(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、大気圧下での水晶薄膜複屈折板の育成において、電気炉内に載置されたサファイア、シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板等の基板上に気相法を用いて育成した水晶薄膜複屈折板の光学軸と水晶薄膜複屈折板の法線のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板のへ投影線と外形の基準辺のなす角度αを、Ｘ解回折を用いず、水晶薄膜複屈折板の光学的な位相差を求め、この位相差と水晶薄膜複屈折板の板厚ｔより、簡単に求める手法を提供することである。【解決手段】  上記の目的を達成するために本発明は、気相法を用いて育成した厚み０．３ｍｍ以下の水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを、Ｘ線回折を利用せず、光学的な位相差と水晶薄膜複屈折板の板厚ｔを測定し計算することより、角度θと角度αを簡単に求めることが出来ることを特徴として目的を達成する。【選択図】  図１ 
2006016230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相法でサファイア、シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板上に水晶薄膜を成長させることにより製造する水晶薄膜において、
薄膜の法線（成長方向）と水晶薄膜の光学軸のなす角度θがほぼ４５°である水晶薄膜複屈折板の角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを、透過光を使用し育成後の水晶薄膜複屈折板の光学的な位相差と厚みｔを測定し計算することにより、水晶薄膜の法線（成長方向）と水晶薄膜の光学軸のなす角度θを次式により算出することを特徴とする水晶薄膜。
θ＝｜ｓｉｎ−１（ｎｅ２・Γ’・λ・（４・ｎｏ・π・ｔ＋Γ’・λ）／（（ｎｅ２−ｎｏ２）（２・ｎｏ・π・ｔ＋Γ’・λ）２））１／２｜
但し、
ｎｅ：光学軸からある角度θでの異常光線の屈折率
Γ’：水晶薄膜複屈折板の実位相差
λ：位相差測定器の光源の波長
ｎｏ：常光線の屈折率
ｔ：水晶薄膜複屈折板の板厚
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶薄膜の育成後に薄膜の法線（育成方向）と水晶薄膜の光学軸のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを求めた水晶薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相法を用いて育成した水晶薄膜複屈折板は、育成後、サファイア、シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板等から剥離し、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラに使用される光学ローパスフィルタ用水晶複屈折板として用いることが出来る。
【０００３】
光学ローパスフィルタ用水晶複屈折板は、光学軸と水晶複屈折板の法線のなす角度θと板厚により光線の分離幅が決定される。ＣＣＤの画素ピッチに水晶複屈折板の光線分離幅をほぼ合わせることにより、モアレ状の擬似信号の発生を大幅の改善するものである。
【０００４】
デジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラに使用されるＣＣＤの高画素化にともない、ＣＣＤの画素ピッチが狭くなってきている。  高画素用水晶複屈折板の板厚みは、一般的に０．３ｍｍ以下であり、従来の製造方法は水熱合成法で人工水晶を育成し、育成後の人工水晶を切断、外形整形、ラッピング及びポリッシングを行うことで光学ローパスフィルタ用水晶複屈折板を製作していた。
【０００５】
しかし、前述の製造工程では工程数が多く、また高画素ＣＣＤ用水晶複屈折板の厚みが０．３ｍｍ以下と薄いため、特にラッピング及びポリッシング工程での歩留まりが悪かった。
【０００６】
そこで、水晶複屈折板の板厚が０．３ｍｍ以下である場合、特開２００２−８０２９６に示されているような水晶薄膜の製造方法で水晶薄膜複屈折板を製造することにより、厚みが０．３ｍｍ以下の水晶薄膜複屈折板を歩留まりよく製造できる。
【０００７】
気相法でサファイア、シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板等に水晶薄膜を育成した後、育成面が設計通りの結晶面になっているかは、特開２００２−８０２９６で示されているようにＸ線回折を利用して確認する手法が用いられている。言い換えると光学軸と水晶薄膜複屈折板の法線のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板のへ投影線と外形の基準辺のなす角度αが設計通りなっているかは、Ｘ線回折を利用し確認している。
【０００８】
しかし、Ｘ線回折を利用し薄膜の法線（成長方向）と水晶薄膜の光学軸のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを測定するには、水晶複屈折板の向きを変えて二回測定する必要があり、時間がかかるという問題があった。図１にＸ線回折による測定の光学系の略図、図３に水晶薄膜複屈折板の角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板のへ投影線と外形の基準辺のなす角度αの関係図を示す。
【０００９】
