(57)【要約】      （修正有）【課題】育成された光学的二軸性単結晶の加工が煩雑でなく、育成された光学的二軸性単結晶のうち実際に素子に使用できる割合が高い光学的二軸性単結晶の育成方法及びこの方法を用いて製造された光学的二軸性単結晶を提供する。【解決手段】加熱溶融した原料融液に種結晶２０を付けて単結晶２１を薄板状に成長させるＥＦＧ法を用いた光学的二軸性単結晶２１の育成方法において、加熱溶融した原料融液の液だまりを形成する短冊形ダイの長手方向の稜線Ｄと種結晶２０の光軸Ｌ20とのなす角度θ２を８５度以上かつ９５度以下の範囲になし、かつ種結晶２０の光軸Ｌ20と種結晶２０を引上げる引上げ軸方向Ｚとのなす角θ１を８５度以上かつ９５度以下の範囲になして、単結晶２１を薄板状に成長させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱溶融した原料融液に種結晶を付けて単結晶を薄板状に成長させるＥＦＧ法を用いた光学的二軸性単結晶の育成方法において、
前記加熱溶融した原料融液の液だまりを形成する短冊形ダイの長手方向の稜線と種結晶の光軸とのなす角度を８５度以上かつ９５度以下の範囲になし、かつ前記種結晶の光軸と該種結晶を引上げる引上げ軸方向とのなす角を８５度以上かつ９５度以下の範囲になして、単結晶を薄板状に成長させることを特徴とする光学的二軸性単結晶の育成方法。
【請求項２】
前記種結晶の光軸と育成された単結晶の最大面積に対応する板面の法線とのズレ角を５度以下の範囲になして、単結晶を薄板状に成長させることを特徴とする請求項１に記載された光学的二軸性単結晶の育成方法。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載された光学的二軸性単結晶の育成方法を用いて製造されたことを特徴とする光学的二軸性単結晶。
【請求項４】
薄板状単結晶の最大面積になる板面の法線が光軸と一致することを特徴とする請求項３に記載された光学的二軸性単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的二軸性単結晶の育成方法及びこの方法を用いて製造された光学的二軸性単結晶に関し、特にＥＦＧ法（Edge-defined, Film-fed Growth）を用いた光学的二軸性単結晶の育成方法及びこの方法を用いて製造された光学的二軸性単結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge-Coupled Device；電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor；相補型金属酸化膜半導体）等の二次元に光を感じる画素が周期的に配列された画像撮像素子は、例えば、デジタルカメラを代表とするデジタル撮像機器等に用いられている。
この画像撮像素子においては、撮像素子のサンプリング周波数の１／２以上の高周波成分が含まれると、偽信号として取り込まれモアレ等の問題が発生することがある。
【０００３】
これを防ぐために、前記撮像機器においては撮像素子と対物レンズの間に、複屈折板や回折格子等からなる光学フィルタを配置している。即ち、レンズからの光情報（像）を空間的に分離あるいは重ね合わせる光学系を組み込むことで高周波成分を低減している。
しかしながら、光学フィルタとして回折格子を用いることは、一般的に回折格子は精密な寸法形状に製作しなければならないため、高価になるという課題があった。また光学系の焦点の関係上、回折格子の実装位置に自由度が少なく、回折格子を実装する上で困難であった。
【０００４】
そのため、一般的に光学フィルタとして、複屈折板が用いられている。この複屈折板の材質としては、結晶育成が比較的容易な水晶（ＳｉＯ2）やルチル（ＴｉＯ2）等の光学的一軸性単結晶が一般的に用いられる。
しかしながら、光学的一軸性単結晶は、常光（あるいは通常光）と異常光に対する屈折率の値に差があることから、前記したようなノイズや画像のにじみが発生する問題があった。
【０００５】
上記課題に対しては、特開２００４−２４６２６１において光学的二軸性単結晶を用いた光学ローパスフィルタが提案されている。カンラン石族（olivine  group）に属する化学式Ｍｇ2ＳｉＯ4に代表されるフォルステライト化合物、化学式ＢｉＢ3Ｏ6、ＳｒＢ4Ｏ7に代表される酸化ボロン化合物、およびＹ2ＳｉＯ5に代表される希土類シリケート化合物等の光学的二軸性単結晶は、波長４００〜８００ｎｍの可視光領域で透明かつ透過率はほぼ一定であり光学ローパスフィルタとして有効である。
