JP5240296B2

JP5240296B2 - 光スイッチ

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Inventors: 雅彦太田; 修石橋; 藤男奥村
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Description

本発明は光の透過と反射とを切り換える光スイッチに関する。

光通信の分野では、電気光学効果を持つ結晶（電気光学結晶）に電圧を印加して屈折率を変化させることで、光のスイッチングを行う光スイッチが知られている。

このような光スイッチのうち、導波路型の光スイッチとしては、２本の導波路の近接効果を利用した方向結合型光スイッチ、あるいは外部から導波路間に電圧を印加することで、各導波路を伝播する光の間に位相差を発生させ、それらの光の干渉を利用するマッハツエンダ干渉器型光スイッチが提案されている。これら導波路型の光スイッチでは、屈折率を高速に変化させることができるため高速なスイッチングが可能である。

また、上記と異なる方式として、例えば特許第２６６６８０５号公報（以下、特許文献１と称す）に記載されたブラッグ効果を利用する光スイッチがある。

図１は、背景技術の光スイッチの構成を示す斜視図である。

図１に示すように、背景技術の光スイッチは、電気光学効果を有する非線形光学物質（電気光学結晶）から成る光導波路層２と、この光導波路層２内に設けられた第１の電極群１１および第２の電極群１２とを有する構成である。

第１の電極群１１および第２の電極群１２は、光導波路層２の厚さ方向に延伸する複数の板状の電極１から構成されている。第１の電極群１１および第２の電極群１２の各電極は、光導波路層２の厚さ方向と交差する面の断面が櫛形状となるように、一定の間隔で交互に配置されている。

図１の光スイッチでは、第１の電極群１１と第２の電極群１２との間に電圧を印加することで、光導波路層２の非線形光学物質に周期的な屈折率変化が生じる。この周期的な屈折率変化を生じた部分が回折格子として機能し、入射光がブラッグ反射される。一方、第１および第２の電極群への電圧印加を停止すると、回折格子としての機能はなくなるので、入射光は板電極間の領域を透過する。

上述した光スイッチを光通信などで使用する場合、オン時とオフ時の透過光の強度の差を示す消光比はおよそ１０：１程度であればよい。しかしながら、光スイッチを、例えば画像表示装置の光変調器として使用する場合、輝度やコントラスト比を向上させるために、消光比がさらに高い光スイッチが望まれる。

また、画像表示装置等に使用する光スイッチには、高い光損傷耐性を持つことも望まれる。画像表示装置の光スイッチとしては数十〜数百ｍＷ以上の光を変調する必要がある。従来から光通信等で用いられてきた上記導波路型の光スイッチは、一般的に導波路の大きさが数μｍである。このような導波路型光スイッチでは単位体積あたりに照射される光強度が高くなるため、非線形光学結晶内などでの光損傷が生じやすくなり、画像表示装置の光スイッチとして使用するのは困難である。

また、電気光学結晶に電界を印加して屈折率を変化させる場合、該屈折率の変化は結晶の温度に依存する。屈折率の変化の大きさが温度によって変動すると、光スイッチの出力光の強度も変化する。したがって、光スイッチの動作を安定させるためには、電気光学結晶内の屈折率変化が生じる領域の温度を適正な範囲で維持する必要がある。

上記特許文献１に記載された光スイッチでは、電気光学結晶の屈折率変化の温度依存性を考慮した構造になっていない。そのため、例えば第１及び第２の電極群に光が照射されることで該第１及び第２の電極群の温度が上昇すると、印加電圧に対する屈折率も変化し、回折格子で反射できる光の波長や回折格子で反射した光の方向が安定しなくなる等、設置環境や周囲の温度によって光スイッチの動作が不安定になる場合がある。

特許第２６６６８０５号公報

そこで本発明は、より高い消光比と高い光損傷耐性、高い温度安定性が得られ、小型で高速動作・低消費電力動作が可能な光スイッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の光スイッチは、電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に配設され、かつ面積が最大となる主断面が同一平面内となるように配置された複数の電極から成る電極部と、
前記電極部と平行な前記電気光学結晶の少なくとも一つの端面に形成された、前記電気光学結晶よりも誘電率が低い絶縁体から成る絶縁体層と、
前記絶縁体層と接触するように形成された、前記電極部の温度を制御する、または前記電極部で発生する熱を放熱するための温度制御素子と、
を有する。

または、電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に設けられた、電気光学結晶に電界を印加するための複数の電極から成る電極部と、
光が入射される光入射面と、透過光が出射される光出射面または反射光が出射される光射出面の少なくともいずれか一方とに、それぞれ形成された反射防止膜と、
を有し、
前記電極部による電界印加によって屈折率が変化する前記電気光学結晶の屈折率変化部が前記電極部全体を包含しており、前記屈折率変化部の屈折率界面が平坦に形成された構成である。

または、電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に配設され、かつ面積が最大となる主断面が同一平面内となるように配置された複数の電極から成る電極部を有し、
光が入射される光入射面と、透過光が出射される光出射面または反射光が出射される光射出面の少なくともいずれか一方とに、それぞれ反射防止膜が形成された構成である。

または、電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に配設され、かつ面積が最大となる主断面が同一平面内となるように配置された複数の電極から成る電極部と、
前記電気光学結晶よりも熱伝導率が高く、かつ誘電率が低い、前記電極部と少なくともその一部が接触するように形成された絶縁部と、
前記絶縁部の端部に形成された、前記電極部で発生した熱を放熱または前記電極部の温度を制御するための温度制御部と、
を有する。

または、電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に設けられた、電気光学結晶に電界を印加するための複数の電極から成る電極部と、
前記電気光学結晶よりも熱伝導率が高く、誘電率が低い、前記電極部と少なくともその一部が接触するように形成された絶縁部と、
前記絶縁部の端部に形成された、前記電極部で発生した熱を放熱または前記電極部の温度を制御するための温度制御部と、
を有し、
前記電極部による電界印加によって屈折率が変化する前記電気光学結晶の屈折率変化部が前記電極部全体を包含しており、前記屈折率変化部の屈折率界面が平坦に形成された構成である。

図１は、背景技術の光スイッチの構成を示す斜視図である。図２は、本発明の光スイッチの一構成例を示す斜視図である。図３は、図２に示した光スイッチの動作原理を示す模式図である。図４は、第１の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図４（ａ）に示した光スイッチのＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は図４（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図５は、第２の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図５（ａ）に示した光スイッチのＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は図５（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図６は、第２の実施の形態の光スイッチの変形例の構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図６（ａ）に示した光スイッチのＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は図６（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図７は、第３の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図７（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図８は、第３の実施の形態の光スイッチの変形例の構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図８（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図９は、第４の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図９（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図１０は、第４の実施の形態の光スイッチの変形例の構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図１０（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図１１は、第５の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図１１（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図１２は、第６の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図１２（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図１３は、第７の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図１３（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図１４は、第８の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は平面図である。図１５は、第９の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は平面図である。図１６は、第１０の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は平面図である。図１７は、第１０の実施の形態の光スイッチの変形例の構成を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は平面図である。図１８は、本発明の光スイッチを備える画像表示装置の一構成例を示す模式図である。図１９は、本発明の光スイッチを備える画像形成装置の一構成例を示す模式図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。

上述したように特許文献１に記載された光スイッチは、屈折率変化で誘起された回折格子によって入射光の透過および回折を制御する。このような回折格子により入射光の透過および反射を制御する構成ではなく、電圧を印加することで電極近傍の電気光学結晶の屈折率を変化させて各電極を包含する屈折率変化部を形成し、該屈折率変化部により入射光の透過および反射を制御する光スイッチがある。図２は、この光スイッチの構成を示す斜視図である。

