JPH0320817Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、マルチビーム光変調素子に係り、特
に、作動時における超音波伝播媒体中の温度勾配
を少なくしたマルチビーム光変調素子に関する。

［従来の技術］ 音波による光の散乱現象がレーザビームを変調
するための有用な手段であることは既に知られて
おり、このような現象を利用した音響光学素子の
１つとしてマルチビーム光変調素子がある。

このようなマルチビーム光変調素子は、第５図
および第６図に示すように、通常、ガラス等で形
成された超音波伝播媒体１０１と、その一側面に
取付けられたトランスデユーサ１０２とで構成さ
れている。

この場合におけるトランスデユーサ１０２は、
超音波伝播媒体１０１の側に配設される下側電極
１０５と、この下側電極１０５上に配設される圧
電素子１０３と、この圧電素子１０３の上面に一
定間隔をおいて配設される複数個の上側電極１０
４とにより三層構造となつて形成されている。

そして、各上側電極１０４と下側電極１０５と
の間に電気信号が印加されることにより、各別に
圧電素子１０３が励振され、超音波伝播媒体１０
１中を超音波が各別に伝播することになる。

この時、超音波伝播媒体１０１中はあたかも回
折格子が形成されたような状態となり、このよう
な超音波伝播媒体１０１中を透過する各別のレー
ザビームはその入射ビーム１０６が偏向され、回
折光としての出射ビーム１０７が得られるように
なつている。

この場合、圧電素子１０３上に設けられる複数
個の上側電極１０４は、第５図に示すようにいず
れも同一面積である長方形形状を呈し、あるいは
超音波ビームの拡散を小さくするため、楕円形も
しくは菱形の形状を呈するものを等間隔に配列す
ることで形成されていた。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、上記のようにして構成されているマ
ルチビーム光変調素子は、その作動中における超
音波の振動エネルギーが超音波伝播媒体１０１自
体の有する粘性、あるいはトランスデユーサ１０
２と超音波伝播媒体１０１との境界面で生ずる摩
擦などにより変換ロスが生じて発熱し、超音波伝
播媒体１０１を加熱して発熱させるに至る。ま
た、通電中の上側電極１０４は、その有する抵抗
値により発熱し、超音波伝播媒体１０１を加熱す
る。

その場合、超音波伝播媒体１０１は、最も放熱
性の悪い部位である中央部に熱がこもつて最も高
温となり、外側方向に行くに従つて放熱性が良化
し温度が降下することになる。このため、超音波
伝播媒体１０１中には、第７図に示すような温度
勾配が生ずることになる。

このような温度勾配は、本来、一定であるべき
超音波伝播媒体１０１自体の屈折率に変動分布を
生じさせてレンズのような効果を付与するに至
り、各出射ビーム１０７を第８図のように中央部
方向へと集光させたり、あるいは拡散させたりす
るなどして各出射ビーム１０７相互間の平行度を
保持し難くするという不都合があつた。

本考案の目的は、各レーザビームの透過方向と
直交する方向における超音波伝播媒体中の温度勾
配をできるだけ少なくしたマルチビーム光変調素
子を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するため、本考案は次の
ようにして構成した。

すなわち、本考案は、超音波伝播媒体とトラン
スデユーサとを備えてなるマルチビーム光変調素
子にあつて、トランスデユーサは、圧電素子と、
この圧電素子を上下両側から挟持するようにして
配設された上側電極と下側電極とで形成するとと
もに、前記上側電極は、各レーザビームの透過部
位に対応させて個別に設け、かつ、外側に位置す
るものほどトランスデユーサの発熱量が大きくな
るように変形させて形成したことに構成上の特徴
がある。

［作用］ このため、本考案のマルチビームの光変調素子
においては、レーザビームの透過方向に対し、直
交する方向での超音波伝播媒体の左右両外側に行
くに従いその面積を広くし、あるいは厚みを薄く
して変形することで形成した上側電極を配置した
ことにより、中央部に比較して放熱しやすい外側
方向の部位をより強く加熱することができ、結果
として、各レーザビームの透過方向と直交する方
向での超音波伝播媒体内の温度勾配を少なくし、
平坦化することができる。

したがつて、超音波伝播媒体中の屈折率を一定
で均一なものとすることができ、各レーザビーム
を平行度の高い出射ビームとして出射することが
できる。

［実施例］ 以下、図面を基づいて本考案の実施例を説明す
る。

第１図は本考案の一実施例を示す斜視図であ
る。図において、PbMoO₄等を用いて形成される
超音波伝播媒体１には、その一側を介してトラン
スデユーサ２が配設されている。

このトランスデユーサ２は、結晶構造が36゜回
転Ｙ板であるLiNbO₃などからなる圧電素子３
と、Au等の導電性部材を用いて形成され、圧電
素子３を上下両側方向から挟持する、上側電極４
と下側電極５とで構成されている。

このうち、上側電極４については、圧電素子３
上に一定間隔をおいて複数個配列されるものであ
り、各上側電極４は、中央部から両側方向へと行
くに従いトランスデユーサ２の発熱量が大きくな
るように変形させて形成されている。

