JP2005017343A - 音響光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】音響光学媒体11とこの音響光学媒体11に接合したトランスデューサ12とを備え、音響光学媒体11の表面に漏洩伝播する不要な超音波を抑制する手段としてトランスデューサ12に溝16を形成したという構成であり、これにより、トランスデューサ12の振動によって誘起され音響光学媒体11の表面に漏洩される超音波を抑制し、かつ一部漏洩された超音波がトランスデューサ12に帰還することを抑制して、不要超音波の影響が小さく、消光比の高い音響光学素子となる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザを用いて画像および文字を出力する光学装置等に用いられる音響光学素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の音響光学素子は、図11に示すように、音響光学媒体111に圧電特性を有するトランスデューサ112を設けた構成であり、このトランスデューサ112に電気信号を印加するための電極113,114を設けた構成である。そして、トランスデューサ112と対向する面115は、音響光学媒体111内を伝播し対向する面115で反射された超音波とトランスデューサ112で新たに生成された超音波の干渉を抑制する目的で、θ1、θ2の二次元に傾斜されている。
【0003】
以上のように構成された音響光学素子について、図12を用いてその動作を説明する。高周波電源125からの電気信号は、リード線123,124を介して電極113,114に印加され、トランスデューサ112を励振する。励振された振動は音響光学媒体111に超音波束116として放射され、音響光学媒体111の内部を超音波束116の波長の周期で疎密状態となすことにより、音響光学媒体111に回折格子の状態を形成する。ここで、光入射面117に適当な方向から入射光118を入射すると、回折光119を得ることができる。一方、高周波電源125からの電気信号を切断すると、トランスデューサ112からの超音波束116が消失して回折光119が消光し透過光120となる。このようにして回折光119または透過光120を取り出すようにすれば入射光118の変調が可能になる。
【0004】
なお、上記のような音響光学素子に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−347840号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の音響光学素子においては、高周波電源125からの電気信号を切断しトランスデューサ112からの超音波束116が消失した場合にも、回折光が僅かに現れる。これは、音響光学媒体111の表面を伝播する表面漏洩モードの超音波が、再びトランスデューサ112に帰還し、トランスデューサ112を励振し、この励振により音響光学媒体111に送出される不要超音波により、入射光が回折されるためである。
【0007】
そして、電気信号を印加した場合の回折光119の強度をP1とし、上記の電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度をP2とした時、P2のP1に対する比の対数の10倍値10log(P2/P1)は、消光比と呼ばれ、回折光をON/OFF制御あるいは回折光の強度を階調させる音響光学素子として、その性能を表す重要なパラメータである。
【0008】
特に、近年の精細な描画をする光学装置に用いられる音響光学素子においては、上記の不要超音波による消光比の低下が、画質の低下を生じさせるという課題を有している。
【0009】
そこで本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、不要超音波の影響を小さくし、制御用の電気信号に従い入射光を確実に回折し、回折光の強度が精度良く制御ができる消光比の高い音響光学素子を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【0011】
本発明の請求項1に記載の発明は、音響光学媒体とこの音響光学媒体に接合したトランスデューサとを備え、前記音響光学媒体または前記トランスデューサに、前記音響光学媒体の表面に漏洩伝播する不要な超音波を抑制する手段を設けたという構成であり、これにより、不要超音波の影響が小さく、制御用の電気信号に従い入射光を確実に回折でき、回折光の強度が精度良く制御ができる消光比の高い音響光学素子となる。
【0012】
本発明の請求項2に記載の発明は、特に、不要な超音波を抑制する手段としてトランスデューサに溝を形成したという構成であり、これにより、トランスデューサの振動によって誘起され音響光学媒体の表面に漏洩される超音波を抑制し、かつ一部漏洩された超音波がトランスデューサに帰還することを抑制して、不要超音波の影響が小さく、消光比の高い音響光学素子となる。
【0013】
本発明の請求項3に記載の発明は、特に、不要な超音波を抑制する手段として音響光学媒体の少なくとも一つの面に溝を形成したという構成であり、これにより、トランスデューサの振動によって誘起され音響光学媒体の表面に漏洩される超音波の伝播を抑制して、不要超音波の影響が小さく、消光比の高い音響光学素子となる。
