JP2000356751A - Optical switch - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は入射光の光路（進行
方向）を変更可能な光スイッチに関するものであり、特
に、エレクトロウエッティング現象を利用して、小型化
を図ることができ、効率よく光路を変えることができる
光スイッチの実現を目指すものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch capable of changing the optical path (traveling direction) of incident light, and in particular, it is possible to reduce the size by using the electrowetting phenomenon, and to improve the efficiency. The aim is to realize an optical switch that can change the optical path.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、光路を変更可能にした光スイッチ
として、メカ的にミラーを光路中から挿脱もしくは光路
中で揺動させて光の光路を切り替える光スイッチが知ら
れている。また、特開平６−１６７７２５号公報には、
電気化学反応または化学反応により金属イオン溶液中か
ら金属イオンを透明基体表面に析出させることにより、
光を反射させ光路を切り替えるようにした光スイッチが
開示されている。また、特開平５−２８９００６号公報
には、光導波路と平板スリットを有した光スイッチにお
いて、平板スリットに光導波路と屈折率が同じ液体をア
クチュエータを用い、充満または排除することで光路を
切り替えるようにした光路切替装置が開示されている。2. Description of the Related Art Hitherto, as an optical switch capable of changing an optical path, an optical switch which switches a light path of light by mechanically inserting or removing a mirror from an optical path or swinging in a light path has been known. Also, JP-A-6-167725 discloses that
By precipitating metal ions from the metal ion solution on the transparent substrate surface by electrochemical reaction or chemical reaction,
An optical switch that reflects light to switch an optical path is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-289006 discloses an optical switch having an optical waveguide and a flat slit, in which a liquid having the same refractive index as that of the optical waveguide is used for the flat slit, and the optical path is switched by filling or removing the liquid. An optical path switching device is disclosed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例における各光スイッチは、以下に示すような問題
点を有している。例えば、メカ的に光の透過率を切り替
えるスイッチでは、切り替えるための駆動機構が必要と
なり、そのため小型化する事が困難である。また、電気
化学反応または化学反応により金属イオン溶液中から金
属イオンを透明基体表面に析出させることにより、光を
反射させ光路を切り替えている光スイッチでは、長時間
使用すると電極が腐食し、あるいは完全に可逆反応では
ないため効率が悪くなる等の問題がある。また、光導波
路と平板スリットを有した光スイッチにおいて、平板ス
リットに光導波路と屈折率が同じ液体をアクチュエータ
を用い、充満または排除することで光路を切り替えてい
る光スイッチでは、充満または排除する途中で外気中の
ダストの混入があり、充満または排除するためのポンプ
等の機構が必要となって、装置が大がかりになるという
問題がある。However, each optical switch in the above-mentioned conventional example has the following problems. For example, a switch that mechanically switches light transmittance requires a drive mechanism for switching, which makes it difficult to reduce the size. In addition, in an optical switch that switches the optical path by reflecting light by depositing metal ions from the metal ion solution on the surface of the transparent substrate by an electrochemical reaction or a chemical reaction, the electrode is corroded when used for a long time, or completely. However, there is a problem that efficiency is deteriorated because the reaction is not a reversible reaction. Also, in an optical switch having an optical waveguide and a flat plate slit, an optical switch that switches an optical path by filling or eliminating a liquid having the same refractive index as that of the optical waveguide in the flat slit using an actuator. In addition, there is a problem that dust in the outside air is mixed in, and a mechanism such as a pump for filling or eliminating the dust is required, so that the apparatus becomes large.
【０００４】ところで、液体に電圧を加えると界面張力
が変化して界面の移動（変形）が起こる現象として、エ
レクトロウエッティング現象が知られている。これは電
気毛管現象ともいわれ、図４のように絶縁層４２を形成
した基板電極４１上に、導電性の液滴４３があり、この
液滴４３と基板電極４１との間に電圧をかけると、一種
のコンデンサを形成し静電エネルギーが蓄積され、この
静電エネルギーにより、表面張力の釣り合いが変化し、
液滴４３が変形するものである（図４（ｂ））。このよ
うなエレクトロウエッティング現象は、これまで可変焦
点レンズ（ＷＯ９９／１８４５６）、電気毛管ディスプ
レイシート（特開平０９−３１１６４３号公報）などに
おいて、その利用が図られてきたが、光スイッチでの利
用は、未だ実現していない。An electrowetting phenomenon is known as a phenomenon that, when a voltage is applied to a liquid, the interfacial tension changes and the interface moves (deforms). This is also called an electrocapillary phenomenon. As shown in FIG. 4, there is a conductive droplet 43 on the substrate electrode 41 on which the insulating layer 42 is formed, and when a voltage is applied between the droplet 43 and the substrate electrode 41, , Forms a kind of capacitor and accumulates electrostatic energy, which changes the balance of surface tension,
The droplet 43 is deformed (FIG. 4B). Such an electrowetting phenomenon has been used in a variable focus lens (WO99 / 18456), an electrocapillary display sheet (Japanese Patent Laid-Open No. 09-311643), and the like, but is used in an optical switch. Has not yet been realized.
