(57)【要約】【課題】  容易に透過波形の調節を行う。【解決手段】  ２つ一対の透明部材の間に環状の圧電部材が挟まれた状態で接合されて構成されるエタロンであって、圧電部材側を向く面に金属膜が設けられている透明部材と、透明部材側を向く面に金属膜が設けられている環状の圧電部材と、露出する金属膜と接続する外部接続端子とを備え、前記圧電部材の前記透明部材側を向く面が、Ｘ軸と垂直となる場合を０°とし、±１０°の範囲で回転し、外部接続端子が透明部材に設けられていることを特徴とする。【選択図】      図１
2014167508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ一対の透明部材の間に環状の圧電部材が挟まれた状態で接合されて構成されるエタロンであって、
前記圧電部材側を向く面に金属膜が設けられている前記透明部材と、
前記透明部材側を向く面に金属膜が設けられている環状の前記圧電部材と、
露出する前記金属膜と接続する外部接続端子とを備え、
前記外部接続端子が前記透明部材に設けられていることを特徴とするエタロン。
【請求項２】
前記圧電部材が水晶であって、
水晶の結晶軸であるＹ軸を回転軸としてＺ軸を基準に反時計回り方向を+方向とした場合、
前記圧電部材の前記透明部材側を向く面が、
Ｘ軸と垂直となる場合を０°とし、±１０°の範囲で回転していることを特徴とする請求項１に記載のエタロン。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のエタロンと、
前記エタロンの前記外部接続端子に接続される可変電圧電源と、を備えて構成されることを特徴とするエタロン装置。
【請求項４】
前記外部接続端子と前記可変電圧電源との間に極性を入れ替えるスイッチを備えて構成されることを特徴とする請求項３に記載のエタロン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器に用いられるエタロン及びエタロン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光通信、測定機器、半導体レーザなどの光学機器にはエタロンが用いられている。
このエタロンは、キューブ状に形成されたソリッド型と平行平板となる透明部材の間に環状体を接合して構成されるエアギャップ型とがある。
これらエタロンは、光学機器において、光が通過する経路内に設けられており、光の進行方向とエタロンの長さ方向とを一致させて用いられる（例えば、特許文献１参照）。このようなエアギャップ型のエタロンは、透過波形の調整を行う必要がある。一般的に、この透過波形の調整は、光の入射角度や温度を調整することで行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２８３５０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のエタロンは、透過波形の調整に手間がかかるという問題があった。
例えば、光の入射角度で透過波形の調整を行う場合は、光が垂直入射する場合と比べて消光比が低下することがあった。また、光の入射角度の変更は、透過波形の変化が大きくなるため、調整の工程が多くなる傾向がある。そのため、多くの手間と多くのコストを要する状態となる。
また、例えば、温度で透過波形の調整を行う場合は、エタロン用のヒーターなどの温度調節装置を用いることが想定されるが、エタロン以外の電子部品用の温度調節装置が存在すると、エタロンを所定の温度にすることが困難となる恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、容易に透過波形の調節が行えるエタロン及びエタロン装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、２つ一対の透明部材の間に環状の圧電部材が挟まれた状態で接合されて構成されるエタロンであって、前記圧電部材側を向く面に金属膜が設けられている前記透明部材と、前記透明部材側を向く面に金属膜が設けられている環状の前記圧電部材と、外周に露出する前記金属膜と接続する外部接続端子とを備え、前記外部接続端子が前記透明部材に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記圧電部材が水晶であって、水晶の結晶軸であるＹ軸を回転軸としてＺ軸を基準に反時計回り方向を+方向とした場合、前記圧電部材の前記透明部材側を向く面が、Ｘ軸と垂直となる場合を０°