(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折性を有する光学的一軸性結晶の単結晶からなる球状部材の赤道面検出方法であって、
ポラライザを介した光を前記球状部材に対し入射するステップと、
前記球状部材から出射する光が、前記ポラライザとクロスニコルの関係にあるアナライザを介して構成するアイソジャイアを観察するステップとを備え、
前記アイソジャアは、前記ポラライザ又はアナライザの振動方向と前記球形部材の光学軸とが平行に近づいた場合に観察されるアイソジャイアであることを特徴とする赤道面検出方法。
【請求項２】
前記球状部材から出射する光は、前記球状部材内部で反射した光であることを特徴とする請求項１に記載の赤道面検出方法。
【請求項３】
前記球状部材は、水晶からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤道面検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状の光学的一軸性結晶において光学軸を地軸とみなしたときの赤道面の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）が、水晶、ランガサイト、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等の圧電性材料の単結晶からなる球の表面を伝播する場合、周囲の水素濃度によりその伝播速度が変化することを利用したボールＳＡＷセンサー（球状弾性表面波デバイス）が知られている（特許文献１及び２参照）。上記球の表面に弾性表面波を励起すると、弾性表面波は、通常の波のように拡がらず、所定の結晶軸回りの球の大円に沿った有限幅の円環状領域を、ほとんど減衰することなく、多数回周回する。この弾性表面波が球を周回する回数に比例して、上記伝播速度の変化が増幅されるため、ボールＳＡＷセンサーは非常に高感度な水素センサーである。
【０００３】
図６に弾性表面波素子の構成を簡単に示す。圧電性材料の単結晶からなる球形状の基体１１上に櫛形電極１２及び感応膜１３が形成されている。感応膜１３は、水素を吸蔵するＰｄ、Ｎｉ、Ｐｄ−Ｎｉ合金等からなる。水素を吸収した感応膜１３は硬くなり、感応膜１３上では、弾性表面波の伝播速度が速くなるため、水素センサーとして利用できる。ここで、櫛形電極１２及び感応膜１３は、基体１１上の所定の位置に形成される必要がある。具体的には、図６に示すように、球の中心を通る光学軸１４を地軸とした赤道（以下、単に赤道という）上に櫛形電極１２及び感応膜１３が形成されている。本明細書では、球の中心を通る光学軸を単に光学軸とも言う。特に、櫛形電極１２の形成位置がずれるとボールＳＡＷセンサーの感度が急激に低下するため、高い精度で櫛形電極１２を形成することが要求される。なお、水晶、ランガサイト、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等の圧電性材料は光学的一軸性結晶であり、１つの光学軸を有する。
【０００４】
ここで、櫛形電極１２の形成位置を決定するため、例えば、まず光学軸１４を検出する。検出した光学軸１４から９０度回転させた位置、即ち、赤道上に櫛形電極１２を形成する。櫛形電極１２の形成位置がずれると素子の感度が低下し、品質を一定に保つことができない。そのため、正確な光学軸１４の検出が要求され、発明者らは特願２００６−３２２９９３、特願２００７−２５３００６に記載した光学軸の検出方法を採用している。これらの方法により、簡易かつ確実に光学軸を検出することができる。
【特許文献１】特開２００３−１１５７４３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の通り、検出した光学軸１４から赤道を特定し、そこに櫛形電極１２を形成する必要がある。具体的には、直径１ｍｍの基体１１の光学軸１４を検出した後、この基体１１を把持した状態で次工程へ搬送し、次工程では検出された光学軸１４から９０°の位置に櫛形電極１２を形成する。この場合、各工程での誤差が累積し、櫛形電極１２の形成位置にずれが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、球状光学的一軸性結晶において、光学軸を地軸とした赤道面を直接検出可能な赤道面検出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】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る赤道面検出方法は、複屈折性を有する光学的一軸性結晶の単結晶からなる球状部材の赤道面検出方法であって、
