JP2004258398A

JP2004258398A - Optical device

Info

Publication number: JP2004258398A
Application number: JP2003049814A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakamura; 謙治中村; Yukihisa Kajiyama; 幸久梶山
Original assignee: TNK INCUBATION KK
Current assignee: TNK INCUBATION KK
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device to which a light controlling mirror layer containing hydrides of rare earth metals such as a magnesium-nickel system alloy thin film is applied and which has a simple structure, satisfactory accuracy and excellent reliability of operation. <P>SOLUTION: In the optical device, a light incident part 2 into which light is made incident, light exiting parts 3 and 4 from which light exits and a light controlling mirror layer 5 whose physical property is converted into a mirror surface film and a transparent film are provided at a prism (a base body) 1 through which light can pass. When the physical property of the light controlling mirror layer 5 is converted into the mirror surface film, light made incident from the light incident part 2 is reflected by the mirror surface film to reach the light exiting part 3 and when the physical property of the light controlling mirror layer 5 is converted into the transparent film, the light is transmitted through the transparent film to reach the light exiting part 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光スイッチ、分岐器（減衰器）などの光デバイスに関し、特に、マグネシウム・ニッケル系合金薄膜などの希土類金属の水素化物の薄膜を用いた光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９９６年に希土類金属の水素化物からなる薄膜が、鏡の状態から光を透過させる透明な状態に物性変換する性質を有することが知られるようになり、その後、マグネシウム・ニッケル系合金薄膜が金属鏡面膜と透明膜とに変換することが、２００１年５月１４日米国発行のＡＰＰＬＩＥＤＰＨＹＳＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳＶＯＬＵＭＥ７８ＮＵＭＢＥＲ２０にて明らかにされ、さらに、米国特許出願公開ＵＳ２００２／００４４７１７Ａ１号として公開されている。また、マグネシウム・ニッケル系合金薄膜の構造を調製することにより、電解質を用いて鏡面状態と透明状態とに電気的に制御できることも知られている（非特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許出願公開ＵＳ２００２／００４４７１７Ａ１号明細書
【非特許文献１】
ＡＰＰＬＩＥＤＰＨＹＳＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳＶＯＬＵＭＥ７８ＮＵＭＢＥＲ２０、２００１年５月１４日
【非特許文献２】
「光学特性に優れた調光ミラー薄膜材料を開発」、独立行政法人産業技術総合研究所、２００２年１２月１７日発表、インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｉｓｔ＿ｊ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／ｐｒ２００２／ｐｒ２００２１２１７／ｐｒ２００２１２１７．ｈｔｍｌ）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した調光ミラー材料は、現在のところ、実現性ある用途としては、建物の窓ガラスあるいは自動車の窓ガラスとしての用途が検討されているのみである。すなわち、鏡面状態とすることによって外部からの太陽光を遮蔽する機能をもたせることで、省エネルギー効果を企図したものであるが、窓ガラス以外で実現性のある用途は未だ提供されていない。
【０００５】
本発明は上記した点に鑑みなされたものであり、希土類金属の水素化物を含む薄膜を調光ミラー層として用いた新規なる光デバイスであって、構造が簡単で、精度が良く、動作の信頼性に優れるなどの特徴を有する光デバイスを提供し、もって調光ミラー材料の新たな用途を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、光の入射部および出射部を備えた基体に、
鏡面膜と透明膜の少なくとも一方になるように物性変換する希土類金属の水素化物を含む調光ミラー層を設け、
前記調光ミラー層が鏡面膜に物性変換されたときは、入射部から入射した光が鏡面膜にて反射して出射部に至り、該調光ミラー層が透明膜に物性変換されたときは、光が透明膜を透過して出射部に至ることを特徴とする光デバイスを提供する。
請求項２記載の本発明では、前記調光ミラー層は、印加電圧を制御することにより、透明膜から鏡面膜に又は鏡面膜から透明膜に物性変換する構成であることを特徴とする請求項１記載の光デバイスを提供する。
請求項３記載の本発明では、前記調光ミラー層は、印加電圧の大きさを制御することにより透過率及び反射率が変化する構成であることを特徴とする請求項１又は２記載の光デバイスを提供する。
請求項４記載の本発明では、前記基体がプリズムからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の光デバイスを提供する。
請求項５記載の本発明では、前記プリズムの入射部および出射部の少なくとも一方に集光レンズ部を備えたことを特徴とする請求項４記載の光デバイスを提供する。
請求項６記載の本発明では、前記基体が光経路となるフェル−ルを取り付けたセルからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の光デバイスを提供する。
請求項７記載の本発明では、前記基体が光導波路を形成したセルからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の光デバイスを提供する。
請求項８記載の本発明では、前記基体を複数個組み合わせてなり、少なくとも１つの入射部と、各調光ミラー層へ印加する電圧を制御することにより形成される複数の光経路と、複数の出射部とを設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の光デバイスを提供する。
請求項９記載の本発明では、入射部と出射部とを結ぶ光経路の切り換え部に前記調光ミラー層が配設され、印加する電圧を制御して該調光ミラー層を鏡面膜から透明膜に又は透明膜から鏡面膜に物性変換して光経路を切り換える光スイッチとしたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の光デバイスを提供する。
請求項１０記載の本発明では、入射部と出射部とを結ぶ光経路の切り換え部に前記調光ミラー層が配設され、印加する電圧を制御して該調光ミラー層を鏡面膜から透明膜に又は透明膜から鏡面膜に物性変換して光経路を切り換えることにより、前記出射部から出射する光によって表示される表示面を切り換え可能とした表示装置であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の光デバイスを提供する。
請求項１１記載の本発明では、入射部と出射部とを結ぶ光経路の分岐部に前記調光ミラー層が配設された分岐器であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の光デバイスを提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を更に詳しく説明する。
本発明の光デバイスは、光が通行可能な基体に対して、光が入射される入射部および出射される出射部と、鏡面膜と透明膜の少なくとも一方になるように物性変換する希土類金属の水素化物を含む調光ミラー層とを設け、この調光ミラー層が鏡面膜に物性変換されたときは、入射部から入射した光が鏡面膜にて反射して出射部に至り、該調光ミラー層が透明膜に物性変換されたときは、光が透明膜を透過して出射部に至るものである。
【０００８】
先ず、図１に基づき本発明の第１の実施形態に係る光デバイスを説明する。この光デバイスは、透明なガラスや樹脂などからなる四角柱形状のプリズム１からなる基体に対して、入射部２および２個所の出射部３，４と、調光ミラー層５とを設けたものである。
より詳細には、このプリズム１は、２つの三角柱形状のもを、斜面同士を付き合わせて形成され、該斜面に、調光ミラー層５を設けたものである。そして、プリズム１のいずれかの面に電極（図示せず）を設け、該電極と調光ミラー層５とを電気的に接続することにより、調光ミラー層５に対して電圧を印加可能としたものである。調光ミラー層５としては、例えば、上記した非特許文献２に開示されたもの、すなわち、希土類金属の水素化物からなる薄膜であるマグネシウム・ニッケル系合金薄膜に、電解質層を組み合わせたものを用いることができる。
【０００９】
かかる光デバイスにおいては、調光ミラー層５が鏡面膜に物性変換すると、入射した光が鏡面膜にて反射して出射部３に至り、透明膜に物性変換すると、入射した光が透明膜を透過して出射部４に至る。また、印加する電圧の大きさを制御すればその透過率及び反射率を変化させることができる。
したがって、調光ミラー層５を設けたプリズム１に対して、鏡面膜と透明膜とになるように電圧の印加方向を切り換え制御してスイッチングすることにより、光経路を切り換え、２個所の出射部３，４のいずれから光が出射するかで信号が切り換えられる光スイッチが構成される。
一方、出射部３，４から出射する光によって何らかの表示を行うディスプレイやプロジェクターに用いた場合には、プリズム１の２個所の出射部３，４のいずれから光が出射するかで表示が切り換えられる表示装置とすることができる。
なお、図２に示すように、必要に応じて、プリズム１の出射部３，４に集光レンズ部３ａ，４ａを備えるようにしても良い。また、図示しないが、入射部２にも集光レンズ部を設けても良い。
【００１０】