とし、±１０°の範囲で回転していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、エタロン装置であって、請求項１又は請求項２に記載のエタロンと、前記エタロンの前記外部接続端子に接続される可変電圧電源と、を備えて構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記外部接続端子と前記可変電圧電源との間に極性を入れ替えるスイッチを備えて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このようなエタロンによれば、外部接続端子に電圧を印可することで圧電部材を伸ばす又は縮ませることができるようになり、エタロン内の共振器長を変更することができる。
【００１１】
また、このようなエタロンによれば、圧電部材の透明部材側を向く面が、Ｘ軸と垂直となる場合を０°とし、±１０°以内の範囲で回転した面となっているので、外部接続端子に電圧を印可したときの伸びる又は縮む変形が大きくなり、透過波形の調整の幅を大きくすることができる。
【００１２】
また、このようなエタロンによれば、圧電部材の透明部材側を向く面が、水晶の結晶軸であるＸ軸と垂直な面がＸ面であるので、外部接続端子に電圧を印加したときに光の透過方向に圧電部材を伸びる又は縮むことができ、透過波形の調整の幅を大きくすることができる。
【００１３】
また、このようなエタロン装置によれば、環状の圧電部材に設けられた金属膜と接続する外部接続端子に可変電圧電源を接続した構成としたことで、光の経路の外からの操作で前記エタロンを伸ばす又は縮ませることができ、かつ、その伸ばす又は縮ませる大きさを調節することができる。
【００１４】
また、このようなエタロン装置によれば、環状の圧電部材に設けられた金属膜と接続する外部接続端子に可変電圧電源を接続し、エタロンと可変電圧電源との間にスイッチを設けたことで、圧電部材を伸ばす又は縮ませる大きさを選択的に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施形態に係るエタロンの一例を示す斜視図であり、（ｂ）は本発明の第一の実施形態に係るエタロンの断面図である。
【図２】切断角度と圧電定数との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）は所定の切断角度で設けられた圧電部材の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は他の切断角度で設けられた圧電部材の一例を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は透明部材側を向く面がＸ軸と直交するＸ面であるときの圧電部材が縮んだ状態の一例を示す概念図であり、（ｂ）は伸びた状態の一例を示す概念図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係るエタロン装置の一例を示す概念図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係るエタロン装置の一例を示す概念図である。
【図７】本発明の第三の実施形態に係るエタロン装置のスイッチに用いる端子の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。
【００１７】
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態に係るエタロン１０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、２つ一対の透明部材１１、圧電部材１２、外部接続端子１３で主に構成されている。
【００１８】
透明部材１１は、例えば、ガラスや水晶などの無色透明の材料が用いられ、また、２つ一対で用いられる。これら透明部材１１は、所定の厚さの平行平板に形成されており、例えば、平面視で四角形状に形成されている。これら２つの透明部材の向かい合う主面の間が共振器長Ｌ（図１（ｂ）参照）となる。また、これら透明部材１１は、一方の主面に反射防止膜１１ａが設けられ、他方の主面に反射膜１１ｂが設けられている。なお、主面という場合は、光が入射・出射する面を主面とし、この主面を囲む４面を側面とする。
なお、透明部材１１は、ウエッジ形状に形成されていても良い。ウエッジ形状に形成されたこの透明部材１１は、１１ａ面が１１ｂ面に対して傾斜した構成となっている。このように透明部材１１を構成すると、１１ａ面からの不要な反射を防ぐことが出来る。
