(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性セラミックスからなる音響光学媒体部が設けられ、
圧電性セラミックスからなる超音波振動子部が前記音響光学媒体部に連結されて設けられ、
超音波を発生させるための内部電極が、その一端を外部に露出させ、その露出部分を交互となるように配置して前記超音波振動子部内に設けられ、
それぞれの前記内部電極に電力を供給するための一対の外部電極が設けられ、
前記音響光学媒体部と超音波振動子部とが焼成により一体形成されていることを特徴とする音響光学素子。
【請求項２】
透光性セラミックスは、ＡサイトにＢａ、Ｓｒ、Ｃａの中から１種以上を含み、ＢサイトにＳｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌ、希土類の中から１種以上を含む一般式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型結晶構造を備えていることを特徴とする請求項１に記載の音響光学素子。
【請求項３】
上記透光性セラミックスが、Ｂａ〔（Ｓｎ,Ｚｒ）Ｍｇ,Ｔａ〕Ｏ３ 系、またはＢａ（Ｚｒ,Ｚｎ,Ｔａ）Ｏ３ 系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とするものであることを特徴とする請求項１または２に記載の音響光学素子。
【請求項４】
圧電セラミックスは、チタン酸バリウム、ＰＬＺＴ、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウムからなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の音響光学素子。
【請求項５】
透光性セラミックスの原料粉末からシート状の第一生シートを作製し、
圧電性セラミックスの原料粉末からシート状の第二生シートを作製し、
上記第二生シートの表面に、内部電極を形成し、
上記第二生シートを、内部電極の一端が外部に露出し、その露出部分が交互となるように互いに積層すると共に、その積層に続いて上記第一生シートを積層して複合積層体を作製し、
上記複合積層体を焼成して一体化することにより、各第一生シートからなる音響光学媒体部と、各第二生シートからなる超音波振動子部とを互いに一体的に形成することを特徴とする音響光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の回折を発生させて利用する音響光学素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音響光学素子としては、例えば図１１に示すように、テルライトガラスやモリブデン酸鉛単結晶（ＰｂＭｏＯ4 ）等の直方体形状の音響光学媒体３１の長手方向端面に対し、圧電素子（トランスデューサ）からなる超音波振動子３２を真空中で錫を用いて金属接着したものがある。
【０００３】
このような音響光学素子では、超音波振動子３２により超音波を音響光学媒体３１中に長手方向に沿って発生させると、光弾性効果によって音響光学媒体３１中に周期的に生じた屈折率変化が、光の疑似的な回折格子となるので、上記音響光学媒体３１に入射した光３３は回折を受け方向が変わるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の音響光学素子では、音響光学媒体３１の長手方向端面に対し、超音波振動子３２を真空中で錫を用いて金属接着しているので、製造工程が増加してコストアップを招来しているという問題を生じている。
【０００５】
また、上記従来の音響光学素子においては、真空中での金属接着が困難なため、接着強度が経時的に低下して接着不良を発生し、耐久性に劣るという問題も生じている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の音響光学素子は、以上の課題を解決するために、透光性セラミックスからなる音響光学媒体部が設けられ、圧電性セラミックスからなる超音波振動子部が前記音響光学媒体部に連結されて設けられ、超音波を発生させるための内部電極が、その一端を外部に露出させ、その露出部分を交互となるように配置して前記超音波振動子部内に設けられ、それぞれの前記内部電極に電力を供給するための一対の外部電極が設けられ、前記音響光学媒体部と超音波振動子部とが焼成により一体形成されていることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、内部電極を、その一端が外部に露出し、その露出部分が交互となるように配置しているので、各内部電極に対し外部電極から電力を供給することにより、超音波振動子部から超音波を発生させ、その超音波を、超音波振動子部に連結されている音響光学媒体部に伝搬させることができる。