【０００５】そこで、本発明は、上記した課題を解決
し、従来のものとは異なる方式の光スイッチあるいはプ
リズムを構成するため、上記のエレクトロウエッティン
グ現象を利用して、小型化を図ることができ、効率よく
光路を変更できる光スイッチを提供することを目的とす
るものである。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems and forms an optical switch or a prism of a system different from the conventional one. Therefore, the size can be reduced by utilizing the above-mentioned electrowetting phenomenon. It is an object of the present invention to provide an optical switch capable of changing the optical path efficiently.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、光スイッチを、つぎの（１）〜（１１）の
ように構成したことを特徴とするものである。 （１）本発明の光スイッチは、入射光の光路を変更可能
な光スイッチであって、第１、第２の支持体と、前記第
１の支持体と第２の支持体間に形成された空間内に密閉
され互いに混合することのない第１の液体及び導電性ま
たは有極性の第２の液体とを有し、該第２の液体への印
加電圧を変えることによって、前記第１の液体と前記第
２の液体との界面の形状を変化させ、前記入射光の光路
を変えることを特徴としている。 （２）本発明の光スイッチは、前記第２の液体から絶縁
された第１の電極と、前記第２の液体に導通された第２
の電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との
間の印加電圧を変化させることにより、前記第１の液体
と前記第２の液体との界面の形状を変化させることを特
徴としている。 （３）本発明の光スイッチは、前記第１の電極は、絶縁
層を介して前記第１の支持体上に形成されていることを
特徴としている。 （４）本発明の光スイッチは、前記第２の液体に電圧を
印加しない状態で前記第２の液体を介して前記第２の支
持体から隔てられた前記第１の液体を、前記第２の液体
に電圧を印加することで前記第２の支持体と接触させ、
前記第２の支持体と前記空間との界面での反射率を変化
させて、前記第２の支持体から入射する入射光の光路を
変えることを特徴としている。 （５）本発明の光スイッチは、前記第２の液体の屈折率
と前記第２の支持体との屈折率差が、前記入射光に対す
る全反射条件を満たすことを特徴としている。 （６）本発明の光スイッチは、前記第１の支持体は光吸
収性を持った不透明体であることを特徴としている。 （７）本発明の光スイッチは、前記第２の液体に電圧を
印加しない状態で前記第２の液体を介して前記第２の支
持体から隔てられた前記第１の液体を、前記第２の液体
に電圧を印加することで前記第２の支持体と接触させ、
前記入射光を直進透過させることを特徴としている。 （８）本発明の光スイッチは、前記第２の支持体の前記
空間側には所定のピッチで並んだマイクロプリズムが形
成されており、前記第２の液体に電圧を印加しない状態
で前記第２の液体を介して前記マイクロプリズムから隔
てられた前記第１の液体を、前記第２の液体に電圧を印
加することで前記マイクロプリズムと接触させ、前記入
射光を直進透過させることを特徴としている。 （９）本発明の光スイッチは、前記第１の液体と前記第
２の液体は、比重が実質的に等しいことを特徴としてい
る。 （１０）本発明の光スイッチは、前記第２の支持体と前
記第１の液体は、屈折率が実質的に等しいことを特徴と
している。 （１１）本発明の光スイッチは、前記第１の液体と前記
第２の液体との屈折率差が０．１以上であることを特徴
としている。In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that an optical switch is constructed as in the following (1) to (11). (1) An optical switch according to the present invention is an optical switch capable of changing an optical path of incident light, and is formed between a first support and a second support, and between the first support and the second support. A first liquid and a conductive or polar second liquid sealed in a closed space and not mixed with each other, and by changing a voltage applied to the second liquid, the first liquid It is characterized in that the shape of the interface between the liquid and the second liquid is changed to change the optical path of the incident light. (2) The optical switch according to the present invention includes a first electrode insulated from the second liquid and a second electrode insulated from the second liquid.
Changing the shape of the interface between the first liquid and the second liquid by changing the applied voltage between the first electrode and the second electrode. It is characterized by. (3) The optical switch according to the present invention is characterized in that the first electrode is formed on the first support with an insulating layer interposed therebetween. (4) The optical switch according to the present invention may be configured such that the first liquid separated from the second support via the second liquid in a state where no voltage is applied to the second liquid is supplied to the second liquid. Contacting the second support by applying a voltage to the liquid of
The optical path of incident light incident from the second support is changed by changing the reflectance at the interface between the second support and the space. (5) The optical switch according to the present invention is characterized in that the difference between the refractive index of the second liquid and the refractive index of the second support satisfies the condition for total reflection of the incident light. (6) The optical switch according to the present invention is characterized in that the first support is an opaque body having a light absorbing property. (7) The optical switch according to the aspect of the invention may be configured such that the first liquid separated from the second support via the second liquid is applied to the second liquid without applying a voltage to the second liquid. Contacting the second support by applying a voltage to the liquid of
The incident light is transmitted straight through. (8) In the optical switch of the present invention, micro prisms arranged at a predetermined pitch are formed on the space side of the second support, and the micro prisms are arranged in a state where no voltage is applied to the second liquid. Wherein the first liquid separated from the microprism via the second liquid is brought into contact with the microprism by applying a voltage to the second liquid, and the incident light is transmitted straight through. I have. (9) The optical switch according to the present invention is characterized in that the first liquid and the second liquid have substantially the same specific gravity. (10) The optical switch according to the present invention is characterized in that the second support and the first liquid have substantially the same refractive index. (11) The optical switch according to the present invention is characterized in that a difference in refractive index between the first liquid and the second liquid is 0.1 or more.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】本実施形態で開示する光スイッチ