ポラライザを介した光を前記球状部材に対し入射するステップと、
前記球状部材から出射する光が、前記ポラライザとクロスニコルの関係にあるアナライザを介して構成するアイソジャイアを観察するステップとを備え、
前記アイソジャアは、前記ポラライザ又はアナライザの振動方向と前記球形部材の光学軸とが平行に近づいた場合に観察されるアイソジャイアであることを特徴とする赤道面検出方法である。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る赤道面検出方法は、上記発明の態様において、前記球状部材から出射する光は、前記球状部材内部で反射した光であること特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第３の態様に係る赤道面検出方法は、上記発明の態様において、前記球状部材が、水晶からなること特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、球状光学的一軸性結晶において、光学軸を地軸とした赤道面を直接検出可能な赤道面検出方法を提供することを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化されている。
【００１２】
図１を用いて、本発明の実施の形態に係る光学的一軸性結晶の単結晶からなる球形状部材の光学軸を地軸とした赤道面検出方法について説明する。なお、本明細書で、赤道面とは、光学軸を地軸とした場合の赤道を含む平面のことをいう。まず、測定用の光学系について説明する。図１は実施の形態に係る測定用の光学系の構成を模式的に示す図である。実施の形態に係る測定用の光学系は、図１に示すように、光源１０１、ポラライザ１０２、赤色フィルタ１０３、開口絞り１０４、ハーフミラー１０５、対物レンズ１０６、アナライザ１０７、ＣＣＤカメラ１０８を備える。具体的には、偏光顕微鏡がこのような構成を備える。
【００１３】
図１に示すように、本光学系は反射型である。具体的には、照射系を構成する光源１０１、ポラライザ１０２、赤色フィルタ１０３、開口絞り１０４、ハーフミラー１０５が水平方向に一列に配置されている。一方、観察系を構成する対物レンズ１０６、ハーフミラー１０５、アナライザ１０７、ＣＣＤカメラ１０８は鉛直方向に一列に配置されている。即ち、照射系の光軸１０９と観察系の光軸１１０とは垂直な位置関係にある。ここで、ハーフミラー１０５は、観察系の光軸１０９と、照射系の光軸１１０との交点に位置する。なお、照射系および観察系は本構成に限定されず、入射光と出射光が同一領域に形成させるものであれば良い。
【００１４】
測定対象物は、弾性表面波素子の基体１１であり、対物レンズ１０６の下側に配置される。基体１１が、即ち複屈折性を有する単結晶からなる球形部材である。基体１１を構成する具体的な物質としては、水晶、ランガサイト、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等を挙げることができる。また、基体１１の表面には、赤道をマーキングするための感光性レジストを均一に薄く塗布しておく。なお、ボールＳＡＷセンサーには通常直径１〜１０ｍｍ程度の基体１１が用いられるが、本発明に係る赤道面検出方法がこの直径に限定されるわけではない。
【００１５】
まず、光源１０１を出射した光は、赤色フィルタ１０３を通過し、基体１１の表面のレジストを硬化させる紫外光が取り除かれる。そして、開口絞り１０４により絞られた光は、ポラライザ１０２を通過し直線偏光となる。ハーフミラー１０５により鉛直下向きとなった光は、対物レンズ１０６を通過し、基体１１に入射する。基体１１において反射した光は再び対物レンズ１０６に入射し、その後、ハーフミラー１０５を透過した光は、ポラライザ１０２とクロスニコルの方向に設置されたアナライザ１０７を通過し、ＣＣＤカメラ１０８により観察される。
【００１６】
