JPH04319626A - 結晶表面の弾性波伝搬速度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弾性体結晶の表面を伝
搬する弾性波の伝搬速度を測定する方法に係り、特に、
結晶表面の任意の場所、領域における弾性波の伝搬速度
を非接触・非破壊により測定するための測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】結晶表面上の弾性波の伝搬速度を測定す
るときは、従来は図２に示すように、被測定対象たる弾
性体結晶１０の表面上にすだれ状電極１１を形成し、こ
れに電源１２を供給して弾性波を発生させるとともに該
電極１１の近傍に図示を省略した同様の受信用すだれ状
電極を設け、受信した弾性波の周波数特性をスペクトラ
ムアナライザ等で検出することにより間接的に速度を算
出している。具体的に説明すると、図２において電極１
１の幅をｈ、空隙をａ、その中心間距離をｄ（＝ａ＋ｈ
）、弾性波の伝搬速度をｖ、波長をλ０とすると、最も
強力に励振され、且つ、受信用すだれ状電極で最も感度
良く受信されるのは、中心周波数ｆ０（＝ｖ／λ０＝ｖ
／２（ａ＋ｈ））の波である。電極の中心間距離ｄ（＝
ａ＋ｈ）は設計の段階で明らかであり、中心周波数がｆ
０の波はスペクトラムアナライザ３等により求められる
ので、これにより伝搬速度ｖが算出できる。

【０００３】また、最近、被測定結晶の表面にすだれ状
電極等を形成せずに簡便に弾性波の伝搬速度を計測する
技術が提供されている（特開昭６０−９１２２４号）。 この技術は、要するに、弾性体結晶基板の表面に弾性波
発生伝達手段を設けるとともに、弾性体結晶基板と同種
の被測定結晶を弾性波発生伝達手段に平行近接配置して
該被測定結晶表面を弾性波が伝搬するようにし、伝搬の
前後の周波数差データおよび位相差データをカウンタ等
で検出し、これら検出したデータに基づいて弾性波の伝
搬速度を算出しようというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示した従来の方法では、伝搬速度ｖの測定の都度、微細
加工・フォトリソ技術等を駆使してすだれ状電極を形成
しなければならないので、測定に多大な時間とコストが
かかる欠点があった。

【０００５】また、特開昭６０−９１２２４号に開示さ
れた技術は、伝搬速度を簡易な手段で直接測定できる効
用があるが、その反面、測定の前段階として被測定結晶
と同じ材料の弾性体結晶基板を準備し、且つ、該基板上
に弾性波発生伝達手段を構成しなければならない問題が
あった。つまり、被測定結晶の材質が変わればそれに合
わせて測定装置を構成し直さなければならないので、複
数種の結晶表面における弾性波の伝搬速度の測定には不
向きであった。

【０００６】更に、上記方法等はいずれも結晶表面全体
を用いて測定するものなので、算出される伝搬速度は結
晶表面上の平均速度となる。したがって、結晶が部分的
に不均一である場合には測定誤差を生じていた。また、
電極マスク内の一パターンのみにおける伝搬速度を測定
して該パターンの状態を知りたい場合があるが、上記方
法等では部分的な測定が不可能であった。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みて創案した
ものであり、その目的とするところは、被測定結晶の種
類が変わっても装置構成を変える必要がなく、且つ、結
晶表面上の任意の場所、領域での伝搬速度測定を可能と
する結晶表面の弾性波伝搬速度測定方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、弾性体結晶を励振して弾性波を発生させる
とともに、所定時間における該結晶表面の歪みの変位を
ホログラフィー干渉法により検出し、検出した変位量と
時間とに基づいて前記結晶の表面における弾性波伝搬速
度を算出するようにしたものである。

【０００９】

【作用】弾性体結晶の励振により結晶表面の歪みが移動
して弾性波が伝搬する。ここで、弾性体結晶の表面状態
を記録したホログラムを所定の時差をもって撮影した後
に両ホログラムを重ね合わせるか、又はダブルパルスレ
ーザー光による二重露光を行うと、歪みの変位に対応す
るモアレ状の干渉縞が形成される（ホログラフィー干渉
法）。この干渉縞の間隔は弾性波の波長と時間との関数
で表され、伝搬速度と一定の関係があるので、この干渉
縞をフリンジ解析することにより、弾性波の伝搬速度を
算出することができる。

