(57)【要約】【課題】圧電性結晶よりなる球形基材の結晶方位を計測し、その計測結果に基づいて球形基材を任意の方向に回転制御する球形基材の回転制御装置を提供する。【解決手段】圧電性結晶で構成された球形基材１０と、前記球形基材１０の表面上の互いに中心角９０度を為す３つの接触点Ａ，Ｂ，Ｃに夫々接して設けられた３つの弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃを備え、各弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃは、球形基材１０の面上に設けられた３つの接触点Ａ，Ｂ，Ｃに向けて互いに垂直かつ双方向に弾性表面波を励起して伝搬させ、該球形基材１０の３つの接触点Ａ，Ｂ，Ｃに伝搬させる弾性表面波の伝搬方向は、他の２つの何れかの接触点において定義される接触平面のうち、一方に垂直であり、他方には平行となる方向であり、球形基材１０の面上を伝搬する弾性表面波による振動と摩擦により、当該球形基材１０を互いに垂直な面内に回転させることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性結晶で構成された球形基材と、前記球形基材の表面上の互いに中心角９０度を為す３つの接触点に夫々接して設けられた３つの弾性表面波素子とを備え、
前記各弾性表面波素子は、前記球形基材の面上に設けられた３つの接触点に向けて互いに垂直かつ双方向に弾性表面波を励起して伝搬させ、該球形基材の３つの接触点に伝搬させる弾性表面波の伝搬方向は、他の２つの何れかの接触点において定義される接触平面のうち、一方に垂直であり、他方には平行となる方向であり、前記球形基材の面上を伝搬する弾性表面波による振動と摩擦により、当該球形基材を互いに垂直な面内に回転させることを特徴とする球形基材の回転制御装置。
【請求項２】
前記弾性表面波素子は、圧電体平板上に２対のすだれ状電極を垂直に交差するように形成し、該すだれ状電極に高周波信号を印加して弾性表面波を励起することを特徴とする請求項１に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項３】
前記弾性表面波素子は、すだれ状電極を一方向励振型すだれ状電極により構成したことを特徴とする請求項２に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項４】
前記弾性表面波素子は、すだれ状電極を双方向励振型すだれ状電極により構成し、球形基材に接触する接触点と反対側に弾性表面波吸収体を設けたことを特徴とする請求項２に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項５】
前記弾性表面波素子は、すだれ状電極を球形基材と接触する接触点に弾性表面波を集束する集束励振型すだれ状電極により構成したことを特徴とする請求項２に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項６】
前記球形基材の３つの接触点を結んで形成される正三角形に対し、鉛直方向が垂直になる方位で前記球形基材を互いに垂直な面内で回転するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項７】
前記球形基材は該球形基材のＺ軸方向に旋光性を有する３方晶系の圧電性結晶で構成し、前記球形基材の３つの接触点の何れかに垂直に光を入射し、かつ、該球形基材に光を入射する前後に偏光板をクロスニコル状態に設置して所定の方位から観察し、同心円状の濃淡パターンを計測することよってＺ軸の方向を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項８】
前記球形基材は該球形基材のＺ軸方向に旋光性を有する３方晶系の圧電性結晶で構成し、前記球形基材の３つの接触点の何れかに垂直にレーザー光を入射し、かつ、該球形基材にレーザーを入射する前後に偏光板をクロスニコル状態に設置し、前記球形基材から得られる投影模様を観察することによってＺ軸の方向を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項９】
前記球形基材は圧電性結晶で構成され、弾性表面波素子に形成されたすだれ状電極に高周波信号を印加し、励起した弾性表面波が前記球形基材の表面を周回した弾性表面波を前記すだれ状電極で検出し、該検出した電気信号の解析によって前記球形基材の結晶方位を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする請求項２に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項１０】