このような問題に対応するため、気相法を用いて育成した水晶薄膜複屈折板の光学軸と水晶薄膜複屈折板の法線のなす角度θを、Ｘ線回折を使用せず、光学的に水晶複屈折板の位相差を求め、この位相差と水晶薄膜複屈折板の板厚ｔより求める。位相差を求める方法は回転検光子法を用いると、位相差を求めると同時に光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを求められる。
【特許文献１】特開２００２−８０２９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２８９２３６号公報
【００１０】
なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような技術的背景の下でなされたものであり、したがってその目的は、図３に示されるような大気圧下での水晶薄膜複屈折板の育成において、電気炉内に載置されたサファイア、シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板等上に気相法を用いて育成した水晶薄膜複屈折板の光学軸と水晶薄膜複屈折板の法線のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを、Ｘ解回折を用いず、水晶薄膜複屈折板の光学的な位相差を求め、この位相差と水晶薄膜複屈折板の板厚ｔより求める手法を提供することである。
【００１２】
なお、水晶薄膜複屈折板の光学的位相差は育成後に測定しても良いが、育成中に光学的位相差を測定してもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明は、気相法を用いて育成した厚み０．３ｍｍ以下の水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを、Ｘ線回折を利用せず、光学的な位相差と水晶薄膜複屈折板の板厚ｔを測定し計算することより、角度θと角度αを求めることが出来る。
【００１４】
薄膜育成後の水晶薄膜複屈折板をサファイア、シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板等から剥がした後の厚みｔとし、水晶薄膜複屈折板を図1に示す位相差測定器の光学系により、回転検光子法により光学的な位相差Γを測定する。そして、位相差Γと水晶薄膜複屈折板の厚みｔより水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを求める。次に具体的な角度θと角度αの求め方を示す。ただし、入射角度は０°とした。しかし、斜入射光を使用し位相差を測定しても良い。
【００１５】
光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度をαと検光子の回転角度をβとすると、分光器を出た光が偏光子、水晶薄膜複屈折板、検光子を通過した光強度Ｉは次式で表せる。
Ｉ＝０．５＋０．５・ｓｉｎ４α・ｓｉｎ２（Γ／２）・ｃｏｓ２β＋０．５・（１−２・ｓｉｎ２（Γ／２）・ｃｏｓ２α）・ｓｉｎ２β        −−−（１）式
ただし、偏光子の角度は４５°とした。
回転検光子法により得られた検光子角度毎の光強度と（１）式よりフーリエ変換することにより、位相差Γと水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αが求まる。
【００１６】
また、水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θはほぼ４５°であるため、位相差Γは旋光性の影響は無視でき、次式で表せる。
Γ＝（２π／λ）・（ｎｅ’−ｎｏ）・ｔ    −−−−（２）式
ｎｅ’は光学軸からある角度θでの異常光線の屈折率、ｎｏは常光線の屈折率、λは位相差測定器の光源の波長である。
【００１７】
また、ｎｅ’は次式で表せる。
ｎｅ’＝（ｎｏ・ｎｅ）／（ｎｏ２・ｓｉｎ２θ＋ｎｅ２・ｃｏｓ２θ）１／２    −−−−（３）式
ｎｅは光学軸方向の異常光線の屈折率である。
【００１８】
（２）及び（３）式より（５）式が求まり、位相差Γ′、測定波長λ及び板厚みｔより、水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θが求まる。なお、ここで示した位相差Γ′は水晶薄膜複屈折板の実位相差であり、回転検光子法で求められた位相差Γとは異なる可能性がある。実位相差Γ′は、板厚ｔを考慮すると、水晶薄膜複屈折板の次数Ｎが分かり、次の式より実位相差Γ′が求まる。また、測定波長を二波長以上とすれば、光学的な位相差の波長依存性より、次数Ｎが分かる。（Ｎは整数である）
Γ’＝±Γ＋３６０Ｎ    −−−−（４）式
θ＝｜ｓｉｎ−１（ｎｅ２・Γ’・λ・（４・ｎｏ・π・ｔ＋Γ’・λ）／（（ｎｅ２−ｎｏ２）（２・ｎｏ・π・ｔ＋Γ’・λ）２））１／２｜      −−−−（５）式
【００１９】
なお、（２）式から明らかなように、厚みｔが大きいと光源の波長ズレの影響が光学的な位相差の値に影響を与えるため、水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θを正確に求められなくなる可能性がある。
【００２０】
したがって、本発明の実施に適した板厚みは０．３ｍｍ以下である。ただし、角度θがほぼ４５°の時である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを求める手法により、Ｘ線回折を用いず、簡便に素早く角度θと角度αを求めることが出来る。
【００２２】