図２に示す光スイッチは、電気光学結晶１０４内に複数の棒状の電極１０５が比較的狭い間隔で配置され、隣接する電極１０５どうしの極性が異なるように各電極１０５に外部電源１０７から電圧が印加される。光は、直線上に配置された複数の電極１０５で構成される電極部１０６の法線方向に対して斜めに入射される。電極部１０６は、面積が最大となる主断面が同一平面内となるように配置された複数の電極１０５によって構成され、これら複数の電極１０６は、同じ膜厚を有し、平行かつ等間隔に配置されている。また、これら複数の電極１０５には、隣接する電極の極性が互いに異なるように電圧が印加される。

電極部１０６に電圧を印加していない場合、図３（ａ）に示すように、電極部１０６近傍の電気光学結晶１０４では屈折率変化が起きないため、入射光１０１は電極部１０６を透過して外部へ出射される（透過光）。一方、電極部１０６に電圧を印加すると、図３（ｂ）に示すように各電極１０５間に電界が発生することで電極部１０６近傍の電気光学結晶１０４の屈折率が変化し、屈折率変化部１０８が形成される。このとき、屈折率変化部１０８は、複数の電極１０５全体を覆うように形成され、かつ屈折率界面がほぼ平坦に形成される。これにより臨界角以上の入射角を持つ入射光が屈折率変化部１０８で全反射し、反射光となって外部へ出射される。

したがって、図２に示す光スイッチでは、電極部１０６に電圧を印加するか否かによって光の出射面を切り換えることが可能であり、このことにより光のスイッチングが可能になる。

さらに、図２に示す光スイッチは、導波路構造を形成する必要がない、電気光学結晶１０４内を光が透過するバルク型の光スイッチである。そのため、単位体積あたりに照射される光の強度を下げることが可能であり、導波路型の光スイッチよりも光損傷耐性を向上させることができる。したがって、導波路型の光スイッチよりも比較的大きな口径（数十〜数百μｍ径）の光ビームをスイッチングできる。

さらに、図２に示す光スイッチは、複数の電極１０５の間隔が数μｍ〜数十μｍ程度の等間隔であり、各電極１０５が比較的狭い間隔で配置されているため、比較的小さな印加電圧で電極１０５間の電気光学結晶に強い電界を生じさせて屈折率変化部を発生させることができる。したがって、電極部１０６に印加する電圧を低くすることが可能となる。また、複数の電極１０５の断面積が比較的小さく構成されているので、板電極を用いている特許文献１に記載された光スイッチよりも、電極間容量も小さくすることが可能になる。

ここで、高速動作時の消費電力は、印加電圧の２乗と電極間容量に比例するため、印加電圧と電極間容量を減らすことで、特許文献１に記載された光スイッチと比較しても消費電力を低減できる。さらに、動作周波数帯域は、電極間容量に反比例するため、電極間容量を減らすことで、動作周波数帯域を拡大できる。すなわち、特許文献１に記載された光スイッチと比較しても、スイッチ動作を高速化できる。

なお、図２は、複数の電極１０５が入射光の進行方向に対してそれぞれ直交するように配置された構成例を示しているが、各電極１０５は入射光の進行方向とそれぞれ同じ方向となるように配置されていてもよい。

以下、上記の光スイッチを基に、本発明について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図４は、第１の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図４（ａ）に示した光スイッチのＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は図４（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。

第１の実施の形態の光スイッチは、図２に示した光スイッチの電極部１０６と平行な電気光学結晶１０４の下方端面に絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１が形成された構成である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、複数の電極１０５が入射光の進行方向とそれぞれ同じ方向となるように配置された構成例を示している。

上述したように、電気光学結晶１０４に電界を印加して屈折率を変化させる場合、該屈折率の変化は結晶の温度に依存する。屈折率の変化の大きさが温度によって変動すると、光スイッチの出力光の強度も変化する。したがって、光スイッチの動作を安定させるためには、電気光学結晶１０４内の屈折率変化が生じる領域の温度を適正な範囲内に維持しておく必要がある。

図２に示した光スイッチは、入射光の光路上に電極部１０６が在り、該電極部１０６に光が照射されることで温度が上昇しやすい構造である。電極部１０６の温度上昇によって電極部１０６周囲の電気光学結晶１０４の温度が変化すると、印加電圧に対応する屈折率も変化し、屈折率変化部１０８の屈折率界面の平坦性を維持するのが困難になる。そのため、図２に示した光スイッチでは、電極部１０６およびその近傍の電気光学結晶１０４の温度を一定に保つことが望ましい。

そこで、第１の実施の形態の光スイッチでは、温度変化による特性変動が最も大きい入射光の光路上にある電極部１０６に最も近い電気光学結晶１０４の端面に温度制御素子１１１を設ける。

温度制御素子１１１には、電極部１０６の温度を制御するためのペルチェ素子等の熱電変換素子、または電極部１０６で発生した熱を放熱するためのヒートシンク等の放熱素子が用いられる。

温度制御素子１１１に熱電変換素子を用いる場合、光スイッチには、電極部１０６及び屈折率変化部１０８を含む電極形成領域の温度を検出するための温度センサが貼付される。

熱電変換素子は、不図示の電流源から電流を供給することで発熱する。熱電変換素子が発熱すると、その熱エネルギーによって絶縁体層１１０が加熱され、電極形成領域の温度が上昇する。また、熱電変換素子には、接触する部位から熱エネルギーを吸収する吸熱作用を備えているものもある。例えば、上記ペルチェ素子は、直流電流を流すと、一方の面が発熱し、他方の面で吸熱する。また、ペルチェ素子は、流れる電流の向きを反転させると、吸熱する面と発熱する面とが逆転する。そのため、熱電変換素子にペルチェ素子を用いることで電極形成領域の加熱および冷却が可能になる。

温度センサは、電極形成領域と温度の関係が分かる部位（例えば熱抵抗が分かっている部位）に貼付する。これにより温度センサで検出した値に基づいて電極形成領域の温度を推定できる。

電極形成領域の温度を制御する場合、温度センサを貼付した部位と電極形成領域との温度関係に基づいて温度センサの検出値に所定のしきい値を設定し、温度センサの検出値がしきい値未満の場合は熱電変換素子により絶縁体層１１０を介して電極形成領域を加熱し、温度センサの検出値がしきい値以上の場合は熱電変換素子により絶縁体層１１０を介して電極形成領域を冷却する。このような処理により電極形成領域の温度を所定の温度範囲内に維持できる。

なお、電極形成領域の温度を精度よく制御する必要がない場合は、高強度の光が照射されることで発生した電極部１０６の熱を効率よく外部へ逃がすために、温度制御素子１１１にはヒートシンク等の放熱素子を用いればよい。

ところで、電極形成領域の温度を制御する場合、温度制御素子１１１は電極部１０６に対してより近い位置に設けることがのぞましい。そのため、温度制御素子１１１は、電極部１０６と平行な電気光学結晶１０４の端面に直接形成する構成も考えられる。

しかしながら、そのような構成は、誘電率が高い電気光学結晶１０４を電極部１０６と導電体であるヒートシンクやペルチェ素子から成る温度制御素子１１１とによって挟む構造となるため、電極部１０６と温度制御素子１１１とによってコンデンサが形成されてしまう。そのため、このコンデンサの容量成分によって光スイッチの動作速度（帯域）が制限される。

そこで、本実施形態では、電気光学結晶１０４よりも誘電率が低い絶縁体から成る絶縁体層１１０を電極部１０６と平行な電気光学結晶１０４の下方端面に形成し、該絶縁体層１１０と接触するように温度制御素子１１１を形成する。これにより、容量成分を増大させることなく電極部１０６により近い位置で電極部１０６の温度を制御できる、または電極部１０６で発生した熱を放熱することが可能になる。さらに、絶縁体層１１０に熱伝導率が高い材料を用いれば、効率的に温度を制御することが可能となる。