は上記した構成により、従来のものとは異なる方式の光
スイッチを構成することができ、小型化を図ることが可
能で、効率よく光路を切り替えることができる光スイッ
チを実現することができる。すなわち、上記した構成を
とることで、光路切り替えに機械的な駆動機構が必要で
ないため、小型化することが可能となる。また、上記構
成によると、エレクトロウエッティング現象を利用して
光路を変更しているので、効率よく光路の切り替えを行
うことができる。また、上記した全反射する構成をとる
ことで、前記第２の液体である電解質溶液と前記第２の
支持体が接触している場合は、その界面で入射光を全反
射するようにすることができる。また、上記した前記第
１の液体と前記第２の液体である電解質溶液の比重が略
等しい構成をとることで、重力の影響を排除することが
できる。また、上記した前記第１の液体の屈折率と前記
第２の液体である電解質溶液の屈折率差が、０．１以上
である構成をとることで、前記第１の液体の屈折率と前
記第２の液体である電解質溶液との界面で入射光を偏向
させることができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The optical switch disclosed in the present embodiment can be configured as an optical switch of a different type from the conventional one by the above-described configuration, and can be reduced in size, and can have an efficient optical path. Can be realized. That is, with the above-described configuration, a mechanical drive mechanism is not required for switching the optical path, so that the size can be reduced. Further, according to the above configuration, since the optical path is changed using the electrowetting phenomenon, the optical path can be efficiently switched. Further, by adopting the above-described total reflection configuration, when the electrolyte solution as the second liquid and the second support are in contact with each other, the incident light is totally reflected at the interface. Can be. In addition, by adopting a configuration in which the specific gravity of the electrolyte solution as the first liquid and the electrolyte solution as the second liquid is substantially equal, the influence of gravity can be eliminated. Further, by adopting a configuration in which the difference between the refractive index of the first liquid and the refractive index of the electrolyte solution as the second liquid is 0.1 or more, the refractive index of the first liquid is The incident light can be deflected at the interface with the electrolyte solution as the second liquid.
【０００８】[0008]
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する
が、本発明はこれらの実施例によって、何ら限定される
ものではない。 ［実施例１］図１は、本発明の実施例１における光スイ
ッチの断面図である。同図において、本実施例の光スイ
ッチは、支持体である第１のプリズム１１、第２のプリ
ズム１２、および第１の電極である透明導電性電極１
３、絶縁層１４、および前記プリズム１１および１２の
間に（形成された空間）封入された第１の液体１５、導
電性の第２の液体である電解質溶液１６、および第２の
電極である対向電極１７から形成されている。屈折率ｎ
ｐの光学材料からなるプリズム１１、１２は直角プリズ
ムであり、１３は、例えばスパッタリング法やＥｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｂｅａｍ法により形成されたＩＴＯのような
透明導電性電極であり、プリズム１１上に形成されてい
る。透明導電性電極１３上にレプリカ樹脂（大日本印刷
（株）製、型番Ｃ００１）を滴下し、ガラス板で押しつ
けた後、１５分間ＵＶ照射を行い、厚さ２０μｍ程度の
透明な絶縁層１４を形成する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples. Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view of an optical switch according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, the optical switch of this embodiment includes a first prism 11, a second prism 12, which is a support, and a transparent conductive electrode 1, which is a first electrode.
3, a first liquid 15 sealed between the insulating layers 14 and the prisms 11 and 12 (formed space), an electrolyte solution 16 which is a conductive second liquid, and a second electrode. It is formed from the counter electrode 17. Refractive index n
The prisms 11 and 12 made of an optical material p are right-angle prisms, and 13 is, for example, a sputtering method or Elec.
It is a transparent conductive electrode such as ITO formed by the tron beam method, and is formed on the prism 11. A replica resin (manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd., model number C001) is dropped on the transparent conductive electrode 13, pressed with a glass plate, and irradiated with UV for 15 minutes to form a transparent insulating layer 14 having a thickness of about 20 μm. Form.
【０００９】透明導電性電極１３および絶縁層１４の屈
折率は、プリズム１１および１２の屈折率ｎPと等しい
事が望ましい。透明導電性電極１３、絶縁層１４を形成
したプリズム１１、およびプリズム１２の間に、シリコ
ーンオイルＴＳＦ４３７（東芝シリコーン（株）製）か
ら成る第１の液体１５および第１の液体１５に比重が実
質的に等しくなるように調整したＮａＣｌ水溶液（３．
０ｗｔ％）から成る電解質溶液１６を封入する。第１の
液体１５と電解質溶液１６の比重は、±１０％以内の範
囲で等しければよく、この範囲で等しいことを本明細書
では「実質的に等しい」としている。このように第１の
液体１５及び電解質溶液１６の比重を等しくすることに
よって、重力の２つの液体の界面形状への寄与を排除す
ることができる。第１の液体１５及び電解質溶液１６を
プリズム１１と１２の間に封入する際には、第１の液体
１５がプリズム１２と接触しないようにする。封入した
第１の液体１５、電解質溶液１６が漏れないように、対
向電極１７とガラス板等の封止物１８でプリズム１１と
１２の間の空間を封止する。It is desirable that the refractive indices of the transparent conductive electrode 13 and the insulating layer 14 are equal to the refractive indices n P of the prisms 11 and 12. The first liquid 15 made of silicone oil TSF437 (manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd.) and the specific gravity of the first liquid 15 are substantially between the transparent conductive electrode 13, the prism 11 having the insulating layer 14 formed thereon, and the prism 12. NaCl aqueous solution (3.
