JPH1163956A - 結晶板の多点角度測定方法及び角度測定方法 - Google Patents

結晶板の多点角度測定方法及び角度測定方法

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JPH1163956A
JPH1163956A JP9228850A JP22885097A JPH1163956A JP H1163956 A JPH1163956 A JP H1163956A JP 9228850 A JP9228850 A JP 9228850A JP 22885097 A JP22885097 A JP 22885097A JP H1163956 A JPH1163956 A JP H1163956A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】結晶板の高精度の多点角度測定方法及び角度測
定方法を提供する。 【解決手段】基準面Pの回転角を計測する回転支持体
6、これに取り付けられて可動部8を有するXYテーブ
ル7、放射方向が固定されたX線源9及び受線管10を
備えた多点角度測定装置を使用する。X線5の放射点ο
を中心とした通過線上の2点pqに、光源からのレーザ
12(a,b)がそれぞれ垂直に放射されるように設置
される。レーザーフォーカス変位計11(a,b)には
角度演算器13が接続する。レーザーフォーカス変位計
は、水晶板1の2点における、主面に対して垂直方向の
変位を計測する。そして、角度演算器は、予め設定され
た光源間の距離と2点間の変位差から、三角関数により
2点間の傾きを計算する。すなわち、水晶板1の2点間
における基準面Pからのずれ角を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は結晶板のX線の回折によ
る角度測定方法を利用分野とし、特にレーザフォーカス
変位計により結晶板の姿勢誤差を計測して角度を補正す
る、結晶板の大型化に適応した多点角度測定方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】
(発明の背景)結晶例えば水晶は、電気的な共振素子あ
るいは光学素子として知られている。これらは、その用
途に応じて、いずれも水晶体の結晶軸(XYZ)に対し
て規定の角度で切断される。近年では、水晶板を大型化
し、これから多数の水晶片を取り出すようにして、生産
性を高める方向にある。例えば共振素子として発振器等
に用いられる水晶板の一つに、切断角度θをATカット
とした代表的なものがあるが、本発明ではこれを例とし
て説明する。
【0003】(従来技術の一例)第5図乃至第8図はは
従来における水晶板の角度測定方法を説明する図であ
る。ATカットとした水晶板1は、結晶軸(XYZ)の
X軸を中心として、主面がY軸に直交したYカットの水
晶板2を、Y軸からZ軸方向にθ度(約35゜15’)
回転した角度で切断される(第5図)。このような切断
角度θでの、水晶板1の結晶格子面3(一点鎖線面)
は、切断面である主面からα度(約 度)傾斜する。な
お、この傾斜角αを仰角αとする。そして、仰角αか
ら、切断角度θが一義的に逆算される。
【0004】仰角αは、前述したようにX線の回折によ
り測定される。概略すると、第7図に示したように、先
ず、基準面Pを形成する平板4の表面に水晶板1を保持
する。そして、規定の角度(いわゆるブラック角)γで
水晶板1の中央部にX線5を入射する。次に、基準面P
を板面方向に傾斜させて回転させる。このようなもので
は、結晶格子面3に対し、X線5がブラック角γで入射
されたとき、回折(反射)を生ずる(第8図)。そし
て、X線5の反射量を最大とする。したがって、このと
きの基準面Pの回転角Aが仰角αとなる。なお、回折を
生ずる時のX線5の入反射間は180゜−2γとなり、
2γは回折角と称されている。また、回転角Aは、図示
しない回転計(ゴニオメータ等)により、測定される。
【0004】
【発明が解決しようとする解決課題】
(従来技術の問題点)しかしながら、上記構成の角度測
定法では、水晶板1の中央部一カ所の仰角をα測定する
のみなので、水晶板1が小さい場合(例えば10×10
mm以下)には適用できても、大型化する(例えば50
×50mm以上)と適用できない問題があった。
【0005】すなわち、水晶板1の結晶格子面3は、第
9図に示したように、必ずしも水平面ではなく、曲面状
にうねりを生ずることがある。例えば水晶板1の研磨装
置による平板4加工時の外力等によって発生する加工歪