なお、絶縁体層１１０には、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等を用いてもよく、グラファイトシート、シリコーン、半導体用ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料（有機ポリマー系、ＳｉＯＣ等）等を用いてもよい。絶縁体層１１０にＳｉＯ_２やＳｉＮ等を用いると、既存の半導体装置の製造設備を用いて絶縁体層１１０を形成できる。

一方、絶縁体層１１０に、グラファイトシート、シリコーン、半導体用ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料（有機ポリマー系、ＳｉＯＣ等）等を用いると、該絶縁体層１１０が光を吸収する光吸収層としても作用するため、絶縁体層１１０によって電気光学結晶１０４の端面から出射される光が吸収される。そのため、電気光学結晶１０４内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比が向上する効果も得られる。

本実施形態の光スイッチによれば、温度変化による特性変動が最も大きい電極部１０６に最も近い、電極部１０６と平行な電気光学結晶の端面に温度制御素子１１１を設けているため、電極部１０６付近の温度を、均一に、かつ効率よく制御できる、または電極部１０６付近の熱を、均一に、かつ効率よく放熱することができる。そのため、屈折率変化部１０８の温度変動に対して反射光の方向が安定し、光スイッチの動作が安定する。

また、反射光の方向が安定することで、電気光学結晶１０４内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比も向上する。さらに、電極部１０６の温度が過大に上昇することによる電極部１０６の破損も防止されるため、光スイッチの信頼性が向上する。

また、電気光学結晶１０４よりも誘電率が低い絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１を形成するため、容量成分の増加が少なくて済み、光スイッチの動作速度（帯域）の制限が緩和される。

さらに、ヒートシンクやペルチェ素子等から成る温度制御素子１１１で電気光学結晶１０４の端面を覆うため、衝撃等に対する光スイッチの耐久性も向上する。
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図５（ａ）に示した光スイッチのＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は図５（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。図６は、第２の実施の形態の光スイッチの変形例の構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図６（ａ）に示した光スイッチのＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は図６（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２の実施の形態の光スイッチは、図２に示した光スイッチの電極部１０６と平行な電気光学結晶１０４の下方端面および上方端面にそれぞれ絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１が形成された構成である。絶縁体層１１０および温度制御素子１１１には、第１の実施の形態と同様の材料を用いることができる。

このように、電極部１０６と平行な電気光学結晶１０４の下方端面および上方端面にそれぞれ絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１を形成すれば、電極部１０６近傍の温度を第１の実施の形態の光スイッチよりも安定させることができる。

なお、第２の実施の形態の光スイッチでは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、光スイッチの光入射面および光出射面を除く電気光学結晶１０４の全ての端面に、それぞれ絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１を形成してもよい。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、光スイッチの光入射面および光出射面を除く電気光学結晶１０４の全ての端面にそれぞれ絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１を形成することで、電極部１０６近傍の温度を図５（ａ）〜（ｃ）に示した光スイッチよりもさらに安定させることができる。

また、絶縁体層１１０で光入射面および電極部１０６を透過した光の光出射面を除く電気光学結晶１０４の全ての端面を覆うことで、第１の実施の形態よりも、さらに電気光学結晶１０４内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比も向上する。さらに、電極部１０６の温度が過大に上昇することによる電極部１０６の破損も防止されるため、光スイッチの信頼性も向上する。

特に、絶縁体層１１０として、グラファイトシート、シリコーン、半導体用ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料（有機ポリマー系、ＳｉＯＣ等）等を用い、この絶縁体層１１０を、例えば反射光が出射される光出射面にも形成すれば、これらの絶縁体層１１０が光吸収層としても作用するため、光出射面における不要な光の反射が低減する。そのため、例えば透過光を光スイッチからの出力光として利用する場合、反射光の出射面に絶縁体層１１０を形成していれば、絶縁体層１１０で射出された光が吸収されるため、電気光学結晶内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比が向上する。なお、この効果は、光出射面に周知の反射防止膜を成膜した後に絶縁体層１１０を形成すれば、さらに高めることができる。

また、温度制御用のヒートシンクまたはペルチェ素子から成る温度制御素子１１１で光入射面および電極部を透過した光の光出射面を除く電気光学結晶１０４の全ての端面を覆うことで、第１の実施の形態よりも衝撃等に対する光スイッチの耐久性が向上する。

また、温度制御素子１１１で電気光学結晶１０４のほとんどの端面を覆うことで、温度制御素子１１１が電磁シールドの効果も持つ。したがって、高周波ノイズ等による光スイッチの誤動作も低減する。
（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図７（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、第３の実施の形態の光スイッチは、入射光の光路上に複数段（図７（ａ），（ｂ）では２段を例示）の電極部１０６が配置された構成である。各電極部１０６は、複数の電極１０５によって構成される電極面が互いに平行となるように配設されている。

図７（ａ），（ｂ）に示すような光スイッチでは、入射光が最初に到達する電極部１０６で該入射光を反射させ、該電極部１０６で反射されることなく透過した光を後段の電極部１０６でさらに反射させれば、各電極部１０６で反射されることなく透過して光出射面から出射される光の強度を低減できる。そのため、図７（ａ），（ｂ）に示すような複数の電極部１０６を備える光スイッチは、第１の実施の形態の光スイッチよりも消光比を高めることができる。

第３の実施の形態は、この複数の電極部１０６を備える光スイッチの電極部１０６と平行な電気光学結晶１０４の下方端面または上方端面に、絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１が形成された構成である。絶縁体層１１０および温度制御素子１１１には、第１の実施の形態と同様の材料を用いることができる。

このような構成でも、第１の実施の形態と同様に、光スイッチの電極部１０６近傍の温度を安定させることができるため、光スイッチの動作が安定し、また信頼性も向上する。

また、反射光の方向が安定することで、電気光学結晶１０４内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比も向上する。

さらに、ヒートシンクやペルチェ素子等から成る温度制御素子１１１により電気光学結晶１０４の端面を覆うため、衝撃等に対する光スイッチの耐久性も向上する。

なお、図７（ａ），（ｂ）は、各電極部１０６に対応して電気光学結晶１０４の下方端面または上方端面に絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１が形成された構成例を示しているが、図８（ａ），（ｂ）に示すように、各電極部１０６と平行な電気光学結晶１０４の下方端面および上方端面それぞれに絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１を形成してもよい。

さらに、図７（ａ），（ｂ）に示した入射光の光路上に複数の電極部１０６が配置される構成でも、図６（ａ）〜（ｃ）に示した光スイッチ（第２の実施の形態）と同様に、光スイッチの光入射面および光出射面を除く電気光学結晶１０４の全ての端面に、それぞれ絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１を形成してもよい。

このように光入射面および光出射面を除く電気光学結晶１０４の端面を、それぞれ絶縁体層１１０を介して温度制御素子１１１で覆えば、衝撃等に対する光スイッチの耐久性が向上すると共に、高周波ノイズ等による光スイッチの誤動作も低減する。

特に、絶縁体層１１０として、グラファイトシート、シリコーン、半導体用ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料（有機ポリマー系、ＳｉＯＣ等）等を用い、この絶縁体層１１０を、例えば反射光が出射される光出射面にも形成すれば、これらの絶縁体層１１０が光吸収層としても作用するため、光出射面における不要な光の反射が低減する。そのため、例えば透過光を光スイッチからの出力光として利用する場合、反射光の出射面に絶縁体層１１０を形成していれば、絶縁体層１１０で射出された光が吸収されるため、電気光学結晶内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比が向上する。なお、この効果は、光出射面に周知の反射防止膜を成膜した後に絶縁体層１１０を形成すれば、さらに高めることができる。
（第４の実施の形態）
図９は、第４の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図９（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。