また、これら透明部材１１の少なくとも１つの側面には、後述する外部接続端子１３が設けられている。
なお、反射防止膜１１ａは、例えば、従来周知の蒸着により透明部材の他方の主面に設けられる。また、反射膜１１ｂは、例えば、従来周知の蒸着により透明部材１１の一方の主面に設けられる。
【００１９】
なお、反射膜１１ｂは、圧電部材１２側を向く主面に設けられる。また、反射防止膜１１ａは、反射膜１１ｂとは反対側の主面に設けられる。よって、透明部材１１を圧電部材１２に接合した状態では、外側に反射防止膜１１ａが設けられ、接合により挟まれる位置に反射膜１１ｂが設けられている。
この反射膜１１ｂの上に環状に金属膜１１ｃが設けられる。よって、透明部材１１の圧電部材１２側を向く面には金属膜１１ｃが設けられた状態となる。この金属膜１１ｃは、例えば、下地金属膜がクロム、主金属膜が金で構成されており、フォトリソグラフィ技術とスパッタ技術や蒸着技術で環状に設けることができる。
【００２０】
外部接続端子１３は、透明部材１１に設けられている金属膜１１ｃと圧電部材１２に設けられている金属膜１２ａとに接続している。
この外部接続端子１３は、例えば、下地金属膜と主金属膜とで構成される。この外部接続端子１３として、例えば下地金属膜としてクロムが用いられ、この下地金属膜の上に例えば金（Ａｕ）を設けて構成される。
このような外部接続端子１３は、例えば、２つ一対の透明部材１１と圧電部材１２とを接合した後にフォトリソグラフィ技術とスパッタ技術や蒸着技術を用いて設けることができる。
なお、外部接続端子１３は、圧電部材１２の伸び又は縮みを阻害しないように、圧電部材１２にかからないように設けられる。
【００２１】
圧電部材１２は、図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、例えば、環状に形成されており、内部の空間の中心を中心軸線Ｃ（図１（ｂ）参照）としたとき、この中心軸線に沿って環が厚みを有している。この圧電部材１２は、中心軸線に対して直交する方向に切断した断面が四角形の環状の断面となっている。なお、円環の断面でもよい。つまり圧電部材１２は、この四角形の環状の断面を維持したまま厚みを有した構造となっている。
【００２２】
圧電部材１２は、この板の所定の位置をウェットエッチングにより貫通部が形成され、外形形状に沿って加工することにより環状に形成される。環状の形状は、円環形状や四角い環状の形状となっていても良い。
例えば、ウェットエッチングを用いて貫通部を形成する場合は、圧電部材となる圧電ウェハの表面にレジストを設け、所定のパターンで露光し、現像を行って圧電ウェハの表面を露出させ、圧電ウェハの露出した部分をウェットエッチングで除去して貫通部を形成する。なお、ドリルなどの穿孔により貫通部を設けても良い。
【００２３】
この四角形の環状の断面は、中心軸線を基準にすると、圧電部材１２の端面の形状と同一となっている。したがって、圧電部材１２の端面は、四角形の環状の形状となっており、両側のこの端面に金属膜１２ａが設けられる。また、圧電部材１２は、透明部材１１側を向く面、つまり、前記端面が透明部材１１の方を向いた状態で用いられる。
【００２４】
この圧電部材１２は、例えば水晶が用いられ、図２及び図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、水晶の結晶軸であるＹ軸を回転軸としてＺ軸を基準に反時計回り方向を+方向とした場合、圧電部材１２の透明部材１１側を向く面、つまり端面が、Ｘ軸と垂直となる場合を０°とし、−１０°（図３（ｂ）参照）〜+１０°（図３（ａ）参照）の範囲で回転したカットアングルで切断されて形成された板が用いられる。この回転によって回転したＸ軸及びＺ軸を新たにＸ´軸、Ｚ´軸とする。
【００２５】
図２に示すように、水晶の結晶軸であるＹ軸を回転軸としてＺ軸を基準に反時計回り方向を+方向とした場合の切断角度と圧電定数との関係は、Ｘ軸と垂直となる場合を０°とし、±１０°以内の範囲が圧電定数の変化が少なく、前記切断角度の範囲から離れるにしたがって圧電定数が小さくなる関係となっている。
透過波形を調整するためには、屈折率かエタロン１０の共振器長を変化させる必要がる。この共振器長の変化は、圧電部材１２の歪の変化に関係している。この歪とは、圧電部材１２を伸ばして共振器長を長く又は短くすることである（図４参照）。この歪が大きくなることで透過波形の調整の幅を大きくすることができる。