上記実施形態においては、基体をプリズム１から構成し、このプリズム１に対して、入射部２、出射部３，４および調光ミラー層５を設けたが、図３に示すように、光経路８ａを備え、光ファイバー６を接続したフェル−ル７が差し込まれるセル８から基体を構成しても良い。図３に示した態様では、光経路８ａがＴ字状に形成され、それぞれに対応してフェルール７が接続されており、光経路８ａの交差部を斜めに横切って調光ミラー層５が設けられている。これにより、矢印方向から入射する光は、調光ミラー層５へ印加する電圧を制御することにより、透明膜に変換した場合には直進し、鏡面膜に変換した場合には、約９０度方向を転換して出射部に至ることになる。なお、基体としては、図４に示したように、光導波路９をＴ字状に形成してなるセル１０から構成し、図３と同様に、その交差部に、斜めに横切る調光ミラー層５を配設した構造とすることもできる。
【００１１】
図１〜図４に示した各態様の場合、例えば、図５に示すように、プリズム１などの基体を複数個組み合わせて、複数の出力チャンネルを形成するようにしても良い。すなわち、入射部２から入射した光を、各プリズム１に配置した調光ミラー層５を制御することにより、そのまま直進させて出射部４から出射させたり、任意のプリズム１における直交方向の出射部３から出射させたりすることができる。例えば、図５の左側のプリズム１に設けられた調光ミラー層５を透明膜に制御し、右側のプリズム１に設けられた調光ミラー層５を鏡面膜に制御した場合には、入射部２から入射した光は、左側のプリズム１を直進した後、右側のプリズム１に至り、右側の調光ミラー層５において直交方向に反射され、該右側のプリズム１に形成された出射部３から出射する。
【００１２】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る光デバイスである。
この実施形態は、図１に示したプリズム１を多数組み合わせてなる多チャンネルの光スイッチとしたものである。
この光スイッチは、スイッチング制御を行うことで、１つのプリズム１からの光が、いずれかのプリズム１に設けた調光ミラー層５により透過又は反射されて、信号が切り換えられる。すなわち、プリズム１が縦横でＭ個とＮ個とすると、Ｍ個の入力チャンネルで、Ｎ個の出力チャンネルの光スイッチとなる。
【００１３】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る光デバイスである。
この実施形態は、光の入射側に縦に配列されるプリズム１１として、斜め４５度に奥行き方向に傾斜した入射部を形成する傾斜面１１ａを有し、平面からみた際には、図７（ｂ）に示したように、入射側を形成する傾斜面１１ａの辺が隣接する左右辺間に直角で交わり、出射側の辺が斜め４５度で交わる台形に形成され、側面からみた際には、図７（ｃ）に示したように、入射側を形成する端面１１ａの辺が隣接する上下辺間で斜め４５度で交わり、出射側の辺が直角で交わる台形に形成された角柱形状のものを用い、このプリズム１１に対して、図７（ｂ）に示したように、平面からみて平行四辺形に形成された角柱形状のプリズム１２を隣接して配置している。そして、プリズム１１及びプリズム１２の各傾斜面１１ａ，１２ａに、調光ミラー層５を設けている。
【００１４】
これにより、入射した光は、プリズム１１の傾斜面１１ａの調光ミラー層５が鏡面膜の状態では、下方に反射され、透明膜の状態では反射されずに直進する。プリズム１１の傾斜面１１ａを直進して通過した後、隣接するプリズム１２の傾斜面１２ａに設けられた調光ミラー層５が鏡面膜状態の場合には、光は前方に反射する。すなわち、本実施形態の場合には、各プリズム１１，１２の傾斜面１１ａ，１２ａに設けられる調光ミラー層５への印加電圧の制御により、光の出射方向を三次元に制御可能な多チャンネルの光スイッチとすることができる。
【００１５】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る光デバイスである。
この実施形態の光スイッチは、それぞれ、光経路となる光ファイバー１５を接続した複数の多芯フェル−ル１６を取り付け、かつ、光導波路１７を有するセル１８から基体を構成したものであり、図３で示した態様の変形である。
すなわち、方形状のセル１８を複数個横に並べ、各セル１８には、直進方向と直交方向とに光導波路１７を形成し、その交差部に調光ミラー層２４〜２６を設けたものである。従って、かかる光スイッチにおいては、調光ミラー層２４〜２６に印加する電圧を適宜に制御し、スイッチングを行うことで、入射部１９から入射した光を、任意の出射部２０〜２３を介して出射させることができる。例えば、調光ミラー層２４〜２６の全てを透明膜に変換した場合には、入射部１９から入射した光は直進し、出射部２３から出射させるように制御でき、入射側から１番目に配置された調光ミラー層２４を透明膜に、２番目に配置された調光ミラー層２５を鏡面膜に、それぞれ変換した場合には、該調光ミラー層２５により反射され、入射側から２番目のセル１８に形成された出射部２１から出射させるように制御できる。
【００１６】
図９は、本発明の第５の実施形態に係る光デバイスである。
この実施形態の光デバイスは、多数のプリズム２７に設けたそれぞれの出射部から出射させる光の色彩を制御することにより、ディスプレイとしたものである。
このディスプレイを構成する各プリズム２７は、図１０（ａ）に示したように、三角形の上面がテーパ状に傾斜してなる三角柱形状のプリズム片２８を３つ組み合わせて構成される。各プリズム片２８は、例えば、次のように形成する。すなわち、図１０（ｂ），（ｃ）に示したように、テーパ状の上面に調光ミラー層３０を設け、３つの側面のうちの１つについては、全面に第１の絶縁層３１を形成する。他の２つの側面と三角形に形成された底面については、図１０（ｃ）に示したように、これらを左右に２つに区分する第２の絶縁層３２を形成する。第２の絶縁層３２により２つに区分される領域に電極３３，３４を形成する。そして、第２の絶縁層３２によって区分された底面のそれぞれに、通電線３５，３６を接続する。通電線３５，３６を介して印加される電圧の印加方向を制御することにより、調光ミラー層３０が鏡面膜となったり、透明膜となったりする。
【００１７】
プリズム片２８を３つ組み合わせてなるプリズム２７を、図９に示したように多数組み合わせ、プリズム２７の集合体からなるディスプレイが形成される。
このディスプレイの周囲の６箇所に、Ｒ（赤）、Ｂ（青）、Ｇ（緑）の３色の光源３７を配置し、各光源３７からの光を各プリズム２７に対して照射する。この際、各プリズム２７に設けられた調光ミラー層３０を、印加電圧を制御することにより、透明膜としたり反射膜としたりすることができるため、表示される色彩を種々に調整することが可能となる。なお、各プリズム２７の組み合わせ数は任意であり、それにより、ディスプレイ自体の形状も種々の形状とすることができる。また、光源３７の位置も限定されるものではない。
【００１８】
図１１は、本発明の第６の実施形態に係る光デバイスである。
この実施形態においては、基体を構成するセル４０に直線状の第１の光導波路４１を形成すると共に、第１の光導波路４１に一部を隣接させて第２及び第３の２つの光導波路４２，４３を形成して分岐器を構成したものである。第１の光導波路４１と第２の光導波路４２との隣接部には、第１の調光ミラー層４４が介在配置され、第１の光導波路４１と第３の光導波路４３との隣接部には、第２の調光ミラー層４５が介在配置されている。
【００１９】
ここで、光導波路は、近接して配置されている場合には、一方の光導波路から進入した光は、隣接する他方の光導波路に進入するという性質を有する。従って、第１の光導波路４１の一端４１ａから光を入射すると、第２及び第３の２つの光導波路４２，４３に進入し、各光導波路４２，４３の端部から光が出射しようとする。この際、例えば、第１の調光ミラー層４４が鏡面膜となるように制御し、第２の調光ミラー層４５が透明膜となるように制御すれば、第１の光導波路４１を通過した光は、第２の調光ミラー層４５を通過して、第３の光導波路４３を経由して出射する。また、第１及び第２の調光ミラー層４４，４５を共に透明膜に変換すれば、第２及び第３の光導波路４２，４３を経由して２カ所から光が出射する。
なお、光の入射方向を逆にし、第２及び第３の光導波路４２，４３の端部から光を入射させ、第１の光導波路４１を経由して出射させる構成とすることにより、結合器（光カップラ）とすることもできる。
【００２０】
また、調光ミラー層４４，４５は、印加する電圧の大きさによって、鏡面膜と透明膜との間の中間状態を維持できるという性質を有する。従って、印加する電圧を制御することにより、光の透過率及び反射率を制御することができる。このため、上記の分岐器において、各調光ミラー層４４，４５の光の透過率を制御することにより、減衰器（アッテネータ）として用いることができる。
この点は、上記各実施形態の構成においても同様であり、各実施形態で用いた調光ミラー層に供給する印加電圧の大きさを制御して、光を減衰させることが可能である。
【００２１】
以上、述べた光デバイスによると、次のような利点がある。
すなわち、近年の光通信用キーコンポーネントとしての光スイッチは、波長多重化技術の導入などに伴い、高密度化や多チャンネル化が要求されている。
従来の光スイッチは、例えば、特開平１１−２９５６２３号公報に示すように、光ファイバー先端のフェル−ルを移動して位置決めしてスイッチングを行うなどして機械的に光路を切り換える機械型のものである。
また、ミラーの角度を変化させて、光の反射方向を制御するミラー型光スイッチもある。
【００２２】
しかし、これら従来の光スイッチは、フェル−ルを移動させたり、ミラーの角度を変化させるなど、空間内で何かを動かす可動部を設けて、機能を果たそうとするものであり、構造的に複雑であり、可動部があるため、情報伝達ロスにも繋がり精度が落ち、故障も生じ易い。また、何らかの駆動手段が必要であるため、経済的に不利であると共に、耐久性にも落ちる。特に、多数の入力部に対して多数の出力部を有する多チャンネルのものでは、可動部が多くなるため、構造がより複雑化して、容易には形成できない。
【００２３】
これに対して、本構成の光スイッチ、ディスプレイおよび分岐器などの光デバイスは、プリズム１やセル８などの基体に設けた調光ミラー層の特性を利用して、該調光ミラー層を鏡面膜と透明膜とに選択的に物性変換させることで、出力する信号を切り換えたり、出射部に設けられた表示面を切り換えたり、あるいは、入射部と出射部とを結ぶ光経路の分岐方向を容易に切り換えたり、減衰させたりすることができ、空間内で何かを動かす可動部がない。
【００２４】
このため、構造的に簡単であり、精度に優れ、情報伝達ロスも少ない。また、故障も生じ難く、機械的な駆動手段が全く不要であるため、小型化を図れると共に、経済的に優れ、また耐久性にも優れている。特に、可動部がないため、従来製造が困難であった多チャンネルの光デバイスを容易に形成できる利点がある。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の光デバイスは、プリズムやセルなどの基体に設けたマグネシウム・ニッケル系合金薄膜などの希土類金属の水素化物を含む調光ミラー層の特性を利用して、印加電圧を制御するのみで光経路の切り換えを容易に行うことができ、光経路を切り換えるに当たって空間内で何かを動かす機械的可動部がなく、構造的に簡単であり、精度に優れ、情報伝達ロスも少なく、故障も生じ難い。また、小型化を図り易く、経済的に優れると共に、耐久性にも優れている。また、調光ミラー層に対する供給電圧を制御することにより、容易に光を減衰させることもでき、種々の用途の光デバイスとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイスを説明するための概略図である。
【図２】図２は、同上の実施形態に係る光デバイスの別の例を説明するための概略図である。
【図３】図３は、同上の実施形態に係る光デバイスの別の例を説明するための概略図である。
【図４】図４は、同上の実施形態に係る光デバイスの別の例を説明するための概略図である。
