JP2000075223A

JP2000075223A - 光学素子

Info

Publication number: JP2000075223A
Application number: JP10242360A
Authority: JP
Inventors: Hideya Seki; 秀也關
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】導波路に抽出面を接近及び離反させ、エバネッ
セント波結合させることにより光スイッチングを行う光
学素子において、吸着による動作不良を防止するととも
に、接近距離のばらつきに対するマージンを拡大する。
また製造時及び廃棄時の環境汚染を防止する。【解決手段】前記光学素子は、導波路１、前記導波路１
に設けられた中間層１０、前記中間層１０を介して前記
導波路１に接近及び離反する反射プリズム２、前記反射
プリズム２に接合された導電性の可動膜３、基板６、電
極7、絶縁層５、前記可動膜３と基板６の間に空間を設
けるスペーサ４より構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学部材の接近及
び離反により光をスイッチングする光学素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関わる従来技術について説明す
る。

【０００３】一方、図１５及び図１６に示すような、エ
バネッセント波結合を用いて光をスイッチングする光ス
イッチング素子が提案されている。以下に前記光スイッ
チング素子の動作を図に従って簡単に説明する。

【０００４】まず図１５に基いて説明する。前記光スイ
ッチング素子は、導波路１、前記導波路１に接近及び離
反する反射プリズム２、前記反射プリズム２に接合され
た導電性の可動膜３、基板６、電極7、絶縁層５、前記
可動膜３と基板６の間に空間を設けるスペーサ４より構
成される。ここで、前記導波路１には適当な光源から光
が供給される。前記導波路１は、内部の全ての界面にお
いて常に光が繰り返し全反射し、光線が満たされるよう
に、光源から入射する光線の角度や、前記導波路１の各
面の角度が設計されている。この状態では、前記導波路
１に満たされた光の波長程度またはそれ以下の距離で近
接するものがない限り、光は前記導波路１内部に閉じ込
められている。

【０００５】さて、図上で前記導波路１の下方には、前
記反射プリズム２が存在する。前記反射プリズム２は前
記可動膜３の上方の面に接合されている。図１５の状態
においては、前記電極7との間に電圧が印加されてお
り、前記可動膜３は静電力により前記電極7側に前記絶
縁層５を介して吸引され、弾性変形している。その結果
前記反射プリズム２は、図の通り前記導波路１からは十
分な距離をもって離反している。この状態では、前記導
波路１内部の光は前記導波路１内部に閉じ込められたま
まであり、外に漏れ出ることはない。これを状態１とす
る。

【０００６】次に、図１６に基いて説明する。図１６
は、前記状態１で前記可動膜３と前記電極7との間に印
加されていた電圧を解除した場合の前記光スイッチング
素子の様子を示す。前記印加電圧の解除により吸引力は
失われ、弾性変形していた前記可動膜３は張力によって
前記反射プリズム２を押し上げている。これにより前記
反射プリズム２は前記導波路１に押し付けられあるいは
接近せしめられる。その際、前記導波路１及び前記反射
プリズム２の間で所謂エバネッセント波結合が生じ、前
記導波路１内部の光は前記反射プリズム２に染み出して
くる。さらに、染み出した前記エバネッセント光は前記
反射プリズム２により反射され、前記導波路１を貫通し
て外部に出射する。言い換えれば、前記導波路１に閉じ
込められていた光が取り出される。これを状態２とす
る。

【０００７】上記の状態１と状態２を前記電圧の印加及
び解除により制御すれば、光スイッチングを行うことが
できる。また、前記の構成をマトリクス状に多数配置す
れば、画像の表示が可能であることはいうまでもない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】さて、前述の通り図１
５及び図１６で示したような光スイッチング素子では、
前記導波路１と前記反射プリズム２の接近及び離反の２
状態を切り換えることによってスイッチングを行う。こ
こで、接近とは現実にはほとんどの場合接触であり、同
様離反とは接触したものが解離する動作になると考えて
よい。そして、従来の光スイッチング素子では、前記導
波路１と前記反射プリズム２が接触した際両者間にしば
しば吸着が生じ、本来膜の弾性力によって解離すべきと
ころが解離できなくなり、その結果素子として動作不能
に陥る場合があるという問題があった。また、前記反射
プリズム２と反対側の面においても、前記可動膜３及び
前記絶縁層の接触及び解離が行われるので、同様吸着の
恐れがあった。前記吸着の主な原因は、接触部位におけ
る水分の付着である。前記吸着を防止するためには、製
造時における水分の除去が肝要であり、十分乾燥した環
境で製造する、あるいはさらに接触面に化学的な撥水処
理を施す等の対策を行わねばならなかった。さらに、前
記素子はその後パッケージで封止し、以後の水分の混入
を防止する必要があった。