みによる。また、これとは逆に、結晶格子面3は水平で
も、両主面がうねりを生ずることもある。したがって、
このような場合には、水晶板1の中央部と外周部とで
は、その仰角αは全く異なる値になる。
【0006】このことから、水晶板1が小さい場合は、
中央部の一カ所を測定すれば、うねりの影響も小さくそ
の誤差は許容範囲内とすることもできたが、水晶板1が
大型化すると、許容範囲を越えて中央部一カ所のみの測
定では、信頼性に欠ける問題があった。逆に言えば、こ
のようなことから、水晶板1の大型化を阻害して生産性
を低下させる一要因となっていた。
【0007】そこで、水晶板1を大きくした場合には、
中央部の一点のみならず、外周も含めた多点にて、仰角
αを測定する。そして、許容範囲外の部分は、除去して
生産性を高めることが考えられた。例えば、L字状の回
転支持体6に取り付けられた、XYテーブル6の基準面
Pとなる可動部7の表面に、水晶板1を保持する。そし
て、水晶板1をXY方向に移動して、照射方向の固定さ
れたX線5を水晶板1の表面の各点に照射し、回転支持
体6を中心線H−H’を軸として回転させ、各点の仰角
αを測定する。なお、図中の9、10はX線源及び受線
管である。
【0008】しかし、この場合には、XYテーブル7に
おける可動部8(基準面P)の平行移動時に、純粋な平
行移動を保証できず、基準面Pに対するX線5の入射角
が変化してしまう。また、基準面となる可動部8の平面
度(水平度)も水晶板1が大型化するほど維持すること
が困難となる。したがって、このような多点角度測定装
置は、実用には至らなかった。
【0009】なお、このような多点測定に基づく、水晶
板1を多数の水晶片(チップ)に分割して水晶振動子を
形成した場合には、角度誤差に基づき、各特性例えば周
波数温度特性が規定の特性にならず、不良品の山積みと
なる。
【0010】(発明の目的)本発明は、結晶板の高精度
の多点角度測定方法及び角度測定方法を提供することを
目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、放射方向がそ
れぞれ固定された複数の光源からのレーザを結晶板の異
なる点に照射し、結晶板の主面に対する各点の垂直方向
の変位量を計測して、いわゆるレーザーフォーカス変位
計を使用して、結晶板の基準面からの各点間におけるず
れ角を計測し、結晶板の仰角(切断角度)を補正したこ
とを基本的な解決手段とする。
【0012】
【作用】本発明は、レーザーフォーカス変位計により、
結晶板の各点における変位量を計測するので、各点の変
位量から三角関数により基準面に対する各点間の傾きを
計算できる。したがって、結晶板の各点間の傾きが基準
面に対するずれ角となり、回折時における基準面の回転
角にこれを増減することにより、仰角α(切断角度θ)
のより近接した真値を得ることができる。以下、本発明
の一実施例を説明する。
【0013】第1図は本発明の一実施例を説明する模式
図である。なお、前従来例図と同一部分には同番号を付
与してその説明は簡略する。水晶板1は、前述のように
公称の切断角度θを35゜15’、仰角αを 度とした
ATカットとする。大きさを例えば約80×80mmと
する。そして、X線5の回折により(前第7、8 図参
照)、水晶板1の主面における多点の仰角αを測定す
る。
【0014】この実施例では、例えば前述の、基準面P
の回転角を計測する回転支持体6、これに取り付けられ
て可動部8を有するXYテーブル7、放射方向が固定さ
れたX線源9及び受線管10を備えた多点角度測定装置
を使用する。そして、光源をそれぞれ有する2個のレー
ザーフォーカス変位計11(ab)を、水晶板1の上方
に設置する。
【0015】すなわち、X線5の放射点oを中心とした
通過線上の2点pqに、光源からのレーザ12(ab)
がそれぞれ垂直に放射されるように設置される。レーザ
ーフォーカス変位計11(ab)には角度演算器13が
接続する。なお、この種のレーザーフォーカス変位計1
1は垂直入射型と呼ばれている(キーエンス社製のLT
−8010及びLT8020等)。
【0016】レーザーフォーカス変位計は、水晶板1の
2点における、主面に対して垂直方向の変位を計測す
る。そして、角度演算器は、第2図に示したように、予
め設定された光源間の距離dと2点間の変位差ΔL(L
2-L1)から、三角関数により2点間の傾きBを計算す
る。すなわち、水晶板1の2点間における基準面Pから
のずれ角Bを得る。
【0017】このような構成のものでは、先ず、XYテ