【図５】図５は、同上の実施形態に係る光デバイスの別の例を説明するための概略図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る光デバイスを説明するための概略図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る光デバイスを説明するための概略図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係る光デバイスを説明するための概略的な斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態に係る光デバイスを説明するための概略図である。
【図１０】図１０（ａ）は、上記第５の実施形態に係る光デバイスを構成するプリズムの構造を示す図であり、図１０（ｂ）は該プリズムを構成するプリズム片の構造を示す図であり、図１０（ｃ）は（ｂ）の展開図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６の実施形態に係る光デバイスを説明するための概略図である。
【符号の説明】
１プリズム
２入射部
３出射部
４出射部
５調光ミラー層
６光ファイバー
７フェル−ル
８セル
９光導波路
１０セル
１１，１２プリズム
１３プリズム
１４プリズム
１５光ファイバー
１６多芯フェル−ル
１７光導波路
１８セル
１９入射部
２０〜２３出射部
２４〜２６調光ミラー層
２７プリズム
２８プリズム片
３０調光ミラー層
４１，４２，４３光導波路
４４，４５調光ミラー層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical device such as an optical switch and a branching device (attenuator), and more particularly to an optical device using a thin film of a hydride of a rare earth metal such as a magnesium-nickel alloy thin film.
[0002]
[Prior art]
In 1996, it has been known that a thin film made of a hydride of a rare earth metal has a property of converting physical properties from a mirror state to a transparent state that allows light to pass therethrough. The conversion into a surface film and a transparent film was revealed in APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME78 NUMBER20 issued on May 14, 2001 in the United States, and further disclosed as US Patent Application Publication No. US2002 / 0044717A1. It is also known that by adjusting the structure of a magnesium-nickel alloy thin film, it is possible to electrically control a mirror state and a transparent state using an electrolyte (see Non-Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
US Patent Application Publication US2002 / 0044717A1 [Non-Patent Document 1]
APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 78 NUMBER 20, May 14, 2001 [Non-Patent Document 2]
"Development of a light control mirror thin film material with excellent optical properties", announced by the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, December 17, 2002, the Internet (URL: http://www.aist.go.jp/aist_j/ press_release / pr2002 / pr2002217 / pr2002217.html)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, at present, the above-mentioned light modulating mirror material is only considered as a feasible application as a window glass of a building or a window glass of an automobile. In other words, the mirror-finished state has a function of shielding sunlight from the outside, thereby contributing to an energy saving effect. However, a feasible application other than a window glass has not yet been provided.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and is a novel optical device using a thin film containing a hydride of a rare earth metal as a light control mirror layer, and has a simple structure, high accuracy, and reliable operation. It is an object of the present invention to provide an optical device having characteristics such as excellent light-emitting properties, and to provide a new use of the light control mirror material.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the present invention according to claim 1, a substrate provided with a light incident portion and a light emitting portion includes:
Providing a dimming mirror layer containing a hydride of a rare earth metal that converts physical properties to be at least one of a mirror surface film and a transparent film,
When the light modulating mirror layer has been converted to a mirror film, the light incident from the incident portion is reflected by the mirror film to reach the light emitting portion, and when the light modulating mirror layer has been converted to the transparent film, In addition, the present invention provides an optical device characterized in that light passes through a transparent film and reaches an emission part.
In the present invention according to claim 2, the dimming mirror layer is configured to convert physical properties from a transparent film to a mirror film or from a mirror film to a transparent film by controlling an applied voltage. 1. An optical device according to item 1.
According to the third aspect of the present invention, the light control mirror layer has a configuration in which the transmittance and the reflectance change by controlling the magnitude of an applied voltage. Provide a device.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical device according to any one of the first to third aspects, wherein the base is made of a prism.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the optical device according to the fourth aspect, wherein at least one of the entrance and the exit of the prism is provided with a condenser lens.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the optical device according to any one of the first to third aspects, wherein the base comprises a cell to which a ferrule serving as an optical path is attached.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the optical device according to any one of the first to third aspects, wherein the base comprises a cell in which an optical waveguide is formed.
