２１は直線偏光のレーザ（例えばＨｅ−Ｎｅ：６３３ｎｍ）であり、４ 分の１波長板２２を透過させることで、偏光を円偏光に変える。この円偏光のレーザ光を、対物レンズ２３により被測定デバイス３に集光する。デバイス３の結晶基板を透過した光を、対物レンズ２５で平行光に変換し、結晶基板の自然複屈折で起きた位相差を補償する補償板４、偏光フィルタ５を透過させ、受光器６で光の強度を検出する。偏光フィルタ５の角度は図５と同様である。
【００６４】
図１４の弾性波観測装置においては、被測定デバイス３には周期的な電気信号を入力し、受光器６の出力のうち、この周波数と同じ周波数の成分をスペクトラムアナライザである検出回路７で検出し弾性波の強度を求める。被測定デバイス３は、３軸のステージ２４に固定され、対物レンズ２３による集光位置をデバイス３表面上で、走査しながら弾性波測定を行うことで、弾性波の２次元的な分布を観測することが出来る。
【００６５】
図１５は、本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置の構成を示す。
【００６６】
図１５に示したように、光源２１からの直線偏光の光を４分の１波長板２２を透過させることで、偏光を円偏光に変える。この円偏光の光はビームスプリッタ８により分岐され、１つは対物レンズ２３により被測定デバイス３に集光され、他の１つは対物レンズ３１により参照ミラー９に集光される。被測定デバイス３の表面で反射された光と、反射ミラー９で反射された光は、ビームスプリッタ８で合成され、この合成された光がレンズ３３により受光器１１に集光され、受光器１１により合成光の強度が検出される。
【００６７】
一方、被測定デバイス３に集光された光の内、デバイスの結晶基板を透過した光は、対物レンズ２５で平行光に変換され、結晶基板の自然複屈折で起きた位相差を補償する補償板４、偏光フィルタ５を透過させ、受光器６で強度を検出する。
【００６８】
また、図１５の弾性波観測装置において、反射ミラー９は１軸のステージ３２に取り付けられ、光路方向に位置を駆動できるようになっている。このステージ３２はストロークが１０μｍ程度で、高速動作に対応するため、ピエゾ素子を用いたステージが好ましい。被測定デバイス３は、３軸のステージ２４に固定され、対物レンズ２３による集光位置をデバイス表面上で走査しながら弾性波測定を行うことで、弾性波の2 次元的な分布を観測することが出来る。
【００６９】
また、干渉計による測定の場合には、参照ミラー９が取り付けられたステージ３２の駆動により感度最大の光路差を実現しながら、同じく２次元的な走査を行う。
【００７０】
図１５の弾性波観測装置では、上記した構成により、受光器６の出力からは、弾性光学効果から生じる信号を得られ、受光器１１の出力からは、干渉計測によって得られる面垂直な変位の信号を得られる。２つの信号のそれぞれの分布を観測すること、さらに２つの信号を演算処理する演算回路１３を用いることで、面内成分のみから得られる信号分布を評価することができる。
【００７１】
また、被測定デバイス３を取り付けたステージ２４を、光路方向に駆動したとき干渉による強度変化を最大にする位置にステージを調整することで、対物レンズＡ２３による集光位置をデバイス表面に合わせる。
【００７２】
図１６は、本発明の一実施例に係る弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極および反射器を示す図である。
【００７３】
図１６に示したように、この実施例の弾性表面波装置においては、根元の部分に角度をつけた電極指をもつ櫛形電極５１、５２と、反射器６１、６２から構成されている。この実施例の弾性表面波装置では、櫛形電極５１、５２は図１２に示したＩＤＴ電極と同一の構成を有し、反射器６１、６２は図１０に示した従来の反射器と同一の構成を有する。
【００７４】
以上説明したように、上記の実施例及び従来の弾性波観測方法及び弾性波観測装置は、ＳＡＷデバイス基板を透過する光の偏光状態の変化から弾性波の存在を検知する技術である。例えば、図１９は、従来の弾性波観測方法を説明するための図である。
【００７５】
図１９に示したように、従来の弾性波観測方法においては、入射光２を、矢印Ａで示した方向に、圧電性結晶５０と金属電極５１、５２を含む圧電基板３（被測定物）に入射させて、圧電基板３を、矢印Ｂで示した方向に、透過した光を受光器に入射させて、その透過光の偏光状態の変化を検出する。
【００７６】
上記実施例及び従来の弾性波観測方式によれば、透過光の偏光状態の変化を検出することで、ＳＡＷデバイス内の弾性波分布を観測することが可能であるが、ＳＡＷデバイス内の光を透過しない領域、例えば、金属電極領域における弾性波の挙動を観測できないという問題がある。ＳＡＷデバイスの金属電極は、いわゆるミラーとして機能し、金属電極領域に入射した光が反射してしまうため、金属電極領域においては入射光がＳＡＷデバイス基板の結晶と相互作用しない不感領域となってしまう。