【０００９】しかし、前記のような十分に乾燥した製造
環境を実現するためには、大規模な設備が必要であっ
た。またそうした設備の運転は多大な量のエネルギーを
要し、省エネルギー、環境保全といった近年の製造業に
対する要求に反するものである。一方、前記の化学的な
撥水処理は長い時間を要する工程であり、コストアップ
の要因となっていたばかりか、多くの化学物質を用いる
ことにより排出される廃液は、環境破壊の原因となって
いた。さらに、撥水処理に用いる薬品の種類によっては
製品の廃棄の際にも環境汚染を引き起こす可能性があっ
た。

【００１０】また、上記の光スイッチング素子以外に
も、繰り返し接触及び離反する部位を有する微小駆動構
造を用いた素子は多数あり、これらにおいてもより簡単
に吸着の問題を解決する方法が求められている。

【００１１】さらに、全く別な課題として、前記のよう
なエバネッセント波結合を応用した光スイッチング素子
においては、前記導波路１から染み出すエバネッセント
波は指数関数的に急速に減衰するため、光を取り出すに
は前記導波路１と前記反射プリズム２を十分接近させな
ければならないという問題があった。図１７は、前記導
波路１と前記反射プリズム２の面間距離xに対する、取
り出される光の量Ｐをプロットしたものである。図に示
したように、面間距離が増大すると、急峻に光量は減衰
する。よって十分な量の光を安定して取り出すために
は、面間距離を十分小さく、かつ複数の反射プリズムを
有する場合はばらつきなくすることが必要になる。しか
し実際には製造時の誤差や、面の表面荒さ、前記反射プ
リズム２を複数個並べた場合のばらつき、経時変化等が
存在する一方、面間距離に対するに光量変化は急峻であ
る。よって、十分かつ均一な接近を実現するのは難し
く、結果的にスイッチング不良を招いていた。

【００１２】そこで、本発明は、上記の吸着の問題を
防止すると同時に、前記導波路１と前記反射プリズム２
の接近距離のマージンを広げ、スイッチングを確実にし
た構成を有する光スイッチング素子を提供することを目
的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】（１）本発明の光学素子
は、導入光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導
光部と、前記全反射面に対しエバネッセント波が漏出す
る抽出距離以下に接近する第１の位置、及び前記抽出距
離以上に離れる第２の位置に移動可能な透光性の抽出面
と、前記抽出面を移動せしめる駆動手段とを有し、さら
に前記抽出面あるいは前記抽出面と相対する全反射面の
いずれか一方または両方に、前記全反射面及び前記抽出
面よりも屈折率が高く、かつ撥水性の材質よりなる１つ
以上の層を具備することを特徴とする。

【００１４】（２）本発明の光学素子は、第１項におい
て、前記層の材質がダイヤモンドまたはダイヤモンド・
ライク・カーボンであることを特徴とする。

【００１５】（３）本発明の光学素子は、第１項におい
て、前記層の厚さが１０ｎｍから１００ｎｍの範囲のい
ずれかの値であることを特徴とする。

【００１６】（４）本発明の光学素子は、導入光を全反
射して伝達可能な全反射面を備えた導光部と、前記全反
射面に対しエバネッセント波が漏出する抽出距離以下に
接近する第１の位置、及び前記抽出距離以上に離れる第
２の位置に移動可能な透光性の抽出面と、前記抽出面を
静電力により移動せしめる駆動手段の一部であって、前
記抽出面と一体で移動可能な第１の電極と、同様前記駆
動手段の一部であって前記導光部に対して固定された第
２の電極とを有し、さらに前記第１の電極あるいは前記
第２の電極のそれぞれが相対する面のいずれか一方また
は両方に、前記第１の電極及び前記第２の電極とは異な
る材質であってかつ撥水性である１つ以上の層を具備す
ることを特徴とする。

【００１７】（５）本発明の光学素子は、第４項におい
て、前記層の材質がダイヤモンドまたはダイヤモンド・
ライク・カーボンであることを特徴とする。

【００１８】（６）本発明の光学素子は、第４項におい
て、前記層の材質がチッ化シリコンであることを特徴と
する。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施例１）以下に本発明の実施
例を示し、図を用いて説明する。

【００２０】図１及び図２は、本発明の一実施例である
光スイッチング素子の構成を示す説明図である。

【００２１】まず図１に基いて説明する。前記光スイッ
チング素子は、導波路１、前記導波路１の界面に設けら
れた中間層１０、前記中間層１０を介して前記導波路１
に接近及び離反する反射プリズム２、前記反射プリズム
２に接合された導電性の可動膜３、基板６、電極7、絶
縁層５、前記可動膜３と基板６の間に空間を設けるスペ
ーサ４より構成される。

