JP3687411B2 - 光スイッチング素子 - Google Patents
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Description
【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スイッチング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】
図１９及び図２０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１９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３、前記反射プリズム３を静電力で動かすためのプリズム電極５、前記プリズム電極５と前記反射プリズム３が一体で動くように機械的に連結するプリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム電極５に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６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照明光１１が供給されている。前記照明光１１は略平行光であり、前記導波路１の内部の全ての界面において光が繰り返し全反射し、前記導波路１の内部が光線で満たされるような一定の入射角で入射するようにセットされている。この状態では、巨視的には前記照明光１１は前記導波路１内部に閉じ込められ、前記導波路１の中を損失なく伝播している。一方微視的には、前記導波路１の全反射している面の付近では、前記導波路１から光の波長程度のごく僅かな距離だけ、前記照明光１１は一度漏出し、進路を変えて再び前記導波路１内に戻るという現象が起きている。前記漏出光を一般にエバネッセント波と呼ぶ。前記エバネッセント波は、前記導波路１の全反射面に光の波長程度またはそれ以下の距離で他の光学部材を接近させることにより取り出すことができる。即ち、前記光学部材として光透過性の部材を接近させれば、前記前記光学部材を透過させて取り出すことができ、前記光学部材として光反射性の部材を接近させれば、前記エバネッセント波を反射させ、前記導波路１を透過させて取り出すことができる。よって、前記光学部材をアクチュエータにより接近・離反させれば、前記照明光１１を取り出したり取り出さなかったりといった動作が可能になる。
【０００５】
本従来例は、前記の現象を応用した光スイッチング素子である。前記反射プリズム３は、はじめ前記カンチレバー６によって機械的中立点に支持されているが、前記プリズム電極５及び前記下電極８の間に電圧を印加すると、２者間には静電力による吸引力が働き、前記プリズム電極５は図の下方に移動する。このとき前記プリズム電極５に連結されている前記反射プリズム３も共に下方に移動し、前記導波路１から離反する。このときの様子を示しているのが図１９である。この状態では、前記照明光１１は前記導波路１内部に閉じ込められたままである。これを光スイッチングＯＦＦ状態とする。
【０００６】
次に、前記プリズム電極５及び前記上電極７の間に電圧を印加すると、やはり２者間には静電力による吸引力が働き、今度は前記プリズム電極５は図の上方に移動する。このとき前記プリズム電極５に連結されている前記反射プリズム３も共に上方に移動し、前記導波路１に接近する。このときの様子を示しているのが図２０である。接近距離が十分小さければ、前記導波路１から漏出した前記照明光１１は、前記反射プリズム３に到達した後反射し、進路を変えた後再び前記導波路１に進入する。この際、もはや進入光の角度は前記導波路１内部で全反射する角度ではなくなっているため、そのまま前記導波路１を突き抜け、導出光１２となって外部に出射する。これを光スイッチングＯＮ状態とする。
【０００７】
以上のようにして、本従来例では各電極に選択的に電圧を印加することにより、 前記導波路１から前記照明光１１を取り出していた。前記出射方向に受光光学系を設置すれば、光スイッチング素子として機能する構成を有していた。また、前記の構成をマトリクス状に多数配置して、画像の表示を行っていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１９及び図２０で示した従来の光スイッチング素子では、前記反射プリズムを移動させ光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦを確実に行うにはある程度の力を要する。そのためには、前記プリズム電極５及び前記前記上電極７、下電極８の間の吸引力を十分に確保しなければならない。吸引力を大きくするには、電極の相対する面積を大きくとるか、電極間に高い電圧を供給しなければならない。しかしながら、構造上電極の面積を大きくすることは素子の微細化、小型化の要求に反するものであり、困難が大きい。また、印加電圧を大きくすると、高耐圧の駆動回路が必要になり、トランジスタのサイズが大きくなることからやはり微細化、小型化が難しくなるほか、パルス駆動時に発生するノイズが新たな問題となるという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記反射プリズムの駆動力の不足を補うことによって、光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦを確実に行い得る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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の光スイッチング素子は、
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部と、
前記抽出部と一体で動く導電性部材と、
前記抽出部を移動せしめる駆動力のうち第1の駆動力を及ぼす駆動手段と、
前記導光部の、前記抽出部と相対する面に導電性の材質よりなる第1の層を有し、
前記第１の層と前記導電性部材との間に電圧を印加することにより前記抽出部に第2の駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００１１】
（２）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記導電性の層の材質はＩＴＯであることを特徴とする。
【００１２】
（３）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記導電性の層は、前記導光部あるいは前記抽出部より高い屈折率を有する材質よりなることを特徴とする。
【００１３】
（４）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記駆動手段は、前記抽出部を静電力により第１の位置の吸引する第1の電極と、第２の位置に吸引する第２の電極と、前記抽出部と一体で動く第３の電極よりなり、前記導電性部材は前記第３の電極であることを特徴とする。
【００１４】
（５）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記抽出部は、前記導光部と相対する面に導電性の材質よりなる第２の層を具備し、前記導電性部材は前記第２の層であることを特徴とする。
【００１５】
（６）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記抽出部は導電性の材質よりなる支持台を有し、前記導電性部材は前記支持台であることを特徴とする。
【００１６】
（７）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記抽出部は抽出された光を反射する反射面を有し、さらに前記反射面は導電性であって、前記導電性部材は前記反射面であることを特徴とする。
【００１７】
（８）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記抽出部は導電性であって、前記導電性部材は前記抽出部であることを特徴とする。
【００１８】
（９）本発明の光スイッチング素子は、導入光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導電性の材質よりなる導光部と、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部と、前記抽出部と一体で動く導電性部材と、前記抽出部を移動せしめる駆動力のうち第1の駆動力を及ぼす駆動手段とを有し、前記導光部及び前記導電性部材間に電圧を印加することにより前記抽出部に第2の駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【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の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、前記反射プリズム３を静電力で動かすためのプリズム電極５、前記プリズム電極５と前記反射プリズム３が一体で動くように機械的に連結するプリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム電極５に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された上電極７及び下電極８より構成される。前記上電極７及び前記下電極８は、前記プリズム電極５と共に第１の駆動機構を形成する。また、前記導波路導電膜２は、やはり前記プリズム電極５と共に、駆動機構を形成する。これら駆動機構については後に詳しく説明する。
【００２２】
また、前記導波路導電膜２の材質としては、透明電極にしばしば用いられるＩＴＯ、ＩＴ、ＩＯ、ＳｎＯ２等を用いればよい。あるいは、窒素により導電性を持たせたダイヤモンド・ライク・カーボンを用いれば、水分による吸着を防止するにも大きな効果がある。
【００２３】
さて、前記導波路１には適当な光源から照明光１１が供給されている。前記照明光１１は略平行光であり、前記導波路１の内部の全ての界面において光が繰り返し全反射し、前記導波路１の内部が光線で満たされるような一定の入射角で入射するようにセットされている。この状態では、巨視的には前記照明光１１は前記導波路１内部に閉じ込められ、前記導波路１の中を損失なく伝播している。一方微視的には、前記導波路１の全反射している面の付近では、前記導波路１から光の波長程度のごく僅かな距離だけ、前記照明光１１は一度漏出し、進路を変えて再び前記導波路１内に戻るという現象が起きている。前記漏出光を一般にエバネッセント波と呼ぶ。前記エバネッセント波は、前記導波路１の全反射面に光の波長程度またはそれ以下の距離で他の光学部材を接近させることにより取り出すことができる。前記光学部材として光透過性の部材を接近させれば、前記前記光学部材を透過させて取り出すことができる。一方光反射性の部材を接近させれば、前記エバネッセント波を取り出して反射させたのち前記導波路１を透過させて取り出すことができる。よって、前記光学部材を何らかの駆動機構で接近・離反させれば、前記照明光１１を取り出したり取り出さなかったりといった動作が可能になる。
【００２４】
すなわち、本実施例においては、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめ、光スイッチングを行うことができる。まず前記反射プリズム３が前記導波路１から離反しているときの様子を示しているのが図１である。この状態では、前記照明光１１は前記導波路１内部に閉じ込められたままである。これが光スイッチングＯＦＦの状態である。次に、前記反射プリズム３が前記導波路１に接近しているときの様子を示しているのが図２である。接近距離が十分小さければ、前記導波路１から漏出した前記照明光１１は、前記導波路導電膜２を介して前記反射プリズム３に到達した後反射し、進路を変えた後再び前記導波路１に進入する。この際、もはや進入光の角度は前記導波路１内部で全反射する角度ではなくなっているため、そのまま前記導波路１を突き抜け、導出光１２となって外部に出射する。これが光スイッチングＯＮ状態である。 本実施例は、上記のようにして光スイッチングを行う光スイッチング素子である。また、前記の構成をマトリクス状に多数配置して、映像の表示を行うこともできる。
【００２５】
次に、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記プリズム電極５、前記上電極７、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００２６】
まず、前記上電極７は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記プリズム電極５には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム電極５は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記プリズム電極５と連結されている前記反射プリズム3は、前記プリズム電極５が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に動こうとする。これを第１の駆動機構と呼ぶことにする。
【００２７】