前記各弾性表面波素子は、圧電体平板上に２対の弾性表面波発生用すだれ状電極を垂直に交差するように形成すると共に、圧電性結晶で構成された球形基材との接触点部位に信号検出用すだれ状電極を形成し、前記弾性表面波発生用すだれ状電極に高周波信号を印加して弾性表面波を励起し、該励起した弾性表面波が前記球形基材を周回した弾性表面波を前記信号検出用すだれ状電極で検出し、該検出した電気信号の解析によって前記球形基材の結晶方位を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする請求項１に記載の球形基材の回転制御装置。
【請求項１１】
光を入射しない２つの圧電体平板の片方もしくは両方の平板と、圧電性結晶よりなる球形基材との接触点部位にすだれ状電極を設け、該すだれ状電極に高周波信号を印加して弾性表面波を励起し、該励起した弾性表面波が前記球形基材を周回した弾性表面波を、前記と同一のすだれ状電極あるいは別途異なる位置に配置したすだれ状電極で検出し、該検出した電気信号の解析によって前記球形基材の結晶方位を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする球形基材の回転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球形基材の回転方向を制御する球形基材の回転制御装置および回転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、球形基材の表面に集積回路を形成する技術や、圧電性結晶よりなる球形基材の表面にすだれ状電極を形成して球状弾性表面波素子を形成する技術がある。
球形基材の上記加工においては、回転する球やバーに球形基材を接触させたり、振動する梁を球形基材表面の３点で接触させ、球形基材に微細な力を印加して回転する方法が用いられている。
【０００３】
球状弾性表面波素子では、圧電性結晶材料からなる球表面の所定の部分に所定の幅で弾性表面波を励起させ、励起させた弾性表面波を上記球表面の上記所定の部分から所定の方向に進行させることにより、上記弾性表面波を上記球の表面において上記所定の部分を含み上記所定の方向に延出する所定の周回路に沿い上記所定の方向に対し交差する方向に大きく拡散させることなく繰り返し周回させることができる。
【０００４】
圧電性結晶材料としては、例えば水晶，ニオブ酸リチウム（LiNbO3），タンタル酸リチウム（LiTaO3），ランガサイト（La3Ga5SiO14）及びそのファミリーが知られている。そして、上記球表面の上記所定の部分は圧電性結晶材料の結晶面が上記表面と交差する線上にあり、上記所定の方向は上記線のほぼ延出方向である。
【０００５】
上記球の直径は任意に選定することができるが、製造コストを考慮して、通常は１０ｍｍ〜１ｍｍに設定されている。
圧電性結晶材料の球表面の所定の部分に所定の幅で弾性表面波を励起させ、励起させた弾性表面波を上記球表面の上記所定の部分から上記所定の周回路に沿い上記所定の方向に進行させることは、種々の公知の弾性表面波励起手段により行うことが出来る。しかしながら公知の弾性表面波励起手段としては、製造コスト、装置の大きさ、変換効率などを考慮して、通常はいわゆるすだれ状電極が使用される。
【０００６】
圧電性結晶材料の球の表面の上記周回路を周回する弾性表面波は、１周回毎に種々の公知の弾性表面波検知手段により検知することが出来る。そして、公知の弾性表面波励起手段として上述した如くすだれ状電極を、球形基材の表面に対向して接触あるいは近接する場合には、このすだれ状電極を公知の弾性表面波検知手段として使用することが出来る。
【０００７】
すだれ状電極（櫛形電極とも言われる）は、圧電性結晶材料からなる球の表面の所定の部分に例えばフォトリソグラフィー（写真製版）により直接形成されるか、又は圧電性結晶材料の球とは別体のすだれ状電極支持部材の表面に、圧電性結晶材料からなる球の表面の所定の部分と相似形状に形作られた部分球形状凹所の内表面に例えばフォトリソグラフィー（写真製版）により直接形成された後に圧電性結晶材料の球の表面の所定の部分に対し所定の隙間（励起する弾性表面波の波長の１／４以下）を介して配置される。
【０００８】
すだれ状電極は、例えば一対の櫛形状端子部を夫々の複数の櫛歯状電極枝を交互に配置して組み合わせた形状をしていて、一対の櫛形状端子部の間に所定の周波数の高周波電流をバースト状に適用することにより相互に隣接した２つの櫛歯状電極枝間の距離に対応した周波数の弾性表面波を圧電性結晶材料からなる球の表面の所定の部分に励起させることが出来、励起された弾性表面波の幅は相互に隣接した２つの櫛歯状電極枝において相互に対向している部分の長さに対応している。
【０００９】
