| JP2009109773 | OPTICAL DEVICE |
| JP2003295237 | MULTI-SPLIT TYPE OPTICAL SWITCH |
| WO/2002/044806 | COLOR FILTERING AND ABSORBING TOTAL INTERNAL REFLECTION IMAGE DISPLAY |
OKUMURA FUJIO (JP)
OHTA MASAHIKO (JP)
ISHIBASHI OSAMU (JP)
OKUMURA FUJIO (JP)
OHTA MASAHIKO (JP)
| JP2006293018A | 2006-10-26 | |||
| JPH0588226A | 1993-04-09 | |||
| JPS6446733A | 1989-02-21 |
Akio Miyazaki (JP)
| 電気光学結晶内部に、前記電気光学結晶に電界を印加するための複数の電極部を備え、 前記複数の電極部のそれぞれは、平行に配置された複数の線状電極を備えており、互いの前記複数の線状電極の長手方向が一致するように配設され、且つ、前記複数の線状電極により構成される電極面が互いに平行となるように配設され、 前記複数の電極部のうちの隣接する電極部間において、入射光が一方の電極部の線状電極の間を通過する際に生じる一次回折光が、他方の電極部の線状電極の間を通過するように、隣接する前記電極部間の間隔が設定されている、光スイッチ。 |
| 前記電気光学結晶の屈折率をnとし、前記電界が印加された場合の前記電気光学結晶の屈折率変化をδnとし、前記複数の電極部を構成する線状電極の幅および間隔をそれぞれE w
、S x
とし、前記入射光の波長をλとするとき、隣接する前記電極部間の、互いの前記電極面の面内方向に垂直な方向における間隔S z
が、 |
| 前記電気光学結晶の屈折率をnとし、前記電界が印加された場合の前記電気光学結晶の屈折率変化をδnとし、前記複数の電極部を構成する線状電極の幅および間隔をそれぞれE w
、S x
とし、前記入射光の波長をλとするとき、隣接する前記電極部間の、前記線状電極の長手方向における間隔S y
が、 |
| 前記複数の線状電極を含む領域に対する前記入射光の入射角が、前記電界によって前記電気光学結晶中に形成される屈折率変化領域の屈折率界面によって入射光が全反射する条件を満たすように設定されている、請求の範囲第1項から第3項のいずれか1項に記載の光スイッチ。 |
| 前記複数の線状電極のそれぞれの面積最大となる主断面が同一平面内に配置されている、請求の範囲第1項から第4項のいずれか1項に記載の光スイッチ。 |
| 前記電気光学結晶は、結晶の構造が変化する相転移温度を有する、請求の範囲第1項から第5項のいずれか1項に記載の光スイッチ。 |
本発明は、光を透過する状態と光を反射 る状態とを切り替える光スイッチに関する
電気光学効果を利用して透過状態と反射 態の切り替えを行う光スイッチが、特許2666 805(特開平1-214827)号公報(以下、特許文献1と記 す)に開示されている。この光スイッチは、 気光学効果を有する光導波路層と、この光 波路層内に設けられた第1および第2の電極群 とを有する。第1および第2の電極群のそれぞ は、光導波路層の厚さ方向に延伸する複数 板状の電極からなる。各板電極は、一定の 隔で配置されている。第1および第2の電極 のそれぞれの、光導波路層の厚さ方向と交 する面における断面の形状は、櫛形状とさ ており、互いの櫛の歯に相当する板電極が 交互に配置されている。
この光スイッチでは、第1および第2の電 群の間に電圧を印加することで、隣接する 電極間において、屈折率変化が生じる。こ 結果、光導波路層内に、周期的な屈折率変 が生じる。この周期的な屈折率変化を生じ 部分が回折格子として機能し、入射光が反 される。一方、第1および第2の電極群への電 圧印加を停止すると、回折格子としての機能 はなくなるので、入射光は透過する。
光スイッチの、さらなる小型化および省 力化が望まれている。電極の面積(容量)を さくすることで、動作電圧を低くすること でき、それにより省電力化を図ることがで る。また、電極の面積を小さくすることに り、光スイッチの小型化を図ることもでき 。しかしながら、特許文献1に記載の光スイ チにおいては、回折格子を形成するために 面積の大きな複数の板電極を用いているた 、そのような小型化および省電力化を図る とは困難である。仮に、板電極の面積を小 くした場合は、周期的な屈折率変化を生じ 領域が小さくなり、その結果、回折格子と ての十分な機能を得られなくなる場合があ 。
ところで、光通信などで使用されている 般的な光スイッチの場合、要求される消光 は10:1程度であるが、画像表示機器への応用 を考えると、その消光比は十分ではない。こ のため、消光比のさらなる改善も求められて いる。
これまで、小型化および省電力化を図り かつ、消光比の改善を図ることのできる光 イッチを実現するための技術は提案されて ない。
本発明の目的は、上記課題を解決するこ のできる光スイッチを提供することにある