図３は、前記第１の駆動機構によって前記反射プリズム３が動く様子をグラフにしたものである。ここで、駆動力の源である前記プリズム電極５の働く電界と、前記反射プリズム３の移動量の関係について説明しておく。横軸は、前記プリズム電極５の働く電界の大きさＥ、縦軸は前記反射プリズム３の移動量ｘである。図に示したように、電界Ｅを増していくと、ある大きさの電界Ｅ２で急峻な移動が起こり、前記反射プリズム３はｘ０まで移動して止まる。一方、電界の強さを減じていくと、Ｅ２より小さい電界になっても前記反射プリズム３はｘ０の位置に保持されたままであるが、Ｅ２より小さいある電界Ｅ１になると移動を始め、もとの位置に戻る。このように、電界Ｅに対して移動量ｘは急峻かつヒステリシスを持った特性となる。尚、Ｅ１とＥ２の差をΔＥ１とする。
【００２８】
さて、前記第１の駆動機構による駆動力が十分大きければ、本光スイッチング素子は前記プリズム電極５への印加電圧の制御のみでＯＮ／ＯＦＦが可能である。しかし、実際には前記反射プリズム３の質量、前記カンチレバー６の剛性に対して十分な駆動力を確保するのは難しい。駆動力を大きくするには前記プリズム電極５と前記上電極７及び下電極８の相対する面積を大きくする方法があるが、スペースの制約があり限界がある。また、駆動力を大きくする他の方法に、前記の正の印加電圧を大きくする方法があるが、印加電圧を大きくするには高耐圧のトランジスタを用いた駆動回路が必要になる。前記駆動回路は、本光スイッチング素子を多数並べて映像表示素子として用いる場合前記基板１０上にＩＣ化して形成されるが、高耐圧のトランジスタは占有スペースが大きく、微細化・小型化が難しくなる。また、５Ｖを越える駆動電圧が必要とされる場合、通常の論理回路の電源系をそのまま駆動電圧源に用いることができないため、別途高圧ラインを設けなければならない。これはＩＣ設計を難しくする一因となる。また、前記駆動電圧は高電圧は一般にパルスであり、映像表示では数万個の光スイッチング素子を１秒間に数百回駆動しなくてはならないため、駆動電圧が高くなるほど大きなノイズが発生する。前記ノイズは他回路に影響する他、不要電磁波となって放射され、周囲の電磁環境にも悪影響を及ぼす為、好ましくない。よって前記駆動電圧は出来るだけ小さい電圧、たかだか５Ｖ程度とすることが望ましい。 しかしながら、はじめに述べた通り、印加電圧が５Ｖでは前記反射プリズム３を駆動する力を確保するのが難しい。そこで、本実施例では、前記導波路導電膜２を用いて第２の駆動機構を併せて用いる。以下にその動作について説明する。
【００２９】
まず、前記導波路１の表面に設けられた導波路導電膜２に、負の電圧、例えば−Ｖｂを常時印加しておく。一方、前記プリズム電極５には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは＋Ｖｄ、たとえば＋５Ｖの電圧が加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋５Ｖ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム電極５と前記導波路導電膜２との間に、０Ｖのときは比較的小さな、＋５Ｖのときは大きな電界が働く。また、前記プリズム電極５は静電力により電位差のある側に吸引力を受け、さらに電位差が大きいほど大きな力を受けるため、前記プリズム電極５と連結されている前記反射プリズム3は、前記導波路１側に前記プリズム電極５が０Ｖの時は弱く、＋５Ｖの時は強く引きつけられる。これを第２の駆動機構と呼ぶことにする。ここで前記Ｖｂを、＋５Ｖのときに前記プリズム電極５と前記導波路導電膜２の間に働く電界が図３のＥ１となるような電圧に設定する。すると、前記プリズム電極５が＋５Ｖの状態でも前記反射プリズム３が動き出すことはないが、あと少し電界が強くなれば動き出す状態になっている。
【００３０】
その一方で、前記第１の駆動機構を併せて用いる。即ち、前記上電極７は０Ｖに、前記下電極８には＋Ｖｄ、ここでは＋５Ｖを加えておく。すると、前記プリズム電極５が０Ｖの時は前記プリズム電極５と前記導波路導電膜２の間に働く電界はＥ１より小さいため前記反射プリズム３の移動は起こらないが、前記プリズム電極５が＋５Ｖになると、前記第２の駆動機構によるＥ１の電界に加え、第１の駆動機構によるΔＥ１の電界が加わり、Ｅ２の電界が働くため、前記反射プリズム３の移動が始まる。なおここで、前記プリズム電極５が＋５ＶになったときにΔＥ１の電界が加わるように、電極の面積、Ｖｂの値等をあらかじめ設定しておく。
【００３１】
以上のように、前記導波路導電膜２を用いて第２の駆動機構を働かせるような構成とすることにより、小さな電圧＋Ｖｄを前記プリズム電極５に加えるだけで前記反射プリズム３を動かすことができる。よって、前記基板１０上に形成した低電圧の駆動回路で容易に駆動でき、低圧プロセスによるＩＣ化が可能となる。またスイッチングによるノイズも小さく抑えることができる。本実施例は、前記Ｅ１及び前記Ｅ２が接近している場合にとくに有効である。
【００３２】
また、上記の例においては、前記上電極７には０Ｖ、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記プリズム電極５には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には−Ｖｂを印加した。その他に、前記上電極７には＋Ｖｄ、前記下電極８には０Ｖ、前記プリズム電極５には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｂを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記プリズム電極５を０Ｖに固定し、前記導波路導電膜２を＋Ｖｂとし、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記上電極７を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。また、前記プリズム電極５を５Ｖに固定し、前記導波路導電膜２を−Ｖｂとし、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記上電極７を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００３３】
ところで、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、前記反射プリズム３の位置常に十分かつ均一な接近を実現するのは難しかった。製造時の誤差や、面の表面荒さ、前記反射プリズム３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、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。
【００３４】
また、前記導波路導電膜２の材質として前記導波路１あるいは前記反射プリズム３より屈折率が高いものを用いる一方、その厚さを適当な厚さとすれば、上記の問題を改善することができる。この様子を図４に示す。実線である曲線１３が前記導波路導電膜２がない場合、点線である曲線１４が前記導波路導電膜２がある場合の、前記導波路１と前記反射プリズム３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、前記導波路導電膜２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、前記導波路導電膜２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、前記導波路導電膜２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３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、増大させる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３ 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。
【００３５】
またここで、前記導波路導電膜２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５に示す。図上で曲線１３は前記導波路導電膜２がない場合、曲線１５は前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／３０場合、曲線１６は前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／８の場合、曲線１７は前記導波路導電膜２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。前記導波路導電膜２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５にみられるように、前記導波路導電膜２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、前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／３０場合である前記曲線１５では、前記導波路導電膜２がない場合である曲線１３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。前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／８の場合である前記曲線１６では、曲線１５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。前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／３の場合である前記曲線１７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ｘ０からｘ１では曲線１５が、距離ｘ１からｘ２では曲線１６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３の距離及びその誤差、境界面の荒さ、ばらつき等によって、適当な前記導波路導電膜２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５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３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、前記導波路導電膜２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。上記の構成によって、光量のばらつきが少なく効率よく光を取り出しうる光スイッチング素子が得られる。
【００３６】
（実施例２）
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説明するための説明図である。実施例１において、図４に示したように、前記電界Ｅに対して前記反射プリズム３はヒステリシスをもって反応する。移動を開始するにはＥ２の大きな電界を要するが、一度移動を完了してしまえばＥ２より小さな電界で保持することが可能である。 そこで、前記＋Ｖｂを前記反射プリズム3の移動開始時にのみ加える構成としてもよい。これを図６を用いて説明する。
【００３７】
まず、前記反射プリズム３を移動したまま保持出来る電界の強さを保持電界Ｅ３とする。前記第１の駆動機構によって、前記Ｅ３を確保できるように、電極の面積、Ｖｄ等を設定しておく。また、前記第２の駆動機構によってΔＥ２の電界を与え、前記反射プリズム３を移動可能な電界Ｅ２を確保できるように電極の面積、Ｖｂ等を設定しておく。
【００３８】
さて、前記反射プリズム３の移動開始には前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構両方を用いる。しかし、ひとたび移動してしまえば、保持に必要な電界は前記Ｅ３であるので、前記第２の駆動機構は必要なくなり、前記第１の駆動機構のみによって保持する。
【００３９】
ここで、図７に前記プリズム電極５に印加する電圧の波形ｖｐと、前記導波路導電膜２に印加する電圧ｖｌの波形を示す。図のように前記導波路導電膜２には移動開始においてのみ電圧を印加すればよく、消費電力も少ない。また、本光スイッチング素子をセルとして多数並べて映像表示素子にした場合、各セルの最大周期に相当する一定周期で前記プリズム電極５に電圧を印加して前記第２の駆動機構を働かせておき、ＯＮ動作が必要なセルにのみ前記第１の駆動機構を働かせればよい。
【００４０】
以上のような構成により、本実施例においても、小さな電圧＋Ｖｄを前記プリズム電極５に加えるだけで前記反射プリズム３を動かすことができる。よって、前記基板１０上に形成した低電圧の駆動回路で容易に駆動でき、低圧プロセスによるＩＣ化が可能となる。またスイッチングによるノイズも小さく抑えることができる。本実施例は、前記Ｅ３が小さく、前記Ｅ２との差が大きい場合にとくに有効である。
【００４１】
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。
【００４２】
（実施例３）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例１では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記反射プリズム３に反射プリズム導電膜１９を設け、前記導波路導電膜２と前記反射プリズム導電膜１９の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。なお、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム導電膜１９の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。本実施例においては、電圧を印加する２つの膜の距離が小さいため、低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