【００２２】ここで、前記導波路１には適当な光源から
光が供給され、内部では全ての界面において常に光が全
反射かつ繰り返し反射して光線が満たされるように、光
源から入射する光線の角度や、前記導波路１の各面の角
度が設計されている。そしてこの状態においては、前記
導波路１に満たされた光の波長より短い距離で近接する
ものがない限り、光は前記導波路１内部に閉じ込められ
ている。

【００２３】さて、図上で前記導波路１の下方には、前
記反射プリズム２が存在する。前記反射プリズム２は前
記可動膜３の上方の面に接合されている。まず、図１の
状態においては、前記電極7との間に電圧が印加されて
おり、前記可動膜３は静電力により前記電極7側に前記
絶縁層５を介して吸引され、弾性変形している。前記反
射プリズム２は、前記可動膜３上方に接合されているた
め、図の通り前記導波路１からは十分な距離をもって離
反している。この状態では、前記導波路１内部の光は前
記導波路１内部に閉じ込められたままであり、外に漏れ
出ることはない。これを状態１とする。

【００２４】次に、図２に基いて説明する。図２は、
前記状態１で前記可動膜３と前記電極7との間に印加さ
れていた電圧を解除した場合の前記光スイッチング素子
の様子を示す。前記印加電圧の解除により吸引力は失わ
れ、弾性変形していた前記可動膜３は張力によって前記
反射プリズム２を押し上げている。これにより前記反射
プリズム２は前記中間層１０を介して前記導波路１に押
し付けられあるいは接近せしめられ、前記導波路１及び
前記反射プリズム２の間で所謂エバネッセント波結合が
生じる。即ち、前記導波路１内部の光は前記反射プリズ
ム２に染み出してくることになる。さらに、染み出した
前記エバネッセント光は前記反射プリズム２により反射
され、前記導波路１を貫通して外部に出射する。言い換
えれば、前記導波路１に閉じ込められていた光が取り出
される。これを状態２とする。

【００２５】上記の状態１と状態２を前記電圧の印加及
び解除により制御すれば、光スイッチングを行うことが
できる。また、前記の構成をマトリクス状に多数配置す
れば、画像の表示が可能であることはいうまでもない。

【００２６】尚、本実施例においては、前記可動膜３及
び前記反射プリズム２は、前記可動膜３自身の弾性によ
って弾性的に支持されているが、いうまでもなく別途支
持部材あるいは支持機構を用いる構成にしてもよい。ま
た、前記導波路１と前記反射プリズム２を接近及び離反
せしめる機構についても、図１及び図２に示した静電力
による方法以外に多様な方法が考えられる。例えばピエ
ゾアクチュエータの如き圧電素子による方法や、電磁的
な方法を用いてもよい。

【００２７】さて、従来の光スイッチング素子では、
すでに述べたとおり前記導波路１と前記反射プリズム２
の吸着による動作不良を招く問題があった。さらに、前
記反射プリズム２と反対側の面においても、同様吸着の
恐れがあった。前記吸着の主な原因は、接触部位におけ
る水分の付着である。よって、製造時には水分の除去が
肝要であり、十分乾燥した環境で製造する、あるいはさ
らに接触面に化学的な撥水処理を施す等の対策を行わね
ばならなかった。さらに、前記素子はその後パッケージ
で封止し、以後の水分の混入を防止する必要があった。
しかし、前記のような十分に乾燥した製造環境を実現す
るためには、大規模な設備が必要であった。またそうし
た設備の運転は多大な量のエネルギーを要し、省エネル
ギー、環境保全といった近年の製造業に対する要求に反
するものである。一方、前記の化学的な撥水処理は長い
時間を要する工程であり、コストアップの要因となって
いたばかりか、多くの化学物質を用いることにより排出
される廃液は、環境破壊の原因となっていた。さらに、
撥水処理に用いる薬品の種類によっては製品の廃棄の際
にも環境汚染を引き起こす可能性があった。

【００２８】しかし本実施例では、吸着を起こしにくい
材質で構成される前記中間層１０を前記導波路１と前記
反射プリズム２の間に配した構成とすることによって、
簡単な構成で吸着を防止している。よって大規模な製造
設備や多くのエネルギーを必要とせず、ローコストな光
スイッチング素子が実現される。またここで、前記中間
層１０として、ダイヤモンド膜あるいはＤＬＣ（Ｄｉａ
ｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）等を用いれば、これ
らは帯電しにくい材質であるため、水分による吸着のみ
ならず静電気による吸着も防止され、さらに繰り返し耐
久性にも優れた光スイッチング素子とすることができ
る。ここで、ダイヤモンド膜であれば、透過率が高いた
め光量損失を小さくすることができる。一方ＤＬＣなら
ば、容易に成膜が可能であり、ローコストで大量生産が
可能である。また、前記ダイヤモンド膜及び前記ＤＬＣ
は炭素であるから生体にも無害であり、廃液や製品の廃
棄による環境破壊を引き起こすことがない。