第４の実施の形態の光スイッチは、図２に示した光スイッチの光が入射される光入射面２０４および透過光が出射される光出射面２０５にそれぞれ反射防止膜（Anti Reflection Coat）２１０が成膜された構成である。

反射防止膜２１０は、所要の波長光に対して反射防止効果を備えていれば、材料、膜厚、膜構成（単層膜であるか多層膜であるか）等はどのようなものでもよく、周知の技術を利用して成膜すればよい。

このように光スイッチの光入射面２０４および透過光が出射される光出射面２０５にそれぞれ反射防止膜２１０を施すことで、これら光入射面２０４および光出射面２０５における不要な反射光が低減する。そのため、例えば透過光を光スイッチからの光出力として利用する場合、透過光の利用効率が上昇するため、光スイッチの消光比が向上する。

また、第４の実施の形態の光スイッチは、反射光が出射される光出射面２０６にも反射防止膜２１０が成膜された構成であってもよい。なお、図９（ａ），（ｂ）には、光出射面２０５、２０６にそれぞれ反射防止膜２１０を形成した構成例を示している。

反射光が出射される光出射面２０６にも反射防止膜２１０を施すことで、光出射面２０６における不要な反射光が低減する。そのため、例えば透過光を光スイッチからの光スイッチとして利用する場合、光出射面２０６から外部へ光が出射されやすくなるため、電気光学結晶１０４内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比が向上する。

以上の説明では、透過光を光スイッチからの光出力として利用する例を示したが、反射光を光スイッチからの光スイッチとして利用することも可能である。

光の反射は、光スイッチの動作時、光が通過する光入射面２０４や光出射面２０５，２０６で最も多く発生するため、光入射面２０４および２つの光出射面２０５，２０６にそれぞれ反射防止膜２１０を成膜すれば、最も少ない材料で、最も効果的に迷光を低減できる。

なお、反射防止膜２１０は、光入射面２０４および光出射面２０５，２０６だけでなく、電気光学結晶１０４の他の端面にも成膜してよい。その場合、光入射面２０４および光出射面２０５，２０６以外の端面における反射も低減して電気光学結晶１０４内の迷光がより減少するため、光スイッチの消光比をさらに向上させることができる。

ところで、図２や図９（ａ），（ｂ）に示した光スイッチでは、電極部１０６に電圧を印加するか否かによって光の出射面を切り換える構成であるため、出射光をオン／オフしたい場合は、２つの出射光のいずれか一方を、例えば外部に設けた光吸収体等によって消光する必要がある。

本実施形態の光スイッチでは、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、使用しない光が出射される面、例えば電極部１０６で反射した光（反射光）が到達する光出射面２０６に光吸収層３００を形成してもよい。光吸収層３００には、例えばグラファイトシート等の光を吸収しやすい材料を用いればよい。

このような光出射面に光吸収層３００を備える構成では、光スイッチの外部に光吸収体を設ける必要がなくなるため、光モジュール等に容易に組み込むことができる。また、光モジュール等に光吸収体が不要になることで、本実施形態の光スイッチを含む装置全体の小型化が可能になる。

なお、光吸収層３００は、光出射面２０５または２０６のいずれか一方だけでなく、光入射面２０４を除く電気光学結晶１０４の他の端面にも成膜してもよい。その場合、電極部１０６における光の散乱などによって光入射面２０４および光出射面２０５，２０６以外の端面に到達し、結晶外に出射される光が光吸収層で吸収されるため、電気光学結晶１０４内の迷光がより減少する。そのため、光スイッチの消光比をさらに向上させることができる。さらに、結晶外部に光吸収材を設ける必要もなくなるため、光スイッチ素子の小型化が容易となり、装置への組み込みも容易となる。

また、光吸収層３００に、グラファイトシートやシリコーン等の熱伝導率が高い材料を用い、該光吸収層３００にペルチェ素子等の温度制御素子を取り付ければ、電気光学結晶１０４の温度を効果的に制御することも可能である。

次に本実施形態を光スイッチに実際に適用する場合にどの程度の効果が得られるかについて説明する。

以下では、図２に示した透過光を光スイッチの光出力とする場合で考える。

光スイッチの光入射面２０４および透過光の光出射面２０５にそれぞれ反射防止膜２１０を成膜していない場合、これらの端面では約５％程度の反射が存在する。したがって、入射光の強度の７０％を透過させる電極部１０６を形成した場合、光スイッチの光の利用効率は６３％程度になる。

一方、本実施形態の光スイッチでは、光入射面２０４および透過光の光出射面２０５に反射防止膜２１０を成膜することで、これらの端面における反射を約１％程度に抑制できる。そのため、本実施形態の光スイッチの光の利用効率が６８％以上になる。
（第５の実施の形態）
図１１は、第５の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図１１（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。

図１１（ａ），（ｂ）に示すように、第５の実施の形態の光スイッチは、入射光の光路上に複数段（図１１（ａ），（ｂ）では２段を例示）の電極部１０６が配置される構成である。

図１１（ａ），（ｂ）に示す光スイッチでは、入射光が最初に到達する電極部１０６で該入射光を反射させ、該電極部１０６で反射されることなく透過した光を後段の電極部１０６でさらに反射させれば、各電極部１０６で反射されることなく透過して光出射面２０５から出射される光の強度を低減できる。そのため、図１１（ａ），（ｂ）に示すような複数段の電極部１０６を備える光スイッチは、図１に示した光スイッチよりも消光比を高めることができる。

第５の実施の形態は、この複数段の電極部１０６を備える光スイッチの光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７にそれぞれ反射防止膜２１０が成膜された構成である。

このような構成でも、光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７における不要な反射が低減して、透過光の利用効率が増加し、さらにこれらの端面における反射光が外部に出射されやすくなるため、電気光学結晶内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比をさらに向上させることができる。

なお、第５の実施の形態の光スイッチにおいても、第４の実施の形態と同様に、反射防止膜は、光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７だけでなく、電気光学結晶１０４の他の端面にも成膜してよい。その場合、光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７以外の端面での反射も低減して電気光学結晶１０４内における迷光がより減少するため、光スイッチの消光比がさらに向上する。

また、第５の実施の形態の光スイッチにおいても、第４の実施の形態と同様に、使用しない光が出射される面、例えば各電極部１０６で反射した光（反射光）が到達する光出射面２０６，２０７に光吸収層３００をそれぞれ形成してもよい。なお、図１１（ａ），（ｂ）は、光出射面２０６，２０７にそれぞれ光吸収層３００が形成された構成例を示している。このような構成では、光スイッチの外部に光吸収体を設ける必要がなくなるため、光モジュール等に容易に組み込むことができる。また、光モジュール等に光吸収体が不要になることで、本実施形態の光スイッチを含む装置全体の小型化が可能である。

また、第５の実施の形態の光スイッチにおいても、第４の実施の形態と同様に、光吸収層３００に、グラファイトシートやシリコーン等の熱伝導率が高い材料を用い、該光吸収層３００にペルチェ素子等の温度制御素子を取り付ければ、電気光学結晶１０４の温度を効果的に制御することが可能である。
（第６の実施の形態）
図１２は、第６の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図１２（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。

図１２（ａ），（ｂ）に示すように、第６の実施の形態の光スイッチは、第５の実施の形態の光スイッチと同様に、入射光の光路上に複数段の電極部１０６が（図１２（ａ），（ｂ）では２段を例示）配置された構成である。