（実施例４）
図９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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例１では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記プリズム台４を導電性とし、前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。本実施例においては、電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さく、また相対する面積が拡大されるため、簡単な構成にもかかわらず、やはり低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
（実施例５）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例１では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記反射膜１８を導電性とし、前記前記導波路導電膜２と前記反射膜１８との間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。本実施例においては、やはり電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さく、また相対する面積が拡大されるため、簡単な構成にもかかわらず、低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。また前記反射膜１８は多くの場合金属であり、導電性とするのは容易である。
【００４７】
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。
【００４８】
（実施例６）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例１では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記反射プリズム３そのものを導電性とし、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム３の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。また、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム３の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。本実施例においては、やはり電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さくなるため、簡単な構成にもかかわらず、低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００４９】
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。
【００５０】
（実施例７）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例３では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記導波路１そのものを導電性とし、前記導波路１と前記反射プリズム導電膜１９の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。また、前記導波路１と前記反射プリズム導電膜１９の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。本実施例においては、前記前記導波路導電膜２の成膜をせずに、実施例３と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
（実施例８）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例１で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００５３】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、前記反射プリズム３を静電力で動かすためのプリズム電極５、前記プリズム電極５と前記反射プリズム３が一体で動くように機械的に連結するプリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム電極５に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記プリズム電極５と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００５４】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記プリズム電極５、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００５５】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記プリズム電極５には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム電極５は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記プリズム電極５と連結されている前記反射プリズム3は、前記プリズム電極５が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００５６】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００５７】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記プリズム電極５には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記プリズム電極５には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記プリズム電極５を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００５８】
（実施例９）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例３で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００５９】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、前記反射プリズム３に設けられた反射プリズム導電膜１９、プリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。また、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム導電膜１９の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記反射プリズム導電膜１９と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００６０】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記反射プリズム導電膜１９、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００６１】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記反射プリズム導電膜１９には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記反射プリズム導電膜１９は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記反射プリズム導電膜１９と一体である前記反射プリズム3は、前記反射プリズム導電膜１９が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００６２】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００６３】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記反射プリズム導電膜１９には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記反射プリズム導電膜１９には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記反射プリズム導電膜１９を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００６４】
（実施例１０）
図１５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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例４で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００６５】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、導電性の材質で作られたプリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記プリズム台４と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００６６】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記プリズム台４、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００６７】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記プリズム台４には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム台４は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記プリズム台４と連結されている前記反射プリズム3は、前記プリズム台４が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００６８】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００６９】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記プリズム台４には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記プリズム台４には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記プリズム台４を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００７０】
（実施例１１）
図１６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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例５で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００７１】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面であり導電性の材質よりなる反射膜１８、プリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記反射膜１８と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００７２】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記反射膜１８、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００７３】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記反射膜１８には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記反射膜１８は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記反射膜１８と連結されている前記反射プリズム3は、前記反射膜１８が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００７４】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００７５】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記反射膜１８には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記反射膜１８には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記反射膜１８を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００７６】