【００２６】
ここで、歪（Ｓ）は、弾性コンプライアンス定数（ｓ）と応力（Ｔ）と圧電定数（ｄ）と電界（Ｅ）で決まる。
計算式は、以下の式１で示す。
Ｓ＝ｓ×Ｔ＋ｄ×Ｅ      （式１）
式１より、小さい電界Ｅで歪みを大きくするためには、圧電定数を大きくすればよい。したがって、図２より±１０°以内の範囲が透過波形の調整の幅を大きくすることができる範囲となる。
【００２７】
よって、この範囲で圧電部材１２を構成すると、圧電部材１２が、前記中心軸線、水晶の結晶軸ではＸ軸又はＸ´軸に沿って伸びる構造とすることができる。
また、この歪は、圧電部材１２の両端面に設けた金属膜１２ａに電圧を印加することで逆圧電現象により起き、圧電部材１２を中心軸線Ｃ（図１（ｂ）参照）に沿って伸ばすことができる。また電圧の印加を止めると伸びた状態が解放されて縮み、元の状態に戻すことができる。
また、図４に示すように、電流の極性を切り替えることによって、伸びた状態と縮んだ状態との入れ替えを選択して行うことができる。
【００２８】
特に、水晶の結晶軸であるＹ軸を回転軸としてＺ軸を基準に反時計回り方向を+方向とした場合、圧電部材１２の透明部材１１側を向く面、つまり端面が、Ｘ軸と垂直となる場合を０°とし、±１０°以内の範囲で回転したカットアングルを用いた場合は、圧電部材１２が伸びる傾向がある。
このカットアングル以外の角度の場合は、圧電部材１２が伸びにくくなり透過波形の調整の幅を大きくすることができなくなる。
【００２９】
しかし、圧電定数が０となる場合は、歪が生じず、圧電部材１２を伸ばすことができない。また、前記±１０°の範囲の切断角度から離れた圧電定数の場合は、圧電部材１２を伸ばすことができるものの、切断角度に対する圧電定数の変化が大きいために、製品としたときの扱いが難しくなり、圧電部材１２を伸ばす調整が困難になることが想定される。
【００３０】
これら２つ一対の透明部材１１と圧電部材１２とは、例えば、原子拡散接合を用いて接合されている。
例えば、２つ一対の透明部材１１となる、例えばガラス板からなるそれぞれの透明部材ウェハ（図示せず）は、一方の主面に反射防止膜１１ａが設けられ、他方の主面に反射膜１１ｂが設けられ、この反射膜１１ｂに金属膜１１ｃが設けられている。
【００３１】
また、圧電部材１２となる水晶からなる圧電部材ウェハ（図示せず）は、環状の圧電部材１２となる部分の空間となる位置が貫通穴として設けられており、この圧電部材ウェハの両主面にクロムからなる下地金属膜が設けられ、この下地金属膜の上に金からなる主金属膜が設けられて金属膜１２ａが形成されている。
【００３２】
これら２つ一対の透明部材ウェハと圧電部材ウェハとは、例えば、真空雰囲気中、大気圧雰囲気中、不活性ガス雰囲気中のいずれかの雰囲気中において、圧電部材ウェハを挟むように透明部材ウェハと圧電部材ウェハと透明部材ウェハとを重ね、所定の圧力を加圧した状態で接合される。
つまり、透明部材１１の金属膜１１ｃと圧電部材１２の金属膜１２ａとが重ねあわされた状態で、金属膜同士が接合した状態となっている。なお、この接合の際に加熱をしても良い。
【００３３】
接合後、透明部材１１の外形形状であり、圧電部材１２の外形形状でもあるエタロン１０の外形形状に沿って切断することで個々のエタロン１０を形成することができる。
これら個々のエタロン１０を外部接続端子となる部分に、貫通穴が設けられた所定の治具に配置し、２つ一対のそれぞれの透明部材の側面に蒸着やスパッタなどで外部接続端子１３を設ける。
これにより、本発明のエタロンを製造することができる。
【００３４】
このように本発明の第一の実施形態に係るエタロン１０によれば、外部接続端子１３に電圧を印可することができるので圧電部材１２を伸ばす又は縮ませることができるようになり、エタロン１０内の共振器長を変更することができる。
【００３５】
また、圧電部材１２の透明部材１１側を向く面が、Ｘ軸と垂直となる場合を０°とし、±１０°以内の範囲で回転した面となっているので、外部接続端子１３に電圧を印可したときの伸びる又は縮む変形が大きくなり、透過波形の調整の幅を大きくすることができる。
【００３６】
（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態に係るエタロン装置１０１は、図５に示すように、本発明の第一の実施形態に係るエタロン１０に係るエタロンが用いられ、エタロンの構成要素の１つである透明部材１１の外周面に設けられた外部接続端子１３に接続される可変電圧電源２０を備えて主に構成される。
【００３７】