(0% by weight). The specific gravities of the first liquid 15 and the electrolyte solution 16 need only be equal within a range of ± 10%, and in this specification, being equal in this range is referred to as “substantially equal”. By making the specific gravities of the first liquid 15 and the electrolyte solution 16 equal, it is possible to eliminate the contribution of gravity to the interface shape between the two liquids. When the first liquid 15 and the electrolyte solution 16 are sealed between the prisms 11 and 12, the first liquid 15 is prevented from contacting the prism 12. The space between the prisms 11 and 12 is sealed with a counter electrode 17 and a sealing member 18 such as a glass plate so that the sealed first liquid 15 and electrolyte solution 16 do not leak.
【００１０】また、電解質溶液１６の屈折率ｎAは、プ
リズム１１、１２の屈折率ｎPに対し、全反射がおこる
条件を満たすことが望ましい（ｎP＞＞ｎA）。また、第
１の液体１５は、シリコーンオイルのように電解質溶液
１６と混合しない液体であり、その屈折率ｎBは、プリ
ズム１１、１２の屈折率ｎPと実質的に等しいことが望
ましい（ｎP≒ｎB）。電解質溶液１６に電圧を印加して
いない状態、すなわち透明導電性電極１３およびニッケ
ルから成る対向電極１７に電圧を加えていない状態（図
１（ａ））Ｖ＝０では、プリズム１２と接触しているの
は電解質溶液１６であり、電解質溶液１６の屈折率ｎA
とプリズム１２の屈折率ｎPは全反射の条件を満たすた
め、入射光線は、プリズム１１および電解質溶液１６の
界面で全反射する。そして、透明導電性電極１３および
ニッケルから成る対向電極１７に電圧を加えると（図１
（ｂ））、つまりＶ＝Ｖｏになると、第１の液体１５と
電解質溶液１６の界面張力が変化して界面が変形し、第
１の液体１５がプリズム１２と接触し、第１の液体１５
の屈折率ｎBとプリズム１１およびプリズム１２の屈折
率ｎPが等しいため、入射光線は透過する。この際、第
１の液体１５の体積は両電極に印加される電圧には依存
せず、常に一定である。Further, it is desirable that the refractive index n A of the electrolyte solution 16 satisfies the condition that total reflection occurs with respect to the refractive index n P of the prisms 11 and 12 (n P >> n A ). The first liquid 15 is a liquid that does not mix with the electrolyte solution 16 such as silicone oil, and its refractive index n B is desirably substantially equal to the refractive index n P of the prisms 11 and 12 (n P ≒ n B). When no voltage is applied to the electrolyte solution 16, that is, when no voltage is applied to the transparent conductive electrode 13 and the counter electrode 17 made of nickel (FIG. 1 (a)), V = 0 Is the electrolyte solution 16, the refractive index n A of the electrolyte solution 16.
Since the refractive index n P of the prism 12 satisfies the condition of total reflection, the incident light is totally reflected at the interface between the prism 11 and the electrolyte solution 16. When a voltage is applied to the transparent conductive electrode 13 and the counter electrode 17 made of nickel (FIG. 1).
(B)) That is, when V = Vo, the interfacial tension between the first liquid 15 and the electrolyte solution 16 changes to deform the interface, and the first liquid 15 comes into contact with the prism 12 and the first liquid 15
Since the refractive index n P of the refractive index n B of the prism 11 and the prism 12 are equal, the incident light is transmitted. At this time, the volume of the first liquid 15 does not depend on the voltage applied to both electrodes, and is always constant.
【００１１】また、プリズム１１、１２は直角プリズム
であり、その材質は、ガラス、またはテフロン、ポリカ
ーボネートおよびアクリルのようなプラスチックでもよ
い。透明導電性電極１３および絶縁層１４の屈折率は、
プリズム１１および１２の屈折率ｎPと等しい事が望ま
しい。透明導電性電極１３は、ＩＴＯまたは酸化錫など
の導電性透明材料であればよい。絶縁層１４は、レプリ
カによって形成された、アクリル樹脂であってもよく、
さらにはスパッタリングまたは化学蒸着処理法によって
蒸着されたテフロンまたは他のフッ素処理ポリマーであ
ってもよい。プリズム１１、１２の間に封入してある電
解質溶液１６は、ＮａＣｌ、Ｎａ2ＳＯ4などのような電
解質を溶かした水溶液でもよく、水、アルコール、アセ
トン、ホルムアミド、エチレングリコールのような有極
性液体およびこれらと他の適当な液体との混合物でもよ
い。The prisms 11 and 12 are right-angle prisms, and may be made of glass or plastic such as Teflon, polycarbonate and acrylic. The refractive index of the transparent conductive electrode 13 and the insulating layer 14 is
It is desirable that the refractive index is equal to n P of the prisms 11 and 12. The transparent conductive electrode 13 may be a conductive transparent material such as ITO or tin oxide. The insulating layer 14 may be an acrylic resin formed by a replica,
Further, it may be Teflon or other fluorinated polymer deposited by a sputtering or chemical vapor deposition process. The electrolyte solution 16 sealed between the prisms 11 and 12 may be an aqueous solution in which an electrolyte such as NaCl or Na 2 SO 4 is dissolved, or a polar liquid such as water, alcohol, acetone, formamide, or ethylene glycol. And mixtures of these with other suitable liquids.