（実施例１２）
図１７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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例６で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００７７】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する導電性の材質よりなる反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、プリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。また、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム３の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記プリズム電極５と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００７８】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記反射プリズム３、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００７９】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記反射プリズム３には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記反射プリズム３は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記反射プリズム３と連結されている前記反射プリズム3は、前記反射プリズム３が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００８０】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００８１】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記反射プリズム３には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記反射プリズム３には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記反射プリズム３を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００８２】
（実施例１３）
図１８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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例７で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００８３】
前記光スイッチング素子は、導電性の材質よりなる導波路１、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、前記反射プリズム３に設けられた反射プリズム導電膜１９、プリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。また、前記導波路１と前記反射プリズム導電膜１９の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記プリズム電極５と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００８４】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記プリズム電極５、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００８５】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記プリズム電極５には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム電極５は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記プリズム電極５と連結されている前記反射プリズム3は、前記プリズム電極５が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００８６】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００８７】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記プリズム電極５には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記プリズム電極５には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記プリズム電極５を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００８８】
【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。
【００８９】
（１）本発明の光スイッチング素子は、これまで述べたように、第１の駆動機構に加えて第２の駆動機構を設けた構成とすることにより、小さな駆動電圧で前記反射プリズム３を動かすことができる。よって、前記基板１０上に形成した低電圧の駆動回路で容易に駆動でき、低圧プロセスによるＩＣ化が可能となる。これにより低コストで生産が可能である。また低耐圧のトランジスタは占有スペースも小さく、微細化、小型化に有利である。さらに熱の発生も少なく、発熱による破壊の危険性も少なくなり、放熱設計への配慮も少なくてよい。またスイッチングによるノイズも小さく抑えることができる。
【００９０】
（２）本発明の光スイッチング素子は、移動開始においてのみ前記第２の駆動機構を用いることにより、少ない消費電力でスイッチングを行うことができる。
【００９１】
（３）本発明の光スイッチング素子は、前記反射プリズム３に反射プリズム導電膜１９を設け、前記導波路導電膜２と前記反射プリズム導電膜１９の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、電圧を印加する２つの膜の距離が小さいため、低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００９２】
（４）本発明の光スイッチング素子は、前記プリズム台４を導電性とし、前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さく、また相対する面積が拡大されるため、簡単な構成にもかかわらず、やはり低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００９３】
（５）本発明の光スイッチング素子は、前記反射プリズム３を導電性とし、前記導波路導電膜２と前記反射プリズム３の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、簡単な構成で駆動力を得ることができる。
【００９４】
（６）本発明の光スイッチング素子は、前記プリズム台４を導電性とし、前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さく、また相対する面積が拡大されるため、簡単な構成にもかかわらず、やはり低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００９５】
（７）本発明の光スイッチング素子は、前記導波路１そのものを導電性とし、前記反射プリズム３に反射プリズム導電膜１９を設け、前記導波路１と前記反射プリズム導電膜１９の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、簡単な構成で大きな駆動力を得ることができる。
【００９６】
（８）本発明の光スイッチング素子は、前記第２の駆動機構のみを有する構成とした場合、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチング素子の一実施例を示す説明図。
【図２】本発明の光スイッチング素子の一実施例を示す説明図。
【図３】本発明の光スイッチング素子の一実施例を説明するための説明図。
【図４】本発明の光スイッチング素子の一実施例を説明するための説明図。
【図５】本発明の光スイッチング素子の一実施例を説明するための説明図。
【図６】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を説明するための説明図。
【図７】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を説明するための説明図。
【図８】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図９】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１０】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１１】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１２】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１３】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１４】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１５】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１６】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１７】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１８】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１９】従来の光スイッチング素子の一例を示す説明図。
【図２０】従来の光スイッチング素子の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１ 導波路
２ 導波路導電膜
３ 反射プリズム
４ プリズム台
５ プリズム電極
６ カンチレバー
７ 上電極
８ 下電極
９ 支柱
１０ 基板
１１ 照明光
１２ 導出光
１３ 導波路導電膜がない場合の曲線
１４ 導波路導電膜がある場合の曲線
１５ 導波路導電膜の光学的厚さが光の波長の１／３０の場合の曲線
１６ 導波路導電膜の光学的厚さが光の波長の１／８の場合の曲線
１７ 導波路導電膜の光学的厚さが光の波長の１／３の場合の曲線
１８ 反射膜
１９ 反射プリズム導電膜
【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スイッチング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】
図１９及び図２０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１９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３、前記反射プリズム３を静電力で動かすためのプリズム電極５、前記プリズム電極５と前記反射プリズム３が一体で動くように機械的に連結するプリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム電極５に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６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照明光１１が供給されている。前記照明光１１は略平行光であり、前記導波路１の内部の全ての界面において光が繰り返し全反射し、前記導波路１の内部が光線で満たされるような一定の入射角で入射するようにセットされている。この状態では、巨視的には前記照明光１１は前記導波路１内部に閉じ込められ、前記導波路１の中を損失なく伝播している。一方微視的には、前記導波路１の全反射している面の付近では、前記導波路１から光の波長程度のごく僅かな距離だけ、前記照明光１１は一度漏出し、進路を変えて再び前記導波路１内に戻るという現象が起きている。前記漏出光を一般にエバネッセント波と呼ぶ。前記エバネッセント波は、前記導波路１の全反射面に光の波長程度またはそれ以下の距離で他の光学部材を接近させることにより取り出すことができる。即ち、前記光学部材として光透過性の部材を接近させれば、前記前記光学部材を透過させて取り出すことができ、前記光学部材として光反射性の部材を接近させれば、前記エバネッセント波を反射させ、前記導波路１を透過させて取り出すことができる。よって、前記光学部材をアクチュエータにより接近・離反させれば、前記照明光１１を取り出したり取り出さなかったりといった動作が可能になる。