ーブル7の可動部8により水晶板1をX及びY方向に順
次に移動して、その都度、可動部8を固定する。そし
て、その度毎に、レーザーフォーカス変位計11(a
b)及び角度演算器13により、2点(pq)間の基準
面からのずれ角Bを測定される。次に、放射方向の固定
されたX線5が、水晶板1の移動の度毎に、各点oに放
射される。そして、水晶板1の各点oにおいて、X線5
の回折により、基準面Pからの回転角Aが回転支持体6
に付属した回転計(未図示)により測定される。最後
に、図示しない加減算器により、回転角Aにずれ角Bを
加減して、各点oにおける仰角αを得る。
【0018】このような構成であれば、XYテーブル7
により水晶板1を移動することにより、ほぼ全領域にお
いてX線の回折による仰角αを測定できる。そして、水
晶板1の移動の度毎に、レーザーフォーカス変位計11
(ab)及び角度演算器12により、2点(pq)間の
基準面Pからのずれ角Bを検出するので、回転支持体6
の回転角Aを補正して、より真値に近い仰角θを測定で
きる。
【0019】したがって、水晶板1の各点における仰角
を正しく測定できるので、これに基づき、水晶板1を多
数の水晶片に分割する際、許容範囲以外のものを排除で
きる。また、切断角度θ(仰角α)毎に分類して、各仕
様に対応できる。このことから、品質及び生産性を高め
ることができる。
【0020】
【他の事項】上記実施例では、回転支持体6上にXYテ
ーブル7を取り付けて、放射源9(送信源)及び受線管
10(受信源)を固定し、X線5を一定方向に放射して
多点測定としたが、例えば第3図に示したようにしても
よい。すなわち、XYテーブ7ルは固定し、X線5の送
受源9、10を一定の間隔Dに固定して即ちX線5の入
反射間の角度を180゜−2γ(回折角)に固定して、
これを一体的に回転させてもよい。この場合において
も、水晶板1に対して、X線5の入射角をブラック角γ
として入射し、送受源9、10を一体的に回転させて、
回折時の基準面Pからの回転角Aを求めることにより
(未図示)、仰角αを得ることができる。
【0021】また、XYテーブル7を用いて水晶板1を
XY方向に移動させたが、これ以外のものでもよく、要
は水晶板1のXY方向の各点に順次にX線が放射されれ
ばよく、その構造は任意にできる。
【0022】また、レーザーフォーカス変位計11は垂
直入射型のものを適用したが、斜め入射型(例えばキー
エンス社製のLC−2420及びLC2430等)のも
のでもよく、要は各点の基準面Pからの変位量を測定で
きればよい。但し、斜め入射型の場合には、水晶板1の
表面が粗面であると、乱反射及び散乱等を引き起こして
精度が低下するので、この場合には垂直型の方がよい。
【0023】また、レーザーフォーカス変位計11から
のレーザの放射点は、水晶板1におけるX線5の放射点
oの放射方向の前後2カ所pqとしたが、例えばX線5
の放射点oを中心として3箇所の複数としてもよい(未
図示)。この場合、2点による線方向の傾きのみなら
ず、例えば3点計測から面方向の傾きを計測でき、姿勢
誤差の検出精度の点で有利となる。
【0024】さらに、水晶板1が大型化した際の多点測
定として記述したが、水晶板1が小さく中央部の一カ所
を測定する場合であっても、本発明を適用すれば、高精
度に切断角度を測定できる。すなわち、基準面Pの回転
角Aにより、仰角αは測定される。したがって、基準面
Pと水晶板1の主面とが一致していることが、高精度の
測定条件となる。しかし、現実には、第4図に示したよ
うに、水晶板1との間の微塵14により、基準面Pに対
して水晶板1は傾斜し、基準面Pからのずれ角Bを生ず
る。
【0025】したがって、このような場合においても、
回折を得る回転角Aからずれ角Bを補正して真値に近い
仰角αを得る必要がある。このため、前述同様に、レー
ザーフォーカス変位計11(ab)を用いることによ
り、基準面Pからの変位量からずれ角Bを求めれば、仰
角αを補正できる。このようなことから、中央部の一カ
所を測定する場合であっても、本発明を適用すれば高精
度の角度測定が可能になる。なお、切断角度θの精度
(秒単位)が素子としての価値を決定ずける。
【0026】以上のように、本発明はその趣旨の範囲内
で適宜の変更及び利用が可能であり、これらを本発明の
技術的な範囲から除外されるものではない。要するに、
基準面Pからの水晶板1の複数点での変位量をレーザー
フォーカス変位計11(ab)にて求め、これからずれ
角Bを計算して仰角αを補正した角度測定方法は、本発
明の技術的な範囲に属する。
【0027】