【００１２】また、電解質溶液１６の屈折率ｎAはプリ
ズム１１、１２の屈折率ｎPに対して、全反射がおこる
条件を満たすことが望ましい。第１の液体１５は、シリ
コーンオイルのように電解質溶液１６と混合しない液体
である。対向電極１７は、金、白金、ステンレス鋼、ニ
ッケル、銀および酸化インジウム／すずのような材料で
できていてもよく、電解質溶液１６と接していれば、平
板でも棒状でもよい。封止物１８は、ガラス、アクリ
ル、金属のような材料でできていてもよく、封止するこ
とができれば、平板でも円形でも棒状でも良い。また、
図１では、一方を対向電極１７、もう一方をガラス板の
封止物１８で封止しているが、両方ともガラス板で封止
しても良い。It is desirable that the refractive index n A of the electrolyte solution 16 satisfies the condition that total reflection occurs with respect to the refractive index n P of the prisms 11 and 12. The first liquid 15 is a liquid that does not mix with the electrolyte solution 16 such as silicone oil. The counter electrode 17 may be made of a material such as gold, platinum, stainless steel, nickel, silver, and indium / tin oxide, and may be flat or rod-shaped as long as it is in contact with the electrolyte solution 16. The sealing material 18 may be made of a material such as glass, acrylic, or metal, and may be a flat plate, a circle, or a rod as long as it can be sealed. Also,
In FIG. 1, one is sealed with a counter electrode 17 and the other is sealed with a sealing material 18 of a glass plate, but both may be sealed with a glass plate.
【００１３】また、実施例１では、第１のプリズム１１
側で光路を切り替える光スイッチであるが、実施例１の
変形例として、第１のプリズムとして透明体ではなく光
吸収性の不透明体を用いることで、透明導電性電極およ
び対向電極１７に電圧を加え、第１の液体１５がプリズ
ム１２と接触すると、入射光線は第１のプリズムで吸収
され、光は第１のプリズムを透過せず、第２のプリズム
側で光路を切り替える光スイッチとなる。In the first embodiment, the first prism 11
An optical switch that switches the optical path on the side. As a modification of the first embodiment, a voltage is applied to the transparent conductive electrode and the counter electrode 17 by using a light absorbing opaque body instead of a transparent body as the first prism. In addition, when the first liquid 15 comes into contact with the prism 12, the incident light is absorbed by the first prism, and the light does not pass through the first prism, and becomes an optical switch that switches the optical path on the second prism side.
【００１４】［実施例２］図２は、本発明の実施例２に
おける光スイッチの断面図である。同図において、本実
施例の光スイッチは、第１、第２の基板２１、２２およ
び、第１の電極である透明導電性電極２３、絶縁層２４
および、基板２１および２２の間に封入された第１の液
体２５、第２の液体である電解質溶液２６、および対向
電極２７から形成されている。基板２１、２２は屈折率
ｎPの光学材料からなり、２３は、例えばスパッタリン
グ法やＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ法により形成された
ＩＴＯのような透明導電性電極であり、基板２１上に形
成されている。透明導電性電極２３上にレプリカ樹脂
（大日本印刷（株）製、型番Ｃ００１）を滴下し、ガラ
ス板で押しつけた後、１５分間ＵＶ照射を行い、厚さ２
０μｍ程度の透明な絶縁層２４を形成する。Embodiment 2 FIG. 2 is a sectional view of an optical switch according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the optical switch of this embodiment includes first and second substrates 21 and 22, a transparent conductive electrode 23 as a first electrode, and an insulating layer 24.
Further, it is formed of a first liquid 25 sealed between the substrates 21 and 22, an electrolyte solution 26 as a second liquid, and a counter electrode 27. Substrates 21 and 22 are made of an optical material having a refractive index of n P , and 23 is a transparent conductive electrode such as ITO formed by a sputtering method or an Electron Beam method, and is formed on the substrate 21. A replica resin (manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd., model number C001) was dropped on the transparent conductive electrode 23, pressed with a glass plate, and then irradiated with UV for 15 minutes to obtain a thickness of 2
A transparent insulating layer 24 of about 0 μm is formed.
【００１５】透明導電性電極２３および絶縁層２４の屈
折率は、基板２１、および２２の屈折率ｎｐと等しい事
が望ましい。透明導電性電極２３、絶縁層２４を形成し
た基板２１および基板２２の間に、シリコーンオイルＴ
ＳＦ４３７（東芝シリコーン（株）製）から成る第１の
液体２５および第１の液体２５に比重が実質的に等しく
なるように調整したＮａＣｌ水溶液（３．０ｗｔ％）か
ら成る電解質溶液２６を封入する。第１の液体２５及び
電解質溶液２６を封入する際には、第１の液体２５が基
板２２と接触しないようにする。封入した第１の液体２
５、電解質溶液２６が漏れないように、ガラス板等の封
止物２８で基板２１、２２の間の空間を封止する。It is desirable that the refractive index of the transparent conductive electrode 23 and the insulating layer 24 is equal to the refractive index np of the substrates 21 and 22. Silicone oil T is applied between the substrate 21 and the substrate 22 on which the transparent conductive electrode 23 and the insulating layer 24 are formed.
A first liquid 25 made of SF437 (manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd.) and an electrolyte solution 26 made of an aqueous NaCl solution (3.0 wt%) adjusted to have a specific gravity substantially equal to the first liquid 25 are sealed. . When the first liquid 25 and the electrolyte solution 26 are sealed, the first liquid 25 is prevented from contacting the substrate 22. The enclosed first liquid 2
5. The space between the substrates 21 and 22 is sealed with a sealing member 28 such as a glass plate so that the electrolyte solution 26 does not leak.