【００２９】さらに、前記中間層１０の屈折率が前記導
波路１あるいは前記反射プリズム２より高い場合、もう
一つの有益な効果を得ることができる。この点について
以下に説明する。

【００３０】前記のようなエバネッセント波結合を応用
した従来の光スイッチング素子においては、前記導波路
１から染み出すエバネッセント波の強さは距離に対して
指数関数的に急速に減衰するため、光を取り出すには前
記導波路１と前記反射プリズム２を十分接近させなけれ
ばならないという問題があった。しかし実際には製造時
の誤差や、面の表面荒さ、前記反射プリズム２を複数個
並べた場合には距離のばらつき等が存在するため、常に
十分かつ均一な接近を実現するのは難しかった。その結
果、十分な光量が得られなかったり、光量に大きなばら
つきを生じたりする恐れがあった。

【００３１】しかし、以下に示すように、本実施例の如
き前記中間層１０を有する構成にし、かつ材質として前
記導波路１あるいは前記反射プリズム２にガラス、前記
中間層１０にダイアモンドあるいはＤＬＣのようなガラ
スより屈折率が高いものを用いれば、上記の問題を改善
することができる。この様子を図３に示す。実線である
曲線１１が前記中間層１０がない場合、点線である曲線
１２が前記中間層１０がある場合の、前記導波路１と前
記反射プリズム２の距離xに対する、前記導波路１から
取り出される光量Ｐの変化を示したものである。まず、
前記中間層１０がない場合は、取り出される光量は距離
が０のとき最大で、しかも鋭いピークを示す。そしてそ
の後距離が増大するにつれて急速に単調減少する。一
方、前記中間層１０がある場合は、ある距離で緩やかな
ピークを持ち、なだらかに減少する曲線となる。とくに
注目すべきは、ある距離x1からx2の範囲においては、前
記中間層１０がない場合よりも取り出される光量が大き
くなっている点である。すなわちこれは、前記光スイッ
チング素子において、誤差や面の荒さ、ばらつき等によ
って、前記導波路１と前記反射プリズム２を十分接近し
ない場合が生じても、出力低下の度合いを小さく抑える
ばかりか、増大させうるということを示している。ま
た、前記の通りピーク部分のカーブが緩やかになるため
に、前記導波路１と前記反射プリズム２の距離のばら
つきに対しても取り出される光量の変動は少なくなる。
言い換えれば、距離のばらつきに対するマージンを広げ
ることができる。これは本実施例の光スイッチング素子
をアレイ状またはマトリクス状に多数配置して画像表示
装置等を構成した場合に、画素間の明るさのムラを抑え
るのに効果がある。

【００３２】またここで、前記中間層１０の厚さを適当
な値にすることによって、目的の距離における取り出し
得る光量を最大にしたり、距離に対するばらつきを最小
にしたりすることができる。この様子を図４に示す。図
上で曲線１１は前記中間層１０がない場合、曲線１３は
前記中間層１０の光学的厚みが波長の１／３０場合、曲
線１４は前記中間層１０の光学的厚みが波長の１／８の
場合、曲線１５は前記中間層１０の光学的厚みが波長の
１／３の場合である。ここで光学的厚みとは、物理的厚
み即ち実寸と屈折率をかけたものである。前記中間層の
付加により、取り出される光量の曲線は、距離が０のと
き高く鋭いピークを示すものから、ある距離で緩やかな
ピークを持ちなだらかに減少する曲線へと変化する。ま
た、図４にみられるように、前記中間層の厚さを変化さ
せると、前記曲線の形状も変化する。すなわち、前記中
間層１０の光学的厚みが波長の１／３０場合である前記
曲線１３では、前記中間層１０がない場合である曲線１
１に対してピークの移動及び鈍化がみられる他、ピーク
の値は低下する。前記中間層１０の光学的厚みが波長の
１／８の場合である前記曲線１４では、曲線１３に対し
てさらにピークの移動及び鈍化とピーク値の低下が見ら
れる。前記中間層１０の光学的厚みが波長の１／３の場
合である前記曲線１５では、ピーク付近の曲線形状が極
端になだらかになり、全体に光量が減少してしまう。以
上の曲線を比較すると、距離０からｘ０においては曲線
１１が最大光量となり、最も有利である。同様、距離ｘ
０からｘ１では曲線１３が、距離ｘ１からｘ２では曲線
１４が最も有利である。そこで、実際に光スイッチング
素子を製作あるいは製造する場合に予想される、前記導
波路１及び前記反射プリズムの距離及びその誤差、境界
面の荒さ、ばらつき等によって、適当な前記中間層の厚
みを選択すれば、もっとも効率よく光を取り出すことが
できる。図４に従えば、一般に予想される前記導波路１
及び前記反射プリズムの距離及びその誤差、境界面の荒
さ、ばらつきを考慮すると、前記中間層１０の光学的厚
みが波長の１／３０から１／３の間のいずれかとするの
が適当である。さらに具体的には、前記ダイヤモンド
膜、あるいは前記ＤＬＣのような屈折率２．２前後の材
質を用いた場合、その厚さは１０ｎｍから１００ｎｍの
範囲のいずれかの値とするのが適当である。これによ
り、前記導波路１と前記反射プリズム２の吸着による動
作不良がなく、光量のばらつきが少ないばかりか効率よ
く光を取り出しうる前記光スイッチング素子を実現する
ことが可能である。