【０００８】
よって、この伝搬した超音波により屈折率が変化している音響光学媒体部には、疑似的に回折格子が屈折率の変化に応じて形成されている。これにより、上記音響光学媒体部に対し、超音波の伝搬方向に対し傾斜して光が入射すると、その光に対し回折を発生させることができる。
【０００９】
その上、上記構成では、音響光学媒体部を透光性セラミックスから設け、超音波振動子部を圧電性セラミックスから設けることにより、音響光学媒体部と超音波振動子部とを焼成により一体形成して互いに連結できるから、音響光学媒体部と超音波振動子部との連結の手間を従来より軽減でき、かつ、その連結強度も高めることが可能となる。この結果、上記構成では、安価なものにできて、かつ、耐久性を改善できる。
【００１０】
上記音響光学素子においては、透光性セラミックスは、ＡサイトにＢａ、Ｓｒ、Ｃａの中から１種以上を含み、ＢサイトにＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌ、希土類の中から１種以上を含む一般式ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイト型結晶構造を備えていることが好ましい。上記構成によれば、透光性に優れた透光性セラミックスにできるので、優れた光学特性を発揮できるものとなっている。
【００１１】
本発明の他の音響光学素子は、前記の課題を解決するために、透光性の圧電セラミックスからなる基材内の一部に、超音波を発生させるための内部電極が、一端を外部に露出させ、その露出部分を交互となるように配置して設けられ、それぞれの内部電極に電力を供給するための一対の外部電極が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
上記音響光学素子においては、圧電セラミックスは、ＰＬＺＴ〔（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 〕、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウムからなる群から選択された少なくとも一種であることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、基材が、透光性の圧電セラミックスからなるので、内部電極が形成された基材の一部を超音波振動子部として機能させ、他の部分を音響光学媒体部とすることができる。
【００１４】
また、上記構成では、内部電極を、その一端が外部に露出し、その露出部分が交互となるように配置しているので、上記各内部電極に対し、外部電極から電力を供給することにより、上記各内部電極間の基材となる超音波振動子部から超音波を発生させて、その超音波振動子部と一体化している音響光学媒体部に伝搬させることが可能となる。
【００１５】
よって、この伝搬した超音波により屈折率が変化している音響光学媒体部には、疑似的に回折格子が屈折率の変化に応じて形成されている。これにより、上記音響光学媒体部に対し、超音波の伝搬方向に対し傾斜して光が入射すると、その光に対し回折を発生させることができる。
【００１６】
その上、上記構成では、音響光学媒体部および超音波振動子部を圧電性セラミックスから同時に一体的に設けることができて、音響光学媒体部と超音波振動子部とを焼成により一体形成して互いに連結できるから、音響光学媒体部と超音波振動子部との連結の手間を従来より軽減でき、かつ、その連結強度も高めることが可能となる。この結果、上記構成では、安価なものにできて、かつ、耐久性を改善できる。
【００１７】
本発明に係る音響光学素子の製造方法は、前記の課題を解決するために、透光性セラミックスの原料粉末からシート状の第一生シートを作製し、圧電性セラミックスの原料粉末からシート状の第二生シートを作製し、上記第二生シートの表面に、内部電極を形成し、上記第二生シートを、内部電極の一端が外部に露出し、その露出部分が交互となるように互いに積層すると共に、その積層に続いて上記第一生シートを積層して複合積層体を作製し、上記複合積層体を焼成して一体化することにより、各第一生シートからなる音響光学媒体部と、各第二生シートからなる超音波振動子部とを一体的に形成することを特徴としている。
【００１８】
本発明に係る他の音響光学素子の製造方法は、前記の課題を解決するために、透光性圧電セラミックスの原料粉末からシート状の第三生シートを作製し、上記第三生シートの一部における表面に、内部電極を形成し、上記第三生シートを互いに積層して焼成することにより、内部電極の形成部分である超音波振動子部と、上記形成部分以外の音響光学媒体部とを一体的に形成することを特徴としている。