【0014】
本発明の請求項4に記載の発明は、特に、不要な超音波を抑制する手段として、トランスデューサまたは音響光学媒体の前記トランスデューサが接合された面と対向する面に弾性を有する樹脂を形成したという構成であり、これにより、トランスデューサの振動によって誘起され音響光学媒体の表面に漏洩される超音波を抑制し、かつ一部漏洩された超音波がトランスデューサに帰還することを抑制して、不要超音波の影響が小さく、消光比の高い音響光学素子となる。
【0015】
本発明の請求項5に記載の発明は、特に、弾性を有する樹脂としてシリコーン樹脂またはシリコーン系化合物を含有する樹脂を用いるものであり、これにより、音響光学媒体中に放出される超音波への影響がなく、音響光学媒体の表面に漏洩される超音波を抑制して、不要超音波の影響が小さく、消光比の高い音響光学素子となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1および請求項2に記載の発明について説明する。
【0017】
図1は本発明の実施の形態1における音響光学素子の斜視図である。
【0018】
図1に示すように、本実施の形態1における音響光学素子は、音響光学媒体11に、トランスデューサ12を接合して設けるとともに、このトランスデューサ12には溝16を設けている。音響光学媒体11は、光の透過波長特性の広さと音響光学性能指数の高さから二酸化テルルを用いている。そして、この音響光学媒体11中に縦波振動を誘起するために、音響光学媒体11の001面にニオブ酸リチウムの36°Y板からなるトランスデューサ12を接合して設け、トランスデューサ12には制御用の電気信号を印加するため電極13および14を形成している。また、溝16は、トランスデューサ12の振動によって誘起され音響光学媒体11の表面に漏洩伝播する不要な超音波を抑制し、かつ一部漏洩された不要な超音波がトランスデューサ12に帰還することを抑制する手段として設けたものである。
【0019】
以下、図2および図3を用い、本実施の形態1における音響光学素子について、その製造方法とともに詳細に説明する。
【0020】
図2は、本実施の形態1における音響光学素子の断面図であり、音響光学媒体11とトランスデューサ12との接合状態を示す。
【0021】
図2に示すように、音響光学媒体11とトランスデューサ12との接合部は、音響光学媒体11に約1,000Åのニッケル/クロムの合金層27および約5,000Åのスズ層29を蒸着して設け、また、トランスデューサ12に約1,000Åのニッケル/クロムの合金層28および約5,000Åのスズ層29を蒸着して設け、これらそれぞれのスズ層29双方を当接し、加熱加圧して金属接合した構成としている。このように金属接合することにより、音響光学媒体11とトランスデューサ12との音響インピーダンスを整合させることができ、トランスデューサ12で励振された超音波を効率的に音響光学媒体11に送出、伝播させることができる。
【0022】
また、トランスデューサ12は、制御用の電気信号を効率よく超音波誘起し伝達するように制御信号の周波数で共振する厚みに調整している。たとえば、200MHzの搬送波を有する制御信号を用いる場合、トランスデューサ12の厚みを概ね18μmとしている。この厚みは、トランスデューサ12が音響光学媒体11に接合された状態で研磨加工を施し、電気的な周波数応答を確認しながら研磨し調整する。そして、周波数を調整されたトランスデューサ12の上面に、制御用の電気信号を印加するため電極13および14を蒸着により形成する。
【0023】
なお、図1および図2に示す本実施の形態1における音響光学素子を得るには、通常、音響光学素子が多数個得られるように、製造工程においてはブロック状で処理される。そのブロックの斜視図を図3に示す。
【0024】
上記のようにして、音響光学媒体11にトランスデューサ12を接合して設け、電極13および14を形成したブロックを得る。次に、図3に示すように、ダイシングマシンを用いて、トランスデューサ12に幅10μmの溝16を音響光学媒体11との接合面まで至る深さに形成する。
【0025】
次に、個片の音響光学素子とするために、上記のブロックを図3に示す破線部30で切断する。切断は、作業効率を考慮し、多数個を一度に切断可能なワイヤーソーを用いて行う。切断後、音響光学媒体11のトランスデューサ12と対向する面15を、θ1、θ2の二次元の傾斜を有するように研磨加工を施す。音響光学媒体11のトランスデューサ12と対向する面15を二次元に傾斜させることにより、音響光学媒体11内を伝播し対向する面15で反射された超音波とトランスデューサ12で新たに生成された超音波との干渉を抑制することができる。以上のようにして、図1に示す本実施の形態1における音響光学素子の完成品を得る。
【0026】
続いて、上記で作製した本実施の形態1の音響光学素子について、その特性を評価した。特性は、トランスデューサ12に電気信号を印加した場合の回折光の強度P1と、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2とを測定し、消光比すなわち10log(P2/P1)を求め評価した。
【0027】