【００７７】
以下に説明する弾性波観測方法及び弾性波観測装置においては、上記の問題点を解消して、ＳＡＷデバイス内の全領域において、不感領域なく弾性波分布を観測することができ、弾性波の挙動をより精密に観測することを目的とする。
【００７８】
図１７は、本発明の一実施例に係る弾性波観測方法を説明するための図である。
【００７９】
図１７の弾性波観測方法においては、圧電性結晶５０からなる圧電基板３（被測定物）の表面３ａ側に金属電極５１、５２を形成して、金属電極５１、５２が形成されていない圧電基板３の裏面３ｂ側を入射光２側に向けて配置する。ここで、裏面３ｂに入射する光の乱反射を防止するため、圧電基板３の裏面３ｂは予め研磨しておく。
【００８０】
入射光２を、矢印Ａで示した方向に、圧電基板３の裏面３ｂに入射させて、圧電基板３の表面３ａの金属電極５１、５２と圧電性結晶５０との界面で、矢印Ｃで示した方向に、反射した光を受光器に入射させて、その反射光の偏光状態の変化を検出する。
【００８１】
図１７の弾性波観測方法において、金属電極５１、５２はいわゆるミラーとして機能し、それ自体で偏光状態を乱すことは無いため、受光器で検出される偏光状態の変化量は、該当する光照射点における弾性波強度に依存する。なお、偏光状態変化は検光子により所定の振動成分のみが弁別された光の強度変化として検出する。
【００８２】
図１７の構成により、従来観測不能であった、圧電基板３の金属電極下の弾性波分布が観測可能となる。しかし、図１７の弾性波観測方法では、圧電基板３の金属電極の無い領域においては、空気と圧電基板界面における屈折率差が小さく、反射率が低いため、低感度領域となり、素子全体の分布を観測しにくいという問題が生ずる。
【００８３】
図１８は、図１７に示した弾性波観測方法の変形例を説明するための図である。
図１８の弾性波観測方法は、図１７の構成の上記問題点を解消するために構成したものである。
【００８４】
図１７の構成と同様に、圧電性結晶５０からなる圧電基板３（被測定物）の表面３ａ側に金属電極５１、５２を形成して、金属電極５１、５２が形成されていない圧電基板３の裏面３ｂ側を入射光２側に向けて配置する。図１８の弾性波観測方法においては、第１の偏光解析光学系と第２の偏光解析光学系とを使用する。
【００８５】
第１の偏光解析光学系では、入射光２を、矢印Ａで示した方向に、圧電基板３の裏面３ｂから入射させて、圧電基板３の表面３ａ上の金属電極５１、５２と圧電性結晶５０との界面で、矢印Ｃで示した方向に、反射した反射光の偏光状態の変化を検出する。第１の偏光解析光学系には、例えば、反射光の偏光状態を検出するための、レンズ、反射ミラー、検光子及び受光器等が含まれる。
【００８６】
また、第２の偏光解析光学系では、矢印Ｂで示した方向に、圧電基板３の表面３ａ上の金属電極５１、５２が形成されていない領域の圧電性結晶５０を透過する透過光の偏光状態の変化を検出する。第２の偏光解析光学系には、例えば、透過光の偏光状態を検出するための、レンズ、検光子及び受光器等が含まれる。
【００８７】
図１８の構成では、金属電極５１、５２と圧電性結晶５０との界面で光が反射してしまう不感領域については、第１の偏光解析光学系の出力信号を用いると共に、金属電極５１、５２間等の光が透過する領域については、第２の偏光解析光学系の出力信号を用いることにより、圧電基板３などのＳＡＷデバイスの全領域において、不感領域なく、弾性波の検知と分布観測が可能となる。
【００８８】
しかし、一般的に言って、反射光に対する第１の偏光解析光学系からの出力信号と、透過光に対する第２の偏光解析光学系からの出力信号とは信号強度が一致しないため、何らかの補正が必要となる。一致しない原因としては、金属電極で反射される光は結晶内の弾性波と往復２回相互作用するのに対し、透過する光は１度しか相互作用しないことや、第１の偏光解析光学系に入射する光量と、第２の偏光解析光学系に入射する光量とが異なることなどが考えられる。
【００８９】
両解析光学系の出力信号間に一意性を持たせるためには、両者の出力信号に所定の補正係数を乗じて補正を加えれば良い。この補正のための乗算は、観測データを取得した後に計算機上で実行する。あるいは、両解析光学系の出力信号を専用回路に入力して、補正のための乗算を専用回路にて実行することも可能である。
【００９０】