【００１６】第１の液体２５は、シリコーンオイルのよ
うに電解質溶液２６と混合しない液体である。電解質溶
液２６の屈折率ｎBは、基板２１、２２の屈折率ｎPと等
しいことが望ましい（ｎP≒ｎB）。透明導電性電極２３
およびニッケルから成る対向電極２７に電圧を加えてい
ない状態（図２（ａ））、つまりＶ＝０（Ｖ）では、基
板２２と接触しているのは電解質溶液２６であり、第１
の液体２５の屈折率は１．４９、電解質溶液３６の屈折
率は１．３４であるため、スリット板２９のスリット２
９ａを通った入射光は、第１の液体２５と電解質溶液２
６の界面で屈折し、受光センサ基板２０上の受光部２０
ａに到達する。そして、透明導電性２３およびニッケル
から成る対向電極２７に電圧を加えると（図２
（ｂ））、つまりＶ＝Ｖ１になると、第１の液体２５と
電解質溶液２６の界面張力が変化し、第１の液体２５お
よび電解質溶液２６の界面の形状が変化し、電解質溶液
２６の曲率半径がより小さくなるため、入射光はより大
きく屈折し、受光部２０ｂに到達する。The first liquid 25 is a liquid that does not mix with the electrolyte solution 26, such as silicone oil. It is desirable that the refractive index n B of the electrolyte solution 26 is equal to the refractive index n P of the substrates 21 and 22 (n P ≒ n B ). Transparent conductive electrode 23
In the state where no voltage is applied to the counter electrode 27 made of nickel and nickel (FIG. 2A), that is, V = 0 (V), the electrolyte solution 26 is in contact with the substrate 22,
The liquid 25 has a refractive index of 1.49, and the electrolyte solution 36 has a refractive index of 1.34.
9a passes through the first liquid 25 and the electrolyte solution 2.
6, the light receiving portion 20 on the light receiving sensor substrate 20
reaches a. Then, when a voltage is applied to the transparent electrode 23 and the counter electrode 27 made of nickel (FIG. 2).
(B)) That is, when V = V1, the interfacial tension between the first liquid 25 and the electrolyte solution 26 changes, the shape of the interface between the first liquid 25 and the electrolyte solution 26 changes, and the curvature of the electrolyte solution 26 changes. Since the radius becomes smaller, the incident light is refracted more and reaches the light receiving section 20b.
【００１７】さらに、電圧を加えると（図２（ｃ））、
つまりＶ＝Ｖ２になると、第１の液体２５が上側の基板
である第１の基板２２に接触し、第１の液体２５の屈折
率ｎ Aと基板２１、および２２の屈折率ｎPが等しいた
め、入射光線は屈折せず受光部２０ｃに到達する。この
ように、本発明では電圧を制御することで光の光路を偏
向させることができる。ここで、入射光を効率よく屈折
させるために、第１の液体２５と電解質溶液の屈折率差
は０．１以上であることが望ましい。また、実施例２で
使用する材料は、実施例１と同じものを用いて良い。Further, when a voltage is applied (FIG. 2C),
That is, when V = V2, the first liquid 25 is
And the first liquid 25 is refracted.
Rate n AAnd the refractive index n of the substrates 21 and 22PAre equal
Therefore, the incident light beam reaches the light receiving unit 20c without being refracted. this
As described above, in the present invention, by controlling the voltage, the optical path of light is deflected.
Can be oriented. Here, the incident light is efficiently refracted
The difference between the refractive indices of the first liquid 25 and the electrolyte solution.
Is desirably 0.1 or more. In the second embodiment,
The same material as that used in the first embodiment may be used.
【００１８】［実施例３］図３は、本発明の実施例３に
おける光スイッチの断面図である。同図において、本実
施例の光スイッチは、第１、第２の基板３１、３２およ
び、透明導電性電極３３、絶縁層３４および、基板３１
および３２の間に封入された第１の液体３５、第２の液
体である電解質溶液３６、および対向電極３７から形成
されている。基板３１、３２は、屈折率ｎPの光学材料
からなり、基板３２の液室側にはマイクロプリズムが形
成されている。３３は、例えばスパッタリング法やＥｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ法により形成されたＩＴＯのよ
うな透明導電性電極であり、基板３１上に形成されてい
る。透明導電性電極３３上にレプリカ樹脂（大日本印刷
（株）製、型番Ｃ００１）を滴下し、ガラス板で押しつ
けた後、１５分間ＵＶ照射を行い、厚さ２０μｍ程度の
透明な絶縁層３４を形成する。Third Embodiment FIG. 3 is a sectional view of an optical switch according to a third embodiment of the present invention. In the figure, the optical switch of this embodiment includes first and second substrates 31 and 32, a transparent conductive electrode 33, an insulating layer 34, and a substrate 31.
And 32, a first liquid 35, an electrolyte solution 36 as a second liquid, and a counter electrode 37. The substrates 31 and 32 are made of an optical material having a refractive index n P , and a micro prism is formed on the liquid chamber side of the substrate 32. 33 is, for example, a sputtering method or El.
It is a transparent conductive electrode such as ITO formed by an electron beam method, and is formed on a substrate 31. A replica resin (manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd., model number C001) is dropped on the transparent conductive electrode 33, pressed with a glass plate, and irradiated with UV for 15 minutes to form a transparent insulating layer 34 having a thickness of about 20 μm. Form.