また、すだれ状電極の一対の櫛形状端子部の複数の櫛歯状電極枝が交互に配列された方向が上述した如く励起された弾性表面波が圧電性結晶材料からなる球の表面の所定部分から進行する方向になる。従って、圧電性結晶材料からなる球の表面の所定部分にすだれ状電極により弾性表面波を励起させ、この弾性表面波を所定の方向に進行させるには、すだれ状電極の一対の櫛形状端子部の複数の櫛歯状電極枝が上記所定の方向に配列されるようにしなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
球形基材、あるいは特に圧電性結晶を球形に加工した球形基材について、特にその表面に他の物質の接触による汚染を抑制する場合、可能な限り球形基材との接触を小さな力で行い、その回転制御の過程で、汚染だけでなく、結晶球の破損につながる応力を最小限に行うことは、微細な素子の製造過程で求められていた。
【００１１】
特に、球状弾性表面波素子の製造においては、その表面に形成するすだれ状電極の球形基材の中心部からみた表面位置のずれが０．５度変わっても、その性能に大きく影響する事が知られている。
【００１２】
さらに、すだれ状電極の電極枝に垂直の方向に励起される弾性表面波の方位が０．５度変わってもその性能に大きく影響することも知られている。つまり、その表面に目印や結晶方位を示すマークがない球形基材を全ての方位に正確に回転可能で、且つ最小の応力で方位を制御する方法が求められてきた。
【００１３】
圧電性結晶の方位計測は、Ｘ線照射をおこなって結晶面に従った反射Ｘ線の観測で可能であるが、その設備は大規模になる。
また、球形基材を一旦所定の冶具に固定し、冶具の回転操作によって球形基材の方位を制御する方法は、球形基材が小さくなるとその制御が難しく、回転操作する為のステージの大きさが大型になる問題があった。
【００１４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、微小な球形基材の表面に何ら他の接着物の形成や、応力をかけての固定を必要とせず、上記球形基材の表面のあらゆる方位への回転を、大型の冶具を用いることなく電気的に可能にし、特に上記球形基材が圧電性結晶基材よりなる場合に、その結晶方位に基づいた球形基材の方位を計測し、その計測結果に基づいて球形基材を任意の方向に回転制御できる球形基材の回転制御装置および回転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した本発明の目的を達成する為に、請求項１の発明は、圧電性結晶で構成された球形基材と、前記球形基材の表面上の互いに中心角９０度を為す３つの接触点に夫々接して設けられた３つの弾性表面波素子とを備え、前記各弾性表面波素子は、前記球形基材の面上に設けられた３つの接触点に向けて互いに垂直かつ双方向に弾性波を励起して伝搬させ、該球形基材の３つの接触点に伝搬させる弾性表面波の伝搬方向は、他の２つの何れかの接触点において定義される接触平面のうち、一方に垂直であり、他方には平行となる方向であり、前記球形基材の面上を伝搬する弾性表面波による振動と摩擦により、当該球形基材を互いに垂直な面内に回転させることを特徴とする球形基材の回転制御装置である。
【００１６】
請求項２の発明は、前記請求項１に記載の球形基材の回転制御装置において、前記弾性表面波素子は、圧電体平板上に２対のすだれ状電極を垂直に交差するように形成し、該すだれ状電極に高周波信号を印加して弾性表面波を励起することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、前記請求項２に記載の球形基材の回転制御装置において、前記弾性表面波素子は、すだれ状電極を一方向励振型すだれ状電極により構成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、前記請求項２に記載の球形基材の回転制御装置において、前記弾性表面波素子は、すだれ状電極を双方向励振型すだれ状電極により構成し、球形基材に接触する接触点と反対側に弾性表面波吸収体を設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、前記請求項２に記載の球形基材の回転制御装置において、前記弾性表面波素子は、すだれ状電極を球形基材と接触する接触点に弾性表面波を集束する集束励振型すだれ状電極により構成したことを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、前記請求項１又は２に記載の球形基材の回転制御装置において、前記球形基材の３つの接触点を結んで形成される正三角形に対し、鉛直方向が垂直になる方位で前記球形基材を互いに垂直な面内で回転するように構成したことを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明は、前記請求項１又は２