特性評価は、図4に示す装置により行った。図4の装置は、フレーム21に、音響光学素子20、インピーダンス整合素子であるコイル23とトリマコンデンサ24を有するインピーダンス整合部22、および高周波電源25を搭載した構成であり、高周波電源25は、インピーダンス整合部22およびリード線33,34および35を介して、音響光学素子20のトランスデューサ12の電極に電気的に接続した構成としている。そして、高周波電源25から電気信号を印加した場合は、トランスデューサ12により励振された振動が音響光学媒体11に超音波束として放射され、音響光学媒体11の内部を超音波束の波長の周期で疎密状態となすことにより、音響光学媒体11に回折格子の状態を形成する。ここで、音響光学素子20の光入射面に適当な方向から入射光31を入射すると、回折光32を得ることができる。一方、高周波電源25からの電気信号を切断すると、トランスデューサ12からの超音波束が消失して回折光32がほとんど消光し透過光となる。
【0028】
そして、上記の装置により、波長488nm、出力5mWのレーザを入射光源とし、高周波電源25をONにしてトランスデューサ12に電気信号を印加した場合の回折光の強度P1と、高周波電源25をOFFにして電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2とを測定し、消光比すなわち10log(P2/P1)を求めることにより評価した。また、比較のために、トランスデューサ12に溝16を設けない従来の音響光学素子についても評価した。
【0029】
評価結果は以下のようであった。本実施の形態1の音響光学素子は、トランスデューサ12に電気信号を印加した場合の回折光の強度P1が4.5mWで、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2が4.0μWであり、消光比10log(P2/P1)は−30.5dBであった。一方、溝16を設けない従来の音響光学素子は、トランスデューサ12に電気信号を印加した場合の回折光の強度P1が4.5mWで、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2が11.0μWであり、消光比10log(P2/P1)は−26.1dBであった。
【0030】
また、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2を評価した結果を、図5および図6に示す。図5は本実施の形態1の音響光学素子を評価したデータであり、図6は溝を設けない従来の音響光学素子を評価したデータである。
【0031】
図6に示すように、従来の音響光学素子では、高周波電源からの電気信号を切断しトランスデューサからの超音波束が消失した場合にも、回折光が現れる(図中の点線で囲んだ部分)。これは、音響光学媒体の表面を伝播する表面漏洩モードの超音波が、再びトランスデューサに帰還し、トランスデューサを励振し、この励振により音響光学媒体に送出された不要超音波により入射光が回折されるためであると考えられる。
【0032】
一方、図5に示すように、本実施の形態1の音響光学素子では、高周波電源からの電気信号を切断した場合には、図6の点線で囲んだ部分に相当する回折光の応答波形が見られない。これにより、本実施の形態1の音響光学素子は、不要超音波の影響を大幅に抑制できていることが確認できた。
【0033】
上記のように、本実施の形態1では、音響光学素子のトランスデューサに溝を形成して設けることにより、不要超音波の影響が小さく、制御用の電気信号に従い入射光を確実に回折でき、回折光の強度が精度良く制御ができる消光比の高い音響光学素子が得られた。
【0034】
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項1および請求項3に記載の発明について説明する。
【0035】
図7は本発明の実施の形態2における音響光学素子の斜視図である。
【0036】
図7に示すように、本実施の形態2が上記実施の形態1と異なる点は、不要な超音波を抑制するために設けた溝26の形成位置であり、本実施の形態2における音響光学素子は、音響光学媒体11に、トランスデューサ12を接合して設けるとともに、音響光学媒体11のトランスデューサ12が接合された面と回折させる入射光を入射する面17の双方に接する面18に、溝26を設けている。
【0037】
本実施の形態2における音響光学素子は、以下の方法により作製する。まず、上記実施の形態1と同様の方法により、音響光学媒体11にトランスデューサ12を接合し、電極13および14を形成したブロックを得る。次に、このブロックを切断し個片とする。この個片の切断面すなわちトランスデューサ12が接合された面と入射光を入射する面17の双方に接する面18に、ダイシングマシンを用いて、幅10μm深さ5μmの溝26を複数形成する。次に、音響光学媒体11のトランスデューサ12と対向する面15を、二次元の傾斜を有するように研磨加工を施し、図7に示す本実施の形態2における音響光学素子の完成品を得る。
【0038】
続いて、上記で作製した本実施の形態2の音響光学素子について、その特性を評価した。特性評価は、上記実施の形態1と同様にして行った。
【0039】
評価結果は以下のようであった。本実施の形態2の音響光学素子は、トランスデューサ12に電気信号を印加した場合の回折光の強度P1が4.5mWで、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2が5.5μWであり、消光比10log(P2/P1)は−29.1dBであった。