上記目的を達成するために、本発明の一 様による光スイッチは、電気光学結晶内部 、前記電気光学結晶に電界を印加するため 複数の電極部を備え、前記複数の電極部の れぞれは、平行に配置された複数の線状電 を備えており、互いの前記複数の線状電極 長手方向が一致するように配設され、且つ 前記複数の線状電極により構成される電極 が互いに平行となるように配設され、前記 数の電極部のうちの隣接する電極部間にお て、入射光が一方の電極部の線状電極の間 通過する際に生じる一次回折光が、他方の 極部の線状電極の間を通過するように、隣 する前記電極部間の間隔が設定されている
10~12 光学結晶板
13a、13b、14a、14b 電極部
次に、本発明の実施形態について図面を 照して説明する。
図1Aは、本発明の一実施形態である光ス ッチの上面図、図1Bは、図1Aの線A-Aによる断 図である。
図1Aおよび図1Bに示すように、光スイッチ は、光学結晶板10と、表面に電極部13a、13bが 成された光学結晶板11と、表面に電極部14a 14bが形成された光学結晶板12とを積層した構 造を有する。光学結晶板10~12は、電気光学効 を有する結晶(電気光学結晶)よりなる。
電極部13a、13bのそれぞれは、等間隔に配 され、かつ、面積最大となる主断面が同一 面内に配置された複数の線状電極を有する 形電極である。電極部13aと電極部13bとは、 いの線状電極が交互に配置されており、各 状電極間の間隔は等間隔である。電極部14a 14bも、電極部13a、13bと同様の櫛形電極であ 、互いの線状電極が交互に配置されている 電極部14a、14bの各線状電極間の間隔は等間 であり、電極部13a、13bの各線状電極間の間 と同じである。なお、線状電極の間隔が等 隔であるとは、各線状電極間の距離が完全 一致している状態だけでなく、製造誤差等 より線状電極間の間隔にズレが生じている 態をも含む。
光学結晶板10は、電極部13a、13bの櫛歯に 当する線状電極が形成された部分を覆うよ に、光学結晶板11の表面に貼り付けられる。 光学結晶板10が貼り付けられた光学結晶板11 、電極部14a、14bの櫛歯に相当する線状電極 形成された部分を覆うように、光学結晶板12 の表面に貼り付けられる。
図1Aには、光学結晶板11の表面に形成され た電極部13a、13bを光学結晶板10側から見た状 が透視図的に示されている。電極部13a、13b りなる第1の電極形成領域は、電極部14a、14b よりなる第2の電極形成領域上から少しずれ 位置に形成されている。ただし、図1Bに示す ように、図1AのA-A線により光学結晶板10~12を 断した断面に垂直な方向から見た場合、電 部13a、13bの各線状電極の位置と、電極部14a 14bの各線状電極の位置は一致する。
図1Cは、入射光の進行方向における電極 13a、13bと電極部14a、14bの位置関係を示す模 図である。図1Cに示す断面は、図1AのB-B線に ける断面である。
図1Cに示すように、電極部13a、13bよりな 第1の電極形成領域および電極部14a、14bより る第2の電極形成領域は、入射光の進行方向 に順に配置されている。すなわち、第1およ 第2の電極形成領域は、光路上に位置する。 射光15の進行方向に沿って第1および第2の電 極形成領域を見た場合、第1および第2の電極 成領域は、互いの領域の電極部の複数の線 電極からなる電極面(または電極部が形成さ れた面)が平行になるように積層されている また、入射光15の進行方向に沿って見た場合 、電極部13a、13bの各線状電極の位置が、電極 部14a、14bの各線状電極の位置と一致する。
図1A~図1Cに示した光学結晶板10~12を高温・ 高圧下で貼り合わせることで、光スイッチが 形成される。高温・高圧下で貼り合わせた光 学結晶板10~12は、1つの光学結晶(具体的には 電気光学結晶)と見なすことができる。すな ち、光学結晶板10~12を高温・高圧下で貼り わせることで、内部に電極部を備える電気 学結晶を形成することができる。
この光スイッチでは、電極部13a、13b間に 圧を印加すると、電気光学効果により、電 部13a、13bを含む電極近傍領域の結晶の屈折 が変化する。同様に、電極部14a、14b間に電 を印加すると、電気光学効果により、電極 14a、14bを含む電極近傍領域の結晶の屈折率 変化する。
図2に、電極部13a、13bを含む電極近傍領域 に形成される屈折率変化領域を模式的に示す 。電極部13a、13b間に電圧を印加すると、隣接 する線状電極間において電界が発生し、その 電界により、各線状電極を含む電極近傍領域 の結晶の屈折率が変化する。この屈折率が変 化した領域が、図2に示す屈折率変化領域16で ある。入射光は、屈折率変化領域16とその周 の結晶領域との界面(屈折率界面)において 反射する。入射光の入射角度(図1Cに示した 射角θに同じ)は、この界面における全反射 可能な条件を満たすように設定することが ましい。
なお、図2では、便宜上、入射光が図面に 向かって左側から屈折率変化領域に入射し、 その反射光が右側へ向かう状態が示されてい るが、実際には、入射光は、図面に向かって 手前側(または奥側)から屈折率変化領域に入 し、その反射光が奥側(または手前側)へ向 うことになる。