に記載の球形基材の回転制御装置において、前記球形基材は該球形基材のＺ軸方向に旋光性を有する３方晶系の圧電性結晶で構成し、前記球形基材の３つの接触点の何れかに垂直に光を入射し、かつ、該球形基材に光を入射する前後に偏光板をクロスニコル状態に設置して所定の方位から観察し、同心円状の濃淡パターンを計測することよってＺ軸の方向を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項８の発明は、前記請求項１又は２に記載の球形基材の回転制御装置において、前記球形基材は該球形基材のＺ軸方向に旋光性を有する３方晶系の圧電性結晶で構成し、前記球形基材の３つの接触点の何れかに垂直にレーザー光を入射し、かつ、該球形基材にレーザーを入射する前後に偏光板をクロスニコル状態に設置し、前記球形基材から得られる投影模様を観察することによってＺ軸の方向を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項９の発明は、前記請求項２に記載の球形基材の回転制御装置において、前記球形基材は圧電性結晶で構成され、弾性表面波素子に形成されたすだれ状電極に高周波信号を印加し、励起した弾性表面波が前記球形基材の表面を周回した弾性表面波を前記すだれ状電極で検出し、該検出した電気信号の解析によって前記球形基材の結晶方位を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０の発明は、前記請求項１に記載の球形基材の回転制御装置において、前記各弾性表面波素子は、圧電体平板上に２対の弾性表面波発生用すだれ状電極を垂直に交差するように形成すると共に、圧電性結晶で構成された球形基材との接触点部位に信号検出用すだれ状電極を形成し、前記弾性表面波発生用すだれ状電極に高周波信号を印加して弾性表面波を励起し、該励起した弾性表面波が前記球形基材を周回した弾性表面波を前記信号検出用すだれ状電極で検出し、該検出した電気信号の解析によって前記球形基材の結晶方位を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする。
【００２５】
請求項１１の発明は、光を入射しない２つの圧電体平板の片方もしくは両方の平板と、圧電性結晶よりなる球形基材との接触点部位にすだれ状電極を設け、該すだれ状電極に高周波信号を印加して弾性表面波を励起し、該励起した弾性表面波が前記球形基材を周回した弾性表面波を、前記と同一のすだれ状電極あるいは別途異なる位置に配置したすだれ状電極で検出し、該検出した電気信号の解析によって前記球形基材の結晶方位を計測し、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて当該球形基材を回転制御することを特徴とする球形基材の回転制御方法である。
【発明の効果】
【００２６】
上述した如く構成された本発明に係る球形基材の回転制御装置は、球の互いに垂直な３軸全ての方向に高精度で回転可能であり、また、機械的な駆動部を持たないために構造が簡単で小型化が容易である。特に、球形基材は圧電性結晶よりなる材料でその結晶方位の制御が求められる際に、光を用いた結晶方位の計測か、球形基材の回転に用いたすだれ状電極を用いて球形基材表面に弾性表面波を周回させることにより、その出力の検出から結晶方位を計測することが可能となる。従って、本発明は圧電性結晶球を用いた球状弾性表面波素子の製造に使用するのに好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る球形基材の回転制御装置の構成図である。
【図２】同実施の形態における一枚の弾性表面波素子および駆動回路を示す構成図である。
【図３】同実施の形態における球形基材を３つの方向に回転する方法についての説明図である。
【図４】同実施の形態における球形基材を沿直設置する場合の説明図である。
【図５】同実施の形態において、弾性表面波素子で励起した弾性表面波が球形基材の周回する弾性表面波を検出する際に、オシロスコープなどで計測した信号の模式図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における弾性表面波素子で使用するすだれ状電極の例を示す図である。
【図７】同実施の形態において、４つのすだれ状電極を有する弾性表面波素子を柱状圧電材料に形成した例を示し、（ａ）はその構造の説明する側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は同弾性表面波素子を３点の接触点で支持している状態を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る旋光性を有する球形基材の方位制御において、弾性表面波素子を通過させて結晶方位を求める方法の実施方法の説明図を示し、（ａ）はレーザー光を照射してその透過光の分布を計測する方法についての説明図、（ｂ）は光学顕微鏡で観察し、その光軸と結晶軸の関係を知る方法についての説明図である。