【発明の効果】本発明は、放射方向がそれぞれ固定され
た複数の光源からのレーザを結晶板の異なる点に照射
し、結晶板の主面に対する各点の垂直方向の変位量を計
測して、いわゆるレーザーフォーカス変位計を使用し
て、結晶板の基準面からの各点間におけるずれ角を計測
し、結晶板の仰角(切断角度)を補正したので、結晶板
の高精度の多点角度測定方法及び角度測定方法を提供で
き、生産性及び品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明する多点角度測定方法
の模式的な構成図である。
【図2】本発明の一実施例により作用を説明する図であ
る。
【図3】本発明の他の実施例を説明する模式的な構成断
面図である。
【図4】従来の問題点を説明する平板に水晶板を保持し
た断面図である。
【図5】従来例を説明する水晶板の切断方位図である。
【図6】従来例を説明する水晶板の図である。
【図7】従来の角度測定方法を説明する断面図である。
【図8】従来例の角度方法を説明する断面図である。
【図9】従来の問題点を説明する水晶板の断面図であ
る。
【図10】従来の多点角度測定方法を説明する模式的な
構成図である。
【符号の説明】
1 ATカットの水晶板、2 Yカットの水晶板、3
結晶格子面、4 平板、5 X線、6 回転支持体、7
XYテーブル、8 可動部、9 放射源、10 受線
管、11 レーザーフォーカス変位計、12 レーザ、
13 角度演算器、14 微塵.

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準面上に保持された結晶板を平行移動し
    て、前記結晶板の主面の各点にX線を入射し、前記主面
    の各点における結晶格子面とのなす仰角を、前記X線の
    回折により測定する結晶板の多点角度測定方法におい
    て、前記結晶板の平行移動の毎に、放射方向がそれぞれ
    固定された複数の光源からのレーザを前記結晶板の主面
    における異なる点に照射して、前記主面に対して垂直方
    向となる各点の変位量を測定し、前記結晶板の平行移動
    による基準面からの各点間におけるずれ角を前記各点の
    変位量から計測して、前記仰角を補正したことを特徴と
    する結晶板の多点角度測定方法。
  2. 【請求項2】基準面上に保持された結晶板の主面にX線
    を入射し、前記主面と結晶格子面とのなす仰角を、前記
    X線の回折により測定する結晶板の角度測定方法におい
    て、放射方向がそれぞれ固定された複数の光源からのレ
    ーザを前記結晶板の主面における異なる点に照射して、
    前記主面に対して垂直方向となる各点の変位量を測定
    し、前記結晶板の基準面からの各点間におけるずれ角を
    前記各点の変位量から計測して、前記仰角を補正したこ
    とを特徴とする結晶板の角度測定方法。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2において、前記複数
    の光源からレーザを照射される結晶板の異なる点は、前
    記X線の放射点を中心として放射方向の2点としたこと
    を特徴とする結晶板の多点角度測定方法又は角度測定方
    法。
  4. 【請求項4】請求項1又は請求項2において、前記複数
    の光源からレーザを照射される結晶板の異なる点は、前
    記X線の放射点を中心として3点としたことを特徴とす
    る結晶板の多点角度測定方法又は角度測定方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002075246A1 (en) * 2001-03-16 2002-09-26 Hitachi, Ltd. Method for measuring dimensions of pattern
JP2009109339A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Nuclear Fuel Ind Ltd 振動測定装置および振動測定方法
JP2021508374A (ja) * 2017-12-20 2021-03-04 天通控股股▲ふん▼有限公司 レベルセンサーのポジショニングに基づく結晶体の方向調整加工法
CN112986291A (zh) * 2019-12-13 2021-06-18 株式会社理学 控制装置、系统、方法以及程序

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