電極部13a、13bへ電圧を印加した場合は、 折率変化領域16が形成されるため、入射光 、その屈折率変化領域16の界面で全反射され る。一方、電極部13a、13bへの電圧の供給を停 止すると、屈折率変化領域16が形成されず、 射光は、そのまま電極部13a、13bの部分を透 する。これと同様に、電極部14a、14bの領域 おいても、電圧が印加されると、屈折率変 領域が形成されて、入射光は、その屈折率 化領域の界面で全反射される。電極部14a、1 4bへの電圧の供給を停止すると、屈折率変化 域が形成されず、入射光は、そのまま電極 14a、14bの部分を透過する。
光スイッチにおけるスイッチ動作では、 射光が反射される第1の状態と、入射光が透 過する第2の状態との切り替えが可能である 第1の状態では、電極部13a、13bおよび電極部1 4a、14bのそれぞれに電圧を印加して屈折率変 領域を形成し、これら屈折率変化領域にて 入射光を反射する。第2の状態では、電極部 13a、13bおよび電極部14a、14bへの電圧供給を停 止する。電圧供給の停止により、電極部13a、 13bおよび電極部14a、14bを含む各領域において 、電気光学効果による屈折率変化を生じなく なるため、入射光はこれら領域を透過する。
なお、屈折率変化領域の界面は、部分的 、全反射の条件を満たさない領域を含んで り、この領域において、入射光の一部が透 する。全反射の条件を満たさない領域の範 は、線状電極の間隔や印加電圧の大きさ(電 界の大きさ)に依存する。
本実施形態の光スイッチにおいては、電 部13a、13bに電圧を印加することで形成され 第1の屈折率変化領域の界面で入射光を反射 し、さらに、電極部14a、14bに電圧を印加する ことで形成された第2の屈折率変化領域の界 で、第1の屈折率変化領域を透過した光を反 する。これにより、高い消光比を得ること 可能となっている。入射光の進行方向に沿 て形成される電極部の数(屈折率変化領域の 数)を3つ以上とすることで、消光比をさらに 善することができる。ただし、屈折率変化 域の数を増大すると、それにともなって電 の数および容量も増えるため、省電力化お び小型化の観点からは望ましくない。屈折 変化領域の数は、消光比と省電力化および 型化との関係を考慮して決定することが望 しい。
また、入射光が電極部13a、13bの各線状電 間を通過する際に回折が生じる。電極部13a 13bの各線状電極間を通過した光に加えて、 次回折光を出力光として利用することで、 の利用効率を向上することができる。半透 または不透明な電極材料を線状電極に用い 場合において、電極部13a、13bと電極部14a、1 4bとの光学結晶板の厚さ方向における間隔が 正でない場合は、電極部13a、13bからの一次 折光が、次段の電極部14a、14bの各線状電極 て遮られることとなる。この結果、光の利 効率が低下し、それに伴って消光比も低下 る。
本実施形態の光スイッチは、光の利用効 を改善するために、電極部13a、13bの各線状 極間を通過した光が次段の電極部14a、14bの 線状電極間を通過するように構成され、か 、電極部13a、13bからの一次回折光が次段の 極部14a、14bの各線状電極間を通過するよう 構成されている。
以下に、電極部13a、13bの各線状電極間を 過した光が次段の電極部14a、14bの各線状電 間を通過する状態において、電極部13a、13b らの一次回折光が次段の電極部14a、14bの各 状電極間を通過する条件(電極適正位置の条 件)について、具体的に説明する。
図3Aおよび図3Bは、電極部13a、13b、14a、14b を適正な位置に形成するための条件を説明す るための模式図である。図3Aには、図1Aに示 た光スイッチのB-B線における部分断面が模 的に示されている。図3Bには、図1Aに示した スイッチのA-A線における部分断面が模式的 示されている。
光学結晶板10~12に用いる電気光学結晶の 折率をn、電極部に電圧を印加したときに発 する電界をEとする。電気光学結晶として、 例えば、リチウムナイオベート(LN)を用いた 合、電界Eの印加時に生じる電気光学結晶の 折率変化δnは、以下の式(1)で与えられる。 だし、rは一次電気光学定数である。
一段目の電極部13a、13bの各線状電極と、二 目の電極部14a、14bの対応する線状電極とのZ 軸方向の間隔(中間層である光学結晶板11の厚 さ)をS z とする。ここで、Z軸方向は光学結晶板の厚 方向である。一段目の電極部13a、13bと二段 の電極部14a、14bの間の光線の長さ(光路長)を L l とし、電極部13a、13bで生じる一次回折角をθ d とする。
臨界角θ m 、線状電極の長さE l 、一次回折角θ d は、それぞれ以下の式(3)、式(4)、式(5)で与え られる。なお、式(4)において、左辺の線状電 極の長さE l は右辺の値よりも大きくても良い。