【図９】同実施の形態において、圧電性結晶で構成された球形基材を回転する際に、回転に使用するすだれ状電極とは別に球形基材を周回する弾性表面波を検出するすだれ状電極を設けた場合の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は本発明の一実施の形態に係る球形基材の回転制御装置の説明図である。この球形基材の回転制御装置では、圧電性基材が準備される。回転する球形基材１０は、３方晶系の圧電性結晶で構成され、その径は、ここでは１０ｍｍ〜１ｍｍである。
【００２９】
圧電性結晶材料としては、例えば水晶，ニオブ酸リチウム（LiNbO3），タンタル酸リチウム（LiTaO3），ランガサイト（La3Ga5SiO14）及びそのファミリー等が使用される。これら圧電性結晶で構成される球形基材１０の表面において、すだれ状電極を互いにその電極枝を垂直に２対交差する位置に配した３枚の弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃを組み合わせている。
【００３０】
図２は、より分かり易くするために、上記弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃのうち１つの弾性表面波素子１１ａと、その駆動回路を示している。弾性表面波素子１１ａには４つのすだれ状電極ａ１〜ａ４が形成され、各すだれ状電極ａ１〜ａ４にはＯＮ／ＯＦＦスイッチ１３及び切替スイッチ１４を介して高周波信号源１５が接続される。この高周波信号源１５にはＯＮ／ＯＦＦスイッチ１６及び方向性結合器１７を介して信号解析装置１８が接続される。上記すだれ状電極ａ１〜ａ４は、高周波信号源１５から出力される高周波信号が印加されることで弾性表面波を励起し、球形基材１０の面上を伝搬させる。また、すだれ状電極ａ１〜ａ４は、上記球形基材１０の面上を周回した弾性表面波を検出する作用を有する。このすだれ状電極ａ１〜ａ４により検出された信号は、切替スイッチ１４および方向性結合器１７を介して信号解析装置１８へ送られ、信号解析される。また、図１に示すように他の弾性表面波素子１１ｂには弾性表面波素子１１ａと同様にすだれ状電極ｂ１〜ｂ４が形成され、弾性表面波素子１１ｃにはすだれ状電極ｃ１〜ｃ４が形成され、図２に示したように駆動回路に接続される。
【００３１】
弾性表面波には、その伝搬する基材表面の弾性的な性質に従って様々な伝搬モードが存在し、伝わる速度が決まっている。伝搬速度を投入する高周波信号源１５の周波数で除した値をすだれ状電極ａ１〜ａ４（ｂ１〜ｂ４、ｃ１〜ｃ４）の電極周期とするのが一般的である。
【００３２】
弾性表面波の伝搬する表面は、表面垂直方向に楕円振動を持つのが一般的であり、接触した物質をその振動によって移動させる。これは超音波モーターの動作原理としてよく知られており、ここではこれ以上の説明を行わない。
【００３３】
上記した弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃの基板の材質は水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなど様々な圧電材料基板（圧電体平板）が使用可能である。
図１に示すように、回転する球形基材１０の中心から、互いに９０度為す球表面上の３点において弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃが接している。弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃの基板が平面であれば、これら３枚の弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃの基板は互いに垂直に交差する事が幾何学から明らかである。
【００３４】
さらに、各弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃと球形基材１０の接触する点は一点であり、上記各接触点において、弾性表面波の伝搬方向は図１に示す方向にある。つまり、弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃに何れかに形成されたすだれ状電極ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４、ｃ１〜ｃ４の接触点に励起する弾性表面波の進行方向は、他の２点において接触する２つの弾性表面波素子の接触点の面に対して、何れか一方の面に平行とし且つもう１つも面には垂直である必要がある。