【0040】
また、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2を評価した結果は、図5に示した上記実施の形態1の音響光学素子を評価したデータと同様に、高周波電源からの電気信号を切断した場合には、図6の点線で囲んだ部分に相当する回折光の応答波形がほとんど見られず、本実施の形態2の音響光学素子も、不要超音波の影響を大幅に抑制できていることが確認できた。
【0041】
(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて、本発明の特に請求項1および請求項3に記載の発明について説明する。
【0042】
図8は本発明の実施の形態3における音響光学素子の斜視図である。
【0043】
図8に示すように、本実施の形態3が上記実施の形態1および2と異なる点は、不要な超音波を抑制するために設けた溝36の形成位置であり、本実施の形態3における音響光学素子は、音響光学媒体11に、トランスデューサ12を接合して設けるとともに、音響光学媒体11のトランスデューサ12が接合された面と対向する面15に、溝36を設けている。
【0044】
本実施の形態3における音響光学素子は、以下の方法により作製する。まず、上記実施の形態1と同様の方法により、音響光学媒体11にトランスデューサ12を接合し、電極13および14を形成したブロックを得る。次に、このブロックを切断し個片とする。この個片の音響光学媒体11のトランスデューサ12と対向する面15を、二次元の傾斜を有するように研磨加工を施す。次に、この対向する面15に、ダイシングマシンを用いて、幅10μm深さ5μmの溝36を複数形成し、図8に示す本実施の形態3における音響光学素子の完成品を得る。
【0045】
続いて、上記で作製した本実施の形態3の音響光学素子について、その特性を評価した。特性評価は、上記実施の形態1と同様にして行った。
【0046】
評価結果は以下のようであった。本実施の形態3の音響光学素子は、トランスデューサ12に電気信号を印加した場合の回折光の強度P1が4.5mWで、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2が7.8μWであり、消光比10log(P2/P1)は−27.6dBであった。
【0047】
また、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2を評価した結果は、図5に示した上記実施の形態1の音響光学素子を評価したデータと同様に、高周波電源からの電気信号を切断した場合には、図6の点線で囲んだ部分に相当する回折光の応答波形がほとんど見られず、本実施の形態3の音響光学素子も、不要超音波の影響を大幅に抑制できていることが確認できた。
【0048】
(実施の形態4)
以下、実施の形態4を用いて、本発明の特に請求項1および請求項3に記載の発明について説明する。
【0049】
図9は本発明の実施の形態4における音響光学素子の斜視図である。
【0050】
図9に示すように、本実施の形態4が上記実施の形態1,2および3と異なる点は、不要な超音波を抑制するために設けた溝46の形成位置であり、本実施の形態4における音響光学素子は、音響光学媒体11に、トランスデューサ12を接合して設けるとともに、音響光学媒体11の入射光を入射する面17に、溝46を設けている。
【0051】
本実施の形態3における音響光学素子は、以下の方法により作製する。まず、上記実施の形態1と同様の方法により、音響光学媒体11にトランスデューサ12を接合し、電極13および14を形成したブロックを得る。次に、このブロックの音響光学媒体11の入射光を入射する面17に、ダイシングマシンを用いて、幅10μm深さ5μmの溝46を複数形成する。次に、このブロックを切断し個片とする。この個片の音響光学媒体11のトランスデューサ12と対向する面15を、二次元の傾斜を有するように研磨加工を施し、図9に示す本実施の形態4における音響光学素子の完成品を得る。
【0052】
続いて、上記で作製した本実施の形態4の音響光学素子について、その特性を評価した。特性評価は、上記実施の形態1と同様にして行った。
【0053】
評価結果は以下のようであった。本実施の形態4の音響光学素子は、トランスデューサ12に電気信号を印加した場合の回折光の強度P1が4.5mWで、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2が7.5μWであり、消光比10log(P2/P1)は−27.8dBであった。
【0054】
また、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2を評価した結果は、図5に示した上記実施の形態1の音響光学素子を評価したデータと同様に、高周波電源からの電気信号を切断した場合には、図6の点線で囲んだ部分に相当する回折光の応答波形がほとんど見られず、本実施の形態4の音響光学素子も、不要超音波の影響を大幅に抑制できていることが確認できた。
【0055】
(実施の形態5)
以下、実施の形態5を用いて、本発明の特に請求項1、請求項4および請求項5に記載の発明について説明する。
【0056】