In the present invention according to claim 8, a plurality of the bases are combined, at least one incident part, a plurality of light paths formed by controlling a voltage applied to each light control mirror layer, and a plurality of light paths. An optical device according to any one of claims 1 to 7, further comprising an emission unit.
According to the ninth aspect of the present invention, the dimming mirror layer is disposed in a switching part of an optical path connecting the incident part and the emitting part, and the applied voltage is controlled so that the dimming mirror layer is transparent from the mirror surface film. The optical device according to any one of claims 1 to 8, wherein the optical device is configured to convert an optical path by converting physical properties from a film or a transparent film to a mirror surface film.
According to the tenth aspect of the present invention, the dimming mirror layer is disposed in a switching part of an optical path connecting the incident part and the emission part, and the applied light is controlled so that the dimming mirror layer is transparent from the mirror surface film. The display device according to claim 1, wherein a display surface displayed by light emitted from the emission unit can be switched by changing a physical path from a film or a transparent film to a mirror surface film and switching an optical path. -The optical device according to any one of Items 1 to 8, is provided.
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a branching device in which the dimming mirror layer is disposed at a branching part of an optical path connecting an incident part and an emitting part. An optical device according to item 1 is provided.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the drawings.
The optical device of the present invention is directed to a base through which light can pass, an incidence part where light enters, and an emission part where light exits, and a rare-earth metal of a rare-earth metal that converts physical properties so as to be at least one of a mirror film and a transparent film. A light-controlling mirror layer containing a hydride is provided, and when the light-controlling mirror layer is converted into a mirror-finished film, light incident from the incident part is reflected by the mirror-finished film to reach the light outgoing part, and When the physical properties of the mirror layer are converted into a transparent film, the light passes through the transparent film and reaches the emission portion.
[0008]
First, an optical device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This optical device is a device in which an incident part 2, two emission parts 3 and 4, and a light control mirror layer 5 are provided on a base made of a prism 1 having a rectangular prism shape made of transparent glass or resin. It is.
More specifically, the prism 1 is formed by joining two triangular prisms with slopes attached to each other, and providing a dimming mirror layer 5 on the slope. By providing an electrode (not shown) on any surface of the prism 1 and electrically connecting the electrode to the light control mirror layer 5, a voltage can be applied to the light control mirror layer 5. It was done. As the light control mirror layer 5, for example, the one disclosed in Non-Patent Document 2 described above, that is, a combination of a magnesium-nickel-based alloy thin film that is a thin film made of a hydride of a rare earth metal and an electrolyte layer is used. be able to.
[0009]
In such an optical device, when the light modulating mirror layer 5 changes its physical properties into a mirror-like film, the incident light is reflected by the mirror-like film to reach the emission unit 3, and when the physical properties change into a transparent film, the incident light passes through the transparent film. The light passes through to the emission unit 4. Further, by controlling the magnitude of the applied voltage, the transmittance and the reflectance can be changed.
Therefore, the optical path is switched by controlling the switching of the voltage application direction so that the prism 1 provided with the dimming mirror layer 5 is switched to the mirror surface film and the transparent film, thereby switching the light path. An optical switch that switches a signal depending on which of the light is emitted from 3, 4 is configured.
On the other hand, when used in a display or a projector that performs some kind of display using the light emitted from the emission units 3 and 4, the display is switched depending on which of the two emission units 3 and 4 of the prism 1 emits the light. It can be a display device.
In addition, as shown in FIG. 2, if necessary, the light-emitting portions 3 and 4 of the prism 1 may be provided with condensing lens portions 3a and 4a. Although not shown, a condenser lens section may be provided in the incident section 2.
[0010]