【００３５】
上記の方位に３箇所で接する３つの弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃの４箇所のすだれ状電極ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４、ｃ１〜ｃ４の方位を設定することで、球形基材１０を３軸の方向に自由に回転させることが可能なことを図３を用いて説明する。ここで、図３（ａ）における３つの接触点Ａ，Ｂ，Ｃに対応する弾性表面波素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、図１における弾性表面波素子と同一であり、その表面に形成しているすだれ状電極について、図１と同様のすだれ状電極ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｃ１，ｃ２，ｃ３が図示していないが同様に形成されており、図３の説明において図１に記載のすだれ状電極につけられた記号を用いて説明する。
【００３６】
つまり、球形基材１０の表面に弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃがＡ，Ｂ，Ｃの３点で接触する場合に、各点を中心に回転する事は容易である。例えば弾性表面波素子１１ａのＡ点を中心に回転する場合（図３（ｄ）の場合）、図１に示す弾性表面波素子１１ｂにおけるすだれ状電極ｂ２（又はｂ４）および弾性表面波素子１１ｃにおけるすだれ状電極ｃ２（又はｃ４）に高周波信号を印加して弾性表面波をＢ点、Ｃ点に伝搬させることで球形基材１０を弾性表面波素子１１ａのＡ点と球形基材１０の中心線を結ぶ直線を回転中心として回転する。この場合、球形基材１０と弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃの接触は常に点接触であり回転を阻害しない。よって、同様の操作を、各接触点Ｂ，Ｃで行えば、３つの３軸について自由な回転がなされることになり、球形基材１０の正確な回転操作が可能である。
【００３７】
上記図３（ｄ）の回転と同様に、図３（ｂ）、図３（ｃ）も回転する事ができる。弾性表面波が伝搬する基材表面の粒子の振動は伝搬する弾性表面波の伝搬モードによって決まっている。例えばレーリー波と呼ばれる波の場合は、弾性表面波の伝搬方向とは逆方向に接触物を移動させることが知られている。つまり用いる弾性表面波素子の周波数やモードにしたがって目的とする方向に球が回転する側にすだれ状電極を駆動すれば良く、実際上の球の動きに対して調整すればよい。例としてレーリー波のように波の伝搬方向と逆方向に接触物（球）が力をうける波を用いる場合は以下の操作を行う。
【００３８】
つまり、図３（ｂ）の球表面のＢ点に向かってＢ点を中心に反時計回りに回転するためには、ａ４のすだれ状電極とｃ１のすだれ状電極を駆動すればよい。時計周りに回転するにはａ２，ｃ３のすだれ状電極を動作する。
【００３９】
図３（ｃ）においては同様に、図３の球表面のＣ点に向かってＣ点を中心に反時計回りに回転するためには、ａ３のすだれ状電極とｂ３のすだれ状電極を駆動すればよい。時計周りに回転するにはａ１，ｂ１のすだれ状電極を動作する。
【００４０】
本発明では、微細な球形基材１０についてその表面に不要な応力を掛けることなくその方位を制御するために、結晶球の重さを使用する。つまり、図４に示すように、３つの接触点を結んで形成される正三角形２１の中心と球形基材１０の中心を結んで定義される方位２２を、鉛直方向２３に一致させる。
【００４１】
つまり、正三角形２１の法線を鉛直方向２３に一致させることで、３つの接触点全てに同じ応力を掛けることが可能になり、３つの回転方向に均等に回転のための力を弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃから作用させる事ができる。３つの接触点のほかに球形基材１０に接触点はなく構造が簡単になる。ひいては、狭い面積に本発明に係る回転制御装置を敷き詰めた後に、フォトリソグラフィープロセスにおける露光プロセスを一括で実施する事を可能にする。
［第１の実施の形態の変形例］
球形基材１０が圧電性結晶の単結晶材料である場合に、その結晶方位の計測を行ってその方位の制御を行うことが次のように可能である。
【００４２】
圧電性単結晶を材料として球形基材１０を為した場合、その結晶軸によって定義される球形基材表面に少なくとも一つの、弾性表面波（擬似弾性表面波を含む）が多重周回可能な経路が存在することが知られている。
【００４３】
つまり、上記した球形基材１０を回転させるためのすだれ状電極を用いて、弾性表面波を前記接触点を通過させる際、伝搬する弾性表面波が発生する電界が圧電性球形基材の表面に作用し、弾性表面波を球形基材表面上に励起する。