すなわち、第１図および第２図に示すように、
各上側電極４は、その中央部に位置するものが最
小の面積となるようにして形成し、以後は左右対
称となるようにしながら面積を大きく形成したも
のが所定間隔で順次配設されている。

また、第３図に示すように、各上側電極４はそ
の幅と長さとを同一とし、その厚さを中央部に位
置させたものを最も厚く形成し、以後左右対称と
なるようにしながら肉厚を薄く形成したものを順
次、所定間隔で配設するものであつてもよい。

本考案に係るマルチビーム光変調素子はこのよ
うにして構成されているので、超音波伝播媒体１
は、レーザビームの透過方向に対し直交する方向
での左右両側部が最も高い温度で加熱されること
になる。

すなわち、最外側に位置する一対の上側電極４
は、他の上側電極４に比較してその面積が最大と
なるように、もしくは面積は同じであつてもその
厚さが最小となるようにして形成されているた
め、トランスデユーサ２の発熱量も多く、この部
位に位置する超音波伝播媒体１は最も強く加熱さ
れるに至る。

トランスデユーサ２は、このようにして中央部
に位置する上側電極４方向へと、順次、その発熱
量が少なくなつていくため、超音波伝播媒体１等
に対する加熱の程度もそれだけ低いものとなつて
いく。

したがつて、超音波伝播媒体１における各部位
の放熱量と加熱量とを比例させることができ、第
４図に示すように、超音波伝播媒体１中の温度勾
配を少なくすることでその平坦化を図ることがで
きる。

このため、入射ビーム６が超音波伝播媒体１中
で生ずることがあつたレンズによる屈折のような
現象の発生を少なくすることで、各出射ビーム７
相互間の間隔が広がつたり、狭くなつたりすると
いう不都合を抑制することができ、各出射ビーム
７に高い平行度を維持させながら偏向、変調する
ことができる。

なお、本考案の効果を確認すべく次の要領で実
験を行なつた。

すなわち、PbMoO₄を用いて15mm（縦）×15mm
（横）×８mm（高さ）の超音波伝播媒体を形成し、
電極にはAuを、圧電素子には、36°回転Ｙ板の
LiNbO₃を用いてそれぞれ形成するとともに、圧
電素子と下側電極とはInを介在させて接合固着す
ることで形成した。

上側電極は、計５列にわたり配設されており、
その規格は次のとおりである。

幅 × 長さ（厚さは一
定） 中心列 １ × 15（mm） １本 その両外側列 1.3 × 15（mm）２本 最外側列 1.6 × 15（mm）２本 なお、上記の上側電極については、幅を１mmと
し、長さを15mmとし、上記の中心列のものにつ
いてはその厚さを２〜3μm、の両外側列のもの
についてはその厚さを5000Å、の最外側列のも
のについてはその厚さを1000Åとすることで形成
したものを用いてもよい。

かくして、各チヤンネルを0.5Wの電力で駆動
させながらレーザビームを透過させたところ、従
来技術によるときは各出射ビームの広がり角が
0.5mradであつたのに対し、本考案のそれは
0.1mrad前後となるに過ぎず、本考案によるとき
は、温度勾配を小さくして屈折率を均一化するこ
とで平行度の高い出射ビームが得られることを確
認することができた。

［考案の効果］ 以上述べたように本考案によれば、トランスデ
ユーサを構成している各上側電極の形状を変化さ
せてあるので、超音波伝播媒体における各部位の
放熱量に比例させて加熱することで温度勾配を平
坦化することができる。

したがつて、超音波伝播媒体中の屈折率も均一
化することができ、各出射ビーム相互の間隔が一
定せず次第に狭くなり、あるいは広くなるといつ
た不都合を解消することができ、精度の高いマル
チビーム光変調素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体斜視図、
第２図は第１図の一部省略正面図、第３図は他の
実施例の一部省略正面図、第４図は本考案の作動
時における超音波伝播媒体中の温度分布状況を示
すグラフ図、第５図は従来例を示す全体斜視図、
第６図は第５図の一部省略正面図、第７図は従来
例の作動時における超音波伝播媒体中の温度分布
状況を示すグラフ図、第８図は従来例における各
出射ビームの位置関係を示す平面図である。 １……超音波伝播媒体、２……トランスデユー
サ、３……圧電素子、４……上側電極、５……下
側電極、６……入射ビーム、７……出射ビーム。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 超音波伝播媒体とトランスデユーサとを備え
   てなるマルチビーム光変調素子において、トラ
   ンスデユーサは、圧電素子と、この圧電素子を
   上下両側から挟持するようにして配設された上
   側電極と下側電極とで形成するとともに、前記
   上側電極は、各レーザビームの透過部位に対応
   させて個別に設け、かつ、外側に位置するもの
   ほどトランスデユーサの発熱量が大きくなるよ
   うに変形させて形成したことを特徴とするマル
   チビーム光変調素子。 ２ 上側電極は、外側に位置するものほど面積が
   広い実用新案登録請求の範囲第１項記載のマル
   チビーム光変調素子。 ３ 上側電極は、外側に位置するものほど厚さが
   薄い実用新案登録請求の範囲第１項記載のマル
   チビーム光変調素子。