以上説明したように、本実施形態の光スイ チは、電気光学結晶(具体的には、光学結晶 板10~12を高温高圧下で貼り合わせたもの)の内 部に、電気光学結晶に電界を印加するための 複数の電極部を備える。複数の電極部のそれ ぞれは、平行に配置された複数の線状電極を 備えており、互いの上記複数の線状電極の長 手方向が一致するように配設され、且つ、上 記複数の線状電極により構成される電極面が 互いに平行となるように配設されている。複 数の電極部のうちの隣接する電極部間におい て、入射光が一方の電極部の線状電極の間を 通過する際に生じる一次回折光が、他方の電 極部の線状電極の間を通過するように、隣接 する上記電極部間の間隔が設定されている。 具体的には、隣接する電極部間の、互いの電 極面の面内方向に垂直な方向における間隔S z が上述した式(10)で与えられる。また、隣接 る電極部間の、互いの電極面の面内方向に 行な方向における間隔S y が上述した式(9)で与えられる。
上記の構成によれば、各電極部の線状電 間を通過した光(0次光)に加えて、各電極部 生じた一次回折光も、出力光として利用す ことができるので、その分、光の利用効率 向上し、消光比を改善することができる。
また、各電極部は、等間隔に配置された 数の線状電極より構成されている。このよ な複数の線状電極より構成された電極部は 特許文献1に記載された板電極に比べて、面 積および容量が小さいので、光スイッチの省 電力化および小型化が可能である。
また、上記の構成において、複数の線状 極を含む領域に対する入射光の入射角が、 極部からの電界によって電気光学結晶中に 成される屈折率変化領域の屈折率界面によ て入射光が全反射する条件を満たすように 定することが望ましい。具体的には、入射 は、前述の臨界角θm以上とすることが望ま い。このように設定することで、より消光 の高い光スイッチを提供することができる
以下、電極部間の間隔S y 、S z がそれぞれ上述した式(9)、(10)を満たす光ス ッチの具体例について説明する。
図4Aおよび図4Bは、本発明の第1の実施例 ある光スイッチの構成を示す模式図である 図4Aには、図1Aに示した光スイッチのB-B線に ける部分断面が模式的に示されている。図4 Bには、図1Aに示した光スイッチのA-A線におけ る部分断面が模式的に示されている。
光学結晶板10~12は、電気光学結晶(KTN)より なり、その屈折率nは約2.2である。この電気 学結晶の、線状電極間に電圧5Vを印加したと き(電界印加時)の屈折率変化δnは-0.022である なお、光学結晶板10、12の厚さは、適宜に設 定可能であり、ここでは、ともに100μmである 。
入射光の波長λは460nmである。入射光の直径 D b は20μmである。電極部13a、13b、14a、14bの各線 電極の間隔S x は5μmである。各線状電極の幅E w は、5μmである。電極部13a、13b、14a、14bの厚 は、いずれも500nmである。
上記の条件において、光利用効率が高く、 つ、中間層である光学結晶板11の厚さ、す わち、一段目の電極部13a、13bの各線状電極 、二段目の電極部14a、14bの対応する線状電 とのZ軸方向の間隔S z を、最も薄くすることができる条件は、以下 のようになる。
電界印加によって屈折率が変化する電気光 結晶の屈折率変化領域の屈折率界面におい 入射光が全反射するときの臨界角θ m は81.9°で、電極部13a、13b、14a、14bの各線状電 極の電極長E l は141μmである。なお、電極長E l は141μmよりも長くても良い。
一次回折角θ d は2.4°である。一段目の電極部13aと二段目の 極部14aのY軸方向の間隔S y は95μmである。これら電極部13a、14a間におけ 透過光の光路長L l は239μmである。電極部13b、14bも、電極部13a、 14aと同様の関係である。
一段目の電極部13a、13bの各線状電極と、二 目の電極部14a、14bの対応する線状電極とのZ 軸方向の間隔(中間層である光学結晶板11の厚 さ)S z は、上述の式(8)を満たすように設定されてお り、ここでは、34μmである。
以上のような条件を満たす光スイッチに れば、一段目の電極部13a、13bおよび二段目 電極部14a、14bへの電圧供給が行われていな 状態において、電極部13a、13bからの通過光 よび一次回折光は、電極部14a、14bの線状電 間を必ず通る。したがって、通過光に加え 一次回折光を出力光として利用することが き、その結果、光の利用効率が向上し、消 比が改善される。
図5Aおよび図5Bは、本発明の第2の実施例 ある光スイッチの構成を示す模式図である 図5Aには、図1Aに示した光スイッチのB-B線に ける部分断面が模式的に示されている。図5 Bには、図1Aに示した光スイッチのA-A線におけ る部分断面が模式的に示されている。
光学結晶板10~12は、電気光学結晶(KTN)より なり、その屈折率nは約2.2である。この電気 学結晶の、線状電極間に電圧5Vを印加したと き(電界印加時)の屈折率変化δnは-0.022である なお、光学結晶板10、12の厚さは、適宜に設 定可能であり、ここでは、ともに100μmである 。