【００４４】
励起した弾性表面波は、圧電性球形基材の結晶方位で定義される位置、および方位で励起された場合に球形基材表面上を周回する。
周回する弾性表面波素子は、周回するたびに前記接触点を解した逆に弾性表面波素子表面に電界を作用し弾性表面波を発生して、受信されることとなる。
【００４５】
つまり、圧電性球形基材表面において、弾性表面波が周回可能な、結晶軸方位によって定義される方位の関係に球形基材と弾性表面波素子が位置する事を弾性表面波基板の出力の観察から可能である。図５に、弾性表面波の周回が観測されるときのすだれ状電極からの出力の模式図を示す。図５の模式図では、横軸に時間をとり、縦軸に電圧をとって示した。
【００４６】
本発明では、球形基材１０が圧電性結晶基材である場合に、その回転が高精度に行えるだけでなく、球形基材１０の結晶方位について、弾性表面波の球形基材表面の周回現象の観察によって情報を得ることができる。
［第２の実施の形態］
次に図６を用いて第２の実施の形態について説明を行う。
【００４７】
弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃに形成する４つのすだれ状電極の他の形成例を説明する。
第１の実施の形態で示した単純形状のすだれ状電極は２つの方向に位相面を持って弾性表面波を励起するが、接触点とは反対の向きに励起した弾性表面波基板の淵で反射して接触点の弾性表面波の強度を干渉によって弱くする場合がある。
【００４８】
図６（ａ）は、接触点の逆方向に伝搬するすだれ状電極２５ａの弾性表面波を吸収して弱くする吸収体２６を形成する方法である。
図６（ｂ）は、すだれ状電極２５ｂそのものを接触点方向にのみ伝搬させる一方向性電極を形成する方法である。
【００４９】
図６（ｃ）は、平行な弾性表面波を励起したが、この場合は集束点に向かって集束するよう、すだれ状電極２５ｃを形成している。圧電材料基板は異方性を有し、異方性を考慮した形状に扇形状から変形した形状に形成する事が必要であるが、あらゆる圧電石材の表面を伝搬する弾性表面波の伝搬面の設計は現在の弾性学で可能である。なお、ここではこれ以上説明しないが、球形基材１０との接触点で集束して弾性表面波のエネルギーが大きくなる。
【００５０】
上記のように扇型のすだれ状電極を形成する事で、すだれ状電極に投入する高周波信号のエネルギーは小さくとも、励起した弾性表面波の集束効果によって、接触点において大振幅となり、容易に球形基材の回転を起こすことが可能になる。
［第２の実施の形態の変形例］
ところで、本発明では、弾性表面波素子１１が前記球表面の３点で接し、その位置に励起した弾性表面波が接していればよく、例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すように弾性表面波素子１１が円筒形で先端部が半球状に形成され、その半球状先端が図７（ｃ）に示すように球形基材１０と３点で接していても構わない。図７（ａ）は弾性表面波素子１１の側面図、図７（ｂ）は弾性表面波素子１１の上面図である。
【００５１】
この実施の形態でも、球形基材１０と接する各３つの点で弾性表面波の伝搬する方位は図１において先に説明した方位に配置する。
この形状では、前記した扇形のすだれ状電極を形成して伝搬する過程でエネルギーを集中するのではなく、円筒形のすだれ状電極の発生した弾性表面波が円筒中心線に沿って伝搬した後、半球表面先端に集束することで、図６と同様の弾性表面波の集束を実現する事が可能である。
【００５２】
図７に示した例では、球形基材１０が微小で弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃを小型に形成する事が困難な場合や、微小空間に３枚の弾性表面波素子１１ａ〜１１ｃをセットする事が困難な場合に適している。
［第３の実施の形態］
図８は本発明の第３の実施の形態に係る旋光性を有する球形基材の方位制御において、弾性表面波素子を通過させて結晶方位を求める方法の実施方法の説明図を示し、（ａ）はレーザー光を照射してその透過光の分布を計測する方法についての説明図、（ｂ）は光学顕微鏡で観察し、その光軸と結晶軸の関係を知る方法についての説明図である。
【００５３】
この第３の実施の形態では、光の旋光性をそのＺ軸に有する（Ｚ軸の定義は結晶学で通常定義される方位であり、ここではその定義の説明を省略する。）圧電性結晶よりなる結晶球の方位制御方法について説明を行う。
【００５４】
図８（ａ）に示すように旋光性をＺ軸に有する球形基材１０は、光を入射する前後に２枚の偏光板３１ａ、３１ｂをクロスニコル状態に設置し、その一方向からレーザー光３２を入射して他方で観察すると、同心円状の明暗パターンを観察する事ができる。
【００５５】