ＳＡＷデバイス基板となる圧電性結晶は、有限の屈折率を有しており、空気との界面においても幾分の光反射を生ずる。例えば、代表的な圧電性結晶であるＬｉＴａＯ３の反射率は１３％程度である。従って、金属電極間の光が透過する領域においても、反射光を用いる第1の偏光解析光学系により弾性波の検知が可能である。この第1の偏光解析光学系からの出力信号が、透過光を用いる第２の偏光解析光学系からの出力信号と一致するように補正係数を定める。
【００９１】
但し、補正係数を決定する前に、各々の光学系で受光した光量で信号量を除し、光量依存性を補償する必要がある。このようにして決定した補正係数を利用することにより、２つの偏光解析光学系からの出力信号間に一意性を付与することが可能となる。従って、ＳＡＷデバイスの全領域における弾性波分布を観測、可視化することが可能となる。上記した補正係数を求める方法については、後述する。
【００９２】
図２０は、本発明の一実施例に係る弾性波観測装置の構成を示す。ＳＡＷデバイス内に存在する弾性波、特にＳＨ波の強度分布を不感領域なく観測するために、この実施例の弾性波観測装置は、観測光学系と信号切替部とを備える。
【００９３】
図１８の構成と同様に、図２０の弾性波観測装置において、圧電性結晶５０からなる圧電基板３（ＳＡＷデバイス）は、表面３ａに金属電極が形成されており、金属電極の形成されていない裏面３ｂを光源からの光が入射する側にして配置する。
【００９４】
図２０の構成において、圧電基板３に対する観測光学系は、単色性光源（例えば、レーザ光源）８１と、偏光状態を所望の状態に調整する偏光調整光学系８２と、圧電基板３からの反射光を利用する第1の偏光解析光学系と、圧電基板３を透過した透過光を利用する第２の偏光解析光学系とから構成される。
【００９５】
第１の偏光解析光学系には、ハーフミラー８３、レンズ８４、検光子８８、及び受光器８９が含まれる。レンズ８４は、光源８１からのレーザ光を圧電基板３の金属電極上に集光すると共に、圧電基板３からの反射光をコリメートする。ハーフミラー８３は、光源８１からのレーザ光を透過すると共に、圧電基板３からの反射光の一部を検光子８８に向けて反射する。検光子８８を透過したレーザ光が受光器８９に入射し、受光器８９は、反射光の偏光状態の変化を示す信号を出力する。
【００９６】
第２の偏光解析光学系には、レンズ８５、検光子８６、及び受光器８７が含まれる。レンズ８５は、圧電基板３を透過したレーザ光を再度コリメートする。検光子８６を透過したレーザ光が受光器８７に入射し、受光器８７は透過光の偏光状態の変化を示す信号を出力する。
【００９７】
さらに、図２０の観測光学系は、ＳＡＷデバイス３内における光入射位置を変えるために、レーザ光の光軸方向に対し直交する方向に圧電基板３を移動する走査機構 (図示なし)を有している。また、図２０の弾性波観測装置は、ＳＡＷデバイス３の金属電極５１、５２間に駆動電圧を印加するための駆動信号源（図示なし）を備えている。
【００９８】
図２０の弾性波観測装置においては、第１及び第２の偏光解析光学系からの出力信号を信号切替え部にて切り替えて、信号処理する。この信号切替え部はスイッチ９１で構成され、スイッチ９１を介して供給される、第１の偏光解析光学系又は第２の偏光解析光学系からの出力信号に対する信号処理は周波数分析器９０により実行される。
【００９９】
図２０の構成において、上記信号処理には周波数分析器９０を使うのが好適であるが、この実施例に限定されるものではない。スイッチ９１の切り替えタイミングは、レーザ光照射位置の切り替えタイミングと同期し、レーザ光の入射位置が金属電極面であるか否かを判定して切替えられる。この切替えタイミングの制御及びレーザ光入射位置の判定は、図示しない制御部にて実行される。
【０１００】
例えば、レーザ光の入射位置が金属電極面であると判定したとき、制御部はスイッチ９１を切替えて、受光器８９からの出力信号が周波数分析器９０に供給するように制御する。レーザ光の入射位置が金属電極面でないと判定したとき、制御部はスイッチ９１を切替えて、受光器８７からの出力信号が周波数分析器９０に供給するように制御する。
【０１０１】
上記の制御方式とは異なり、図２０の構成において、制御部が、第１及び第２の偏光解析光学系からの出力信号に基づいて受光光量を比較し、単純に受光光量が大きい方を選択するようにスイッチ９１の切替えタイミングを制御することも可能である。この場合、信号処理後に収集されたデータを計算機上で逐次補正することが必要である。この補正のための補正係数の算出方法については、後述する。
【０１０２】
以上説明したように、図２０の弾性波観測装置によれば、ＳＡＷデバイスの全領域における弾性波分布を不感領域なく観測、可視化することが可能となる。
【０１０３】
図２１は、図２０に示した弾性波観測装置の変形例を示す。ＳＡＷデバイス内に存在する弾性波、特にＳＨ波の強度分布を不感領域なく観測するために、この実施例の弾性波観測装置は、観測光学系と信号補正部とを備える。