入射光の波長λは530nmである。入射光の直径 D b は20μmである。電極部13a、13b、14a、14bの各線 電極の間隔S x は5μmである。各線状電極の幅E w は、5μmである。電極部13a、13b、14a、14bの厚 は、いずれも500nmである。
上記の条件において、光利用効率が高く、 つ、一段目の電極部13a、13bの各線状電極と 二段目の電極部14a、14bの対応する線状電極 のZ軸方向の間隔S z を最も薄くすることができる条件は、以下の ようになる。
電界印加によって屈折率が変化する電気光 結晶の屈折率変化領域の屈折率界面におい 入射光が全反射するときの臨界角θ m は81.9°で、電極部13a、13b、14a、14bの各線状電 極の電極長E l は141μmである。なお、電極長E l は141μmよりも長くても良い。
一次回折角θ d は2.8°である。一段目の電極部13aと二段目の 極部14aのY軸方向の間隔S y は64μmである。これら電極部13a、14a間におけ 透過光の光路長L l は207μmである。電極部13b、14bも、電極部13a、 14aと同様の関係である。
一段目の電極部13a、13bの各線状電極と、二 目の電極部14a、14bの対応する線状電極とのZ 軸方向の間隔(中間層である光学結晶板11の厚 さ)S z は、上述の式(8)を満たすように設定されてお り、ここでは、29μmである。
以上のような条件を満たす光スイッチに れば、第1の実施例の場合と同様、電極部13a 、13bからの通過光および一次回折光は、電極 部14a、14bの線状電極間を必ず通る。したがっ て、通過光に加えて一次回折光を出力光とし て利用することができ、その結果、光の利用 効率が向上し、消光比が改善される。
図6Aおよび図6Bは、本発明の第3の実施例 ある光スイッチの構成を示す模式図である 図6Aには、図1Aに示した光スイッチのB-B線に ける部分断面が模式的に示されている。図6 Bには、図1Aに示した光スイッチのA-A線におけ る部分断面が模式的に示されている。
光学結晶板10~12は、電気光学結晶(KTN)より なり、その屈折率nは約2.2である。この電気 学結晶の、線状電極間に電圧5Vを印加したと き(電界印加時)の屈折率変化δnは-0.022である なお、光学結晶板10、12の厚さは、適宜に設 定可能であり、ここでは、ともに100μmである 。
入射光の波長λは620nmである。入射光の直径 D b は20μmである。電極部13a、13b、14a、14bの各線 電極の間隔S x は5μmである。各線状電極の幅E w は、5μmである。電極部13a、13b、14a、14bの厚 は、いずれも500nmである。
上記の条件において、光利用効率が高く、 つ、一段目の電極部13a、13bの各線状電極と 二段目の電極部14a、14bの対応する線状電極 のZ軸方向の間隔S z を最も薄くすることができる条件は、以下の ようになる。
電界印加によって屈折率が変化する電気光 結晶の屈折率変化領域の屈折率界面におい 入射光が全反射するときの臨界角θ m は81.9°で、電極部13a、13b、14a、14bの各線状電 極の電極長E l は141μmである。なお、電極長E l は141μmよりも長くても良い。
一次回折角θ d は3.6°である。一段目の電極部13aと二段目の 極部14aのY軸方向の間隔S y は34μmである。これら電極部13a、14a間におけ 透過光の光路長L l は177μmである。電極部13b、14bも、電極部13a、 14aと同様の関係である。
一段目の電極部13a、13bの各線状電極と、二 目の電極部14a、14bの対応する線状電極とのZ 軸方向の間隔(中間層である光学結晶板11の厚 さ)S z は、上述の式(8)を満たすように設定されてお り、ここでは、25μmである。
以上のような条件を満たす光スイッチに れば、第1の実施例の場合と同様、電極部13a 、13bからの通過光および一次回折光は、電極 部14a、14bの線状電極間を必ず通る。したがっ て、通過光に加えて一次回折光を出力光とし て利用することができ、その結果、光の利用 効率が向上し、消光比が改善される。
図7Aおよび図7Bは、本発明の第4の実施例 ある光スイッチの構成を示す模式図である 図7Aには、図1Aに示した光スイッチのB-B線に ける部分断面が模式的に示されている。図7 Bには、図1Aに示した光スイッチのA-A線におけ る部分断面が模式的に示されている。
光学結晶板10~12は、電気光学結晶(リチウ ナイオベート)よりなり、その屈折率nは約2. 286である。この電気光学結晶の、線状電極間 に電圧200Vを印加したとき(電界印加時)の屈折 率変化δnは-0.01である。なお、光学結晶板10 12の厚さは、適宜に設定可能であり、ここで は、ともに100μmである。
入射光の波長λは460nmである。入射光の直径 D b は20μmである。電極部13a、13b、14a、14bの各線 電極の間隔S x は3μmである。各線状電極の幅E w は、3μmである。電極部13a、13b、14a、14bの厚 は、いずれも500nmである。