In the above-described embodiment, the base is composed of the prism 1, and the entrance 1, the exits 3, 4, and the dimming mirror layer 5 are provided on the prism 1. However, as shown in FIG. The base may be constituted by a cell 8 provided with a ferrule 7 to which an optical fiber 6 is connected and which is provided with the ferrule 7. In the embodiment shown in FIG. 3, the optical paths 8a are formed in a T-shape, and the ferrules 7 are connected to the respective optical paths 8a, and the dimming mirror layer 5 is provided obliquely across the intersection of the optical paths 8a. Have been. By controlling the voltage applied to the light control mirror layer 5, the light incident from the direction of the arrow goes straight when converted to a transparent film, and travels in a direction of about 90 degrees when converted to a mirror film. Is converted to the emission part. As shown in FIG. 4, the substrate is composed of a cell 10 in which an optical waveguide 9 is formed in a T-shape. As in FIG. 5 may be provided.
[0011]
In the case of each of the embodiments shown in FIGS. 1 to 4, for example, as shown in FIG. 5, a plurality of bases such as the prism 1 may be combined to form a plurality of output channels. That is, by controlling the dimming mirror layer 5 disposed on each prism 1, the light incident from the incident part 2 is allowed to proceed straight as it is to be emitted from the emission part 4, or to be emitted from the arbitrary prism 1 in the orthogonal direction. 3 can be emitted. For example, when the light control mirror layer 5 provided on the left prism 1 in FIG. 5 is controlled to be a transparent film and the light control mirror layer 5 provided on the right prism 1 is controlled to a mirror surface film, the incident portion The light incident from the light source 2 travels straight through the prism 1 on the left side, reaches the prism 1 on the right side, is reflected in the orthogonal direction by the light control mirror layer 5 on the right side, and is emitted from the emission part 3 formed on the prism 1 on the right side. Emit.
[0012]
FIG. 6 shows an optical device according to the second embodiment of the present invention.
This embodiment is a multi-channel optical switch formed by combining a large number of prisms 1 shown in FIG.
In this optical switch, by performing switching control, light from one prism 1 is transmitted or reflected by a dimming mirror layer 5 provided in any one of the prisms 1 to switch a signal. That is, assuming that the number of prisms 1 is M and N in the horizontal and vertical directions, M input channels are used as optical switches of N output channels.
[0013]
FIG. 7 shows an optical device according to the third embodiment of the present invention.
This embodiment has, as prisms 11 arranged vertically on the light incident side, an inclined surface 11a forming an incident portion inclined in the depth direction at an oblique angle of 45 degrees, and when viewed from a plane, FIG. As shown in b), the side of the inclined surface 11a forming the incident side intersects at right angles between the adjacent left and right sides, and the side of the exit side is formed in a trapezoidal shape that intersects at an oblique angle of 45 degrees. As shown in FIG. 7 (c), a trapezoidal shape is formed in which the sides of the end face 11a forming the incident side intersect at an oblique angle of 45 degrees between the adjacent upper and lower sides, and the sides on the exit side intersect at a right angle. As shown in FIG. 7B, a prism 12 having a prism shape formed in a parallelogram as viewed from a plane is disposed adjacent to the prism 11. The dimming mirror layer 5 is provided on each of the inclined surfaces 11a and 12a of the prism 11 and the prism 12.
[0014]
As a result, the incident light is reflected downward when the light control mirror layer 5 on the inclined surface 11a of the prism 11 is in a mirror surface state, and travels straight without being reflected in a transparent film state. After passing straight through the inclined surface 11a of the prism 11, the light is reflected forward when the light control mirror layer 5 provided on the inclined surface 12a of the adjacent prism 12 is in a mirror surface state. That is, in the case of the present embodiment, by controlling the voltage applied to the dimming mirror layer 5 provided on the inclined surfaces 11a and 12a of the prisms 11 and 12, a multi-channel capable of controlling the light emission direction three-dimensionally. Optical switch.
[0015]
FIG. 8 shows an optical device according to the fourth embodiment of the present invention.
The optical switch according to this embodiment has a plurality of multi-core ferrules 16 each connected to an optical fiber 15 as an optical path, and has a base made up of a cell 18 having an optical waveguide 17. This is a modification of the embodiment shown in FIG.
That is, a plurality of square cells 18 are arranged side by side, and in each cell 18, an optical waveguide 17 is formed in a straight traveling direction and an orthogonal direction, and dimming mirror layers 24 to 26 are provided at intersections thereof. is there. Therefore, in such an optical switch, by appropriately controlling the voltage applied to the dimming mirror layers 24 to 26 and performing switching, the light incident from the incident section 19 can be transmitted through any of the output sections 20 to 23. It can be emitted. For example, when all of the light control mirror layers 24 to 26 are converted to transparent films, the light incident from the incident part 19 can be controlled so as to go straight and be emitted from the emission part 23, and is arranged first from the incident side. When the converted light control mirror layer 24 is converted to a transparent film and the second light control mirror layer 25 is converted to a mirror surface film, the light control mirror layer 25 is reflected by the light control mirror layer 25 and the second light control mirror layer 25 is reflected from the incident side. Can be controlled so that the light is emitted from the emission part 21 formed in the cell 18.