【００１９】
上記方法によれば、積層することにより、超音波振動子部の内部に形成される各内部電極を簡便に、確実に作製することができる。このことから、上記方法では、音響光学媒体部と超音波振動子部とが一体化された音響光学素子を安定に得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の各形態について図１ないし図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２１】
〔実施の第一形態〕
本発明の実施の第一形態に係る音響光学素子では、図１に示すように、透光性セラミックスからなる音響光学媒体部１が略直方体形状例えば四角柱形状に設けられ、圧電性セラミックスからなる超音波振動子部２が、音響光学媒体部１の断面と同断面積の略直方体形状例えば四角柱形状に、かつ、音響光学媒体部１の長手方向の端面に同軸状に、各外周面が面一となるように連結されて設けられている。
【００２２】
上記音響光学素子には、超音波振動子部２に超音波を発生させるための内部電極３が、その一端を外部に露出させ、その露出部分を交互となるように配置して隣り合う各内部電極３間に圧電性セラミックスを密に挟んで設けられ、さらに、それぞれの内部電極３に電力を供給するための一対の外部電極４がそれぞれ設けられている。なお、図示しないが、内部電極３が形成された端部とは、長手方向の反対側の端部に、その端部での超音波の反射を防止するための、弾性体等からなる超音波吸収部を設けてもよい。
【００２３】
そして、上記音響光学素子においては、音響光学媒体部１と超音波振動子部２とが焼成により一体形成されている。これにより、上記音響光学素子では、内部電極３を、その一端が外部に露出し、その露出部分が交互となるように配置しているので、各内部電極３に対し外部電極４から電力を供給することにより、超音波振動子部２から超音波を発生させ、その超音波５を、超音波振動子部２を介して、それに連結されている音響光学媒体部１に対し、音響光学媒体部１の長手方向に沿って伝搬させることができる。
【００２４】
よって、この伝搬した超音波５により屈折率が変化している音響光学媒体部１には、疑似的に回折格子が屈折率の変化に応じて形成されている。これにより、上記音響光学媒体部１に対し、超音波５の伝搬方向に対し傾斜して光６が入射すると、その光６に対し回折を発生させることができて、例えば１次光や２次光といった回折光７を発生させることができる。このような回折光７は、例えば２焦点レンズ等の光学素子に適用できる。
【００２５】
その上、上記構成では、音響光学媒体部１を透光性セラミックスから設け、超音波振動子部２を圧電性セラミックスから設けることにより、音響光学媒体部１と超音波振動子部２とを焼成により一体形成して互いに連結できるから、音響光学媒体部１と超音波振動子部２との連結の手間を従来より軽減でき、かつ、その連結（接合）強度も高めることが可能となる。この結果、上記構成では、安価なものにできて、かつ、耐久性を改善できる。
【００２６】
上記透光性セラミックスとしては、焼成により形成され、かつ、光の直線透過率が２０％以上、より好ましくは５０％以上のものであれは、どのような屈折率のものでも、また、複屈折を有するものでもよいが、屈折率が１．９以上であるものであり、かつ、常誘電体（複屈折を示さないもの）が好ましい。
【００２７】
次に、上記音響光学素子の製造方法について、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性セラミックスを用いた例に基づいて説明する。
【００２８】
まず、透光性セラミックスの原料粉末として、高純度のＢａＣＯ3 、ＳｎＯ2 、ＺｒＯ2 、ＭｇＣＯ3 およびＴａ2 Ｏ5 の各粉末を準備した。続いて、上記各原料粉末を、Ｂａ〔（Ｓｎu Ｚｒ1-u ）x Ｍｇy Ｔａz 〕v Ｏw なる組成式において、ｕ＝０．６７、ｘ＝０．１６、ｙ＝０．２９、ｚ＝０．５５、ｖ＝１．０２、となる組成が得られるようにそれぞれ秤量し、一緒にボールミルで１６時間湿式混合して混合物を得た。なお、ｗについては、焼成後において、ほぼ３となっている。ｘ、ｙ、ｚについては、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．００の関係を満たすものである。
【００２９】
この混合物を乾燥した後、１３００℃で３時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物を水および有機バインダーと共に、ボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕してスラリーを得た。有機バインダーとしては、結合剤としての機能を備え、かつ、焼結時に、焼結温度に達する前に、大気中で例えば５００℃程度で大気中の酸素と反応して炭酸ガスや水蒸気等にガス化して消失するものであればよく、例えばエチルセルロース等が挙げられる。