【０００５】
本従来例は、前記の現象を応用した光スイッチング素子である。前記反射プリズム３は、はじめ前記カンチレバー６によって機械的中立点に支持されているが、前記プリズム電極５及び前記下電極８の間に電圧を印加すると、２者間には静電力による吸引力が働き、前記プリズム電極５は図の下方に移動する。このとき前記プリズム電極５に連結されている前記反射プリズム３も共に下方に移動し、前記導波路１から離反する。このときの様子を示しているのが図１９である。この状態では、前記照明光１１は前記導波路１内部に閉じ込められたままである。これを光スイッチングＯＦＦ状態とする。
【０００６】
次に、前記プリズム電極５及び前記上電極７の間に電圧を印加すると、やはり２者間には静電力による吸引力が働き、今度は前記プリズム電極５は図の上方に移動する。このとき前記プリズム電極５に連結されている前記反射プリズム３も共に上方に移動し、前記導波路１に接近する。このときの様子を示しているのが図２０である。接近距離が十分小さければ、前記導波路１から漏出した前記照明光１１は、前記反射プリズム３に到達した後反射し、進路を変えた後再び前記導波路１に進入する。この際、もはや進入光の角度は前記導波路１内部で全反射する角度ではなくなっているため、そのまま前記導波路１を突き抜け、導出光１２となって外部に出射する。これを光スイッチングＯＮ状態とする。
【０００７】
以上のようにして、本従来例では各電極に選択的に電圧を印加することにより、 前記導波路１から前記照明光１１を取り出していた。前記出射方向に受光光学系を設置すれば、光スイッチング素子として機能する構成を有していた。また、前記の構成をマトリクス状に多数配置して、画像の表示を行っていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１９及び図２０で示した従来の光スイッチング素子では、前記反射プリズムを移動させ光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦを確実に行うにはある程度の力を要する。そのためには、前記プリズム電極５及び前記前記上電極７、下電極８の間の吸引力を十分に確保しなければならない。吸引力を大きくするには、電極の相対する面積を大きくとるか、電極間に高い電圧を供給しなければならない。しかしながら、構造上電極の面積を大きくすることは素子の微細化、小型化の要求に反するものであり、困難が大きい。また、印加電圧を大きくすると、高耐圧の駆動回路が必要になり、トランジスタのサイズが大きくなることからやはり微細化、小型化が難しくなるほか、パルス駆動時に発生するノイズが新たな問題となるという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記反射プリズムの駆動力の不足を補うことによって、光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦを確実に行い得る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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の光スイッチング素子は、
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部と、
前記抽出部と一体で動く導電性部材と、
前記抽出部を移動せしめる駆動力のうち第1の駆動力を及ぼす駆動手段と、
前記導光部の、前記抽出部と相対する面に導電性の材質よりなる第1の層を有し、
前記第１の層と前記導電性部材との間に電圧を印加することにより前記抽出部に第2の駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【００１１】
（２）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記導電性の層の材質はＩＴＯであることを特徴とする。
【００１２】
（３）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記導電性の層は、前記導光部あるいは前記抽出部より高い屈折率を有する材質よりなることを特徴とする。
【００１３】
（４）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記駆動手段は、前記抽出部を静電力により第１の位置の吸引する第1の電極と、第２の位置に吸引する第２の電極と、前記抽出部と一体で動く第３の電極よりなり、前記導電性部材は前記第３の電極であることを特徴とする。
【００１４】
（５）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記抽出部は、前記導光部と相対する面に導電性の材質よりなる第２の層を具備し、前記導電性部材は前記第２の層であることを特徴とする。
【００１５】
（６）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記抽出部は導電性の材質よりなる支持台を有し、前記導電性部材は前記支持台であることを特徴とする。
【００１６】
（７）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記抽出部は抽出された光を反射する反射面を有し、さらに前記反射面は導電性であって、前記導電性部材は前記反射面であることを特徴とする。
【００１７】
（８）本発明の光スイッチング素子は、第１項記載の光スイッチング素子において、前記抽出部は導電性であって、前記導電性部材は前記抽出部であることを特徴とする。
【００１８】
（９）本発明の光スイッチング素子は、導入光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導電性の材質よりなる導光部と、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部と、前記抽出部と一体で動く導電性部材と、前記抽出部を移動せしめる駆動力のうち第1の駆動力を及ぼす駆動手段とを有し、前記導光部及び前記導電性部材間に電圧を印加することにより前記抽出部に第2の駆動力を及ぼすことを特徴とする。
【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の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、前記反射プリズム３を静電力で動かすためのプリズム電極５、前記プリズム電極５と前記反射プリズム３が一体で動くように機械的に連結するプリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム電極５に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された上電極７及び下電極８より構成される。前記上電極７及び前記下電極８は、前記プリズム電極５と共に第１の駆動機構を形成する。また、前記導波路導電膜２は、やはり前記プリズム電極５と共に、駆動機構を形成する。これら駆動機構については後に詳しく説明する。
【００２２】
また、前記導波路導電膜２の材質としては、透明電極にしばしば用いられるＩＴＯ、ＩＴ、ＩＯ、ＳｎＯ２等を用いればよい。あるいは、窒素により導電性を持たせたダイヤモンド・ライク・カーボンを用いれば、水分による吸着を防止するにも大きな効果がある。
【００２３】
さて、前記導波路１には適当な光源から照明光１１が供給されている。前記照明光１１は略平行光であり、前記導波路１の内部の全ての界面において光が繰り返し全反射し、前記導波路１の内部が光線で満たされるような一定の入射角で入射するようにセットされている。この状態では、巨視的には前記照明光１１は前記導波路１内部に閉じ込められ、前記導波路１の中を損失なく伝播している。一方微視的には、前記導波路１の全反射している面の付近では、前記導波路１から光の波長程度のごく僅かな距離だけ、前記照明光１１は一度漏出し、進路を変えて再び前記導波路１内に戻るという現象が起きている。前記漏出光を一般にエバネッセント波と呼ぶ。前記エバネッセント波は、前記導波路１の全反射面に光の波長程度またはそれ以下の距離で他の光学部材を接近させることにより取り出すことができる。前記光学部材として光透過性の部材を接近させれば、前記前記光学部材を透過させて取り出すことができる。一方光反射性の部材を接近させれば、前記エバネッセント波を取り出して反射させたのち前記導波路１を透過させて取り出すことができる。よって、前記光学部材を何らかの駆動機構で接近・離反させれば、前記照明光１１を取り出したり取り出さなかったりといった動作が可能になる。
【００２４】
すなわち、本実施例においては、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめ、光スイッチングを行うことができる。まず前記反射プリズム３が前記導波路１から離反しているときの様子を示しているのが図１である。この状態では、前記照明光１１は前記導波路１内部に閉じ込められたままである。これが光スイッチングＯＦＦの状態である。次に、前記反射プリズム３が前記導波路１に接近しているときの様子を示しているのが図２である。接近距離が十分小さければ、前記導波路１から漏出した前記照明光１１は、前記導波路導電膜２を介して前記反射プリズム３に到達した後反射し、進路を変えた後再び前記導波路１に進入する。この際、もはや進入光の角度は前記導波路１内部で全反射する角度ではなくなっているため、そのまま前記導波路１を突き抜け、導出光１２となって外部に出射する。これが光スイッチングＯＮ状態である。 本実施例は、上記のようにして光スイッチングを行う光スイッチング素子である。また、前記の構成をマトリクス状に多数配置して、映像の表示を行うこともできる。
【００２５】
次に、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記プリズム電極５、前記上電極７、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００２６】
まず、前記上電極７は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記プリズム電極５には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム電極５は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記プリズム電極５と連結されている前記反射プリズム3は、前記プリズム電極５が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に動こうとする。これを第１の駆動機構と呼ぶことにする。
【００２７】
図３は、前記第１の駆動機構によって前記反射プリズム３が動く様子をグラフにしたものである。ここで、駆動力の源である前記プリズム電極５の働く電界と、前記反射プリズム３の移動量の関係について説明しておく。横軸は、前記プリズム電極５の働く電界の大きさＥ、縦軸は前記反射プリズム３の移動量ｘである。図に示したように、電界Ｅを増していくと、ある大きさの電界Ｅ２で急峻な移動が起こり、前記反射プリズム３はｘ０まで移動して止まる。一方、電界の強さを減じていくと、Ｅ２より小さい電界になっても前記反射プリズム３はｘ０の位置に保持されたままであるが、Ｅ２より小さいある電界Ｅ１になると移動を始め、もとの位置に戻る。このように、電界Ｅに対して移動量ｘは急峻かつヒステリシスを持った特性となる。尚、Ｅ１とＥ２の差をΔＥ１とする。
【００２８】
さて、前記第１の駆動機構による駆動力が十分大きければ、本光スイッチング素子は前記プリズム電極５への印加電圧の制御のみでＯＮ／ＯＦＦが可能である。しかし、実際には前記反射プリズム３の質量、前記カンチレバー６の剛性に対して十分な駆動力を確保するのは難しい。駆動力を大きくするには前記プリズム電極５と前記上電極７及び下電極８の相対する面積を大きくする方法があるが、スペースの制約があり限界がある。また、駆動力を大きくする他の方法に、前記の正の印加電圧を大きくする方法があるが、印加電圧を大きくするには高耐圧のトランジスタを用いた駆動回路が必要になる。前記駆動回路は、本光スイッチング素子を多数並べて映像表示素子として用いる場合前記基板１０上にＩＣ化して形成されるが、高耐圧のトランジスタは占有スペースが大きく、微細化・小型化が難しくなる。また、５Ｖを越える駆動電圧が必要とされる場合、通常の論理回路の電源系をそのまま駆動電圧源に用いることができないため、別途高圧ラインを設けなければならない。これはＩＣ設計を難しくする一因となる。また、前記駆動電圧は高電圧は一般にパルスであり、映像表示では数万個の光スイッチング素子を１秒間に数百回駆動しなくてはならないため、駆動電圧が高くなるほど大きなノイズが発生する。前記ノイズは他回路に影響する他、不要電磁波となって放射され、周囲の電磁環境にも悪影響を及ぼす為、好ましくない。よって前記駆動電圧は出来るだけ小さい電圧、たかだか５Ｖ程度とすることが望ましい。 しかしながら、はじめに述べた通り、印加電圧が５Ｖでは前記反射プリズム３を駆動する力を確保するのが難しい。そこで、本実施例では、前記導波路導電膜２を用いて第２の駆動機構を併せて用いる。以下にその動作について説明する。
【００２９】