[0016]
FIG. 9 shows an optical device according to the fifth embodiment of the present invention.
The optical device of this embodiment is a display by controlling the color of light emitted from each of the emission portions provided on the multiple prisms 27.
As shown in FIG. 10A, each prism 27 constituting this display is formed by combining three triangular prism-shaped prism pieces 28 each having a triangular upper surface inclined in a tapered shape. Each prism piece 28 is formed, for example, as follows. That is, as shown in FIGS. 10B and 10C, the dimming mirror layer 30 is provided on the tapered upper surface, and the first insulating layer 31 is provided on the entire surface of one of the three side surfaces. Form. As for the other two side surfaces and the triangular bottom surface, as shown in FIG. 10C, a second insulating layer 32 that divides these into two right and left sides is formed. Electrodes 33 and 34 are formed in a region divided into two by the second insulating layer 32. Then, the conducting wires 35 and 36 are connected to each of the bottom surfaces divided by the second insulating layer 32. By controlling the application direction of the voltage applied via the conducting wires 35 and 36, the light control mirror layer 30 becomes a mirror surface film or a transparent film.
[0017]
As shown in FIG. 9, a large number of prisms 27 formed by combining three prism pieces 28 are combined to form a display composed of an aggregate of the prisms 27.
Light sources 37 of three colors of R (red), B (blue), and G (green) are arranged at six locations around the display, and light from each light source 37 is applied to each prism 27. At this time, the dimming mirror layer 30 provided in each prism 27 can be formed as a transparent film or a reflective film by controlling the applied voltage, so that the displayed color can be variously adjusted. It becomes possible. The number of combinations of the prisms 27 is arbitrary, so that the display itself can have various shapes. Further, the position of the light source 37 is not limited.
[0018]
FIG. 11 shows an optical device according to the sixth embodiment of the present invention.
In this embodiment, a linear first optical waveguide 41 is formed in a cell 40 constituting a base, and a second optical waveguide and a third optical waveguide are partially adjacent to the first optical waveguide 41. 42 and 43 are formed to constitute a branching device. A first dimming mirror layer 44 is interposed between an adjacent portion of the first optical waveguide 41 and the second optical waveguide 42, and an adjacent portion of the first optical waveguide 41 and the third optical waveguide 43. , A second light control mirror layer 45 is interposed.
[0019]
Here, when the optical waveguides are arranged close to each other, they have a property that light entering from one optical waveguide enters another adjacent optical waveguide. Therefore, when light enters from one end 41a of the first optical waveguide 41, it enters the second and third optical waveguides 42 and 43, and the light attempts to exit from the ends of the respective optical waveguides 42 and 43. . At this time, for example, if the first light control mirror layer 44 is controlled to be a mirror surface film and the second light control mirror layer 45 is controlled to be a transparent film, the light can pass through the first optical waveguide 41. The emitted light passes through the second dimming mirror layer 45 and exits through the third optical waveguide 43. If both the first and second dimming mirror layers 44 and 45 are converted into transparent films, light is emitted from two places via the second and third optical waveguides 42 and 43.
The coupler is configured such that the light incident direction is reversed, light is incident from the ends of the second and third optical waveguides 42 and 43, and is emitted via the first optical waveguide 41. (Optical coupler).
[0020]
Further, the dimming mirror layers 44 and 45 have such a property that an intermediate state between the mirror surface film and the transparent film can be maintained depending on the magnitude of the applied voltage. Therefore, by controlling the applied voltage, the transmittance and the reflectance of light can be controlled. For this reason, in the above-mentioned branching device, it can be used as an attenuator (attenuator) by controlling the light transmittance of each dimming mirror layer 44, 45.
This is the same in the configuration of each of the above embodiments, and it is possible to attenuate the light by controlling the magnitude of the applied voltage supplied to the dimming mirror layer used in each of the embodiments.