【特許文献１】特開２００４−２４６２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光学的二軸性単結晶は、従来から波長変換素子やレーザー素子に使用されているが、波長変換素子やレーザー素子に使用されている光学的二軸性単結晶は、チョクラルスキー法や浮遊帯移動法あるいはまた溶液法などの単結晶育成法によって製造されている。
そして、これら波長変換素子やレーザー素子は、一般的に数ミリ〜数１０ミリ角程度の寸法形状に製作されるため、上記の育成方法で得られた円柱や多角形に近い形状の光学的二軸性単結晶から切削と研削を繰り返して、所定の寸法形状に切り出すという方法が取られている。
【０００７】
したがって、前記単結晶育成法で得られた光学的二軸性単結晶から薄板状である光学フィルタ、即ち、所望の結晶方位を持った板状単結晶を得ることもできるが、前記したように育成した光学的二軸性単結晶の切削と研削を繰り返さなければならず、容易に製造することができないという課題があった。
また、前記したように加工が繰り返されるため、育成された光学的二軸性単結晶のうちの実際に素子として使用できる割合も極めて低いという課題があった。
【０００８】
本発明者等は、光学的二軸性単結晶の育成方法についても鋭意研究を重ねた。その結果、本発明者等はＥＦＧ法（Edge-defined, Film-fed Growth）に着目し、育成された光学的二軸性単結晶の加工が容易で、育成された光学的二軸性単結晶のうち実際に素子に使用できる割合が高い光学的二軸性単結晶の育成方法を見出すに至った。
【０００９】
本発明の目的とするところは、育成された光学的二軸性単結晶の加工が煩雑でなく、育成された光学的二軸性単結晶のうち実際に素子に使用できる割合が高い光学的二軸性単結晶の育成方法及びこの方法を用いて製造された光学的二軸性単結晶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】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかる光学的二軸性単結晶の育成方法は、加熱溶融した原料融液に種結晶を付けて単結晶を薄板状に成長させるＥＦＧ法を用いた光学的二軸性単結晶の育成方法において、前記加熱溶融した原料融液の液だまりを形成する短冊形ダイの長手方向の稜線と種結晶の光軸とのなす角度を８５度以上かつ９５度以下の範囲になし、かつ前記種結晶の光軸と該種結晶を引上げる引上げ軸方向とのなす角を８５度以上かつ９５度以下の範囲になして、単結晶を薄板状に成長させることを特徴としている。
【００１１】
このように、原料融液の液だまりを形成する短冊形ダイを用いて単結晶を薄板状に成長させるため、光学的二軸性単結晶を薄板状に形成することができ、切削と研削を繰り返すことなく、所定の形状寸法になすことができる。
しかも、短冊形ダイの長手方向の稜線と種結晶の光軸とのなす角度を８５度以上かつ９５度以下の範囲になし、かつ前記種結晶の光軸と該種結晶を引上げる引上げ軸方向とのなす角を８５度以上かつ９５度以下の範囲になしているため、育成された薄板状単結晶の最大面積に対応する板面の法線と、育成された薄板状単結晶の光軸のずれを極力抑制することができる。
【００１２】
ここで、前記種結晶の光軸と育成された薄板状単結晶の最大面積に対応する板面の法線とのズレ角を５度以下の範囲になして、薄板状単結晶を成長させることが望ましい。
【００１３】
また、この光学的二軸性単結晶の育成方法を用いて製造された光学的二軸性単結晶にあっては、特に、薄板状単結晶の最大面積になる板面の法線が光軸と一致することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる光学的二軸性単結晶の育成方法によれば、育成された光学的二軸性単結晶の加工が容易で、しかも育成された光学的二軸性単結晶のうち実際に素子に使用できる割合が高いため、安価に光学フィルタ等の素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
まず、本発明にかかる光学的二軸性単結晶の育成方法に用いられる単結晶育成装置の概要について図１の模式図を用いて説明する。
図１において、符号１は単結晶育成装置であって、この装置１は育成雰囲気を保持するためのチャンバー２と、前記チャンバー２内に収容された光学的二軸性単結晶板の原料を溶融する坩堝３と、前記坩堝３の外周囲に配置され、前記坩堝を加熱するヒータ４と、前記ヒータ４に通電する電極５とを備えている。