【００３３】尚、本実施例では、前記反射プリズム２を
前記導波路１に接近せしめ、染み出した前記エバネッセ
ント光を前記反射プリズム２により反射せしめて、前記
導波路１を貫通して外部に取り出す構成の光スイッチン
グ素子を示したが、前記エバネッセント波結合を用いた
光スイッチング素子の構造は他にも多様に考えらること
ができる。例えば、図１における前記反射プリズムを反
射でなく透過させる光学部材とし、前記可動膜３、前記
絶縁層５、前記電極７、前記基板６を透明部材とすれ
ば、前記基板６側に前記エバネッセント光を透過させて
取り出す光スイッチング素子を構成することができる。
そして、これらいかなる構成の光スイッチング素子にあ
っても、前記エバネッセント波結合を行う境界面に本実
施例で示したような適当な厚みを有する前記中間層を挿
入すれば、本実施例と同様の効果、即ち吸着による動作
不良がなく、光量のばらつきが少ないばかりか効率よく
光を取り出しうる効果が得られるのはいうまでもない。

【００３４】（実施例２）図５及び図６は、本発明の他
の一実施例である光スイッチング素子の構成を示す説明
図である。実施例１では、前記中間層１０を前記導波路
１の側に形成していたが、図５及び図６に示したよう
に、前記中間層１０を前記反射プリズム２の側に形成し
てもよい。

【００３５】本実施例の前記光スイッチング素子は、適
当な光源から入射した光線が満たされている導波路１、
前記導波路１と相対する面に中間層１０を具備し、前記
中間層１０を介して前記導波路１に接近及び離反する反
射プリズム２、前記反射プリズム２に接合された導電性
の可動膜３、基板６、電極7、絶縁層５、前記可動膜３
と基板６の間に空間を設けるスペーサ４より構成され
る。本実施例は、実施例１と同様の効果を得ることがで
き、前記光スイッチング素子の製造工程によってはより
簡単に前記中間層１０を形成することができる。他の構
成及び効果については実施例１と同様であるので、詳し
い説明は省略する。

【００３６】（実施例３）図７及び図８は、本発明の他
の一実施例である光スイッチング素子の構成を示す説明
図である。実施例１では、中間層１０としてダイヤモン
ド膜あるいはＤＬＣを用いていたが、代わりにチッ化シ
リコンを用いてもよい。

【００３７】本実施例の前記光スイッチング素子は、適
当な光源から入射した光線が満たされている導波路１、
前記導波路１の界面に設けられたチッ化シリコンよりな
る中間層１０、前記中間層１０を介して前記導波路１に
接近及び離反する反射プリズム２、前記反射プリズム２
に接合された導電性の可動膜３、基板６、電極7、絶縁
層５、前記可動膜３と基板６の間に空間を設けるスペー
サ４より構成される。本実施例では、実施例１と同様吸
着防止効果を得ることができる他、前記チッ化シリコン
は成膜技術及び装置も一般化しているため、容易かつ安
価に中間層１０を形成可能である。他の構成については
実施例１と同様であるので、詳しい説明は省略する。

【００３８】（実施例４）図９及び図１０は、本発明の
他の一実施例である光スイッチング素子の構成を示す説
明図である。本実施例は、実施例２の構成の前記中間層
１０を、ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンド膜あるい
はＤＬＣからチッ化シリコンに変更したものである。

【００３９】本実施例の前記光スイッチング素子は、適
当な光源から入射した光線が満たされている導波路１、
前記導波路１と相対する面に中間層１０を具備し、前記
中間層１０を介して前記導波路１に接近及び離反する反
射プリズム２、前記反射プリズム２に接合された導電性
の可動膜３、基板６、電極7、絶縁層５、前記可動膜３
と基板６の間に空間を設けるスペーサ４より構成され
る。本実施例では、実施例３と同様に、容易かつ安価に
中間層１０を形成可能である。他の構成については実施
例２と同様であるので、詳しい説明は省略する。