【０１０４】
図２１の弾性波観測装置において、圧電基板３に対する観測光学系は、図２０の構成と同一であり、その説明は省略する。図２１の構成においては、信号補正部は、反射光に対する受光器８９の出力信号を補正する第１の補正回路９３と、透過光に対する受光器８７の出力信号を補正する第２の補正回路９２と、２つの補正回路からの出力を足し合せる加算器９４とから構成される。
【０１０５】
図２１の構成においては、第１及び第２の偏光解析光学系からの出力信号がそれぞれ、第１及び第２の補正回路９３、９２にて補正され、補正後の出力信号が加算器９４にて足し合せられた信号が、周波数分析器９０に供給される。周波数分析器９０は、加算器９４からの出力信号に対する信号処理を実行する。
【０１０６】
図２１の弾性波観測装置では、第１及び第２の偏光解析光学系からの出力信号に対し、第１及び第２の補正回路９３、９２はそれぞれ、予め定められた補正係数を電気的に乗算することにより補正し、その後、加算器９４が補正後の出力信号を加算する構成となっている。この実施例によれば、計算機上での演算処理負荷を軽減できるため、データ点数の多い大規模なＳＡＷデバイスの観測も実施可能となる。
【０１０７】
次に、上記した第１及び第２の補正回路９３、９２に用いられる、補正係数の算出方法について説明する。ここでは、説明を簡単化するため、１次元の弾性波分布についてのみ考える。しかし、２次元の場合についても同様に考えることができることは明らかである。
【０１０８】
光は弾性波中を透過することによってわずかに変調されており、この変調成分のみが検出すべき信号である。従って、信号強度Ｓｉｇｎａｌは、弾性波強度Ｓ（ｘ）と受光光量Ｉｏに比例する。
【０１０９】
Ｓｉｇｎａｌ＝ｍ・Ｉｏ (ｍ：１０−３〜１０−４)
ｍ＝ｋ・Ｓ（ｘ）
ここで、次のように用語を定義する。Ｓ（ｘ）は弾性波の強度分布を示し、Ｒｍは電極金属の反射率を示し、Ｒｃは結晶表面の反射率（圧電性結晶ＬｉＴａＯ３の場合、Ｒｃ≒１３％）を示し、Ｔｃは結晶表面の透過率を示し（Ｔｃ＝１−Ｒｃ）、Ｉｉは入射光の強度（一定）を示し、Ｉｏｒ（ｘ）は反射光側の受光光量を示し、Ｉｏｔ（ｘ）は透過光側の受光光量を示し、Ｃ１は第１の補正回路９３に用いられる予め定められた補正係数を示し、Ｃ２は第２の補正回路９２に用いられる予め定められた補正係数を示し、Ｌｒは反射光側の測定光路の光量損失率を示し、Ｌｔは透過光側の測定光路の光量損失率を示す。また、ｘ＝０は金属電極面を示し、ｘ＝１は圧電結晶面を示す。
【０１１０】
上述したように、反射光を用いる第１の偏光解析光学系の出力のみで測定を行うと、ＳＡＷデバイス内の金属電極面と結晶表面との反射率が異なるため、受光器で受光する光量が大きく異なり、最終的に得られる弾性波信号分布に不連続が生じる恐れがある。このため、透過光を用いる第２の偏光解析光学系の出力も利用するが、光学系が異なるために何らかの補正が必要である。このため、補正係数Ｃ１、Ｃ２を以下に説明するように算出する。
【０１１１】
圧電結晶（ＳＡＷデバイス）３の金属電極面での反射光を受光することにより、得られる信号Ｓｉｇｎａｌ（０）は、次式（１）で表される。
【０１１２】
Ｓｉｇｎａｌ（０）＝２・ｍ（０）・Ｉｏｒ（０）
＝２・ｋ・Ｓ（０）・Ｌｒ・Ｒｍ・Ｉｉ （１）
上式（１）において、係数の２は、光が圧電性結晶５０内を往復するためである。
【０１１３】
一方、結晶表面での反射光を受光することによって得られる信号Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒは、次式（２）で表される。
【０１１４】
Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒ＝２・ｍ（１）・Ｉｏｒ（１）
＝２・ｋ・Ｓ（１）・Ｌｒ・Ｒｃ・Ｉｉ （２）
また、透過光を受光することにより得られる信号Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔは、次式（３）で表される。
【０１１５】
Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔ＝ｍ（１）・Ｉｏｔ（１）
＝ｋ・Ｓ（１）・Ｌｔ・Ｔｃ・Ｉｉ
＝ｋ・Ｓ（１）・Ｌｔ・（１−Ｒｃ）・Ｉｉ （３）
上式（２）、（３）より、Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒとＳｉｇｎａｌ（１）＿ｔの関係が次のように得られる。
【０１１６】
Ｓ（１）＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒ／２・ｋ・Ｌｒ・Ｒｃ・Ｉｉ
＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔ／ｋ・Ｌｔ・（１−Ｒｃ）・Ｉｉ
Ｃ１＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔ／Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒ
＝ｋ・Ｌｔ・（１−Ｒｃ）・Ｉｉ／２・ｋ・Ｌｒ・Ｒｃ・Ｉｉ
＝Ｌｔ・（１−Ｒｃ）／２・Ｌｒ・Ｒｃ
上式で表される第１の補正係数Ｃ１を用いれば、結晶面に光があたる場合には、受光光量の大きい透過光側の受光器８７の出力を使用することで、弾性波の検出感度を改善することが可能となる。
【０１１７】
次に、同一強度の弾性波が金属電極下と結晶表面に存在する場合（Ｓ（０）＝Ｓ（１）の場合）には、得られる信号強度が同一となることが必要である。すなわち、Ｓ（０）＝Ｓ（１）の場合、受光光量が異なる光学系から得られる信号量はＳｉｇｎａｌ（０）＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｒ＝Ｓｉｇｎａｌ（１）＿ｔ／Ｃ１の関係を満足しており、次式で表される第２の補正係数Ｃ２を導入する必要がある。
【０１１８】
２・ｍ（０）・Ｉｏｒ（０）＝２・ｍ（０）・Ｉｏｒ（１）・Ｃ２
＝ｍ（０）・Ｉｏｔ（１）・Ｃ２／Ｃ１
このとき、Ｃ２は総受光光量の比として、次式により算出される。
【０１１９】
Ｃ２＝Ｉｏｒ（０）／Ｉｏｒ（１）
以上より、図２１に示した弾性波観測装置の構成において、第1の補正回路９３は1倍の増幅度を有する増幅器とし、第2の補正回路９２はＣ２・（１＋Ｃ１）／Ｃ１で表される増幅度を有する増幅器とすればよい。第１の補正回路９３の出力と第２の補正回路９２の出力とを加算器９４で足し合わせる。加算器９４の出力を周波数分析器９０に供給することによって、常に安定した感度を有する弾性波観測装置を構成することが出来る。
【０１２０】
なお、上記の補正回路９２、９３の構成は一例を示したものであり、上記の実施例のみに限定されるものではない。他の補正回路の構成を利用しても、同様の効果が得られることは明らかである。
【０１２１】
以上説明したように、上記実施例の弾性波観測装置及び弾性波観測方法によれば、ＳＡＷデバイス内の全領域において、不感領域なく弾性波分布を観測することを可能とし、弾性波の挙動をより精密に観測することが可能である。
【０１２２】
（付記１）
光源からの円偏光の光が被測定物に入射し、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、受光器に入射するように配置された光学系と、前記受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する検出回路とからなる弾性波観測装置であって、前記偏光フィルタを、その偏光透過軸方向が、被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちのいずれか一方の方向と一致するよう配置したことを特徴とする弾性波観測装置。
【０１２３】
（付記２）
光源からの円偏光の光がビームスプリッタにより分岐され、分岐された一方の光が被測定物に入射し、他方の光が参照ミラーに入射するように配置され、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、第１の受光器に入射するように配置され、かつ、前記ビームスプリッタが被測定物の表面で反射される光と前記参照ミラーで反射される光とを重ね合わせて合成光を生成し、前記合成光が第２の受光器に入射するように配置された光学系と、前記第１の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第１の検出回路と、前記第２の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第２の検出回路と、前記第１の検出回路の出力値と前記第２の検出回路の出力値とに基づいて演算処理を行う演算回路とからなる弾性波観測装置であって、前記偏光フィルタを、その偏光透過軸方向が、被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちいずれか一方の方向と一致するよう構成したことを特徴とする弾性波観測装置。
【０１２４】
（付記３）
前記被測定物は、表面波の面内変位成分が測定される弾性表面波装置であり、かつ、前記被測定物にレイリー波の共振が起きる周波数の電気信号を入力したときに、前記演算回路が、前記第１の検出回路の出力値から、前記第２の検出回路の出力値に係数を乗算して得られた値を差し引いた演算結果が０となることに基づいて、前記係数を決定することを特徴とする付記２記載の弾性波観測装置。