【００３０】
このスラリーを用い、例えばドクターブレード法によりシート成形し、厚さ２０μｍから１００μｍ程度の第一グリーンシートを得た。この第一グリーンシートを、例えば３０ｍｍ×４０ｍｍの矩形形状に切断して、図２に示すように、焼成前の第一生シート８を作製した。
【００３１】
一方、超音波振動子部２用として、チタン酸バリウム系の圧電性セラミックスの材料粉末を主成分とするスラリーを用い、例えばドクターブレード法によりシート成形し、厚さ２０μｍから１００μｍ程度の第二グリーンシートを得た。
【００３２】
この第二グリーンシートを、第一グリーンシートと同寸法の矩形形状に切断して、第二生シート９を作製した。この第二生シート９の表面に内部電極３となる、白金ペーストを数μｍ程度の厚みとなるようにスクリーン印刷し、乾燥して内部電極用ペースト部９ａを形成した。内部電極用ペースト部９ａの形成は、第二生シート９の厚みより薄く、例えば数μｍ程度の厚み（好ましくは第二生シート９の厚みの１／５以下の厚み）となるようにスクリーン印刷し、乾燥することにより行われる。
【００３３】
このとき、内部電極用ペースト部９ａは、第二生シート９の三辺部の端辺に達しているが、他の一辺部の端辺とは、第二生シート９の辺の長さの１／１０程度の間隔を有して形成されている。よって、上記第二生シート９では、上記第二生シート９における、一辺部を除く表面に、内部電極３となる内部電極用ペースト部９ａが形成されていることになる。
【００３４】
続いて、複数の各第一生シート８および各第二生シート９を、それらの厚さ方向に沿って互いに積層し、圧着させて複合積層体１０を作製した。このとき、上記複合積層体１０では、各第二生シート９は、内部電極３となる内部電極用ペースト部９ａの一端が外部に露出し、その露出部分が交互となるように、言い換えると、非露出部分が交互に外面に現れるように互いに積層されている。
【００３５】
その次に、この複合積層体１０を、同組成粉末中に埋め込んだ。上記の同組成粉末は上記透光性セラミックスと同組成系に調整したものを焼成して得られた焼成物を粉砕したものであり、特に透光性を備えていなくともよい。上記同組成系としては、上記透光性セラミックスと各成分が同一であれば、それらの組成比が相違していてもよいが、略同一のものが好ましい。したがって、同組成粉末中に埋め込んだ複合積層体１０は、同組成系に近接して配置され、焼成されることになる。
【００３６】
この複合積層体１０を、焼成炉中において、上記同組成粉末と共に、まず、大気組成の雰囲気中にて、加熱して昇温させ複合積層体１０に含まれる有機バインダーを加熱により消失させる脱バインダーが生じる温度領域まで昇温させ、脱バインダー後、昇温させながら上記大気中に酸素を注入して酸素濃度を大気中の酸素濃度から上昇、例えば９５％（容量％）に設定して、焼成炉中の焼成雰囲気を調整した。
【００３７】
その後、上記焼成雰囲気を維持して、例えば１６００℃の焼成温度まで焼成炉内を昇温し、その焼成雰囲気および焼成温度を維持しながら２０時間、上記複合積層体１０を焼成して、上記複合積層体１０から焼結体を得た。この焼結体に対し、図３に示すように、両側面に露出している各内部電極３に対し電力を供給できるように、銀（Ａｇ）ペーストを焼き付けることにより外部電極４をそれぞれ形成した。
【００３８】
このようにして、本実施の第一形態に係る、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする焼結体である透光性セラミックスからなる音響光学媒体部１に対し、超音波振動子部２が一体的に形成されて連結された音響光学素子が得られる。
【００３９】
このような音響光学素子では、超音波振動子部２から発生する超音波が縦振動となるので、電気−機械の変換効率を高めることができると共に、屈折率が高いことから、小型化が可能となると共に、一体化されているので音響光学媒体部１と超音波振動子部２との接合強度を改善できて耐久性も向上できる。
【００４０】
このようにして得られた透光性セラミックスは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による分析の結果、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の結晶構造を有することが確認された。ここで、Ｂａは、複合ペロブスカイト型結晶構造のＡサイトに、また、ＭｇとＴａとがＢサイトに入ることは、それらのイオン半径と原子価とから制約されるものである。
【００４１】