ここで、上記クロスニコルの関係にあるポラライザ１０２とアナライザ１０７との間に光学的一軸性結晶からなる基体１１を設置して観察する。基体１１の光学軸とポラライザ１０２又はアナライザ１０７の振動方向とが平行に近づいた場合、十字状（菱形状とも言える）のアイソジャイアが観察される。このアイソジャイアを以下、赤道面のアイソジャイアという。この赤道面のアイソジャイアは基体１１の光学軸とポラライザ１０２又はアナライザ１０７の振動方向とが平行のとき、十字状の方向あるいは菱形状の方向がポラライザ１０２又はアナライザ１０７の振動方向に一致し、最も鮮明に観察される。一般に偏光による干渉においては、アイソジャイアならびに干渉縞の２つの現象が伴って観察されるが、赤道面のアイソジャイアは干渉性が弱いため干渉縞を伴わない。この赤道面のアイソジャイアは発明者らが初めて確認したものである。
【００１７】
一方、基体１１の光学軸と観察系の光軸の向きが近づくと、従来からよく知られた同心円の干渉縞及びその中心で交わる十字状のアイソジャイア（以下、光学軸のアイソジャイア）が観察される。従って、赤道面のアイソジャイアと光学軸のアイソジャイアとは判別可能である。なお、本発明は反射型に限定されるものではないが、反射型の方が赤道面のアイソジャイアの全体像を容易に観察することができ、好ましい。一方、赤道面のアイソジャイアをより拡大して観察したい場合には透過型などが望ましい。
【００１８】
さらに、上記により、赤道面を検出した後、観察側に位置する赤道に、落射照明光を照射してレジストを感光させ、当該赤道をマーキングすることができる。
【００１９】
ここで、図２に示すように、本発明の実施形態に係る赤道面測定装置は、図１で詳細に説明した赤道面検出部２０１に加え、ボール位置決め部２０２を備える。ここで、赤道面検出部２０１は基体１１の鉛直方向上側に配置されている。また、ボール位置決め部２０２は、基体１１を鉛直方向下側から支持している。なお、本構成に限定させるものではなく、例えば赤道面検出部２０１を斜め上方向に、ボール位置決め部２０２を対向する斜め下方に配置するようにしても良い。
【００２０】
ボール位置決め部２０２は、図２に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸周りの回転運動が可能である。同時に、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向の平行移動も可能である。このボール位置決め部２０２により、基体１１を任意の位置に合わせ、また、基体１１の光学軸の方向を任意の方向に調整することが可能となる。
【００２１】
具体的には、例えば、図２に示すように、赤道面検出部２０１によりアイソジャイアを観察しながら、ボール位置決め部２０２を操作する。そして、基体１１の赤道面と鉛直軸（図中Ｚ軸）即ち赤道面検出部２０１の光軸とを平行にすることができる。これにより、赤道の位置を正確に検出することができる。
【００２２】
次に、図３〜５を用いて、観察される赤道面のアイソジャイア像の変化について詳細に説明する。図３（ａ）〜（ｃ）の四角の枠で囲まれた図は、赤道面のアイソジャイアのイメージ図である。この四角の枠で囲まれた図の下には、各々に対応する基体１１の姿勢をモデル化した図形が記載されている。この円は、基体１１の向きを示している。この円内には、矢印で基体１１の光学軸１４が、直線又は楕円で赤道面１５が示されている。
【００２３】
また、図３（ａ）〜（ｃ）の３つの図の間には単純化した光学系・観察系のＸＹＺ座標軸が示されている。ここで、例えば、Ｘ軸はポラライザの振動方向、Ｙ軸はアナライザの振動方向、Ｚ軸は観察系の光軸に一致しているものとする。
【００２４】
まず、図３（ｂ）を基準として考える。図３（ｂ）では、Ｙ軸即ちアナライザの振動方向と基体１１の光学軸１４とが平行になっている。そのため、赤道面１５はＸＺ平面に平行となっている。この場合、最も鮮明に菱形の赤道面のアイソジャイア像１６が観察される。十字状の方向あるいは菱形状の方向がポラライザ１０２又はアナライザ１０７の振動方向に一致することにより、アイソジャイア像１６において中心部は濃く、周辺部は薄く観察されることを模式的に示している。
【００２５】
図３では、図３（ｂ）を基準として、Ｚ軸周りに基体１１を回転させた場合のアイソジャイア像１６の変化を示している。図３（ａ）は、Ｚ軸周りにＸ軸方向からＹ軸方向に向かって回転させた場合を示している。図３（ａ）に示すように、図３（ｂ）に対し回転方向にアイソジャイア像１６も回転する。また、Ｙ軸即ちアナライザの振動方向と基体１１の光学軸１４とが平行でなくなる（同時に赤道面１５はＸＺ平面に平行でなくなる）ため、図３（ｂ）に比べアイソジャイア像１６の色が急激に薄くなる。
【００２６】