[0021]
According to the optical device described above, there are the following advantages.
In other words, in recent years, optical switches as key components for optical communication have been required to have higher densities and more channels with the introduction of wavelength multiplexing technology.
A conventional optical switch is, for example, a mechanical switch that mechanically switches an optical path by moving a ferrule at the tip of an optical fiber to perform positioning and switching, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-295623. is there.
There is also a mirror-type optical switch that controls the direction of light reflection by changing the angle of a mirror.
[0022]
However, these conventional optical switches attempt to fulfill their functions by providing a movable part that moves something in space, such as moving a ferrule or changing the angle of a mirror, and structurally. Since it is complicated and has movable parts, it leads to information transmission loss, lowers accuracy, and is liable to be broken down. In addition, some kind of driving means is required, which is economically disadvantageous and lowers durability. In particular, in the case of a multi-channel device having a large number of output portions for a large number of input portions, the number of movable portions increases, so that the structure becomes more complicated and cannot be easily formed.
[0023]
On the other hand, the optical devices such as the optical switch, the display, and the branching device of the present configuration use the characteristics of the dimming mirror layer provided on the base such as the prism 1 and the cell 8 to mirror the dimming mirror layer. By selectively converting physical properties between the surface film and the transparent film, the output signal is switched, the display surface provided in the emission unit is switched, or the branching direction of the optical path connecting the incidence unit and the emission unit is changed. It can be easily switched or attenuated, and there are no moving parts to move anything in space.
[0024]
Therefore, the structure is simple, the accuracy is excellent, and the information transmission loss is small. In addition, a failure is unlikely to occur, and no mechanical driving means is required. Therefore, the device can be reduced in size, is economically excellent, and has excellent durability. In particular, since there is no movable portion, there is an advantage that a multi-channel optical device, which has conventionally been difficult to manufacture, can be easily formed.
[0025]
【The invention's effect】
The optical device of the present invention utilizes the characteristics of a dimming mirror layer containing a hydride of a rare earth metal such as a magnesium-nickel alloy thin film provided on a base such as a prism or a cell to control light only by controlling an applied voltage. Path switching can be easily performed, and there is no mechanical moving part that moves something in space when switching the optical path, it is structurally simple, it has excellent accuracy, there is little information transmission loss, and failure occurs. hard. In addition, it is easy to reduce the size, is economically excellent, and has excellent durability. Further, by controlling the supply voltage to the dimming mirror layer, light can be easily attenuated, which is useful as an optical device for various uses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an optical device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining another example of the optical device according to the embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining another example of the optical device according to the embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining another example of the optical device according to the embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining another example of the optical device according to the embodiment.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an optical device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an optical device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic perspective view illustrating an optical device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an optical device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10A is a view showing a structure of a prism constituting the optical device according to the fifth embodiment, and FIG. 10B is a view showing a structure of a prism piece constituting the prism. FIG. 10C is a developed view of FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an optical device according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Prism 2 Injection part 3 Emission part 4 Emission part 5 Dimming mirror layer 6 Optical fiber 7 Ferrule 8 Cell 9 Optical waveguide 10 Cell 11, 12 Prism 13 Prism 14 Prism 15 Optical fiber 16 Multi-core ferrule 17 Optical waveguide 18 Cell 19 Incident Portions 20 to 23 Outgoing Portions 24 to 26 Dimming Mirror Layer 27 Prism 28 Prism Piece 30 Dimming Mirror Layers 41, 42, 43 Optical Waveguides 44, 45 Dimming Mirror Layer