【００４０】（実施例５）図１１は、本発明の他の一実
施例である光スイッチング素子の構成を示す説明図であ
る。

【００４１】実施例１から４に示した本光スイッチング
素子では、前記可動膜３の前記反射プリズム２と反対の
面と前記電極7と間においても接触及び解離動作が行わ
れる。よって、この部位においても、前記反射プリズム
２側同様、吸着を招く恐れがある。そこで本実施例に示
すように、吸着を起こしにくい物質からなる付加層１６
を前記可動膜３の前記電極7と相対する面に形成し、吸
着による制御不能、特性劣化を防止する構成にしてもよ
い。

【００４２】前記光スイッチング素子は、適当な光源か
ら入射した光線が満たされている導波路１、前記導波路
１に接近及び離反する反射プリズム２、前記反射プリズ
ム２に接合された導電性の可動膜３、前記可動膜３の前
記反射プリズム２が接合されているのと反対の面に付加
された付加層１６、基板６、電極7、絶縁層５、前記可
動膜３と基板６の間に空間を設けるスペーサ４より構成
される。前記付加層１６の材質の例としては、前記の実
施例同様ダイヤモンド膜あるいはＤＬＣ、チッ化シリコ
ン等が挙げられる。前記付加層１６の効果により、前記
可動膜３の前記反射プリズム２と反対の面においても吸
着による制御不能、特性劣化が防止され、耐久性と信頼
性に優れた光スイッチング素子が実現される。

【００４３】また、前記付加層１６としてダイヤモンド
膜あるいはＤＬＣあるいはチッ化シリコンのような絶縁
体を用いるならば、前記付加層１６は前記絶縁層５を兼
ねることができ、簡単な構成で絶縁機構と吸着防止を両
立することができる。また、本構成を実施例１から４の
構成と組み合わせれば、前記導波路１と前記反射プリズ
ム２の吸着と、前記可動膜３と前記電極7の吸着を同時
に防止した前記光スイッチング素子を実現することがで
きる。

【００４４】他の構成及び効果については実施例１と同
様であるので、詳しい説明は省略する。

【００４５】（実施例６）図１２は、本発明の他の一実
施例である光スイッチング素子の構成を示す説明図であ
る。

【００４６】実施例５では、前記可動膜３の前記電極7
との吸着を防止する付加層１６を、前記可動膜３側に付
加していたが、本実施例に示すように、前記電極7の側
に付加する構成にしてもよい。

【００４７】前記光スイッチング素子は、適当な光源か
ら入射した光線が満たされている導波路１、前記導波路
１に接近及び離反する反射プリズム２、前記反射プリズ
ム２に接合された導電性の可動膜３、基板６、電極7、
前記電極7の前記可動膜３に相対する面に付加された付
加層１６、絶縁層５、前記可動膜３と基板６の間に空間
を設けるスペーサ４より構成される。前記付加層１６の
材質の例としては、前記の実施例同様ダイヤモンド膜あ
るいはＤＬＣ、チッ化シリコン等が挙げられる。前記付
加層１６の効果により、前記可動膜３の前記反射プリズ
ム２と反対の面においても吸着による制御不能、特性劣
化が防止され、耐久性と信頼性に優れた光スイッチング
素子が実現される。

【００４８】また、実施例５でも述べたように、前記付
加層１６としてダイヤモンド膜あるいはＤＬＣあるいは
チッ化シリコンのような絶縁体を用いるならば、前記付
加層１６は前記絶縁層を兼ねることができ、簡単な構成
で絶縁と吸着防止を両立することができる。

【００４９】また、実施例５と同様本構成を実施例１か
ら４の構成と組み合わせれば、前記導波路１と前記反射
プリズム２の吸着と、前記可動膜３と前記電極7の吸着
を同時に防止した前記光スイッチング素子を実現するこ
とができる。

【００５０】他の構成及び効果については実施例１と同
様であるので、詳しい説明は省略する。

【００５１】（実施例７）図１３は、本発明の他の一実
施例である光スイッチング素子の構成を示す説明図であ
る。実施例１では前記中間層１０を前記導波路１の側に
形成し、実施例２では前記中間層１０を前記反射プリズ
ム２の側に形成していたが、図１３したように、前記中
間層１０を前記導波路１及び前記反射プリズム２の両方
に形成してもよい。