上記焼成温度および焼成時間については、用いる組成により設定されるが、上記組成では１５５０℃〜１６５０℃の範囲内で、焼成時間を１０時間以上焼成すればよい。上記条件にて焼成すれば、透光性の高い焼結体である透光性セラミックスが得られる。上記透光性セラミックスは、常誘電体の多結晶体であるため、複屈折を示さないものである。
【００４２】
次に、上記透光性セラミックスについて説明すると、まず、透光性セラミックスのディスク状の試料を調製し、その試料に関する直線透過率と屈折率をそれぞれ測定した。屈折率は、２．１であった。また、直線透過率は、図４に示すように、光の波長が３００ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で４０％以上、３５０ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で６０％以上、３８０ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で７０％以上であった。
【００４３】
直線透過率は、島津製分光光度計（ＵＶ−２００Ｓ）を用いて測定波長λが１８０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲で、また、屈折率はプリズムカプラー（Metricon社製、MODEL 2010）を用い、測定波長λが６３３ｎｍで測定した。
【００４４】
以下に、用いた透光性セラミックスにおいて、直線透過率がほぼ理論値であることについて説明する。まず、直線透過率の測定時には、空気中から試料の表面に対し垂直に光が入射する。このため、屈折率（ｎ）が２．１の場合、透光性セラミックスの試料の表面と背面とでの反射率の合計が２３％となる。よって、上記透光性セラミックスの直線透過率の理論値（理論最大値）は７７％となる。
【００４５】
上記透光性セラミックスの試料では、その直線透過率が４００ｎｍ以上において、ほぼ７５％であり、理論値と同等の値を示した。このことは、上記透光性セラミックスの結晶内の欠陥がほとんど無いことを示しており、この透光性セラミックスが光学部品として利用可能であることを裏付けている。このような透光性セラミックスでは、表面にＡＲ（反射防止膜）コートを施すことで、ほぼ１００％の直線透過率を有するものにできる。
【００４６】
次に、前記の焼成雰囲気の酸素濃度の直線透過率に対する影響を調べた。まず、焼成雰囲気の酸素濃度を、種々代えて各透光性セラミックスをそれぞれ調製した。続いて、各透光性セラミックスの直線透過率を調べ、その結果を図５に示した。この結果では、酸素濃度と直線透過率との関係は正の相関を示し、焼成雰囲気の酸素濃度としては、４５％以上（直線透過率２０％以上が得られる範囲）が好ましく、７５％以上（直線透過率６０％以上が得られる範囲）がより好ましく、さらに９０％以上がより好ましいことが分かった。
【００４７】
〔実施の第二形態〕
本発明の実施の第二形態に係る音響光学素子について図６ないし図８に基づいて以下に説明すると、まず、上記音響光学素子では、図６に示すように、透光性の圧電セラミックスからなる、略直方体形状の基材２１の一部例えば基材２１の長手方向一端部に、超音波を発生させるための内部電極２３が、その一端を外部に露出させ、その露出部分を交互となるように配置して設けられ、それぞれの内部電極２３に電力を供給するための一対の外部電極２４が設けられている。
【００４８】
したがって、上記音響光学素子においては、基材２１が透光性の圧電セラミックスからなるので、内部電極２３が形成された基材２１の部分は、前述の超音波振動子部２と同様の機能を有する超音波振動子部２５として機能し、他の部分は前述の音響光学媒体部１と同様の機能を有する音響光学媒体部２６として機能することになる。
【００４９】
このような音響光学素子では、音響光学媒体部２６および超音波振動子部２５が、透光性の圧電性セラミックスから同時に一体的に設けられていることにより、音響光学媒体部２６と超音波振動子部２５とを焼成により一体形成して互いに連結できるから、音響光学媒体部２６と超音波振動子部２５との連結の手間を従来より軽減でき、かつ、その連結強度も高めることが可能となる。この結果、上記音響光学素子は、耐久性を改善できると共に、安価なものにできる。
【００５０】
次に、このような音響光学素子の製造方法について説明すると、図７に示すように、まず、透光性を備えたＰＬＺＴ系の圧電セラミックスの原料粉末を主成分とするスラリーを調製し、そのスラリーから、ドクターブレード法によりシート成形し、厚さ２０μｍ〜１００μｍ程度のグリーンシートを得た。このグリーンシートを矩形状に切断して第三生シート２７を調製した。
【００５１】
