JP2002202485A

JP2002202485A - 音響光学素子およびその製造方法

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Publication number: JP2002202485A
Application number: JP2000398757A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sube; 満須部; Nobuhiko Tanaka; 伸彦田中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-19
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP3807227B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造が簡便で、かつ、耐久性に優れた音響光
学素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】透光性セラミックスからなる音響光学媒
体部１を設ける。圧電性セラミックスからなる超音波振
動子部２を音響光学媒体部１に連結して設ける。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
うに配置して設ける。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を設ける。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する。

Description

【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、Ｎ
ｂ、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）Ｏ
₃〕、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、ＭｇＣ
Ｏ₃およびＴａ₂Ｏ₅の各粉末を準備した。続いて、上
記各原料粉末を、Ｂａ〔（Ｓｎ_uＺｒ_1-u）_xＭｇ_yＴ
ａ_z〕_vＯ_wなる組成式において、ｕ＝０．６７、ｘ＝
０．１６、ｙ＝０．２９、ｚ＝０．５５、ｖ＝１．０
２、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１００μ
ｍ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（Ｍ
ｇ，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〜９００ｎ
ｍの範囲で、また、屈折率はプリズムカプラー（Metric
on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〜１
００μｍ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２
３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１
０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Ｂ
ａＣＯ₃、ＺｒＯ₂、ＺｎＯおよびＴａ₂Ｏ₅を準備し
た。

【００５４】続いて、これらの各原料を、Ｂａ（Ｚｒ_x
Ｚｎ_yＴａ_z）_aＯ_wなる組成式において、ｘ＝０．０
３、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）Ｏ ₃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（Ｆ
ｅ，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〔（Ｓｎ_uＺｒ_1-u）_xＭｇ_yＴａ_z〕_vＯ_wなる
組成式において、ｕ＝１、ｘ＝０．１５、ｙ＝０．２
９、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＝４０
０ｎｍ、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（Ｍ
ｇ，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Ｔａ₂Ｏ₅を準備した。続いて、上記
各原料を、Ｂａ（Ｍｇ_yＴａ_z）_vＯ_w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１
０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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H079 AA04 DA04 EA13 EB03 EB22 HA21 JA04 JA05 2K002 AB03 BA12 CA02 DA02 EB09 FA29 FA30 GA05

Claims

【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記載の音響光学素子。
【請求項３】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ことを特徴とする音響光学素子。
【請求項４】圧電セラミックスは、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。
【請求項６】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。