【００５２】本実施例の前記光スイッチング素子は、適
当な光源から入射した光線が満たされている導波路１、
前記導波路１の界面に設けられた第1中間層１７、前記
導波路１と相対する界面に第2中間層１８を具備し、前
記第1中間層１７及び前記第2中間層１８を介して前記導
波路１に接近及び離反する反射プリズム２、前記反射プ
リズム２に接合された導電性の可動膜３、基板６、電極
7、絶縁層５、前記可動膜３と基板６の間に空間を設け
るスペーサ４より構成される。本実施例では、前記第1
中間層１７及び前記第2中間層１８にダイヤモンド膜あ
るいはＤＬＣ、チッ化シリコン等の吸着しにくい材質を
用いることによって実施例１及び実施例２よりもさらに
確実に吸着を防止することができる。さらに、表面粗
さ、製造時のばらつき等で前記導波路及び前記反射プリ
ズム２が接触できない場合が生じると、前記反射プリズ
ム２の表面で反射が起き、結果的に光量損失を招く場合
があるが、本実施例では前記第1中間層１７及び第2中間
層１８の厚さを最適に設計することにより反射防止する
ことが可能のため、より高効率のエバネッセント波結合
を実現可能である。また、さらに多層化することにより
反射防止効果を高めてもよい。他の構成及び効果につい
ては実施例１と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。

【００５３】（実施例８）図１４は、本発明の他の一実
施例である光スイッチング素子の構成を示す説明図であ
る。

【００５４】実施例５では吸着を起こしにくい物質から
なる付加層１６を前記可動膜３の前記電極7と相対する
面に形成し、一方実施例６では前記電極7の側に形成し
たが、いうまでもなくその両方に前記付加層を形成して
もよい。

【００５５】前記光スイッチング素子は、適当な光源か
ら入射した光線が満たされている導波路１、前記導波路
１に接近及び離反する反射プリズム２、前記反射プリズ
ム２に接合された導電性の可動膜３、前記可動膜の前記
反射プリズム２が接合されているのと反対の面に付加さ
れた第1付加層１９、基板６、電極7、前記電極7の前記
可動膜３と相対する面に付加された第2付加層２０、絶
縁層５、前記可動膜３と基板６の間に空間を設けるスペ
ーサ４より構成される。

【００５６】本実施例では、吸着を起こしにくい物質同
士での接近及び離反となるので、さらに高度に吸着が防
止され、より耐久性と信頼性に優れた光スイッチング素
子が実現される。また、実際の成膜では、しばしば製造
上の都合により目的の層以外に異なる層を挿入すること
が必要になる場合があるが、その際は前記第1付加層１
９及び第2付加層２０を多層化してもよい。他の構成及
び効果については他の実施例と同様であるので、詳しい
説明は省略する。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、以下に示す効果がもた
らされる。

【００５８】（１）本発明の光学素子は、接近及び離反
する導波路と反射プリズムの間に、吸着を起こしにくい
材質で構成される中間層を付加することにより吸着を防
止する構成のため、大規模な設備を用いずに製造可能で
ある。よって繰り返し耐久性に優れながらローコストな
光スイッチング素子が実現されるほか、従来の製品に比
べて製造に要するエネルギーが縮小されるので、環境保
全の観点からも優れている。さらに、製造時の誤差や、
面の荒さ、前記反射プリズムを複数個並べた場合の前記
導波路との距離のばらつき等によって、前記導波路と前
記反射プリズムが十分接近しない場合が生じても、前記
中間層の働きによって出力低下の度合い及びばらつきを
小さく抑えることができる。とくに、前記中間層の光学
的厚みを取り出そうとする光の波長の１／３０から１／
３の間のいずれかとすることにより、光量のばらつきが
少なく、もっとも効率よく光を取り出しうる前記光スイ
ッチング素子を実現することが可能である。その結果歩
留まりも向上し、生産効率も大幅に改善される。また、
前記中間層としてダイヤモンド膜あるいはＤＬＣ等を用
いれば、水分による吸着のみならず静電気による吸着も
防止される。よってさらに繰り返し耐久性にも優れた光
スイッチング素子とすることができる。また、ダイヤモ
ンド膜及びＤＬＣは炭素であるから生体にも無害であ
り、廃液や製品の廃棄による環境破壊を引き起こすこと
がない。

【００５９】（２）本発明の光学素子は、前記中間層を
前記導波路の側に形成するほか、前記反射プリズムの側
に形成してもよく、その結果どちらも同様の効果を得
ることができ、製造工程によって前記を選択すればより
簡単に前記中間層を形成することができる。

【００６０】（３）本発明の光学素子において、中間層
としてチッ化シリコンを用いた場合、前記チッ化シリコ
ンは成膜技術及び装置も一般化しているため、ダイヤモ
ンド膜あるいはＤＬＣの場合と同様吸着防止効果をより
簡単に得られる一方で、より容易かつ安価に前記中間層
を形成可能である。

【００６１】（４）本発明の光学素子において、前記可
動膜の前記反射プリズムと反対の面においても、吸着を
起こしにくいダイヤモンド膜あるいはＤＬＣ、チッ化シ
リコン等の物質からなる付加層を前記可動膜の前記電極
と相対する面に形成した場合、前記面においても吸着に
よる動作不良が防止され、耐久性と信頼性に優れた光ス
イッチング素子が実現される。また、前記付加層として
ダイヤモンド膜あるいはＤＬＣのような絶縁体を用いた
場合、前記付加層は前記絶縁層を兼ねることができ、簡
単な構成で絶縁機構と吸着防止を両立することができ
る。