一方、図３（ｃ）は、Ｚ軸周りにＹ軸方向からＸ軸方向に向かって回転させた場合を示している。図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）に対し回転方向にアイソジャイア像１６も回転する。また、図３（ａ）と同様に、Ｙ軸即ちアナライザの振動方向と基体１１の光学軸１４とが平行でなくなる（同時に赤道面１５はＸＺ平面に平行でなくなる）ため、図３（ｂ）に比べアイソジャイア像１６の色が急激に薄くなる。
【００２７】
次に、図４について説明する。図４においても図４（ｂ）を基準として考える。ここで、図４（ｂ）と図３（ｂ）とは同一の図である。図４では、図４（ｂ）を基準として、Ｙ軸周りに基体１１を回転させた場合のアイソジャイア像１６の変化を示している。
【００２８】
図４（ａ）は、Ｙ軸周りにＸ軸方向からＺ軸方向に向かって回転させた場合を示している。図４（ａ）の円に示すように、Ｙ軸周りに回転しても、Ｙ軸即ちアナライザの振動方向と基体１１の光学軸１４とが平行であることに変化がない（同時に赤道面１５はＸＺ平面に平行であることにも変化がない）。そのため、図４（ｂ）に対し変化がない。一方、図４（ｃ）は、Ｙ軸周りにＺ軸方向からＸ軸方向に向かって回転させた場合を示している。図４（ａ）と同様の理由で、図４（ｂ）に対し変化がない。
【００２９】
次に、図５について説明する。図５においても図５（ｂ）を基準として考える。ここで、図５（ｂ）と図３（ｂ）、図４（ｂ）とは同一の図である。図５では、図５（ｂ）を基準として、Ｘ軸周りに基体１１を回転させた場合のアイソジャイア像１６の変化を示している。
【００３０】
図５（ａ）は、Ｘ軸周りにＹ軸方向からＺ軸方向に向かって回転させた場合を示している。図５（ａ）に示すように、図５（ｂ）に対し回転方向にアイソジャイア像１６も移動する。そのため、図５（ｂ）に比べアイソジャイア像１６がＹ軸のマイナス方向に移動する。また、Ｙ軸即ちアナライザの振動方向と基体１１の光学軸１４とが平行でなくなる（同時に赤道面１５はＸＺ平面に平行でなくなる）ため、図５（ｂ）に比べアイソジャイア像１６の色が急激に薄くなる。
【００３１】
一方、図５（ｃ）は、Ｘ軸周りにＺ軸方向からＹ軸方向に向かって回転させた場合を示している。図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に対し回転方向にアイソジャイア像１６も移動する。そのため、図５（ｂ）に比べアイソジャイア像１６がＹ軸のプラス方向に移動する。また、図５（ａ）と同様に、Ｙ軸即ちアナライザの振動方向と基体１１の光学軸１４とが平行でなくなる（同時に赤道面１５はＸＺ平面に平行でなくなる）ため、図５（ｂ）に比べアイソジャイア像１６の色が急激に薄くなる。
【００３２】
上記の通り、赤道面のアイソジャイアを観察することにより、赤道面を直接検出することができる。これにより、赤道上に櫛形電極を精度よく形成することができる。なおＸ軸をアナライザの振動方向、Ｙ軸をポラライザの振動方向とした場合も同様に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学軸測定装置の光学系を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光学軸測定装置を示す模式図である。
【図３】基体の回転によるアイソジャア像の変化を示す模式図である。
【図４】基体の回転によるアイソジャア像の変化を示す模式図である。
【図５】基体の回転によるアイソジャア像の変化を示す模式図である。
【図６】ボールＳＡＷセンサーの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  基体
１２  櫛形電極
１３  感応膜
１４  光学軸
１５  赤道面
１６  赤道面のアイソジャア
１０１  光源
１０２  ポラライザ
１０３  赤色フィルタ
１０４  開口絞り
１０５  ハーフミラー
１０６  対物レンズ
１０７  アナライザ
１０８  ＣＣＤカメラ
１０９  観察系の光軸
１１０  照射系の光軸
２０１  赤道面検出部
２０２  ボール位置決め部
【図１】
0005001204.tif 000002
【図２】
0005001204.tif 000003
【図３】
0005001204.tif 000004
【図４】
0005001204.tif 000005
【図５】
0005001204.tif 000006
【図６】
0005001204.tif 000007