【０１２５】
（付記４）
前記光学系が、前記ビームスプリッタで分岐された一方の光が第１のレンズを透過して被測定物の表面に入射し、分岐された他方の光が第２のレンズを透過して前記参照ミラーに入射する構成であり、前記被測定物を、前記第１のレンズとの距離を変える方向に移動可能なステージに取り付け、前記参照ミラーをその表面が前記第２のレンズの焦点位置になるように位置決めされており、かつ、前記弾性波観測装置がさらに、前記ステージにより前記被測定物が移動されたときに、前記第２の受光器が前記被測定物の表面からの反射する反射光と前記参照ミラーから反射する反射光との合成光の強度を示す信号を出力し、前記第２の受光器からの出力値に基づいて、光波干渉による強度変化の最大位置を検出する第３の検出回路を有し、前記第３の検出回路により検出された位置に基づいて前記ステージを位置決めすることを特徴とする付記２記載の弾性波観測装置。
【０１２６】
（付記５）
圧電基板と、交互に組み合わせて前記圧電基板の表面に形成される電極指を有する第１の櫛形電極および第２の櫛形電極とを備える弾性表面波装置であって、 前記第１の櫛形電極の電極指と前記第２の櫛形電極の電極指とが、互いに他方の電極指の根元部分に入り込まない構造であり、各電極指は、弾性波の伝搬方向に周期的に並んでおり、各電極指の根元部分は、弾性波が漏洩する方向と直交する向きとなり、弾性波の伝搬方向と直交する方向よりも所定の角度だけ各櫛形電極のバスバー部から先端に向けて左右外方に傾斜させて形成されるよう構成したことを特徴とする弾性表面波装置。
【０１２７】
（付記６）
前記第１の櫛形電極は、各電極指の中間位置に、前記第１の櫛形電極のバスバー部に接続させ、前記第２の櫛形電極の電極指の先端の手前まで延伸する第１のダミー電極を有し、かつ、前記第２の櫛形電極は、各電極指の中間位置に、前記第２の櫛形電極のバスバー部に接続させ、前記第１の櫛形電極の電極指の先端の手前まで延伸する第２のダミー電極を有することを特徴とする付記５記載の弾性表面波装置。
【０１２８】
（付記７）
圧電基板と、第１の櫛形電極と第２の櫛形電極とを交互に組み合わせて前記圧電基板の表面に形成されるインターデジタルトランスデューサと、弾性波の伝搬方向に沿って前記インターデジタルトランスデューサの左右端部に隣接させて形成される一対の反射器とを備える弾性表面波装置であって、前記第１及び第２の櫛形電極の各電極指はその中央部分を弾性波の伝搬方向に直交する方向に延伸するよう形成され、前記一対の反射器は、周期的な電極指群からなり、かつ、各反射器の端部は、弾性波の漏洩方向と直交する向きとなるように、前記インターデジタルトランスデューサの左右端部から弾性波の伝搬方向と直交する方向から所定の角度だけ左右内方に傾斜させて形成されることを特徴とする弾性表面波装置。
【０１２９】
（付記８）
前記圧電基板は、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３の単結晶より構成され、前記結晶のＸ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に３６度から４６度の範囲で回転させた方位を有し、かつ、各反射器の端部は、弾性波の伝搬方向と直交する方向から８度から１５度の範囲で傾斜させて形成されることを特徴とする付記５乃至７記載の弾性表面波装置。
【０１３０】
（付記９）
前記第１及び第２の櫛形電極の各電極指の他方の電極指の根元部分に入り込まない直線部分は、弾性波の伝搬方向と直交する方向に延伸するよう形成されることを特徴とする付記５記載の弾性表面波装置。
【０１３１】
（付記１０）
前記第１のダミー電極は、周囲の前記第１の櫛形電極の各電極指の根元部分と同じ方向に傾斜させて形成されており、かつ、前記第２のダミー電極は、周囲の前記第２の櫛形電極の各電極指の根元部分と同じ方向に傾斜させて形成されることを特徴とする付記６記載の弾性表面波装置。
【０１３２】
（付記１１）
付記１乃至付記４のいずれかに記載の弾性波観測装置を用いて、弾性表面波装置を観測し、観測された信号分布に基づいて弾性表面波装置の構造を改良することを特徴とする弾性表面波装置の設計方法。
【０１３３】
（付記１２）
付記１乃至付記４のいずれかに記載の弾性波観測装置を用いて、圧電性基板上に形成されたインターデジタルトランスデューサからなる弾性表面波装置を観測し、観測されたインターデジタルトランスデューサの外部へ漏洩する弾性波の位置、角度に基づいて弾性表面波装置を、前記漏洩する弾性波がインターデジタルトランスデューサに向けて反射するよう構成することを特徴とする弾性表面波装置の設計方法。
【０１３４】
（付記１３）