【００６２】（５）本発明の光学素子において、前記可
動膜の前記電極との吸着を防止するダイヤモンド膜ある
いはＤＬＣ、チッ化シリコン等からなる付加層を、前記
電極の側に付加すれば、前項同様前記可動膜の前記反射
プリズムと反対の面において吸着による制御不能、特性
劣化が防止され、耐久性と信頼性に優れた光スイッチン
グ素子が実現される。また、前記付加層としてダイヤモ
ンド膜あるいはＤＬＣ、チッ化シリコンのような絶縁体
を用いるならば、前記付加層は前記絶縁層を兼ねること
ができ、簡単な構成で絶縁と吸着防止を両立することが
できる。

【００６３】（６）前記中間層を前記導波路及び前記反
射プリズムの両方に形成すれば、さらに確実に吸着を防
止することができる。また、層の厚さを最適に設計する
ことにより反射防止することが可能のため、よりエバネ
ッセント波結合の効率が高い光スイッチング素子を実現
可能である。また、さらに多層化することにより反射防
止効果を高めて、高効率の光スイッチング素子を構成す
ることが可能である。

【００６４】（７）吸着を起こしにくい物質からなる付
加層１６を前記可動膜の前記電極と相対する面に形成
し、さらに前記電極7の側にも形成すれば、吸着を起こ
しにくい物質同士での接近及び離反となるので、さらに
高度に吸着が防止され、より耐久性と信頼性に優れた光
スイッチング素子が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子の一実施例を示す説明図。

【図２】本発明の光学素子の一実施例を示す説明図。

【図３】本発明の光学素子の一実施例を説明するための
説明図。

【図４】本発明の光学素子の一実施例を説明するための
説明図。

【図５】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図６】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図７】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図８】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図９】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図１０】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図１１】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図１２】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図１３】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図１４】本発明の光学素子の他の一実施例を示す説明
図。

【図１５】従来の光学素子の一例を示す説明図。

【図１６】従来の光学素子の一例を示す説明図。

【図１７】従来の光学素子の一例を説明するための説明
図。

【符号の説明】

１導波路２反射プリズム３可動膜４スペーサ５絶縁層６基板７電極８入射光９反射光１０中間層１１中間層がない場合の曲線１２中間層がある場合の曲線１３中間層の光学的厚さが光の波長の１／３０の場合
の曲線１４中間層の光学的厚さが光の波長の１／８の場合の
曲線１５中間層の光学的厚さが光の波長の１／３の場合の
曲線１６付加層１７第１中間層１８第2中間層１９第1付加層２０第２付加層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導入光を全反射して伝達可能な全反射面を
備えた導光部と、前記全反射面に対しエバネッセント波
が漏出する抽出距離以下に接近する第１の位置、及び前
記抽出距離以上に離れる第２の位置に移動可能な透光性
の抽出面と、前記抽出面を移動せしめる駆動手段とを有
し、さらに前記抽出面あるいは前記抽出面と相対する全
反射面のいずれか一方または両方に、前記全反射面及び
前記抽出面よりも屈折率が高く、かつ撥水性の材質より
なる１つ以上の層を具備することを特徴とする光学素
子。
【請求項２】前記層の材質はダイヤモンドまたはダイヤ
モンド・ライク・カーボンであることを特徴とする請求
項１記載の光学素子。
【請求項３】前記層の厚さは１０ｎｍから１００ｎｍの
範囲のいずれかの値であることを特徴とする請求項１記
載の光学素子。
【請求項４】導入光を全反射して伝達可能な全反射面を
備えた導光部と、前記全反射面に対しエバネッセント波
が漏出する抽出距離以下に接近する第１の位置、及び前
記抽出距離以上に離れる第２の位置に移動可能な透光性
の抽出面と、前記抽出面を静電力により移動せしめる駆
動手段の一部であって、前記抽出面と一体で移動可能な
第１の電極と、同様前記駆動手段の一部であって前記導
光部に対して固定された第２の電極とを有し、さらに前
記第１の電極あるいは前記第２の電極のそれぞれが相対
する面のいずれか一方または両方に、前記第１の電極及
び前記第２の電極とは異なる材質であってかつ撥水性で
ある１つ以上の層を具備することを特徴とする光学素
子。
【請求項５】前記層の材質はダイヤモンドまたはダイヤ
モンド・ライク・カーボンであることを特徴とする請求
項４記載の光学素子。
【請求項６】前記層の材質はチッ化シリコンであること
を特徴とする請求項４記載の光学素子。