上記の条件において、光利用効率が高く、 つ、一段目の電極部13a、13bの各線状電極と 二段目の電極部14a、14bの対応する線状電極 のZ軸方向の間隔S z を最も薄くすることができる条件は、以下の ようになる。
電界印加によって屈折率が変化する電気光 結晶の屈折率変化領域の屈折率界面におい 入射光が全反射するときの臨界角θ m は84.7°で、電極部13a、13b、14a、14bの各線状電 極の電極長E l は215μmである。なお、電極長E l は215μmよりも長くても良い。
一次回折角θ d は3.8°である。一段目の電極部13aと二段目の 極部14aのY軸方向の間隔S y は141μmである。これら電極部13a、14a間におけ る透過光の光路長L l は357μmである。電極部13b、14bも、電極部13a、 14aと同様の関係である。
一段目の電極部13a、13bの各線状電極と、二 目の電極部14a、14bの対応する線状電極とのZ 軸方向の間隔(中間層である光学結晶板11の厚 さ)S z は、上述の式(8)を満たすように設定されてお り、ここでは、33μmである。
以上のような条件を満たす光スイッチに れば、第1の実施例の場合と同様、電極部13a 、13bからの通過光および一次回折光は、電極 部14a、14bの線状電極間を必ず通る。したがっ て、通過光に加えて一次回折光を出力光とし て利用することができ、その結果、光の利用 効率が向上し、消光比が改善される。
図8Aおよび図8Bは、本発明の第5の実施例 ある光スイッチの構成を示す模式図である 図8Aには、図1Aに示した光スイッチのB-B線に ける部分断面が模式的に示されている。図8 Bには、図1Aに示した光スイッチのA-A線におけ る部分断面が模式的に示されている。
光学結晶板10~12は、電気光学結晶(リチウ ナイオベート)よりなり、その屈折率nは約2. 286である。この電気光学結晶の、線状電極間 に電圧200Vを印加したとき(電界印加時)の屈折 率変化δnは-0.01である。なお、光学結晶板10 12の厚さは、適宜に設定可能であり、ここで は、ともに100μmである。
入射光の波長λは530nmである。入射光の直径 D b は20μmである。電極部13a、13b、14a、14bの各線 電極の間隔S x は3μmである。各線状電極の幅E w は、3μmである。電極部13a、13b、14a、14bの厚 は、いずれも500nmである。
上記の条件において、光利用効率が高く、 つ、一段目の電極部13a、13bの各線状電極と 二段目の電極部14a、14bの対応する線状電極 のZ軸方向の間隔S z を最も薄くすることができる条件は、以下の ようになる。
電界印加によって屈折率が変化する電気光 結晶の屈折率変化領域の屈折率界面におい 入射光が全反射するときの臨界角θ m は84.7°で、電極部13a、13b、14a、14bの各線状電 極の電極長E l は215μmである。なお、電極長E l は215μmよりも長くても良い。
一次回折角θ d は4.4°である。一段目の電極部13aと二段目の 極部14aのY軸方向の間隔S y は94μmである。これら電極部13a、14a間におけ 透過光の光路長L l は310μmである。電極部13b、14bも、電極部13a、 14aと同様の関係である。
一段目の電極部13a、13bの各線状電極と、二 目の電極部14a、14bの対応する線状電極とのZ 軸方向の間隔(中間層である光学結晶板11の厚 さ)S z は、上述の式(8)を満たすように設定されてお り、ここでは、29μmである。
以上のような条件を満たす光スイッチに れば、第1の実施例の場合と同様、電極部13a 、13bからの通過光および一次回折光は、電極 部14a、14bの線状電極間を必ず通る。したがっ て、通過光に加えて一次回折光を出力光とし て利用することができ、その結果、光の利用 効率が向上し、消光比が改善される。
図9Aおよび図9Bは、本発明の第6の実施例 ある光スイッチの構成を示す模式図である 図9Aには、図1Aに示した光スイッチのB-B線に ける部分断面が模式的に示されている。図9 Bには、図1Aに示した光スイッチのA-A線におけ る部分断面が模式的に示されている。
光学結晶板10~12は、電気光学結晶(リチウ ナイオベート)よりなり、その屈折率nは約2. 286である。この電気光学結晶の、線状電極間 に電圧200Vを印加したとき(電界印加時)の屈折 率変化δnは-0.01である。なお、光学結晶板10 12の厚さは、適宜に設定可能であり、ここで は、ともに100μmである。
入射光の波長λは620nmである。入射光の直径 D b は20μmである。電極部13a、13b、14a、14bの各線 電極の間隔S x は3μmである。各線状電極の幅E w は、3μmである。電極部13a、13b、14a、14bの厚 は、いずれも500nmである。
上記の条件において、光利用効率が高く、 つ、一段目の電極部13a、13bの各線状電極と 二段目の電極部14a、14bの対応する線状電極 のZ軸方向の間隔S z を最も薄くすることができる条件は、以下の ようになる。