第６の実施の形態の光スイッチは、この複数段の電極部１０６を備える光スイッチの光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７にそれぞれ反射防止膜２１０が成膜されると共に、光スイッチの光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７を除く電気光学結晶１０４の各端面にそれぞれ反射防止膜及び光吸収層３００が形成された構成である。

なお、第６の実施の形態の光スイッチは、第４の実施の形態及び第５の実施の形態と同様に、使用しない光が出射される面、例えば各電極部１０６で反射した光（反射光）が到達する光出射面２０６，２０７にも光吸収層３００を形成してもよい。図１２（ａ），（ｂ）は、光出射面２０６，２０７にも光吸収層３００が形成された構成例を示している。

また、図１２（ａ），（ｂ）は、第５の実施の形態で示した入射光の光路上に複数段の電極部１０６が配置された光スイッチを例示しているが、第４の実施の形態で示した入射光の光路上に１つの電極部１０６が配置された光スイッチの場合も、光入射面２０４および光出射面２０５を除く電気光学結晶１０４の各端面にそれぞれ光吸収層３００を形成してもよい。

このように、光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７を除く電気光学結晶１０４の各端面にそれぞれ反射防止膜２１０及び光吸収層３００を備えることで、散乱等によって電気光学結晶１０４に到達した光が結晶外部に出射されやすくなり、さらに出射された光が光吸収層３００によって吸収されるため、電気光学結晶１０４内の迷光をさらに低減できる。したがって、第６の実施の形態の光スイッチは、第４の実施の形態や第５の実施の形態の光スイッチよりも消光比をさらに向上させることができる。

なお、光スイッチの光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７を除く電気光学結晶１０４の各端面にそれぞれ反射防止膜２１０または光吸収層３００のいずれか一方のみを形成した場合でも迷光低減の効果は得られるが、反射防止膜２１０及び光吸収層３００を共に形成するのが最も効果的であり、光スイッチの消光比を最も向上させることができる。

また、第６の実施の形態の光スイッチにおいても、第４および第５の実施の形態と同様に、光吸収層３００に、グラファイトシートやシリコーン等の熱伝導率が高い材料を用い、該光吸収層３００にペルチェ素子等の温度制御素子を取り付ければ、電気光学結晶１０４の温度を効果的に制御することが可能である。
（第７の実施の形態）
図１３は、第７の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は図１３（ａ）に示した光スイッチのＢ−Ｂ線断面図である。

図１３（ａ），（ｂ）に示すように、第７の実施の形態の光スイッチは、第５、第６の実施の形態の光スイッチと同様に、入射光の光路上に複数段の電極部１０６が（図１３（ａ），（ｂ）では２段を例示）配置された構成である。

第７の実施の形態の光スイッチは、第６の実施の形態の光スイッチと同様に、この複数段の電極部１０６を備える光スイッチであり、光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７にそれぞれ反射防止膜２１０が成膜されると共に、光スイッチの光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７を除く電気光学結晶１０４の各端面、特に電極部と平行な電気光学結晶の端面に、それぞれ反射防止膜２１０および光吸収層３００が形成された構成である。

光吸収層３００は、電気光学結晶よりも誘電率が低い絶縁体で形成され、その光吸収層３００と接触するように電極部１０５の温度を制御する、または電極部１０５で発生する熱を放熱するための温度制御素子１１１が形成されている。

なお、第４の実施の形態及び第５の実施の形態と同様に、使用しない光が出射される面、例えば各電極部１０６で反射した光（反射光）が到達する光出射面２０６，２０７にも光吸収層３００を形成してもよい。図１３（ａ），（ｂ）は、光出射面２０６，２０７にも光吸収層３００が形成された構成例を示している。

このように、光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７を除く電気光学結晶１０４の各端面にそれぞれ反射防止膜２１０および光吸収層３００を備えることで、散乱等によって電気光学結晶１０４の各端面に到達した光が結晶外部に出射されやすくなり、さらに出射された光が光吸収層３００によって吸収されるため、電気光学結晶１０４内の迷光をさらに低減できる。したがって、光スイッチの消光比を向上させることができる。

なお、光スイッチの光入射面２０４および光出射面２０５，２０６，２０７を除く電気光学結晶１０４の各端面にそれぞれ反射防止膜２１０、光吸収層３００のいずれか一方のみ形成した場合でも迷光低減の効果が得られるが、反射防止膜２１０及び光吸収層３００共に形成されている構成が最も効果的であり、光スイッチの消光比を最も向上させることができる。

さらに、光スイッチにこの第７の実施の形態の構造を採用すると共に、第１の実施の形態〜第３の実施の形態で示したように、温度変化による特性変動が最も大きい入射光の光路上に在る電極部１０６に最も近い電気光学結晶１０４の端面に温度制御素子１１１を設け、温度制御素子１１１に、電極部１０６の温度を制御するためのペルチェ素子等の熱電変換素子、または電極部１０６で発生した熱を放熱するためのヒートシンク等の放熱素子を用いてもよい。このような構成を採用することで、電極部１０６と温度制御素子１１１間の容量成分を増大させることなく電極部１０６により近い位置で電極部１０６の温度を制御できる、または電極部１０６で発生した熱を放熱することが可能になる。

一般に、電気光学結晶１０４に電界を印加して屈折率を変化させる場合、該屈折率の変化は結晶の温度に依存する。屈折率の変化の大きさが温度によって変動すると、光スイッチの出力光の強度も変化する。したがって、光スイッチの動作を安定させるためには、電気光学結晶１０４内の屈折率変化が生じる領域の温度を適正な範囲内に維持しておく必要がある。

第７の実施の形態の光スイッチでは、温度変化による特性変動が最も大きい電極部１０６に最も近い、電極部１０６と平行な電気光学結晶の端面に温度制御素子１１１を設けているため、電極部１０６付近の温度を、均一に、かつ効率よく制御できる、または電極部１０６付近の熱を、均一に、かつ効率よく放熱することができる。そのため、屈折率変化部１０８の温度変動に対して反射光の方向が安定し、光スイッチの動作が安定する。

さらに、ヒートシンクやペルチェ素子等から成る温度制御素子１１１で電気光学結晶１０４の端面を覆うため、衝撃等に対する光スイッチの耐久性も向上する。
（第８の実施の形態）
図１４は、第８の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は平面図である。

第８の実施の形態の光スイッチは、図２に示した光スイッチにおいて、外部電源１０７から各電極１０５に電圧を印加するための電極引き出し部１０９に対して、電気光学結晶１０４よりも誘電率が低く、かつ熱伝導率が高い絶縁部１１０が接触するように形成され、該絶縁部１１０の端部に電極部１０６の温度を制御するための、または電極部１０６で発生した熱を放熱するための温度制御部１１１が形成された構成である。

温度制御部１１１には、電極部１０６の温度を制御するためのペルチェ素子等の熱電変換素子、または電極部１０６で発生した熱を放熱するためのヒートシンク等の放熱素子が用いられる。

温度制御部１１１に熱電変換素子を用いる場合、光スイッチには、電極部１０６及び屈折率変化部１０８を含む電極形成領域の温度を検出するための温度センサが貼付される。

熱電変換素子は、不図示の電流源から電流を供給することで発熱する。熱電変換素子が発熱すると、その熱エネルギーによって絶縁部１１０が加熱され、電極引き出し部１０９を介して電極部１０６が加熱され、電極形成領域の温度が上昇する。また、熱電変換素子には、接触する部位から熱エネルギーを吸収する吸熱作用を備えているものもある。例えば、上記ペルチェ素子は、直流電流を流すと、一方の面が発熱し、他方の面で吸熱する。また、ペルチェ素子は、流れる電流の向きを反転させると、吸熱する面と発熱する面とが逆転する。そのため、熱電変換素子にペルチェ素子を用いることで電極形成領域の加熱および冷却が可能になる。