また、この単結晶育成装置１にあっては、前記坩堝３内に、薄板状の光学的二軸性単結晶２１を引上げる際の原料融液の形状を決定するダイ６が設置されている。なお、このダイ６の構成については、後に詳述する。更に、前記坩堝３は軸３ａによって保持されている。また、坩堝３を上下移動するため坩堝駆動手段８が設けられている。
【００１６】
また、前記チャンバー２内部のヒータ４の外周囲には、断熱材７が設置されている。また、前記チャンバー２には雰囲気ガスを導入する導入口９及び雰囲気ガスを排出する排気口１０が設けられ、チャンバー２内部を使用する坩堝材質や育成する単結晶に適した雰囲気ガスに調整できるように構成されている。
【００１７】
更に、前記チャンバー１の上部には引上げ機構１１が設置され、引上げ機構１１は、種結晶２０を任意の速度で回転させながら引上げられるように、モータ等の駆動手段から構成されている。また前記引上げ機構１１には種結晶ホルダー１２が設けられたシャフト１３が取り付けられている。この種結晶ホルダー１２は種結晶２０を位置ずれすることなく保持、固定するものである。
尚、坩堝３を所定位置に移動させる坩堝駆動手段８と、種結晶２０を引上げる引上げ機構１１とは、図示しない制御手段によって制御されるように構成されている。
【００１８】
更に、図２、図３に基づいて、ダイ６の構成について説明する。尚、図２は坩堝３及びダイ６を示した一部を断面で表した斜視図である。
このダイ６は、２枚の板６ａ，６ｂを平行に相対向させた構造であり、２枚の板６ａ，６ｂの間には毛細管現象で原料融液Ａを上昇させる微少間隙（キャピラリ）６ｃが形成されている。また、この２枚の板６ａ，６ｂの先端部には、内側に傾斜する傾斜面６ａ１，６ｂ１が形成されている。この傾斜面６ａ１，６ｂ１は、両者の間に毛細管現象によって上昇した原料融液Ａの液だまりを形成するためのものである。この液だまりＡの幅が育成される薄板状単結晶の厚さを決定する。
【００１９】
また、前記ダイ６は２枚の板６ａ，６ｂを平行に相対向した構造であるため、そのキャピラリ６ｃの先端部分は平面視上、矩形形状、所謂短冊状に形成されている。このように短冊状に形成するのは薄板状の光学的二軸性単結晶２１を成長させるためである。なお、このキャピラリ６ｃの先端の長手方向の直線部分（キャピラリの長手方向）をダイの稜線Ｄと称する。
【００２０】
また、前記キャピラリ６ｃの長手方向の寸法及び幅は、毛細管現象が生じる寸法であれば良いが、前記キャピラリ６ｃの長手方向の寸法及び幅（正確には、板６ａ，６ｂの傾斜面６ａ１，６ｂ１先端部の長手方向の寸法及び幅）は、育成される光学的二軸性結晶板２１の寸法に影響を与えるため、完成品である例えば光フィルタの寸法形状を考慮する必要がある。
例えば、キャピラリ６ｃの幅（正確には、板６ａ，６ｂの傾斜面６ａ１，６ｂ１先端部の幅）を０．５ｍｍ以下に調整すると、育成される光学的二軸性結晶２１の厚みは、キャピラリ６ｃの幅（正確には、板６ａ，６ｂの傾斜面６ａ１，６ｂ１先端部の幅以下の、０．５ｍｍ以下に形成される。
その結果、得られた光学的二軸性単結晶２１の厚み方向を切削することなく、素子として使用できる。
ただ、厳密には、育成された単結晶の表面は、結晶学的な曲面であるため、光フィルタ等の素子として使用するにあったては、光学的な研削をする必要がある。
【００２１】
また、このダイ６は、前記したように基本的に毛細管現象が生じればよく、ダイ６の材質は育成しようとする板状結晶の材質等で決められる。例えば、育成する単結晶が酸化物である場合、イリジウム（Ｉｒ）等の材質からなるダイ６が用いられる。即ち、所望の薄板状単結晶の融液が十分に濡れる材質であれば良い。
【００２２】
なお、上記説明では、一組の板６ａ，６ｂを平行に相対向させ、一つのキャピラリ６ｃを設置した構造を例にとって説明したが、ダイ６に複数組の板６ａ，６ｂを平行に配置し、複数のキャピラリ６ｃを設置してもよい。このように、複数のキャピラリ６ｃを設置し、複数の薄板状光学的二軸性結晶板２１の同時に育成を行うことは、製造効率上好ましい。
【００２３】
次に、種結晶２０について説明する。
この種結晶２０として、育成しようとする光学的二軸性単結晶２１と同じ材質の単結晶材が用いられる。あるいはまた、育成しようとする光学的二軸性単結晶２１と同じ結晶構造を有し、前記光学的二軸性単結晶２１の融点より高い単結晶板が用いられる。具体的には、育成しようとする光学的二軸性単結晶２１がＹ2ＳｉＯ5である場合には、Ｌｕ2ＳｉＯ5を種結晶として用いることができる。