Claims

On a substrate provided with a light incident portion and a light emitting portion,
Providing a dimming mirror layer containing a hydride of a rare earth metal that converts physical properties to be at least one of a mirror surface film and a transparent film,
When the light modulating mirror layer has been converted to a mirror film, the light incident from the incident portion is reflected by the mirror film to reach the light emitting portion, and when the light modulating mirror layer has been converted to the transparent film, An optical device, wherein light passes through a transparent film and reaches an emission unit.

2. The optical device according to claim 1, wherein the dimming mirror layer is configured to convert physical properties from a transparent film to a mirror film or from a mirror film to a transparent film by controlling an applied voltage.

The optical device according to claim 1, wherein the dimming mirror layer has a configuration in which a transmittance and a reflectance change by controlling a magnitude of an applied voltage.

The optical device according to claim 1, wherein the base comprises a prism.

The optical device according to claim 4, wherein a condenser lens unit is provided on at least one of the entrance and exit of the prism.

The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the base comprises a cell to which a ferrule serving as an optical path is attached.

The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the base comprises a cell having an optical waveguide formed thereon.

A plurality of the bases are combined, and at least one incident portion, a plurality of optical paths formed by controlling a voltage applied to each light control mirror layer, and a plurality of output portions are provided. The optical device according to claim 1.

The dimming mirror layer is disposed in a switching part of an optical path connecting the incident part and the emission part, and controls the applied voltage to control the dimming mirror layer from a specular film to a transparent film or from a transparent film to a specular film. The optical device according to any one of claims 1 to 8, wherein the optical switch is configured to switch an optical path by converting physical properties.

The dimming mirror layer is disposed in a switching part of an optical path connecting the incident part and the emission part, and controls the applied voltage to control the dimming mirror layer from a specular film to a transparent film or from a transparent film to a specular film. The display device according to any one of claims 1 to 8, wherein the display device is capable of switching a display surface displayed by light emitted from the emission unit by changing a light path by performing physical property conversion. Optical device.

The optical device according to any one of claims 1 to 8, wherein the optical device is a splitter in which the dimming mirror layer is disposed at a split portion of an optical path connecting an incident portion and an output portion.