電界印加によって屈折率が変化する電気光 結晶の屈折率変化領域の屈折率界面におい 入射光が全反射するときの臨界角θ m は84.7°で、電極部13a、13b、14a、14bの各線状電 極の電極長E l は215μmである。なお、電極長E l は215μmよりも長くても良い。
一次回折角θ d は5.2°である。一段目の電極部13aと二段目の 極部14aのY軸方向の間隔S y は49μmである。これら電極部13a、14a間におけ 透過光の光路長L l は264μmである。電極部13b、14bも、電極部13a、 14aと同様の関係である。
一段目の電極部13a、13bの各線状電極と、二 目の電極部14a、14bの対応する線状電極とのZ 軸方向の間隔(中間層である光学結晶板11の厚 さ)S z は、上述の式(8)を満たすように設定されてお り、ここでは、25μmである。
以上のような条件を満たす光スイッチに れば、第1の実施例の場合と同様、電極部13a 、13bからの通過光および一次回折光は、電極 部14a、14bの線状電極間を必ず通る。したがっ て、通過光に加えて一次回折光を出力光とし て利用することができ、その結果、光の利用 効率が向上し、消光比が改善される。
以上の説明において、図1Aから図9Bにおい ては、便宜上、3つの光学結晶板10~12からなる 積層構造が示されているが、実際の光スイッ チは、高温高圧下で各光学結晶板10~12を貼り わせることで作製されるので、光学結晶板 境界面は存在しない。すなわち、実際の光 イッチは、電気光学結晶に電界を印加する めの複数の電極部が光学結晶板内部に一定 向に配置された構造(電極部13a、13b、14a、14b が光学結晶板内部に配置された構造)を備え 。
以下に、光学結晶板内部に複数の電極部 一定方向に配置された構造を提供可能な電 形成方法について説明する。
[電極形成方法]
次に、光スイッチの電極形成方法について
体的に説明する。
図10A~図10Iは、光スイッチの電極形成方法 の一手順を示す断面工程図である。
まず、電気光学結晶90の表面にレジスト91 を塗布する(図10Aの工程)。次に、電極パター が形成されたマスク92を用いて、レジスト91 が塗布された面をマスキングし、その塗布面 を露光する(図10Bの工程)。次に、レジスト91 露光された部分を除去する(図10Cの工程)。
次に、露光部分が除去されたレジスト91 マスクとして用いて、電気光学結晶90の露出 した表面をエッチングする(図10Dの工程)。エ チング材料は、フッ化水素等である。
次に、電気光学結晶90のエッチングされ 部分に電極材料(金、白金など)を堆積して電 極93を形成し(図10Eの工程)、その後、レジス 91を除去する(図10Fの工程)。次に、電気光学 晶90の表面と電極93の表面とが同じ高さにな るように、それらの面を研磨する(図10Gの工 )。
次に、電気光学結晶90の電極93が形成され た面と、同様に図10A~図10Gの工程で電極96が形 成された電気光学結晶95の電極96と対向する とを、移動方向に沿って動かしながら結晶 置を調整した後、高温、高圧の条件下で密 させることで、電気光学結晶90、95を貼り合 せる(図10Hの工程)。この貼り合わせ工程に いて、電気光学結晶90、95の貼り合わせる面 、十分な平坦度を有する面に加工してある のとする。
最後に、電気光学結晶95の電極96が形成さ れた面と電気光学結晶97の一方の面とを、高 、高圧の条件下で密着させることで、電気 学結晶95、97を貼り合わせる(図10Iの工程)。 の貼り合わせ工程において、電気光学結晶9 5、97の貼り合わせる面は、十分な平坦度を有 する面に加工してあるものとする。
上述の図10A~図10Iの工程を適用することで 、図1Aに示した光学結晶板11、12への電極部13a 、13b、14a、14bの形成、および光学結晶板10~12 貼り合わせを行うことができる。
本発明の光スイッチは、光通信装置、画 表示装置や画像形成装置等に適用すること できる。以下に、光スイッチの適用例とし 、画像表示装置および画像形成装置を説明 る。
[画像表示装置]
本発明の光スイッチを備える画像表示装置
構成について説明する。
図11は、画像表示装置の一例を示す模式 である。この画像表示装置は、レーザ光源10 2、103、104、コリメータレンズ105、106、107、 射ミラー108、ダイクロイックミラー109、110 水平走査ミラー115、垂直走査ミラー116、お び光スイッチ118、119、120を収容した筐体100 有する。光スイッチ118、119、120は、本発明 光スイッチである。
レーザ光源102からのレーザ光の進行方向 、コリメータレンズ105、光スイッチ118、お び反射ミラー108が順に配置されている。コ メータレンズ105からの平行光束が光スイッ 118に入射する。光スイッチ118は、不図示の 御部から供給される制御信号に応じて動作 る。制御信号がオンの期間(電圧供給期間) 、光スイッチ118の電極部に電圧が印加され 屈折率変化領域が形成されるため、その屈 率変化領域にて入射光が反射される。この 射光は、反射ミラー108へ向かう光路から外 る。制御信号がオフの期間(電圧供給停止期 )は、入射光は光スイッチ118を透過して反射 ミラー108へ向かう。