【００２４】
ここで、この種結晶２０は、図４に示すように、引上げ育成の際の引上げ軸Ｚ方向と種結晶２０の光軸Ｌのなす角θ１が８５度以上９５度以下、さらに望ましくは８８度以上９２度以下になるように、種結晶ホルダー１２に保持、固定される。
そして、光学的二軸性単結晶２１の引上げ育成中においても、前記角θ１が種結晶ホルダー１２によって維持される。
【００２５】
次に、前記した単結晶育成装置を使用した光学的二軸性単結晶の製造方法について、図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、この種結晶２０を、図４に示すように、引上げ育成の際の引上げ軸方向Ｚと種結晶２０の光軸Ｌのなす角θ１が８５度以上９５度以下、さらに望ましくは８８度以上９２度以下になるように、種結晶ホルダー１２に固定する。尚、引上げ育成中においても、前記角度θ１を種結晶ホルダー１２によって維持する。
【００２６】
続いて、光学的二軸性単結晶２１の原料粉末をダイ６が設置された坩堝３に充填し、必要に応じて、チャンバー２内を適切な雰囲気ガスで置換する。続いて、前記坩堝３をヒータ４で加熱し、坩堝３内の原料を溶融する。前記原料が溶融すると、原料融液Ａの一部が、毛細管現象でダイ６のキャピラリ６ｃ内を上昇してダイ６の液だまり、すなわち稜線部に達する。
【００２７】
その後、種結晶２０を降下させて融液面と接触させる。このとき、原料融液の液だまりＡを形成する短冊形ダイ６の長手方向の稜線Ｄと種結晶２０の光軸Ｌ20とのなす角度θ２を８５度以上かつ９５度以下になるように、さらに望ましくは８８度以上９２度以下になるように、種結晶ホルダー１２の位置を制御する。
これは、前記種結晶２０の光軸Ｌ20と育成された光学的二軸性単結晶２１の最大面積に対応する板面２１ａの法線とのズレ角を５度以下になして、単結晶を薄板状に成長させることを意味している。
【００２８】
そして、更に所定の角度維持しつつ、種結晶２０が融液面と接触し、更に前記角度θ１、角度θ２を維持しつつ、所定の速度で所望の長さまで光学的二軸性単結晶２１を引上げる。
そして、所望の長さに達した後に、光学的二軸性単結晶２１をダイ６から引き離した後に、冷却して薄板状の光学的二軸性単結晶２１を得る。
【００２９】
このようにして育成された光学的二軸性単結晶２１にあっては、育成された光学的二軸性単結晶２１の最大面積に対応する板面２１ａが光軸面であり、前記板面２１ａの法線と育成された光学的二軸性単結晶２１の光軸Ｌ21とのズレ角は５度以下である。
また、育成された光学的二軸性単結晶２１の光軸Ｌ21と引上げ軸方向Ｚとのなす角θ３は、９０±５度以下である。尚、前記角度θ１、角度θ２を９０度になせば、前記板面２１ａの法線と前記光軸Ｌ21とが一致する。
【００３０】
このようにして、高精度の光学的二軸性単結晶２１を得ることができ、この光学的二軸性単結晶２１から更に素子を得るには、切削、研削等の加工を行なう必要がある。
しかしながら、既に、前記光学的二軸性単結晶２１が薄板状に形成されるため、切削と研削を繰り返す必要もなく、素子を容易に所定の寸法形状になすことができる。また切削、研削される部分が少なく、実際に素子に使用できる割合が高いため、安価に光学フィルタ等の素子を製造することができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
図１乃図３に示した単結晶育成装置を使用し、光学フィルタとして使用する波長における該種結晶２０の光軸Ｌ20とダイ６の稜線Ｄとのなす角を８５度以上かつ９５度以下とし、該光軸Ｌ20と、光学的二軸性単結晶２１を引上げ成長させる際の引き上げ軸方向Ｚとのなす角を８５度以上９５度以下として、育成結晶表面が光軸面で、各寸法が幅２３ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ２３ｍｍのＭｇ2ＳｉＯ4単結晶の育成を行った。
冷却後、この光学的二軸性単結晶２１をダイサーで方形試料を切り出した後外形を成形し２０ｍｍ角の板とした。
そして、両面に研磨を施して厚さを０．５ｍｍとし、育成結晶表面が光軸面の光学二軸性結晶板とした。
【００３２】
この状態で、この光学的二軸性単結晶板２１の屈折率分布を調べたところ、１０-4以下の屈折率均一性を有することが確認された。また、この光学的二軸性単結晶２１の育成結晶中には気泡などの介在物は確認されなかった。