図10は本発明の実施の形態5における音響光学素子の斜視図である。
【0057】
図10に示すように、本実施の形態5における音響光学素子は、音響光学媒体11に、トランスデューサ12を接合して設けるとともに、トランスデューサ12および音響光学媒体11のトランスデューサ12が接合された面と対向する面15に弾性を有する樹脂51を塗布して設けている。この弾性を有する樹脂51は、音響光学媒体11の表面に漏洩伝播する不要な超音波を抑制する手段として設けたものである。
【0058】
本実施の形態5における音響光学素子は、以下の方法により作製する。まず、上記実施の形態1と同様の方法により、音響光学媒体11にトランスデューサ12を接合し、電極13および14を形成したブロックを得る。次に、このブロックを切断し個片とする。この個片の音響光学媒体11のトランスデューサ12と対向する面15を、二次元の傾斜を有するように研磨加工を施す。次に、トランスデューサ12の電極13および14にリード線53および54を接続した後、トランスデューサ12および音響光学媒体11のトランスデューサ12が接合された面と対向する面15に、シリコーン変性の常温硬化エポキシ樹脂を塗布硬化し、弾性を有する樹脂51を形成して、図10に示す本実施の形態5における音響光学素子の完成品を得る。
【0059】
続いて、上記で作製した本実施の形態5の音響光学素子について、その特性を評価した。特性評価は、上記実施の形態1と同様にして行った。
【0060】
評価結果は以下のようであった。本実施の形態5の音響光学素子は、トランスデューサ12に電気信号を印加した場合の回折光の強度P1が4.5mWで、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2が6.9μWであり、消光比10log(P2/P1)は−28.1dBであった。
【0061】
また、電気信号を切断した場合の不要超音波による回折光の強度P2を評価した結果は、図5に示した上記実施の形態1の音響光学素子を評価したデータと同様に、高周波電源からの電気信号を切断した場合には、図6の点線で囲んだ部分に相当する回折光の応答波形がほとんど見られず、本実施の形態5の音響光学素子も、不要超音波の影響を大幅に抑制できていることが確認できた。
【0062】
なお、上記実施の形態5においては、弾性を有する樹脂51はトランスデューサ12および対向する面15の双方に設けたが、これは、不要な超音波の抑制効果を最大にするためであり、トランスデューサ12または対向する面15のいずれか一方に弾性を有する樹脂51を設けた場合でも、不要な超音波を抑制することができる。
【0063】
【発明の効果】
以上のように本発明は、音響光学媒体とこの音響光学媒体に接合したトランスデューサとを備え、前記音響光学媒体または前記トランスデューサに、前記音響光学媒体の表面に漏洩伝播する不要な超音波を抑制する手段を設けた音響光学素子であり、不要超音波の影響が小さく、制御用の電気信号に従い入射光を確実に回折でき、回折光の強度が精度良く制御ができる消光比の高い音響光学素子となるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における音響光学素子の斜視図
【図2】同音響光学素子の断面図
【図3】同音響光学素子の製造工程におけるブロックの斜視図
【図4】本発明の実施の形態1における特性評価装置の斜視図
【図5】本発明の実施の形態1における音響光学素子の特性を示す図
【図6】従来の音響光学素子の特性を示す図
【図7】本発明の実施の形態2における音響光学素子の斜視図
【図8】本発明の実施の形態3における音響光学素子の斜視図
【図9】本発明の実施の形態4における音響光学素子の斜視図
【図10】本発明の実施の形態5における音響光学素子の斜視図
【図11】従来の音響光学素子の斜視図
【図12】音響光学素子の機能動作の説明図
【符号の説明】
11 音響光学媒体
12 トランスデューサ
13,14 電極
15 トランスデューサと対向する面
16,26,36,46 溝
17 入射光の入射面
18 トランスデューサと入射面の双方に接する面
20 音響光学素子
21 フレーム
22 インピーダンス整合部
23 コイル
24 トリマコンデンサ
25 高周波電源
27,28 ニッケル/クロムの合金層
29 スズ層
31 入射光
32 回折光
33,34,35,53,54 リード線
51 樹脂
Claims (5)
- 音響光学媒体とこの音響光学媒体に接合したトランスデューサとを備え、前記音響光学媒体または前記トランスデューサに、前記音響光学媒体の表面に漏洩伝播する不要な超音波を抑制する手段を設けた音響光学素子。
- 不要な超音波を抑制する手段としてトランスデューサに溝を形成した請求項1に記載の音響光学素子。
- 不要な超音波を抑制する手段として音響光学媒体の少なくとも一つの面に溝を形成した請求項1に記載の音響光学素子。
- 不要な超音波を抑制する手段として、トランスデューサまたは音響光学媒体の前記トランスデューサが接合された面と対向する面に弾性を有する樹脂を形成した請求項1に記載の音響光学素子。
- 弾性を有する樹脂はシリコーン樹脂またはシリコーン系化合物を含有する樹脂である請求項4に記載の音響光学素子。
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