しかる後、第三生シート２７の表面に、前述の内部電極用ペースト部９ａと同様に、内部電極用ペースト部２７ａを、例えば印刷によって形成した。この内部電極用ペースト部２７ａの形成は、パラジウムペーストを数μｍ程度の厚みとなるようにスクリーン印刷し、乾燥することにより行われた。続いて、内部電極用ペースト部２７ａが形成されていない第三生シート２７と、形成されている第三生シート２７とを、内部電極２３が形成されるように、互いに厚さ方向に積層し圧着することにより、前述の複合積層体１０と同様な複合積層体２８を得た。このような複合積層体２８を、焼成温度１２００℃で６時間焼成する以外、前述の複合積層体１０に関する焼成方法と同様にして、透光性を有する焼結体を得た。この焼結体に対し、図８に示すように、前述と同様に銀ペーストを焼き付けることにより、外部電極２４を形成して、本実施の第二形態に係る音響光学素子を得た。
【００５２】
このような音響光学素子は、音響光学媒体部２６と超音波振動子部２５とが一体化されて構造を実現できて、上記両者の結合（接合）強度を高めることができるので、耐久性に優れたものにできると共に、音響光学媒体部２６と超音波振動子部２５とを同一の素材から調製できることから、音響光学素子の製造を簡便化できる。
【００５３】
〔実施の第三形態〕
また、上記では、透光性セラミックスとして、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系を用いた例を挙げたが、他の透光性セラミックスでもよく、例えば、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ3 系の透光性セラミックスを用いることもできる。この透光性セラミックスを用いた実施の第三形態に係る音響光学素子について説明すると以下の通りである。まず、原料として、高純度のＢａＣＯ3 、ＺｒＯ2 、ＺｎＯおよびＴａ2 Ｏ5 を準備した。
【００５４】
続いて、これらの各原料を、Ｂａ（Ｚｒx Ｚｎy Ｔａz ）a Ｏw なる組成式において、ｘ＝０．０３、ｙ＝０．３２、ｚ＝０．６５、ａ＝１．０２、となる組成が得られるようにそれぞれ秤量し、それらを一緒にボールミルで１６時間湿式混合して混合物を得た。なお、ｗについては、焼成後において、ほぼ３となっている。
【００５５】
この混合物を乾燥した後、１２００℃で３時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物を水および有機バインダーと共に、ボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕してスラリーを得た。このスラリーを用いて、焼成温度を１５００℃、焼成時間を１０時間に代えた以外は、前述の実施の第一形態に係るＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系と同様にして本実施の第三形態に係る音響光学素子を調製した。
【００５６】
上記焼成温度および焼成時間については、用いる組成により設定されるが、上記組成では１５００℃〜１６００℃の範囲内で、かつ、焼成時間を５時間以上であればよい。上記条件にて焼成すれば、透光性の高い焼結体が得られる。
【００５７】
この透光性セラミックスについて同様に直線透過率と屈折率をそれぞれ測定した。上記透光性セラミックスの屈折率は２．１であった。また、直線透過率の結果を図４に合わせて示した。上記結果では、直線透過率は４００ｎｍから９００ｎｍにおいて５０％以上であった。以上のように、上記では、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ3 系の透光性セラミックスの例を示しており、前記のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系とは相違する複合ペロブスカイト型結晶相を主結晶相とする材料系においても、高い直線透過率および高屈折率のものが得られていることが判る。
【００５８】
〔実施の第四形態〕
次に、鉄族金属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）を有するＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性セラミックスを用いた、実施の第四形態に係る音響光学素子について説明する。
【００５９】
まず、原料として、高純度のＢａＣＯ3 、ＳｎＯ2 、ＺｒＯ2 、ＭｇＣＯ3 、ＮｉＯおよびＴａ2 Ｏ5 を準備した。続いて、ＮｉＯを除く上記各原料を、Ｂａ〔（Ｓｎu Ｚｒ1-u ）x Ｍｇy Ｔａz 〕v Ｏw なる組成式において、ｕ＝１、ｘ＝０．１５、ｙ＝０．２９、ｚ＝０．５６、ｖ＝１．０２、となる組成が得られるようにそれぞれ秤量し、一緒にボールミルで１６時間湿式混合して混合物を得た。なお、ｗについては、焼成後において、ほぼ３となっている。