【００１９】透明導電性電極３３および絶縁層３４の屈
折率は、基板３１および３２の屈折率ｎPと等しい事が
望ましい。基板３２、および透明導電性電極３３、絶縁
層３４を形成した基板３１の間に、シリコーンオイルＴ
ＳＦ４３７（東芝シリコーン（株）製）から成る第１の
液体３５および第１の液体３５に比重が等しくなるよう
に調整したＮａＣｌ水溶液（３．０ｗｔ％）から成る電
解質溶液３６を封入する。第１の液体３５と電解質溶液
３６を封入する際には、第１の液体３５がプリズム３２
と接触しないようにする。封入した第１の液体３５、電
解質溶液３６が漏れないように、ガラス板等の封止物３
８で基板３１と３２の間の空間を封止する。第１の液体
３５は、シリコーンオイルのように電解質溶液３６と混
合しない液体であり、その屈折率ｎAは、基板３１およ
び３２の屈折率ｎPと等しいことが望ましい（ｎP≒
ｎA）。It is desirable that the refractive indices of the transparent conductive electrode 33 and the insulating layer 34 are equal to the refractive indices n P of the substrates 31 and 32. Silicone oil T is applied between the substrate 32 and the substrate 31 on which the transparent conductive electrode 33 and the insulating layer 34 are formed.
A first liquid 35 made of SF437 (manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd.) and an electrolyte solution 36 made of an aqueous NaCl solution (3.0 wt%) adjusted to have a specific gravity equal to that of the first liquid 35 are sealed. When the first liquid 35 and the electrolyte solution 36 are sealed, the first liquid 35 is
Avoid contact with In order to prevent the enclosed first liquid 35 and electrolyte solution 36 from leaking, a sealing material 3 such as a glass plate is used.
At 8, the space between the substrates 31 and 32 is sealed. The first liquid 35 is a liquid that does not mix with the electrolyte solution 36 such as silicone oil, and its refractive index n A is preferably equal to the refractive index n P of the substrates 31 and 32 (n P ≒).
n A).
【００２０】透明導電性電極３３およびニッケルから成
る対向電極３７に電圧を加えていない状態（図３
（ａ））、つまりＶ＝０（Ｖ）では、基板３２と接触し
ているのは電解質溶液３６であり、入射光線は、基板３
２と電解質溶液３６の界面で屈折する。ここで、基板３
２の液室側のパターンを変えることで、屈折の方向を制
御できる。そして、透明導電性３３およびニッケルから
成る対向電極３７に電圧を加えると（図３（ｂ））、つ
まりＶ＝Ｖｏ（Ｖ）になると、第１の液体３５と電解質
溶液３６の界面張力が変化し、第１の液体３５および電
解質溶液３６の界面の形状が変化し、第１の液体３５が
基板３２と接触する。この時、第１の液体３５の屈折率
ｎAと基板３１および３２の屈折率ｎPが等しいため、入
射光線は直進する。実施例３で使用する材料は、実施例
１と同じものを用いて良い。以上、実施例１〜３に示し
た光スイッチは、光路切り替えに機械的な駆動機構が必
要ないため、装置の小型化を図ることができる。又、エ
レクトロウエッティング現象を利用して光路を変更して
いるので、効率よく光路の切り替えを行うことができ
る。A state where no voltage is applied to the transparent conductive electrode 33 and the counter electrode 37 made of nickel (FIG. 3)
(A)), that is, at V = 0 (V), the electrolyte solution 36 is in contact with the substrate 32, and the incident light is
It is refracted at the interface between 2 and the electrolyte solution 36. Here, the substrate 3
The direction of refraction can be controlled by changing the pattern on the liquid chamber side of No. 2. Then, when a voltage is applied to the transparent electrode 33 and the counter electrode 37 made of nickel (FIG. 3B), that is, when V = Vo (V), the interfacial tension between the first liquid 35 and the electrolyte solution 36 changes. Then, the shape of the interface between the first liquid 35 and the electrolyte solution 36 changes, and the first liquid 35 comes into contact with the substrate 32. At this time, since the refractive index n A of the first liquid 35 is equal to the refractive index n P of the substrates 31 and 32, the incident light goes straight. The materials used in the third embodiment may be the same as those in the first embodiment. As described above, the optical switches shown in the first to third embodiments do not require a mechanical drive mechanism for switching the optical path, so that the size of the device can be reduced. Further, since the optical path is changed using the electrowetting phenomenon, the optical path can be switched efficiently.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
ものとは異なる方式の光スイッチを構成することがで
き、装置の小型化と光路の切り替えを効率良く行うこと
が可能になる。As described above, according to the present invention, an optical switch of a system different from the conventional one can be constructed, and the size of the device can be reduced and the optical path can be switched efficiently. .
【図１】本発明の実施例１における光スイッチの断面図
である。FIG. 1 is a sectional view of an optical switch according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例２における光スイッチの断面図
である。FIG. 2 is a sectional view of an optical switch according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例３におけるプリズムの断面図で
ある。FIG. 3 is a sectional view of a prism according to a third embodiment of the present invention.
【図４】エレクトロウエッティング現象を説明するため
の電圧印加前、電圧印加後の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing changes before and after voltage application for explaining the electrowetting phenomenon.