電極形成領域の温度を制御する場合、温度センサを貼付した部位と電極形成領域との温度関係に基づいて温度センサの検出値に所定のしきい値を設定し、温度センサの検出値がしきい値未満の場合は熱電変換素子により絶縁部１１０を介して電極形成領域を加熱し、温度センサの検出値がしきい値以上の場合は熱電変換素子により絶縁部１１０を介して電極形成領域を冷却する。このような処理により電極形成領域の温度を所定の温度範囲内に維持できる。

なお、常に室温付近の温度に制御すればよい場合は、電極形成領域で発生する熱の放熱のみを行えばよく、高強度の光が照射されることで発生した電極部１０６の熱を効率よく外部へ逃がすために、温度制御部１１１にはヒートシンク等の放熱素子を用いればよい。

図２に示した光スイッチは、入射光の光路上に電極部１０６が存在するため、該電極部１０６に光が照射されることで温度が上昇しやすい構造である。電極部１０６の温度上昇によって電極部１０６周囲の電気光学結晶１０４の温度が変化すると、印加電圧に対応する屈折率も変化し、屈折率変化部１０８の屈折率界面の平坦性を維持するのが困難になる。そのため、図２に示した光スイッチでは、電極部１０６およびその近傍の電気光学結晶１０４の温度を一定に保つことが望ましい。

そこで、本実施形態では、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、電気光学結晶１０４よりも誘電率が低く、かつ熱伝導率が高い絶縁部１１０を電極引き出し部１０９と接触するように形成し、該絶縁部１１０の端部に形成した温度制御部１１１により電極部１０６及び屈折率変化部１０８を含む電極形成領域の温度を制御する、または電極部１０６で発生した熱を放熱する。これにより、電極部１０６の温度を効率よく制御できる、または電極部１０６で発生した熱を効率よく放熱できる。

本実施形態の光スイッチでは、絶縁部１１０が電極部１０６の一部（電極取り出し部１０９）と接触する構造であるため、絶縁部１１０は、複数の電極１０５に電圧を印加することで形成される屈折率変化部１０８による入射光の透過または全反射を阻害することがない。

なお、絶縁部１１０には、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、グラファイトシート、シリコーン、半導体用ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料（有機ポリマー系、ＳｉＯＣ等）等を用いることができる。絶縁部１１０は接着材等により電極引き出し部１０９に貼り付けても効果が期待できる。さらに、絶縁部１１０にＳｉＯ_２やＳｉＮ等を用いると、既存の半導体装置の製造設備を用いて絶縁部１１０を形成できる。

本実施形態の光スイッチによれば、温度変化による特性変動が最も大きい入射光の光路上にある電極部１０６の一部と接触するように絶縁部１１０を設け、絶縁部１１０の端部に温度制御部１１１を設けているため、温度制御部１１１の熱エネルギーが絶縁部１１０および各電極１０５を伝わることで電極形成領域の温度を効率よく制御できる、または電極部１０６で発生した熱を電極１０５および絶縁部１１０を介して効率よく放熱できる。そのため、温度が変動しても電極部１０６近傍にて温度制御が可能となり、屈折率変化部１０８が安定して形成されるため、光スイッチの動作が安定する。

また、屈折率変化部１０８が安定して形成され、反射光の方向が安定することで、電気光学結晶１０４内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比も向上する。さらに、電極部１０６の温度が上昇することによる電極部１０６の破損も防止されるため、光スイッチの信頼性が向上する。

なお、本実施形態の光スイッチでは、電極部１０６を構成する複数の電極１０５に熱伝導率が高い材料（金、白金、銅など）を用いると、さらに効率よく温度を制御することが可能であり、温度変動に対して光スイッチがより安定して動作する。
（第９の実施の形態）
図１５は、第９の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は平面図である。

第９の実施の形態の光スイッチは、図２に示した光スイッチにおいて、電気光学結晶１０４よりも誘電率が低く、かつ熱伝導率が高い絶縁部１１０が電極部１０６と接触するように形成され、該絶縁部１１０の端部に電極部１０６の温度を制御するための、または電極部１０６で発生した熱を放熱するための温度制御部１１１が形成された構成である。さらに、第９の実施の形態の光スイッチは、電気光学結晶１０４内における絶縁部１１０と電極部１０６の形状を同一にする。

温度制御部１１１には、第８の実施の形態と同様に、電極部１０６の温度を制御するためのペルチェ素子等の熱電変換素子、または電極部１０６で発生した熱を放熱するためのヒートシンク等の放熱素子が用いられる。

また、温度制御部１１１に熱電変換素子を用いる場合、光スイッチには、電極部１０６及び屈折率変化部１０８を含む電極形成領域の温度を検出するための温度センサが貼付される。温度センサは、電極形成領域と温度の関係が分かる部位（例えば熱抵抗が分かっている部位）に貼付する。これにより温度センサで検出した値に基づいて電極形成領域の温度を推定できる。

電極形成領域の温度を制御する場合、第８の実施の形態と同様に、温度センサを貼付した部位と電極形成領域との温度関係に基づいて温度センサの検出値に所定のしきい値を設定し、温度センサの検出値がしきい値未満の場合は熱電変換素子により絶縁部１１０を介して電極形成領域を加熱し、温度センサの検出値がしきい値以上の場合は熱電変換素子により絶縁部１１０を介して電極形成領域を冷却する。このような処理により電極形成領域の温度を所定の温度範囲内で維持できる。

第９の実施の形態の光スイッチは、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、電気光学結晶１０４よりも誘電率が低く、かつ熱伝導率が高い絶縁部１１０を、電極引き出し部１０９だけでなく、電極部１０６全体の片面と接触するように形成する。このような構成では、第８の実施の形態の光スイッチよりも絶縁部１１０と電極部１０６の接触面積が大きくなるため、電極部１０６で発生した熱をより効率よく放熱できる、または電極部１０６の温度をより効率よく制御できる。

さらに、本実施形態の光スイッチでは、電気光学結晶１０４内における絶縁部１１０と電極部１０６の形状を同一にする。このように絶縁部１１０と電極部１０６の形状を同一にすることで、複数の電極１０５に電圧を印加することで形成される屈折率変化部１０８による入射光の透過または全反射を阻害することなく、電極部１０６で発生した熱を放熱できる、または電極部１０６の温度を制御できる。

なお、絶縁部１１０には、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、グラファイトシート、シリコーン、半導体用ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料（有機ポリマー系、ＳｉＯＣ等）等を用いることができる。絶縁部１１０にＳｉＯ_２やＳｉＮ等を用いると、既存の半導体装置の製造設備を用いて絶縁部１１０を形成できる。

本実施形態の光スイッチによれば、絶縁部１１０が電極引き出し部１０９を含む電極部１０６全体と接触するように形成されているため、絶縁部１１０と電極部１０６の接触面積が大きくなり、第８の実施の形態の光スイッチよりも電極部１０６で発生した熱をより効率よく放熱できる、または電極部１０６の温度をより効率よく制御できる。そのため、温度が変動しても電極部１０６近傍にて温度制御が可能となり、屈折率変化部１０８が安定して形成されるため、光スイッチの動作が安定する。

さらに、本実施形態の光スイッチでは、各電極１０５の一部の面を電気光学結晶１０４よりも誘電率が低い絶縁部１１０で覆う構造となるため、各電極１０５の全ての面を誘電率が高い電気光学結晶１０４で覆う構造よりも電極１０５間容量が低下する。そのため、第８の実施の形態の光スイッチよりも消費電力が低減する。さらに、容量が低下することで動作の高速化も実現することができる。