【００６０】
この混合物を乾燥した後、１３００℃で３時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物に対し、ＮｉＯをＮｉとして１．０モル％となるように添加し、この添加仮焼物を水および有機バインダーと共に、ボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕してスラリーを得た。このスラリーを用いて、前述のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系と同様にして音響光学素子を調製した。
【００６１】
この音響光学素子の透光性セラミックスについて、直線透過率と屈折率をそれぞれ測定した。また、第一比較例として、ＮｉＯをＮｉとして１．５モル％となるように添加した以外は、同様に調製した第一比較試料も製造した。
【００６２】
上記透光性セラミックスの屈折率は２．１であり、その直線透過率の波長依存性を図９に示した。上記透光性セラミックスでは、図９から明らかなように、ＮｉＯが微量添加されていることにより、λ＝４００ｎｍ、３００ｎｍに急峻な透過ピークが現れることが分かる。この波長帯は、短波長レーザーとして記載されている青紫色レーザー等の波長帯と一致しており、よって、上記透光性セラミックスを用いた音響光学素子は、これらレーザー用の帯域透過フィルタの機能を兼用したものとしても利用できる。
【００６３】
また、第一比較試料の直線透過率の波長依存性も図９に合わせて示した。図９から明らかなように、ＮｉＯを１．５モル％添加したことにより、第一比較試料では、直線透過率が極めて低くなることが分かる。このことから、ＮｉＯの添加量としては、１．２モル％以下が好ましく、１．０モル％以下がより好ましいことが分かる。なお、上記では、添加物としてＮｉを用いた例を挙げたが、必要に応じて他の鉄族金属、例えばＦｅやＣｏを用いることもできる。
【００６４】
〔実施の第五形態〕
さらに、他のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性セラミックスを用いた、実施の第五形態に係る音響光学素子について説明すると以下の通りである。
【００６５】
まず、原料として、高純度のＢａＣＯ3 、ＭｇＣＯ3 およびＴａ2 Ｏ5 を準備した。続いて、上記各原料を、Ｂａ（Ｍｇy Ｔａz ）v Ｏw なる組成式において、ｙ＝０．３３、ｚ＝０．６７、ｖ＝１．０３となる組成が得られるようにそれぞれ秤量した。
【００６６】
続いて、前記のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ3 系を用いた音響光学素子と同様にして音響光学素子を作製した。その透光性セラミックスの直線透過率を測定し、その結果を図４に合わせて示した。その結果から、直線透過率は２０％程度であり、前述の透光性セラミックスより若干直線透過率が低くなっているが、反射防止コートを施すことにより、音響光学媒体部１の素材として用いることが可能なものである。
【００６７】
なお、上記の各例では、特定の組成比を有する各透光性セラミックスの例を挙げたが、本発明の音響光学素子に用いる透光性セラミックスは、これらに限定されるものではない。
【００６８】
さらに、上記の各例では、複合積層体１０を前記同組成系に近接して配置させるために、上記複合積層体１０を同組成粉末中に埋め込んだ例を挙げたが、上記に特に限定されるものではなく、例えば、上記複合積層体１０と同組成系の焼結体の板やサヤを用いてもよい。上記の板を用いる場合には、板の上に複合積層体１０を載置して焼成すればよく、また、上記のサヤを用いる場合には、そのサヤの中に複合積層体１０を載置して焼成すればよい。
【００６９】
なお、本発明の製造方法では、音響光学素子のための複合積層体１０を個々に製造した例を挙げたが、図１０に示すように、前記の第一および第二グリーンシートより大面積な、第一および第二大型グリーンシートを調製し、第二大型グリーンシートに複数の内部電極用ペースト部９ａを形成する。
【００７０】
続いて、上記第一および第二大型グリーンシートを複数、各内部電極用ペースト部９ａから内部電極３をそれぞれ形成するように互いに積層し厚さ方向に圧着して積層ブロック１１を作製する。その積層ブロック１１を各切断線１６、１７に沿って積層方向に切断して個々の複合積層体１０に分割することにより、上記各複合積層体１０を一括して形成してもよい。
【００７１】