電圧可変電源２０は、例えば、従来周知の電圧可変電源が用いられ、＋（プラス）の極性を有する配線と、−（マイナス）の極性を有する配線とを備えており、＋極性の配線をエタロン１０の外周面に露出する一方の外部接続端子１３と接続され、−極性の配線をエタロン１０の外周面に露出する他方の外部接続端子１３と接続されている。
【００３８】
例えば、第一の実施形態に係るエタロンの場合、図４（ａ）に示すように、外部接続端子１３に電圧を印加すると、圧電部材１２は、Ｘ軸方向又はＸ´方向に伸びることとなる。
具体的には、＋極性の配線を＋Ｘ面に接続すると、圧電部材１２は、Ｘ軸方向に縮むこととなる（図４（ａ）参照）。また、＋極性の配線を−Ｘ面に接続するとＸ軸方向に伸びることとなる（図４（ｂ）参照）。
【００３９】
また、可変電圧電源２０によって、印加する電圧の大きさを変化させることで圧電部材１２の伸びる又は縮む大きさを変化させることができる。
このとき、エタロン１０は、２つ一対の透明部材１１のうち、一方の透明部材１１を固定端とし、他方の透明部材１１を自由端としている（図示せず）。これにより、圧電部材１２の伸縮が阻害されるのを防ぐことができる。
【００４０】
このように、本発明の第三の実施形態に係るエタロン装置１０１によれば、環状の圧電部材１２に設けられた金属膜１２ａと接続する外部接続端子１３に可変電圧電源２０を接続した構成としたことで、光の経路の外からの操作で前記エタロン１０を伸ばす又は縮ませることができ、かつ、その伸ばす又は縮ませる大きさを調節することができる。
【００４１】
（第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態に係るエタロン装置１０２は、図６及び図７に示すように、第一の実施形態に係るエタロン１０と可変電圧電源２０との間に極性を入れ替えるスイッチ３０を備えている点で第二の実施形態と異なる。
【００４２】
スイッチ３０は、エタロン１０に設けられた外部接続端子１３と可変電圧電源２０との間に極性を入れ替える役割を果たす。
例えば、スイッチ３０は、回転構造の切替機構を備えており、可変電圧電源２０に接続している＋極性の配線の端子をＡ１、−極性の配線の端子をＡ２とし、エタロン１０の一方の外部接続端子１３に接続される配線の端子をＢ１及びＢ２とし、エタロン１０の他方の外部接続端子１３に接続される配線の端子をＣ１及びＣ２とする。
ここで、同一円周上に各端子が位置しており、かつ、反時計回りに端子Ｃ１，Ａ１，Ｂ１，の順に等間隔で配置されつつ、反時計回りに端子Ｂ２，Ａ２，Ｃ２の順に等間隔で配置され、さらに、端子Ａ１とＡ２，端子Ｂ１とＢ２，端子Ｃ１とＣ２が向かい合うように配置する。
【００４３】
スイッチ３０は、前記同心円の中心を回転軸として直径方向に伸びており、その両端に２端子を接続させることができる大きさの接触端子部がそれぞれ設けられている。
したがって、このスイッチは、端子Ａ１，Ａ２に合わせた状態のときは通電を切った状態となる。
また、このスイッチ３０は、時計回りに回転させると端子Ａ１とＣ１とが接続しつつ、端子Ａ２とＢ２が接続した状態となる。
さらに、このスイッチ３０は、反時計回りに回転させると端子Ａ１とＢ１とが接続しつつ端子Ａ２とＣ２とが接続した状態となる。
これにより、可変電圧電源２０に接続される＋極性の配線と−極性の配線とを入れ替えてエタロン１０に接続させることができる。
【００４４】
このように、本発明の第三の実施形態に係るエタロン装置１０２によれば、環状の圧電部材１２に設けられた金属膜１２ａと接続する外部接続端子１３に可変電圧電源２０を接続し、エタロン１０と可変電圧電源２０との間にスイッチ３０を設けたことで、圧電部材１２を伸ばす又は縮ませる大きさを選択的に調整することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０    エタロン
１１    透明部材
１１ａ  反射防止膜
１１ｂ  反射膜
１１ｃ  金属膜
１２    圧電部材
１２ａ  金属膜
１３    外部接続端子
２０    可変電圧電源
３０    スイッチ
１０１，１０２  エタロン装置
【図１】
2014167508.tif 000003
【図２】
2014167508.tif 000004
【図３】
2014167508.tif 000005
【図４】
2014167508.tif 000006
【図５】
2014167508.tif 000007
【図６】
2014167508.tif 000008
【図７】
2014167508.tif 000009