【００１０】なお、この方法は、ホログラフィー干渉法
を利用して結晶表面における歪みの移動量を非接触式に
測定するものなので、被測定結晶の材質に特に制限がな
く、また、光学系の調整によりホログラムの撮影領域を
任意に設定できるので、結晶表面の一部の領域における
伝搬速度を測定することもできる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１２】本発明はホログラフィー干渉法を利用して
弾性波発生による結晶表面の歪みの変位をとらえ、この
歪みの変位量に基づいて弾性波伝搬速度を算出しようと
するものであり、図１はこれを実現するための弾性波伝
搬速度測定装置の構成概要図である。図中、１は被測定
対象結晶、２はトランスジューサー、３はレーザー、４
はレーザー光を視準するコリメーションレンズ、５はハ
ーフミラー（ビームスプリッタ）、６は第一の反射鏡、
７は第二の反射鏡、８はホログラム処理装置を示す。ト
ランスジューサー２は被測定対象結晶１に歪を与えて弾
性波を発生させるもので、例えば、結晶表面にマスク蒸
着して形成された電極に所定周波数の電界を印加してい
る。結晶表面の任意の場所に局部的に高出力レーザーを
照射して熱歪みを起こさせ、これにより非接触式に弾性
波を発生させるようにすることもできる。

【００１３】また、レーザー３にはダブルパルスの発出
可能なパルスレーザーを用い、必要に応じ、増幅器を組
み合わせて出力（光量）を増加させる。

【００１４】次に、ホログラフィー干渉法を行うための
光学系の説明をすると、レーザー３から出力されハーフ
ミラー５で反射されたレーザー光は、第一の反射鏡６で
更に反射されて被測定結晶１の表面に照射され、その反
射光となってホログラム処理装置８に導かれる。一方、
ハーフミラー５を透過したレーザー光は、第二の反射鏡
７で反射されて直接ホログラム処理装置８に導かれる。 ホログラム処理装置８では、これら経路の異なる二つの
光の干渉により、被測定対象結晶１の表面のある瞬間の
状態を表す瞬間ホログラムを形成する。

【００１５】このような光学系では、レーザー３の光量
やハーフミラー５の角度を変えることにより、被測定結
晶１の表面の任意の場所、領域におけるホログラムを得
ることができる。

【００１６】いま、上記構成において、レーザー３から
例えば所定の時差をもって二つのパルスが立ち上がるダ
ブルパルスレーザー光を出力し、ホログラム処理装置８
で二重露光を行うと、瞬間ホログラムの相互干渉により
、結晶表面の状態を表す図形とともに歪みの変位量を表
すモアレ状の干渉縞が感度良く再生される。二枚の瞬間
ホログラムを撮影して両者を重ね合わせるようにしても
良く、この場合も同様の干渉縞が再生される。この干渉
縞の間隔は、被測定結晶１の表面を伝搬する弾性波の１
／２波長であり、レーザー光のパルス立ち上がり時差お
よび弾性波の伝搬速度と一定の関係を有する。したがっ
て、この干渉縞を図示を省略した画像処理装置でフリン
ジ解析して歪みの変位量を検出し、時間をパラメータと
して演算すれば弾性波の伝搬速度を高精度で求めること
ができる。

【００１７】なお、希にではあるが、二重露光あるいは
二枚のホログラムを重ね合わせてもモアレ状の干渉縞が
生じない場合がある。これは歪みの変位量が波長の正数
倍であることを意味する。弾性波の伝搬速度は３０００
〜４０００［ｍ／ｓ］であるから、この場合には結晶表
面の状態を表す図形の画像処理を行うことにより歪みの
変位が波長の何倍であるかを特定する。

【００１８】このように、本実施例では、ホログラフィ
ー干渉法を利用して非接触式に被測定結晶の歪みの変位
量を検出するようにしたので、被測定結晶の材質に特に
制限がなく、しかも弾性波の伝搬方向が単一指向性であ
るか全方向性であるかを問わない。したがって、従来の
ように、送受信用の二組のすだれ状電極を設けたり、結
晶の材質が変わる度に測定装置を構成し直す必要がなく
、簡易な構成により複数種の結晶表面における弾性波伝
搬速度の精度の良い測定が可能となる。

【００１９】また、レーザー光の照射量やハーフミラー
５における反射角度等を調整してホログラムの撮影領域
を任意に設定できるので、結晶表面の一部の領域におけ
る伝搬速度を測定することもできる。したがって、電極
マスクの特定のパターンのみを伝搬する弾性波の伝搬速
度測定も可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定対象たる弾性体結晶の種類が変わっても装置構成を
変える必要がなく、且つ、結晶表面上の任意の場所、領
域での高精度の伝搬速度測定を可能とする結晶表面の弾
性波伝搬速度測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る弾性波伝搬速度測定装
置の構成概要図である。

【図２】従来の弾性波伝搬速度測定装置における弾性波
発生手段の説明図である。

【符号の説明】

１…被測定結晶、２…トランスジューサー、３…レーザ
ー、４…コリメーションレンズ、５…ハーフミラー、６
，７…反射鏡、８…ホログラム処理装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　弾性体結晶を励振して弾性波を発生さ
   せるとともに、所定時間における該結晶表面の歪みの変
   位をホログラフィー干渉法により検出し、検出した変位
   量と時間とに基づいて前記結晶の表面における弾性波伝
   搬速度を算出するようにしたことを特徴とする結晶表面
   の弾性波伝搬速度測定方法。