なお、図１０では、一つに複合積層体１０に対し各内部電極用ペースト部９ａを形成した例を挙げたが、他の各複合積層体１０となる積層ブロック１１の各部分にもそれぞれ各内部電極用ペースト部９ａが形成されている。また、前述の複合積層体２８についても同様にできる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の音響光学素子は、以上のように、透光性セラミックスからなる音響光学媒体部が設けられ、圧電性セラミックスからなる超音波振動子部が音響光学媒体部に連結されて設けられ、超音波を発生させるための内部電極が、その一端を外部に露出させ、その露出部分を交互となるように配置して超音波振動子部内に対し設けられ、音響光学媒体部と超音波振動子部とが焼成により一体形成されている構成である。
【００７３】
それゆえ、上記構成は、音響光学媒体部を透光性セラミックスから設け、超音波振動子部を圧電性セラミックスから設けることにより、音響光学媒体部と超音波振動子部とを焼成により一体形成して互いに連結できるから、音響光学媒体部と超音波振動子部との連結の手間を従来より軽減でき、かつ、その連結強度も高めることが可能となる。この結果、上記構成では、安価なものにできて、かつ、耐久性を改善できるという効果を奏する。
【００７４】
本発明の他の音響光学素子は、以上のように、透光性の圧電セラミックスからなる基材内の一部に、超音波を発生させるための内部電極が、その一端を外部に露出させ、その露出部分を交互となるように配置して設けられ、それぞれの内部電極に電力を供給するための一対の外部電極が設けられている構成である。
【００７５】
本発明の音響光学素子の製造方法は、以上のように、透光性セラミックスの原料粉末からシート状の第一生シートと、圧電性セラミックスの原料粉末からなり、表面に内部電極を備えたシート状の第二生シートとを、内部電極の一端が外部に露出し、その露出部分が交互となるように互いに積層した複合積層体を焼成して一体化することにより、各第一生シートからなる音響光学媒体部と、各第二生シートからなる超音波振動子部とを互いに一体的に形成する方法である。
【００７６】
それゆえ、上記方法では、積層することにより、内部に内部電極が一体化されると共に、音響光学媒体部と、超音波振動子部とが互いに一体的に形成されていので、優れた耐久性およびコストダウンされた音響光学素子を安定に製造できるという効果を奏する。
【００７７】
本発明の音響光学素子の他の製造方法は、以上のように、透光性圧電セラミックスの原料粉末からシート状の第三生シートを作製し、上記第三生シートの一部における表面に、内部電極を形成し、上記第三生シートを互いに積層して焼成することにより、内部電極の形成部分である超音波振動子部と、上記形成部分以外の音響光学媒体部とを一体的に形成する方法である。
【００７８】
上記方法によれば、積層することにより、超音波振動子部の内部に形成される各内部電極を簡便に、確実に作製することができる。このことから、上記方法では、音響光学媒体部と超音波振動子部とが一体化されることによって、優れた耐久性およびコストダウンされた音響光学素子を安定に得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第一形態に係る音響光学素子の斜視図である。
【図２】上記音響光学素子の製造方法に係る分解斜視図である。
【図３】上記音響光学素子の斜視図である。
【図４】本発明の音響光学素子に用いた各透光性セラミックスに関する、各波長での直線透過率をそれぞれ示すグラフである。
【図５】上記透光性セラミックスの一例における焼成雰囲気の酸素濃度と、直線透過率との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の第二形態に係る音響光学素子の斜視図である。
【図７】上記音響光学素子の製造方法に係る分解斜視図である。
【図８】上記音響光学素子の斜視図である。
【図９】上記透光性セラミックスにおいて、ニッケルを添加したときにおける、直線透過率への波長依存性を示すグラフである。
【図１０】上記製造方法における一工程の他の例を示す積層ブロックの斜視図である。
【図１１】従来の音響光学素子の斜視図である。
【符号の説明】
１    音響光学媒体部
２    超音波振動子部
３    内部電極
４    外部電極
【図１】
0003807227.tif 000002
【図２】
0003807227.tif 000003
【図３】
0003807227.tif 000004
【図４】
0003807227.tif 000005
【図５】
0003807227.tif 000006
【図６】
0003807227.tif 000007
【図７】
0003807227.tif 000008
【図８】
0003807227.tif 000009
【図９】
0003807227.tif 000010
【図１０】
0003807227.tif 000011
【図１１】
0003807227.tif 000012