駆動電圧が印加される金属電極が圧電性結晶の一方の面に形成され、他方の面が予め研磨された圧電基板に光を入射させ、前記圧電基板中の弾性波と相互作用させた光の偏光状態の変化を検出することにより前記圧電基板中の弾性波の分布を観測する弾性波観測装置であって、光源からの光を、前記圧電基板の前記他方の面から入射させて、前記金属電極と前記圧電性結晶との界面で反射した反射光を受光するように配設された第１の偏光解析光学系を備え、前記第１の偏光解析光学系が受光した反射光の偏光状態の変化を検出することを特徴とする弾性波観測装置。
【０１３５】
（付記１４）
前記光源からの光が前記圧電基板の前記金属電極が形成されていない領域の前記圧電性結晶を透過する場合の透過光を受光するように配設された第２の偏光解析光学系を備え、前記第２の偏光解析光学系が受光した透過光の偏光状態の変化を検出することを特徴とする付記１３記載の弾性波観測装置。
【０１３６】
（付記１５）
前記第１の偏光解析光学系からの出力信号と、前記第２の偏光解析光学系からの出力信号の信号強度が一致するように、前記第１及び第２の偏光解析光学系からの２つの出力信号の一方に補正係数を乗じて、前記補正係数を乗じた信号を他方の出力信号に加算する信号補正部を備えることを特徴とする付記１４記載の弾性波観測装置。
【０１３７】
（付記１６）
駆動電圧が印加される金属電極が圧電性結晶の一方の面に形成され、他方の面が予め研磨された圧電基板に光を入射させ、前記圧電基板中の弾性波と相互作用させた光の偏光状態の変化を検出することにより前記圧電基板中の弾性波の分布を観測する弾性波観測方法であって、光源からの光を、前記圧電基板の前記他方の面から入射させて、前記金属電極と前記圧電性結晶との界面で反射した反射光を受光するように第１の偏光解析光学系を配設する手順と、前記第１の偏光解析光学系が受光した反射光の偏光状態の変化を検出する手順とを有することを特徴とする弾性波観測方法。
【０１３８】
（付記１７）
前記光源からの光が前記圧電基板の前記金属電極が形成されていない領域の前記圧電性結晶を透過する場合の透過光を受光するよう第２の偏光解析光学系を配置する手順と、前記第２の偏光解析光学系が受光した透過光の偏光状態の変化を検出する手順とを有することを特徴とする付記１６記載の弾性波観測方法。
【０１３９】
（付記１８）
前記第１の偏光解析光学系からの出力信号と、前記第２の偏光解析光学系からの出力信号の信号強度が一致するように、前記第１及び第２の偏光解析光学系からの２つの出力信号の一方に補正係数を乗じる手順と、前記補正係数を乗じた信号を他方の出力信号に加算する手順を有することを特徴とする付記１７記載の弾性波観測方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の弾性波観測装置の構成を示す図である。
【図２】 屈折率の変化と偏光の変化を説明するための図である。
【図３】 屈折率の定まる方向の変化と偏光変化を説明するための図である。
【図４】 弾性表面波の変位成分を説明するための図である。
【図５】 本発明の弾性波観測装置の基本的構成を示す図である。
【図６】 本発明の一実施例に係る弾性波観測装置を示すブロック図である。
【図７】 本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置を示すブロック図である。
【図８】 本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置を示すブロック図である。
【図９】 ステージ位置に応じた合成光の強度変化を説明するための図である。
【図１０】 従来の弾性表面波装置の漏れ弾性波の分布を説明するための図である。
【図１１】 本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極の一例を示す図である。
【図１２】 本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極の一例を示す図である。
【図１３】 本発明の弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極及び反射器の一例を示す図である。
【図１４】 本発明の一実施例に係る弾性波観測装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】 本発明の他の実施例に係る弾性波観測装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】 本発明の一実施例に係る弾性表面波装置に用いられるＩＤＴ電極および反射器を示す図である。
【図１７】 本発明の一実施例に係る弾性波観測方法を説明するための図である。