なお、本実施形態の光スイッチにおいても、第８の実施の形態と同様に、電極部１０６を構成する複数の電極１０５に熱伝導率が高い材料（金、白金、銅など）を用いると、さらに効率よく温度を制御することが可能であり、温度変動に対して光スイッチがより安定して動作する。
（第１０の実施の形態）
図１６は、第１０の実施の形態の光スイッチの構成を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は平面図である。図１７は、第１０の実施の形態の光スイッチの変形例の構成を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は平面図である。

図１６（ａ）及び（ｂ）に示す光スイッチと、図１７（ａ）及び（ｂ）に示す光スイッチとは、各電極１０５に外部電源１０７を接続するための電極引き出し部１０９の位置が異なる構成であり、その他は同様である。

図１６（ａ）及び（ｂ）並びに図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１０の実施の形態の光スイッチは、入射光の光路上に複数段（図１６（ａ）及び（ｂ）並びに図１７（ａ）及び（ｂ）では２段を例示）の電極部１０６が配置された構成である。

図１６（ａ）及び（ｂ）並びに図１７（ａ）及び（ｂ）に示す光スイッチでは、入射光が最初に到達する電極部１０６で該入射光を反射させ、該電極部１０６で反射されることなく透過した光を後段の電極部１０６でさらに反射させれば、各電極部１０６で反射されることなく透過して光出射面２０５から出射される光の強度を低減できる。そのため、図１６（ａ）及び（ｂ）並びに図１７（ａ）及び（ｂ）に示すような複数段の電極部１０６を備える光スイッチは、図１に示した光スイッチよりも消光比を高めることができる。

第１０の実施の形態は、この複数段の電極部１０６を備える光スイッチの各電極部１０６と少なくとも一部が接触するように、電気光学結晶１０４よりも誘電率が低く、かつ熱伝導率が高い絶縁部１１０がそれぞれ形成され、該絶縁部１１０の端部に温度制御部１１１がそれぞれ形成された構成である。

絶縁部１１０は、第８の実施の形態と同様に電極引き出し部１０９とのみ接触するように形成されていてもよく、第９の実施の形態と同様に電極引き出し部１０９を含む電極部１０６全体と接触するように形成されていてもよい。

電極部１０６を構成する各電極１０５の材料、絶縁部１１０及び温度制御部１１１は、それぞれ第８の実施の形態や第９の実施の形態と同様の材料を用いて形成できる。

このような構成でも、各電極部１０６で発生する熱を効率よく放熱できる、または各電極部１０６の温度を効率よく制御できるため、温度が変動しても電極部１０６付近に屈折率変化部１０８が安定して形成されるため、光スイッチの動作が安定する。

また、第１０の実施の形態の光スイッチは、光（入射光）が複数の電極１０６を通過する構造であるために第８の実施の形態及び第９の実施の形態の光スイッチよりも消光比が向上する。

また、屈折率変化部１０８が安定して形成され、反射光の方向が安定することで、電気光学結晶１０４内で発生する迷光が低減し、光スイッチの消光比も向上する。さらに、電極部１０６の温度が過剰に上昇することによる電極部１０６の破損も防止されるため、光スイッチの信頼性が向上する。

さらに、第１０の実施の形態の光スイッチは、第９の実施の形態と同様に、電極引き出し部１０９を含む電極部１０６全体に絶縁部１１０を形成すれば、各電極１０５の一部の面を電気光学結晶１０４よりも誘電率が低い絶縁部１１０で覆う構造となるため、各電極１０５の全ての面を誘電率が高い電気光学結晶１０４で覆う構造よりも電極１０５間容量が低下する。そのため、第８の実施の形態の光スイッチよりも消費電力が低減する。さらに、容量が低下することで動作の高速化も実現することができる。
（第１１の実施の形態）
第１１の実施の形態では、第１の実施の形態〜第１０の実施の形態で示した光スイッチを備える装置の具体例について説明する。

［画像表示装置］
まず、本発明の光スイッチを備える画像表示装置について説明する。

図１８は本発明の光スイッチを備える画像表示装置の一構成例を示す模式図である。この画像表示装置１４０１は、レーザ光源１４０２〜１４０４、コリメータレンズ１４０５〜１４０７、反射ミラー１４０８、ダイクロイックミラー１４０９、１４１０、水平走査ミラー１４１１、垂直走査ミラー１４１２および光スイッチ１４１４〜１４１６を有する。光スイッチ１４１４〜１４１６は、第１の実施の形態〜第１０の実施の形態で示した光スイッチである。

レーザ光源１４０２からのレーザ光の進行方向には、コリメータレンズ１４０７、光スイッチ１４１６、および反射ミラー１４０８が順に配置されている。光スイッチ１４１６には、コリメータレンズ１４０７からの平行光束が入射する。光スイッチ１４１６は、不図示の制御部から供給される制御信号にしたがって動作する。制御信号がオンの期間（電圧供給期間）、光スイッチ１４１６では、電極部に電圧が印加されて屈折率変化領域が形成されるため、その屈折率変化領域にて入射光が反射される。この反射光は、反射ミラー１４０８へ向かう光路から外れる。制御信号がオフの期間（電圧供給停止期間）は、入射光は光スイッチ１４１６を透過して反射ミラー１４０８へ向かう。

レーザ光源１４０３からのレーザ光の進行方向には、コリメータレンズ１４０６、光スイッチ１４１５、およびダイクロイックミラー１４１０が順に配置されている。光スイッチ１４１５には、コリメータレンズ１４０６からの平行光束が入射する。光スイッチ１４１５も、光スイッチ１４１６と同様に不図示の制御部から供給される制御信号にしたがって動作する。制御信号がオンの期間（電圧供給期間）、光スイッチ１４１５では、電極部に電圧が印加されて屈折率変化領域が形成されるため、その屈折率変化領域にて入射光が反射される。この反射光は、ダイクロイックミラー１４１０へ向かう光路から外れる。制御信号がオフの期間（電圧供給停止期間）は、入射光は光スイッチ１４１５を透過してダイクロイックミラー１４１０へ向かう。

レーザ光源１４０４からのレーザ光の進行方向には、コリメータレンズ１４０５、光スイッチ１４１４、およびダイクロイックミラー１４０９が順に配置されている。コリメータレンズ１４０５からの平行光束が光スイッチ１４１４に入射する。光スイッチ１４１４は、光スイッチ１４１５、１４１６と同様に不図示の制御部から供給される制御信号にしたがって動作する。制御信号がオンの期間（電圧供給期間）、光スイッチ１４１４では、電極部に電圧が印加されて屈折率変化領域が形成されるため、その屈折率変化領域にて入射光が反射される。この反射光は、ダイクロイックミラー１４０９へ向かう光路から外れる。制御信号がオフの期間（電圧供給停止期間）、入射光は光スイッチ１４１４を透過してダイクロイックミラー１４０９へ向かう。

ダイクロイックミラー１４１０は、光スイッチ１４１５からの光束と、反射ミラー１４０８にて反射された光束とが交差する位置に設けられている。ダイクロイックミラー１４１０は、光スイッチ１４１５からの光を反射し、反射ミラー１４０８からの光を透過するような波長選択特性を有する。

ダイクロイックミラー１４０９は、光スイッチ１４１４からの光束とダイクロイックミラー１４１０からの光束とが交差する位置に設けられている。ダイクロイックミラー１４０９は、光スイッチ１４１４からの光を反射し、ダイクロイックミラー１４１０からの光を透過するような波長選択特性を有する。