まず、前記導波路１の表面に設けられた導波路導電膜２に、負の電圧、例えば−Ｖｂを常時印加しておく。一方、前記プリズム電極５には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは＋Ｖｄ、たとえば＋５Ｖの電圧が加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋５Ｖ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム電極５と前記導波路導電膜２との間に、０Ｖのときは比較的小さな、＋５Ｖのときは大きな電界が働く。また、前記プリズム電極５は静電力により電位差のある側に吸引力を受け、さらに電位差が大きいほど大きな力を受けるため、前記プリズム電極５と連結されている前記反射プリズム3は、前記導波路１側に前記プリズム電極５が０Ｖの時は弱く、＋５Ｖの時は強く引きつけられる。これを第２の駆動機構と呼ぶことにする。ここで前記Ｖｂを、＋５Ｖのときに前記プリズム電極５と前記導波路導電膜２の間に働く電界が図３のＥ１となるような電圧に設定する。すると、前記プリズム電極５が＋５Ｖの状態でも前記反射プリズム３が動き出すことはないが、あと少し電界が強くなれば動き出す状態になっている。
【００３０】
その一方で、前記第１の駆動機構を併せて用いる。即ち、前記上電極７は０Ｖに、前記下電極８には＋Ｖｄ、ここでは＋５Ｖを加えておく。すると、前記プリズム電極５が０Ｖの時は前記プリズム電極５と前記導波路導電膜２の間に働く電界はＥ１より小さいため前記反射プリズム３の移動は起こらないが、前記プリズム電極５が＋５Ｖになると、前記第２の駆動機構によるＥ１の電界に加え、第１の駆動機構によるΔＥ１の電界が加わり、Ｅ２の電界が働くため、前記反射プリズム３の移動が始まる。なおここで、前記プリズム電極５が＋５ＶになったときにΔＥ１の電界が加わるように、電極の面積、Ｖｂの値等をあらかじめ設定しておく。
【００３１】
以上のように、前記導波路導電膜２を用いて第２の駆動機構を働かせるような構成とすることにより、小さな電圧＋Ｖｄを前記プリズム電極５に加えるだけで前記反射プリズム３を動かすことができる。よって、前記基板１０上に形成した低電圧の駆動回路で容易に駆動でき、低圧プロセスによるＩＣ化が可能となる。またスイッチングによるノイズも小さく抑えることができる。本実施例は、前記Ｅ１及び前記Ｅ２が接近している場合にとくに有効である。
【００３２】
また、上記の例においては、前記上電極７には０Ｖ、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記プリズム電極５には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には−Ｖｂを印加した。その他に、前記上電極７には＋Ｖｄ、前記下電極８には０Ｖ、前記プリズム電極５には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｂを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記プリズム電極５を０Ｖに固定し、前記導波路導電膜２を＋Ｖｂとし、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記上電極７を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。また、前記プリズム電極５を５Ｖに固定し、前記導波路導電膜２を−Ｖｂとし、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記上電極７を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００３３】
ところで、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、前記反射プリズム３の位置常に十分かつ均一な接近を実現するのは難しかった。製造時の誤差や、面の表面荒さ、前記反射プリズム３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、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。
【００３４】
また、前記導波路導電膜２の材質として前記導波路１あるいは前記反射プリズム３より屈折率が高いものを用いる一方、その厚さを適当な厚さとすれば、上記の問題を改善することができる。この様子を図４に示す。実線である曲線１３が前記導波路導電膜２がない場合、点線である曲線１４が前記導波路導電膜２がある場合の、前記導波路１と前記反射プリズム３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、前記導波路導電膜２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、前記導波路導電膜２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、前記導波路導電膜２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３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、増大させる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３ 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。
【００３５】
またここで、前記導波路導電膜２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５に示す。図上で曲線１３は前記導波路導電膜２がない場合、曲線１５は前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／３０場合、曲線１６は前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／８の場合、曲線１７は前記導波路導電膜２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。前記導波路導電膜２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５にみられるように、前記導波路導電膜２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、前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／３０場合である前記曲線１５では、前記導波路導電膜２がない場合である曲線１３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。前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／８の場合である前記曲線１６では、曲線１５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。前記導波路導電膜２の光学的厚みが波長の１／３の場合である前記曲線１７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ｘ０からｘ１では曲線１５が、距離ｘ１からｘ２では曲線１６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３の距離及びその誤差、境界面の荒さ、ばらつき等によって、適当な前記導波路導電膜２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５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３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、前記導波路導電膜２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。上記の構成によって、光量のばらつきが少なく効率よく光を取り出しうる光スイッチング素子が得られる。
【００３６】
（実施例２）
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説明するための説明図である。実施例１において、図４に示したように、前記電界Ｅに対して前記反射プリズム３はヒステリシスをもって反応する。移動を開始するにはＥ２の大きな電界を要するが、一度移動を完了してしまえばＥ２より小さな電界で保持することが可能である。 そこで、前記＋Ｖｂを前記反射プリズム3の移動開始時にのみ加える構成としてもよい。これを図６を用いて説明する。
【００３７】
まず、前記反射プリズム３を移動したまま保持出来る電界の強さを保持電界Ｅ３とする。前記第１の駆動機構によって、前記Ｅ３を確保できるように、電極の面積、Ｖｄ等を設定しておく。また、前記第２の駆動機構によってΔＥ２の電界を与え、前記反射プリズム３を移動可能な電界Ｅ２を確保できるように電極の面積、Ｖｂ等を設定しておく。
【００３８】
さて、前記反射プリズム３の移動開始には前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構両方を用いる。しかし、ひとたび移動してしまえば、保持に必要な電界は前記Ｅ３であるので、前記第２の駆動機構は必要なくなり、前記第１の駆動機構のみによって保持する。
【００３９】
ここで、図７に前記プリズム電極５に印加する電圧の波形ｖｐと、前記導波路導電膜２に印加する電圧ｖｌの波形を示す。図のように前記導波路導電膜２には移動開始においてのみ電圧を印加すればよく、消費電力も少ない。また、本光スイッチング素子をセルとして多数並べて映像表示素子にした場合、各セルの最大周期に相当する一定周期で前記プリズム電極５に電圧を印加して前記第２の駆動機構を働かせておき、ＯＮ動作が必要なセルにのみ前記第１の駆動機構を働かせればよい。
【００４０】
以上のような構成により、本実施例においても、小さな電圧＋Ｖｄを前記プリズム電極５に加えるだけで前記反射プリズム３を動かすことができる。よって、前記基板１０上に形成した低電圧の駆動回路で容易に駆動でき、低圧プロセスによるＩＣ化が可能となる。またスイッチングによるノイズも小さく抑えることができる。本実施例は、前記Ｅ３が小さく、前記Ｅ２との差が大きい場合にとくに有効である。
【００４１】
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。
【００４２】
（実施例３）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例１では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記反射プリズム３に反射プリズム導電膜１９を設け、前記導波路導電膜２と前記反射プリズム導電膜１９の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。なお、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム導電膜１９の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。本実施例においては、電圧を印加する２つの膜の距離が小さいため、低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
（実施例４）
図９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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例１では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記プリズム台４を導電性とし、前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。本実施例においては、電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さく、また相対する面積が拡大されるため、簡単な構成にもかかわらず、やはり低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
（実施例５）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例１では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記反射膜１８を導電性とし、前記前記導波路導電膜２と前記反射膜１８との間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。本実施例においては、やはり電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さく、また相対する面積が拡大されるため、簡単な構成にもかかわらず、低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。また前記反射膜１８は多くの場合金属であり、導電性とするのは容易である。
【００４７】
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。
【００４８】