また、薄膜成長中に光学的な位相差を測定することにより、角度θと角度αを求めることが出来、良否の判定を素早く行える。なお、育成中の薄膜の厚みは実験で得られた育成レート（単位時間当たりの厚み）を用いて求めればよい。また、（５）式で角度θを計算する場合、ｎｅとｎｏは育成中の温度での値を用いればよい。また、（４）式より、育成直後、例えば位相差が９０°（次数０）程度の厚みで、光学的な位相差を測定すると計算が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。図１に示すのは、本発明の水晶薄膜複屈折板の位相差測定を回転検光子法で行う概念を示した図である。光源としては水銀ランプ、タングステンランプなどが用いられ、グレーティングで単色光を取り出す分光器とある特定方向の電気ベクトルのみ透過させる機能を持つ偏光子とある特定方向の電気ベクトルのみ透過させる機能を持つ回転検光子と光量検出器で位相差測定器は構成される。図１では紙面の下方から上方に向かって光源を当てることで、本概念図の中心に位置する水晶薄膜複屈折板の位相測定を行うことができる。
【００２４】
この場合本発明の特徴である、光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度をαと検光子の回転角度をβとすると、分光器を出た光が偏光子、水
晶薄膜複屈折板、検光子を通過した光強度Ｉは次式で表せる。
Ｉ＝０．５＋０．５・ｓｉｎ４α・ｓｉｎ２（Γ／２）・ｃｏｓ２β＋０．５・（１−２・ｓｉｎ２（Γ／２）・ｃｏｓ２α）・ｓｉｎ２β        −−−（１）式
ただし、偏光子の角度は４５°とした。
回転検光子法により得られた検光子角度毎の光強度と（１）式よりフーリエ変換することにより、位相差Γと水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αが求まる。
【００２５】
また、水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θはほぼ４５°であるため、位相差Γは旋光性の影響は無視でき、次式で表せる。
Γ＝（２π／λ）・（ｎｅ’−ｎｏ）・ｔ    −−−−（２）式
ｎｅ’は光学軸からある角度θでの異常光線の屈折率、ｎｏは常光線の屈折率、λは位相差測定器の光源の波長である。
【００２６】
また、ｎｅ’は次式で表せる。
ｎｅ’＝（ｎｏ・ｎｅ）／（ｎｏ２・ｓｉｎ２θ＋ｎｅ２・ｃｏｓ２θ）１／２    −−−−（３）式
ｎｅは光学軸方向の異常光線の屈折率である。
【００２７】
（２）及び（３）式より（５）式が求まり、位相差Γ′、測定波長λ及び板厚みｔより、水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θが求まる。なお、ここで示した位相差Γ′は水晶薄膜複屈折板の実位相差であり、回転検光子法で求められた位相差Γとは異なる可能性がある。実位相差Γ′は、板厚ｔを考慮すると、水晶薄膜複屈折板の次数Ｎが分かり、次の式より実位相差Γ′が求まる。また、測定波長を二波長以上とすれば、光学的な位相差の波長依存性より、次数Ｎが分かる。（Ｎは整数である）
Γ’＝±Γ＋３６０Ｎ    −−−−（４）式
θ＝｜ｓｉｎ−１（ｎｅ２・Γ’・λ・（４・ｎｏ・π・ｔ＋Γ’・λ）／（（ｎｅ２−ｎｏ２）（２・ｎｏ・π・ｔ＋Γ’・λ）２）１／２｜      −−−−（５）式
以上の理論式で算出される結果により検光子を回転させた時の光量(光強度)を読み取り、この値と（１）式よりフーリエ変換することにより、位相差Γと角度αを求めることができる。
【００２８】
図２は水晶薄膜複屈折板の一製造方法を示す装置の概念図で、水晶薄膜２のエピタキシャル成長を内部に載置されたサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の基板１上に行うための装置の概略を模式図で描画したものである。
【００２９】
図３は本発明の水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを求めるためのサンプルである水晶薄膜複屈折板を示す図である。図３（ａ）は主面を上面図として描画したものであり、図３（ｂ）は側面を上面図として描画したものである。
【００３０】
図４は従来から用いられているＸ線を用いた測角方法を示す概念図である。図４（ａ）は側面に対してＸ線を照射して測定する場合を示し、図４（ｂ）は主面に対してＸ線を照射して測定する場合を描画したものである。この従来の測定方法は、一般にはＸ線ディフラクタと呼ばれ、Ｘ線源（点または線状）から放射されたＸ線は試料の手前に配置したスリットで方向付けされ試料に入射する。通常Ｘ線管はＣｕ管球が用いられ、放射されるＸ線は連続Ｘ線成分と際だって強い強度をもつ幅の狭い特性のＸ線成分からなっている。
【００３１】
試料片は紙面に垂直な回転軸のまわりで回転でき、結晶表面に対するＸ線の入射角ωを読みとる（ゴニオメータ）もので、Ｘ線の入射方向が試料の格子面に対してブラッグ角θになったとき回析条件が満足され、入射Ｘ線に対して２θ方向にＸ線が回折されこの２θ角を回析角と呼び、回析角にはＸ線の検出器が配置され、回析Ｘ角強度をメータの振れにより読みとるのが、従来から取られている測角方法の代表例である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は本発明の概念を示す水晶薄膜複屈折板の位相差測定のブロック図で、回転検光子法で行うことを示した図である。
【図２】水晶薄膜を形成する一手法を示す概念図である。
【図３】図４は本発明の水晶薄膜複屈折板の法線（成長方向）と水晶薄膜複屈折板の光学軸のなす角度θと光学軸の水晶薄膜複屈折板への投影線と外形の基準辺のなす角度αを求めるためのサンプルである水晶薄膜複屈折板を示す図である。
【図４】従来から用いられているＸ線測角を示す概念図である。
【図１】
2006016230.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006016230.tif 000005
【図４】
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