この光学的二軸性単結晶２１を、ＣＣＤを撮像素子とした撮像機器における、該撮像素子と対物レンズの間に設置して、レンズからの光を空間的に分離、あるいは重ね合わせて解像度を低下させたところ、ノイズや画像のにじみの発生なしに高周波成分を低減できることを確認した。
【００３３】
（比較例１）
光学フィルタとして使用する波長における該種結晶２０の光軸Ｌ20とダイ６の稜線Ｄとのなす角を９５度以上とし、該光軸Ｌ20と光学的二軸性単結晶２１を引き上げ成長させる際の引き上げ軸方向Ｚとのなす角を８５度以上９５度以下として、その他の条件は実施例１と同様の条件で育成した。
冷却後、この光学的二軸性単結晶２１から光軸板を作製したところ、角度のズレに起因した加工ロスが発生し、数ｍｍ幅の光軸板しか得ることができなかった。
尚、この光軸板とは、これら光学的二軸性単結晶２１に垂直に光を入れた場合に、その光の偏光方向に対する屈折率依存性が無い、複屈折ゼロの方位の結晶板を意味するものである。
【００３４】
（比較例２）
種結晶２０の光軸Ｌ20とＹ軸方向（図４におけるＤ方向とＺ方向に垂直な方向）とのズレ角が５度以下になるように調整すると共に、光軸Ｌ20と引上げ軸方向Ｚとのなす角が８５度より小さいか、若しくは９５度よりも大きくなるように調整し、さらに、種結晶２０の引上げ軸方向の成長方位軸と引上げ軸方向Ｚとのズレ角が５度以下になるように調整した種結晶２０を使用し、その他の条件は実施例１と同様の条件で育成した。
冷却後、この光学二軸性結晶板から光軸板を作製したところ、角度のズレに起因した加工ロスが発生してしまい、数ｍｍ幅の光軸板しか得ることができなかった。
【００３５】
（比較例３）
上述の単結晶育成装置を使用し、光学フィルタとして使用する波長における該種結晶２０の光軸Ｌ20とダイ６の稜線Ｄとのなす角を８５度以上かつ９５度以下とし、該光軸Ｌ20と光学的二軸性単結晶２１を引上げ成長させる際の引上げ軸Ｚとのなす角を８５度以下として、その他の条件は実施例１と同様の条件で育成した。
冷却後、この光学的二軸性単結晶２１から光軸板を作製したところ、角度のズレに起因した加工ロスが発生してしまい、数ｍｍ幅の光軸板しか得ることができなかった。
【００３６】
尚、本実施例においてはＭｇ2ＳｉＯ4について用いたが、これに限定されることなく、化学式ＢｉＢ3Ｏ6、ＳｒＢ4Ｏ7などの酸化ボロン化合物やＹ2ＳｉＯ5などの希土類シリケート化合物を代表とする光学的二軸性単結晶材料に対しても適用できるものである。なお光学的二軸性単結晶とは結晶学的な分類に従った７つの晶系の内、斜方晶系、単斜晶系、および三方晶系に属する結晶を意味する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、例えば、撮像機器等に用いられる光学フィルタ、波長変換素子、レーザ素子等に使用される光学的二軸性単結晶の育成方法として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の光学的二軸性単結晶の育成方法に用いられる単結晶育成装置の概略構成図である。
【図２】図１に示したダイの一部を断面で示した斜視図である。
【図３】図１に示したダイの断面図である。
【図４】種結晶と育成された光学的二軸性単結晶の光軸の関係を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      単結晶育成装置
２      チャンバー
３      坩堝
３ａ    軸
４      ヒータ
５      電極
６      ダイ
６ａ    板
６ｂ    板
６ｃ    微少隙間（キャピラリ）
７      断熱材
８      駆動手段
１２    種結晶ホルダー
２０    種結晶
２１    光学的二軸性単結晶
２１ａ  最大面積を有する板面
Ａ      原料融液
Ｄ      ダイの稜線
Ｌ20    種結晶の光軸
Ｌ21    光学的二軸性単結晶板の光軸
θ１    引上げ軸方向と種結晶の光軸のなす角
θ２    ダイの稜線と種結晶の光軸とのなす角度
θ３    光学的二軸性単結晶板の光軸と引上げ軸方向とのなす角
【図１】
2008156179.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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