観察する方向とＺ軸が一致するときに、球形基材１０の中心と円形パターンの中心が一致する。
他の方法として、図８（ｂ）に示すように球形基材１０に光を入射する前後に２枚の偏光板３１ａ、３１ｂをクロスニコル状態に設置し、球形基材１０の或る一定の方向から例えば偏光板３１ａ側から照明光（レーザー光が好ましい）３３を入射すると、球形基材１０を透過した光が、上記一定の方向の延長方向を中心に同心円を映すことで、上記一定の方向とＺ軸の方向が一致する状態にあることを示す。
【００５６】
つまり、旋光性を有する結晶基材の結晶方位の制御において、前記弾性表面波素子の基板が透明であり、接触点に光を遮る部材がないことから、球形基材１０に光を当てながらそのＺ軸方位を観測して制御する事が可能である。本発明では球形基材１０の重さを用いて回転させることから、重力方向および反対方向には様々な光の入射装置および透過した光を観察する例えば光学顕微鏡等の観察装置３４の設置が可能である。なお、図８（ｂ）において、符号３５は観察装置３４として光学顕微鏡を用いた場合の光軸を示している。
【００５７】
また、特に３つの方向から光の入射と観察が可能であり、３つの何れかの方位で同心円状のパターンを検出すればよいことから、高速なＺ軸探索が可能である。
同心円状の光のパターンを観察する観察装置３４は、例えば光学顕微鏡や受光デバイスを使用して様々な方法が可能であり、ここではそれを制限しない。
【００５８】
さらに、３点の何れかの接触点と球形基材１０の中心を結んで定義される直線が、前期Ｚ軸と一致する方位では、Ｚ軸を中心（地軸）とする最大外周円にそって、弾性表面波が球形基材１０の表面を多数回周回して伝搬可能となる。球状弾性表面波素子において、Ｚ軸シリンダーと呼ばれる弾性表面波の周回経路に一致する。
【００５９】
上記の配置にあるとき、光の入射あるいは観察を行う弾性表面波素子とは異なる他の接触点を有する２つの弾性表面波素子に形成された、Ｚ軸が通過する弾性表面波素子と平行に弾性表面波を励起するすだれ状電極に対して、高周波信号を入力し、接触点を介して弾性表面波を球形基材のＺ軸シリンダー経路に周回させ、周回する弾性表面波を、上記と同じかあるいは他のすだれ状電極で検出する事が可能になる。
【００６０】
つまり、光の旋光性を光学的な方法で観察するだけでなく、弾性表面波が球形基材のＺ軸シリンダー経路に周回する現象の観測によっても、球形基材のＺ軸を計測して、球形基材の方位を制御できる。
【００６１】
上記球形基材１０の弾性表面波が周回可能な最大外周線において、その周回経路上の位置に従って、弾性表面波の伝搬速度が変わることから、より詳しい結晶方位（例えばＸ軸方位、Ｙ軸方位）を計測できることが知られている。つまり励起される弾性表面波の周波数によって他の結晶軸についての情報を得ることが可能である。
【００６２】
なお、上記結晶方位を観察するためにすだれ状電極は、球形基材１０を回転するためのすだれ状電極と同一でもよいが、図９に示すように、別途専用のすだれ状電極１２を同じ弾性表面波素子１１（１１ａ〜１１ｃ）上に形成してもよい。図９は上記第３の実施の形態において、圧電性結晶で構成された球形基材１０を回転する際に、回転に使用するすだれ状電極とは別に球形基材１０を周回する弾性表面波を検出するすだれ状電極１２を基板上の中央部、すなわち球形基材１０との接触点部位に設けた場合の構成図である。上記すだれ状電極１２により検出した信号は、方向性結合器１７を介して信号解析装置１８へ送られる。この信号解析装置１８は、すだれ状電極１２により検出された信号を解析し、球形基材１０の結晶方位を計測する。そして、その計測結果の情報を基に次の回転量を求めて球形基材１０を回転制御する。
【符号の説明】
【００６３】
１０…球形基材、１１、１１ａ〜１１ｃ…弾性表面波素子、１２…すだれ状電極、１３…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１４…切替スイッチ、１５…高周波信号源、１６…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１７…方向性結合器、１８…信号解析装置、２１…正三角形、２２…方位、２３…鉛直方向、２５ａ〜２５ｃ…すだれ状電極、２６…吸収体、３１ａ、３１ｂ…偏光板、３２…レーザー光、３３…照明光、３４…観察装置、３５…観察装置（光学顕微鏡）の光軸、ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４、ｃ１〜ｃ４…すだれ状電極、Ａ、Ｂ、Ｃ…球形基材と弾性表面波素子との接触点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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