【図１８】 図１７に示した弾性波観測方法の変形例を説明するための図である。
【図１９】 従来の弾性波観測方法を説明するための図である。
【図２０】 本発明の一実施例に係る弾性波観測装置の構成を示す図である。
【図２１】 図２０に示した弾性波観測装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 円偏光の光
３ 圧電基板（被測定物）
３ａ 圧電基板表面
３ｂ 圧電基板裏面
４ 補償板
５ 偏光フィルタ
６ 受光器
７ 周期成分検出回路
８ ビームスプリッタ
９ 参照ミラー
１０ 合成光
１１ 受光器
１２ 周期成分検出回路
１３ 演算回路
１４、１５ 屈折率の定まる方向
１６ 透過軸方向
１７ 直線偏光
２１ 直線偏光レーザ
２２ ４分の１波長板
２３ レンズ
２４ ３軸並進ステージ
２５ レンズ
３１ レンズ
３２ １軸並進ステージ
３３ レンズ
３４ 回路
３５ １軸ステージ
４１ 偏光フィルタ
４２ 透過軸
４３ 直線偏光
４６、４７ 偏光成分強度を示す線
５０ 圧電性結晶
５１、５２ 櫛形電極
５３、５４ バスバー部
５５、５６ 電極指根元
５７、５８ 電極指の先の部分
５９、６０ ダミー電極
６１、６２ 反射器
７１、７２ 櫛形電極
７３ インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）
７４、７５ 反射器
７６ 電極指中央部
７７、７８ 電極指端部
Claims (4)
- 光源からの円偏光の光が被測定物に入射し、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、受光器に入射するように配置された光学系と、前記受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する検出回路とを備える弾性波観測装置であって、
前記偏光フィルタを、その偏光透過軸の方向が被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちのいずれか一方の方向と一致するよう配置したことを特徴とする弾性波観測装置。 - 光源からの円偏光の光がビームスプリッタにより分岐され、分岐された一方の光が被測定物に入射し、他方の光が参照ミラーに入射するように配置され、被測定物を透過した光が偏光フィルタを透過した後、第１の受光器に入射するように配置され、かつ、前記ビームスプリッタが被測定物の表面で反射される光と前記参照ミラーで反射される光とを重ね合わせて合成光を生成し、前記合成光が第２の受光器に入射するように配置された光学系と、
前記第１の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第１の検出回路と、
前記第２の受光器の出力信号の周期的な変動成分を検出する第２の検出回路と、
前記第１の検出回路の出力値と前記第２の検出回路の出力値とに基づいて演算処理を行う演算回路と、
を備える弾性波観測装置であって、
前記偏光フィルタを、その偏光透過軸の方向が、被測定物の屈折率楕円体と、入射光方向に垂直でかつ前記屈折率楕円体の原点を通る平面との交点からなる楕円の主軸方向のうちいずれか一方の方向と一致するよう配置したことを特徴とする弾性波観測装置。 - 前記被測定物は、表面波の面内変位成分が測定される弾性表面波装置であり、かつ、前記被測定物にレイリー波の共振が起きる周波数の電気信号を入力したときに、前記演算回路が、前記第１の検出回路の出力値から、前記第２の検出回路の出力値に係数を乗算して得られた値を差し引いた演算結果が０となることに基づいて、前記係数を決定することを特徴とする請求項２記載の弾性波観測装置。
- 前記光学系が、前記ビームスプリッタで分岐された一方の光が第１のレンズを透過して被測定物の表面に入射し、分岐された他方の光が第２のレンズを透過して前記参照ミラーに入射する構成であり、
前記被測定物を、前記第１のレンズとの距離を変える方向に移動可能なステージに取り付け、前記参照ミラーをその表面が前記第２のレンズの焦点位置になるように位置決めされており、かつ、
前記弾性波観測装置がさらに、前記ステージにより前記被測定物が移動されたときに、前記第２の受光器が前記被測定物の表面からの反射する反射光と前記参照ミラーから反射する反射光との合成光の強度を示す信号を出力し、前記第２の受光器からの出力値に基づいて、光波干渉による強度変化の最大位置を検出する第３の検出回路を有し、前記第３の検出回路により検出された位置に基づいて前記ステージを位置決めすることを特徴とする請求項２記載の弾性波観測装置。
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