１１：第１のプリズム １２：第２のプリズム １３：透明導電性電極 １４：絶縁層 １５：第１の液体 １６：第２の液体（電解質溶液） １７：対向電極 １８：封止物（ガラス板） ２０：受光センサ基板 ２３：透明導電性電極 ２４：絶縁層 ２５：第１の液体 ２６：第２の液体（電解質溶液） ２７：対向電極 ２８：封止物（ガラス板） ２９ａ：スリット ３３：透明導電性電極 ３４：絶縁層 ３５：第１の液体 ３６：第２の液体（電解質溶液） ３７：対向電極 ３８：封止物（ガラス板） ４１：基板電極 ４２：絶縁層 ４３：液滴 11: First prism 12: Second prism 13: Transparent conductive electrode 14: Insulating layer 15: First liquid 16: Second liquid (electrolyte solution) 17: Counter electrode 18: Sealing material (glass plate) 20) light receiving sensor substrate 23: transparent conductive electrode 24: insulating layer 25: first liquid 26: second liquid (electrolyte solution) 27: counter electrode 28: sealing material (glass plate) 29a: slit 33: Transparent conductive electrode 34: insulating layer 35: first liquid 36: second liquid (electrolyte solution) 37: counter electrode 38: sealing material (glass plate) 41: substrate electrode 42: insulating layer 43: droplet
Claims (11)
って、第１、第２の支持体と、前記第１の支持体と第２
の支持体間に形成された空間内に密閉され互いに混合す
ることのない第１の液体及び導電性または有極性の第２
の液体とを有し、該第２の液体への印加電圧を変えるこ
とによって、前記第１の液体と前記第２の液体との界面
の形状を変化させ、前記入射光の光路を変えることを特
徴とする光スイッチ。1. An optical switch capable of changing an optical path of incident light, comprising: a first and a second support; and a first support and a second support.
The first liquid and the conductive or polar second liquid which are sealed in the space formed between the supports and do not mix with each other.
And changing the voltage applied to the second liquid to change the shape of the interface between the first liquid and the second liquid, thereby changing the optical path of the incident light. Optical switch characterized.
と、前記第２の液体に導通された第２の電極とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の印加電圧を変
化させることにより、前記第１の液体と前記第２の液体
との界面の形状を変化させることを特徴とする請求項１
記載の光スイッチ。2. A semiconductor device comprising: a first electrode insulated from the second liquid; and a second electrode electrically connected to the second liquid.
2. The shape of an interface between the first liquid and the second liquid is changed by changing an applied voltage between the first electrode and the second electrode.
An optical switch as described.
１の支持体上に形成されていることを特徴とする請求項
２記載の光スイッチ。3. The optical switch according to claim 2, wherein said first electrode is formed on said first support via an insulating layer.
前記第２の液体を介して前記第２の支持体から隔てられ
た前記第１の液体を、前記第２の液体に電圧を印加する
ことで前記第２の支持体と接触させ、前記第２の支持体
と前記空間との界面での反射率を変化させて、前記第２
の支持体から入射する入射光の光路を変えることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光スイッ
チ。4. A voltage is applied to the first liquid separated from the second support via the second liquid without applying a voltage to the second liquid, and a voltage is applied to the second liquid. By applying, the second support is brought into contact with the second support, and the reflectance at the interface between the second support and the space is changed.
The optical switch according to any one of claims 1 to 3, wherein an optical path of incident light incident from the support is changed.
体との屈折率差が、前記入射光に対する全反射条件を満
たすことを特徴とする請求項４記載の光スイッチ。5. The optical switch according to claim 4, wherein the difference between the refractive index of the second liquid and the refractive index of the second support satisfies the condition for total reflection of the incident light.
明体であることを特徴とする請求項４または請求項５記
載の光スイッチ。6. The optical switch according to claim 4, wherein said first support is an opaque body having a light absorbing property.
前記第２の液体を介して前記第２の支持体から隔てられ
た前記第１の液体を、前記第２の液体に電圧を印加する
ことで前記第２の支持体と接触させ、前記入射光を直進
透過させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項に記載の光スイッチ。7. A voltage is applied to the first liquid separated from the second support via the second liquid without applying a voltage to the second liquid, and a voltage is applied to the second liquid. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the applied light is brought into contact with the second support, and the incident light is transmitted straight.
An optical switch according to the item.
ピッチで並んだマイクロプリズムが形成されており、前
記第２の液体に電圧を印加しない状態で前記第２の液体
を介して前記マイクロプリズムから隔てられた前記第１
の液体を、前記第２の液体に電圧を印加することで前記
マイクロプリズムと接触させ、前記入射光を直進透過さ
せることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の光スイッチ。8. A micro-prism arranged at a predetermined pitch on the space side of the second support, and a micro-prism is arranged through the second liquid without applying a voltage to the second liquid. The first prism separated from the microprism
The optical switch according to any one of claims 1 to 4, wherein the liquid is brought into contact with the microprism by applying a voltage to the second liquid, and the incident light is transmitted straight. .
が実質的に等しいことを特徴とする請求項１〜８のいず
れか１項に記載の光スイッチ。9. The optical switch according to claim 1, wherein the first liquid and the second liquid have substantially the same specific gravity.
屈折率が実質的に等しいことを特徴とする請求項１〜９
のいずれか１項に記載の光スイッチ。10. The method according to claim 10, wherein the second support and the first liquid are
10. The refractive index is substantially equal.
The optical switch according to any one of the above.
折率差が０．１以上であることを特徴とする請求項１〜
１０のいずれか１項に記載の光スイッチ。11. The method according to claim 1, wherein a difference in refractive index between the first liquid and the second liquid is 0.1 or more.
The optical switch according to any one of items 10 to 10.
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