（実施例６）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例１では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記反射プリズム３そのものを導電性とし、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム３の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。また、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム３の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。本実施例においては、やはり電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さくなるため、簡単な構成にもかかわらず、低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００４９】
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。
【００５０】
（実施例７）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。 実施例３では前記第２の駆動機構は、前記導波路１に設けた前記導波路導電膜２及び前記プリズム電極５の間の電界を利用するものであったが、前記導波路１そのものを導電性とし、前記導波路１と前記反射プリズム導電膜１９の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成してもよい。また、前記導波路１と前記反射プリズム導電膜１９の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。本実施例においては、前記前記導波路導電膜２の成膜をせずに、実施例３と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
（実施例８）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例１で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００５３】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、前記反射プリズム３を静電力で動かすためのプリズム電極５、前記プリズム電極５と前記反射プリズム３が一体で動くように機械的に連結するプリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム電極５に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記プリズム電極５と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００５４】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記プリズム電極５、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００５５】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記プリズム電極５には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム電極５は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記プリズム電極５と連結されている前記反射プリズム3は、前記プリズム電極５が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００５６】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００５７】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記プリズム電極５には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記プリズム電極５には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記プリズム電極５を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００５８】
（実施例９）
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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例３で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００５９】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、前記反射プリズム３に設けられた反射プリズム導電膜１９、プリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。また、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム導電膜１９の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記反射プリズム導電膜１９と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００６０】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記反射プリズム導電膜１９、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００６１】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記反射プリズム導電膜１９には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記反射プリズム導電膜１９は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記反射プリズム導電膜１９と一体である前記反射プリズム3は、前記反射プリズム導電膜１９が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００６２】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００６３】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記反射プリズム導電膜１９には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記反射プリズム導電膜１９には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記反射プリズム導電膜１９を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００６４】
（実施例１０）
図１５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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例４で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００６５】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、導電性の材質で作られたプリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記プリズム台４と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００６６】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記プリズム台４、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００６７】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記プリズム台４には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム台４は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記プリズム台４と連結されている前記反射プリズム3は、前記プリズム台４が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００６８】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００６９】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記プリズム台４には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記プリズム台４には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記プリズム台４を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００７０】
（実施例１１）
図１６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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例５で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００７１】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面であり導電性の材質よりなる反射膜１８、プリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記反射膜１８と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００７２】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記反射膜１８、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００７３】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記反射膜１８には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記反射膜１８は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記反射膜１８と連結されている前記反射プリズム3は、前記反射膜１８が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００７４】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００７５】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記反射膜１８には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記反射膜１８には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記反射膜１８を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００７６】
（実施例１２）
図１７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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例６で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００７７】
前記光スイッチング素子は、導波路１、前記導波路１の表面に設けられた略透明な導波路導電膜２、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する導電性の材質よりなる反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、プリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。また、前記前記導波路導電膜２と前記反射プリズム３の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記プリズム電極５と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００７８】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記反射プリズム３、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００７９】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記反射プリズム３には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記反射プリズム３は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記反射プリズム３と連結されている前記反射プリズム3は、前記反射プリズム３が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００８０】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００８１】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記反射プリズム３には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記反射プリズム３には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記反射プリズム３を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００８２】