レーザ光源103からのレーザ光の進行方向 、コリメータレンズ106、光スイッチ119、お びダイクロイックミラー109が順に配置され いる。コリメータレンズ106からの平行光束 光スイッチ119に入射する。光スイッチ119に いても、光スイッチ118と同様な動作が行わ る。制御信号がオンの期間(電圧供給期間) 、屈折率変化領域にて入射光が反射され、 の反射光は、ダイクロイックミラー109へ向 う光路から外れる。制御信号がオフの期間( 圧供給停止期間)は、入射光は光スイッチ119 を透過してダイクロイックミラー109へ向かう 。
レーザ光源104からのレーザ光の進行方向 、コリメータレンズ107、光スイッチ120、お びダイクロイックミラー110が順に配置され いる。コリメータレンズ107からの平行光束 光スイッチ120に入射する。光スイッチ120に いても、光スイッチ118と同様な動作が行わ る。制御信号がオンの期間(電圧供給期間) 、屈折率変化領域にて入射光が反射され、 の反射光は、ダイクロイックミラー110へ向 う光路から外れる。制御信号がオフの期間( 圧供給停止期間)は、入射光は光スイッチ120 を透過してダイクロイックミラー110へ向かう 。
ダイクロイックミラー109は、光スイッチ1 19からの光束と反射ミラー108にて反射された 束とが交差する位置に設けられている。ダ クロイックミラー109は、光スイッチ119から 光を反射し、反射ミラー108からの光を透過 るような波長選択特性を有している。
ダイクロイックミラー110は、光スイッチ1 20からの光束とダイクロイックミラー109から 光束とが交差する位置に設けられている。 イクロイックミラー109は、光スイッチ120か の光を反射し、ダイクロイックミラー109か の光を透過するような波長選択特性を有し いる。
水平走査ミラー115は、ダイクロイックミ ー110からの光束の進行方向に配置されてお 、不図示の制御部からの水平走査制御信号 よりその動作が制御される。垂直走査ミラ 116は、水平走査ミラー115からの光束の進行 向に配置されており、不図示の制御部から 垂直走査制御信号によりその動作が制御さ る。
レーザ光源102、103、104として、R、G、Bの3 原色に対応する色のレーザ光を出射する光源 を用いる。光スイッチ118、119、120をオンオフ 制御し、かつ、水平走査ミラー115および垂直 走査ミラー116を制御することで、スクリーン 117上に、カラー画像を表示することができる 。
[画像形成装置]
本発明の光スイッチを備える画像形成装置
構成について説明する。
図12は、画像形成装置の一例を示す模式 である。この画像形成装置は、筐体200、fθ ンズ223および感光体224を有する。レーザ光 202、コリメータレンズ205、反射ミラー208、 査ミラー222、および光スイッチ218が、筐体20 0内に収容されている。光スイッチ218は、本 明の光スイッチである。
レーザ光源202からのレーザ光の進行方向 、コリメータレンズ205、光スイッチ218、お び反射ミラー208が順に配置されている。コ メータレンズ205からの平行光束が光スイッ 218に入射する。光スイッチ218は、不図示の 御部から供給される制御信号に応じて動作 る。制御信号がオンの期間(電圧供給期間) 、光スイッチ218の電極部に電圧が印加され 屈折率変化領域が形成されるため、その屈 率変化領域にて入射光が反射される。この 射光は、反射ミラー208へ向かう光路から外 る。制御信号がオフの期間(電圧供給停止期 )は、入射光は光スイッチ218を透過して反射 ミラー208へ向かう。
走査ミラー222は、反射ミラー208からの光 の進行方向に配置されており、不図示の制 部からの走査制御信号によりその動作が制 される。走査ミラー222からの光は、fθレン 223を介して感光体224に照射される。
光スイッチ218をオンオフ制御し、かつ、 査ミラー222を制御することで、感光体224上 画像を形成するができる。
以上説明した実施形態は、本発明の一例 あり、その構成は、発明の趣旨を逸脱しな 範囲で適宜に変更することができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明 たが、本発明は上述した実施形態に限定さ るものではない。本発明の構成および動作 ついては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲 おいて、当業者が理解し得る様々な変更を うことができる。
この出願は、2008年4月4日に出願された日 出願特願2008-098201を基礎とする優先権を主 し、その開示の全てをここに取り込む。
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