（実施例１３）
図１８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り、光スイッチングＯＦＦ状態を示している。実施例７で示した前記光スイッチング素子は、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構によって前記反射プリズム３を移動せしめていたが、前記第２の駆動機構によって十分大きな力を発生できれば、前記第２の駆動力のみのを有する構成としてもよい。
【００８３】
前記光スイッチング素子は、導電性の材質よりなる導波路１、前記導波路１に前記導波路導電膜２を介して接近及び離反する反射プリズム３、前記反射プリズム３の反射面である反射膜１８、前記反射プリズム３に設けられた反射プリズム導電膜１９、プリズム台４、基板１０、前記基板１０上に固定された支柱９、一端が前記支柱９に、他の一端が前記プリズム台４に取り付けられ、前記反射プリズム3を弾性的に支持するカンチレバー６、前記基板１０に対して固定された下電極８より構成される。また、前記導波路１と前記反射プリズム導電膜１９の相対する面のいずれかには、短絡防止のため絶縁処理が施されている。前記導波路導電膜２は、前記前記下電極８及び前記プリズム電極５と共に、駆動機構を形成する。また、実施例１で存在した第１の駆動機構は、本実施例では存在しない。
【００８４】
では、前記反射プリズム３を前記導波路１に接近・離反移動せしめる駆動機構について説明する。前記駆動機構は、前記プリズム電極５、前記下電極８、前記導波路導電膜２を用いて、静電力により前記反射プリズム３を動かすものである。
【００８５】
まず、前記前記導波路導電膜２は０Ｖに設定され、前記下電極８には正の電圧＋Ｖｄが加えられている。一方、前記プリズム電極５には、駆動回路により光スイッチングのＯＮ／ＯＦＦの必要に応じて０Ｖまたは正の電圧＋Ｖｄが加えられる。即ち、光スイッチングＯＮにする場合は＋Ｖｄ、ＯＦＦにする場合は０Ｖとする。すると、前記プリズム電極５は静電力により電位差のある側に吸引力を受けるため、前記プリズム電極５と連結されている前記反射プリズム3は、前記プリズム電極５が０Ｖの時は前記基板１０側に、＋Ｖｄの時は前記導波路１側に移動する。以上のようにして、前記反射プリズム３を前記導電膜２に接近／離反させ、光スイッチングを行うことができる。
【００８６】
本実施例では、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【００８７】
また、上記の例においては、前記下電極８には＋Ｖｄ、前記プリズム電極５には０Ｖまたは＋Ｖｄ、前記導波路導電膜２には０Ｖを印加した。その他に、前記下電極８には０Ｖ、前記プリズム電極５には＋Ｖｄまたは０Ｖ、前記導波路導電膜２には＋Ｖｄを印加するような構成としても、同等の効果が得られる。さらに、前記プリズム電極５を０Ｖまたは５Ｖに固定し、光スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦに応じて、ＯＮの時は前記導波路導電膜２を５Ｖに、前記下電極８を０Ｖにし、ＯＦＦでは反転するような構成としても、同等の効果が得られる。
【００８８】
【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。
【００８９】
（１）本発明の光スイッチング素子は、これまで述べたように、第１の駆動機構に加えて第２の駆動機構を設けた構成とすることにより、小さな駆動電圧で前記反射プリズム３を動かすことができる。よって、前記基板１０上に形成した低電圧の駆動回路で容易に駆動でき、低圧プロセスによるＩＣ化が可能となる。これにより低コストで生産が可能である。また低耐圧のトランジスタは占有スペースも小さく、微細化、小型化に有利である。さらに熱の発生も少なく、発熱による破壊の危険性も少なくなり、放熱設計への配慮も少なくてよい。またスイッチングによるノイズも小さく抑えることができる。
【００９０】
（２）本発明の光スイッチング素子は、移動開始においてのみ前記第２の駆動機構を用いることにより、少ない消費電力でスイッチングを行うことができる。
【００９１】
（３）本発明の光スイッチング素子は、前記反射プリズム３に反射プリズム導電膜１９を設け、前記導波路導電膜２と前記反射プリズム導電膜１９の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、電圧を印加する２つの膜の距離が小さいため、低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００９２】
（４）本発明の光スイッチング素子は、前記プリズム台４を導電性とし、前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さく、また相対する面積が拡大されるため、簡単な構成にもかかわらず、やはり低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００９３】
（５）本発明の光スイッチング素子は、前記反射プリズム３を導電性とし、前記導波路導電膜２と前記反射プリズム３の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、簡単な構成で駆動力を得ることができる。
【００９４】
（６）本発明の光スイッチング素子は、前記プリズム台４を導電性とし、前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、電圧を印加する前記導波路導電膜２と前記プリズム台４の距離が小さく、また相対する面積が拡大されるため、簡単な構成にもかかわらず、やはり低い電圧でより大きな駆動力を得ることができる。
【００９５】
（７）本発明の光スイッチング素子は、前記導波路１そのものを導電性とし、前記反射プリズム３に反射プリズム導電膜１９を設け、前記導波路１と前記反射プリズム導電膜１９の間に電圧を印加することにより前記第２の駆動機構を構成した場合、簡単な構成で大きな駆動力を得ることができる。
【００９６】
（８）本発明の光スイッチング素子は、前記第２の駆動機構のみを有する構成とした場合、構成が簡単になるため製作も容易である。よって、半導体プロセスを用いる場合工程数がより少なくて済み、低コストでの製造が可能である。また故障率も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチング素子の一実施例を示す説明図。
【図２】本発明の光スイッチング素子の一実施例を示す説明図。
【図３】本発明の光スイッチング素子の一実施例を説明するための説明図。
【図４】本発明の光スイッチング素子の一実施例を説明するための説明図。
【図５】本発明の光スイッチング素子の一実施例を説明するための説明図。
【図６】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を説明するための説明図。
【図７】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を説明するための説明図。
【図８】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図９】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１０】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１１】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１２】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１３】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１４】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１５】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１６】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１７】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１８】本発明の光スイッチング素子の他の一実施例を示す説明図。
【図１９】従来の光スイッチング素子の一例を示す説明図。
【図２０】従来の光スイッチング素子の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１ 導波路
２ 導波路導電膜
３ 反射プリズム
４ プリズム台
５ プリズム電極
６ カンチレバー
７ 上電極
８ 下電極
９ 支柱
１０ 基板
１１ 照明光
１２ 導出光
１３ 導波路導電膜がない場合の曲線
１４ 導波路導電膜がある場合の曲線
１５ 導波路導電膜の光学的厚さが光の波長の１／３０の場合の曲線
１６ 導波路導電膜の光学的厚さが光の波長の１／８の場合の曲線
１７ 導波路導電膜の光学的厚さが光の波長の１／３の場合の曲線
１８ 反射膜
１９ 反射プリズム導電膜
Claims (9)
- 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部と、
前記抽出部と一体で動く導電性部材と、
前記抽出部を前記第１の位置および前記第２の位置に移動せしめる第1の駆動力を及ぼす駆動手段と、
前記導光部の、前記抽出部と相対する面に導電性の材質よりなる第1の層を有し、
前記第１の層と前記導電性部材との間に電圧を印加することにより前記抽出部に前記第１の駆動力に加えて第2の駆動力を及ぼすことを特徴とする光スイッチング素子。 - 前記第１の層はＩＴＯであることを特徴とする請求項１記載の光スイッチング素子。
- 前記第１の層は、前記導光部あるいは前記抽出部より高い屈折率を有する材質よりなることを特徴とする請求項１記載の光スイッチング素子。
- 前記駆動手段は、前記抽出部を静電力により第１の位置に吸引する第1の電極と、第２の位置に吸引する第２の電極と、前記抽出部と一体で動く第３の電極よりなり、前記導電性部材は前記第３の電極であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチング素子。
- 前記抽出部は、前記導光部と相対する面に導電性の材質よりなる第２の層を具備し、前記導電性部材は前記第２の層であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチング素子。
- 前記抽出部は導電性の材質よりなる支持台を有し、前記導電性部材は前記支持台であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチング素子。
- 前記抽出部は抽出された光を反射する反射面を有し、さらに前記反射面は導電性であって、前記導電性部材は前記反射面であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチング素子。
- 導入光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導電性の材質よりなる導光部と、
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部と、
前記抽出部と一体で動く導電性部材と、
前記抽出部を前記第１の位置および前記第２の位置に移動せしめる第1の駆動力を及ぼす駆動手段とを有し、
前記導光部及び前記導電性部材間に電圧を印加することにより前記抽出部に前記第１の駆動力に加えて第2の駆動力を及ぼすことを特徴とする光スイッチング素子。 - アレイ状またはマトリクス状に多数配置された請求項１−８のいずれか一項に記載の光スイッチング素子を備えることを特徴とする画像表示装置。
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| JP14009299A JP3687411B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 光スイッチング素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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-
1999
- 1999-05-20 JP JP14009299A patent/JP3687411B2/ja not_active Expired - Fee Related
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