水平走査ミラー１４１１は、ダイクロイックミラー１４０９からの光束の進行方向に配置されており、不図示の制御部から出力される水平走査制御信号によりその動作が制御される。垂直走査ミラー１４１２は、水平走査ミラー１４１１からの光束の進行方向に配置されており、不図示の制御部から出力される垂直走査制御信号によりその動作が制御される。

レーザ光源１４０２、１４０３、１４０４は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に対応する色のレーザ光を出射する。

図１８に示す画像表示装置では、光スイッチ１４１４、１４１５、１４１６をオンオフ制御し、かつ水平走査ミラー１４１１および垂直走査ミラー１４１２を制御することで、スクリーン１４１３上にカラー画像を表示できる。

［画像形成装置］
次に、本発明の光スイッチを備える画像形成装置について説明する。

図１９は本発明の光スイッチを備える画像形成装置の一構成例を示す模式図である。この画像形成装置１５０１は、レーザ光源１５０２、コリメータレンズ１５０３、反射ミラー１５０４、走査ミラー１５０５、光スイッチ１５０６、ｆθレンズ１５０７および感光体１５０８を有する。光スイッチ１５０６は、第１の実施の形態〜第１０の実施の形態で示した光スイッチである。

レーザ光源１５０２からのレーザ光の進行方向には、コリメータレンズ１５０３、光スイッチ１５０６、および反射ミラー１５０４が順に配置されている。光スイッチ１５０６には、コリメータレンズ１５０３からの平行光束が入射する。光スイッチ１５０６は、不図示の制御部から供給される制御信号にしたがって動作する。制御信号がオンの期間（電圧供給期間）、光スイッチ１５０６では、電極部に電圧が印加されて屈折率変化領域が形成されるため、その屈折率変化領域にて入射光が反射される。この反射光は、反射ミラー１５０５へ向かう光路から外れる。制御信号がオフの期間（電圧供給停止期間）、入射光は光スイッチ１５０６を透過して反射ミラー１５０５へ向かう。

走査ミラー１５０５は、反射ミラー１５０５からの光束の進行方向に配置されており、不図示の制御部から出力される走査制御信号によりその動作が制御される。走査ミラー１５０５からの光は、ｆθレンズ１５０７を介して感光体１５０８に照射される。

図１９に示す画像形成装置では、光スイッチ１５０６をオンオフ制御し、かつ走査ミラー１５０５を制御することで、感光体１５０８上に画像を形成するができる。

なお、図１９に示す画像形成装置は、感光体１５０８の直前に挿入したｆθレンズ１５０７を使用せずに、スキャンした画像をそのまま感光体１５０８に投影させる装置としても利用できる。

以上説明した第１〜第１０の実施の形態で示した光スイッチおよび該光スイッチを利用したシステムは、本発明の一例であり、その手順および構成は、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

この出願は、２００８年１２月１８日に出願された特願２００８−３２２７２７号、特願２００８−３２２７３４号及び特願２００８−３２２７３５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に配設され、かつ面積が最大となる主断面が同一平面内となるように配置された複数の電極から成る電極部と、
前記電極部と平行な前記電気光学結晶の少なくとも一つの端面に形成された、前記電気光学結晶よりも誘電率が低い絶縁体から成る絶縁体層と、
前記絶縁体層と接触するように形成された、前記電極部の温度を制御する、または前記電極部で発生する熱を放熱するための温度制御素子と、
を有する光スイッチ。
電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に配設され、かつ面積が最大となる主断面が同一平面内となるように配置された複数の電極から成る電極部と、
前記電極部と平行な前記電気光学結晶の少なくとも一つの端面に形成された、前記電気光学結晶よりも誘電率が低い絶縁体から成る絶縁体層と、
前記絶縁体層と接触するように形成された、前記電極部の温度を制御する、または前記電極部で発生する熱を放熱するための温度制御素子と、
を有し、
前記電極部による電界印加によって屈折率が変化する前記電気光学結晶の屈折率変化部が前記電極部全体を包含しており、前記屈折率変化部の屈折率界面が平坦に形成された光スイッチ。
前記絶縁体層は、
前記電気光学結晶よりも熱伝導率が高い材料である請求項１または２記載の光スイッチ。
光が入射する光入射面および光が出射する光出射面を除く前記電気光学結晶の端面に、それぞれ前記絶縁体層および前記温度制御素子が形成された請求項１から３のいずれか１項記載の光スイッチ。
前記絶縁体層は、
光を吸収する光吸収層としても作用する材料である請求項１から４のいずれか１項記載の光スイッチ。
電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に配設され、かつ面積が最大となる主断面が同一平面内となるように配置された複数の電極から成る電極部を有し、
光が入射される光入射面と、透過光が出射される光出射面または反射光が出射される光射出面の少なくともいずれか一方とに、それぞれ反射防止膜が形成された光スイッチ。
電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に設けられた、電気光学結晶に電界を印加するための複数の電極から成る電極部と、
光が入射される光入射面と、透過光が出射される光出射面または反射光が出射される光射出面の少なくともいずれか一方とに、それぞれ形成された反射防止膜と、
を有し、
前記電極部による電界印加によって屈折率が変化する前記電気光学結晶の屈折率変化部が前記電極部全体を包含しており、前記屈折率変化部の屈折率界面が平坦に形成された光スイッチ。
前記透過光が出射される光出射面または前記反射光が出射される光射出面のいずれか一方に、光を吸収する光吸収層が形成された請求項６または７記載の光スイッチ。
前記光の入射面および前記透過光の光出射面、または前記光の入射面および前記反射光の光射出面を除く前記電気光学結晶の端面の少なくとも１つの面に反射防止膜が形成された請求項６から８のいずれか１項記載の光スイッチ。
前記光の入射面および前記透過光の光出射面、または前記光の入射面および前記反射光の光射出面を除く前記電気光学結晶の端面の少なくとも１つの面に光を吸収する光吸収層が形成された請求項６から９のいずれか１項記載の光スイッチ。
前記電極部と平行な前記電気光学結晶の少なくとも一つの端面に形成された、前記電気光学結晶よりも誘電率が低い絶縁体から成る絶縁体層と、
前記絶縁体層と接触するように形成された、前記電極部の温度を制御する、または前記電極部で発生する熱を放熱するための温度制御素子と、
を有する請求項６から１０のいずれか１項記載の光スイッチ。
前記絶縁体層は、
前記電気光学結晶よりも熱伝導率が高い材料で形成されている請求項１１記載の光スイッチ。
電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に配設され、かつ面積が最大となる主断面が同一平面内となるように配置された複数の電極から成る電極部と、
前記電気光学結晶よりも熱伝導率が高く、かつ誘電率が低い、前記電極部と少なくともその一部が接触するように形成された絶縁部と、
前記絶縁部の端部に形成された、前記電極部で発生した熱を放熱または前記電極部の温度を制御するための温度制御部と、
を有する光スイッチ。
電気光学結晶に電界を印加して前記電気光学結晶の屈折率を変化させることによって、前記電気光学結晶に入射した入射光の透過と全反射とを切り換える光スイッチであって、
前記電気光学結晶内に設けられた、電気光学結晶に電界を印加するための複数の電極から成る電極部と、
前記電気光学結晶よりも熱伝導率が高く、誘電率が低い、前記電極部と少なくともその一部が接触するように形成された絶縁部と、
前記絶縁部の端部に形成された、前記電極部で発生した熱を放熱または前記電極部の温度を制御するための温度制御部と、
を有し、
前記電極部による電界印加によって屈折率が変化する前記電気光学結晶の屈折率変化部が前記電極部全体を包含しており、前記屈折率変化部の屈折率界面が平坦に形成された光スイッチ。
前記絶縁部は、
前記電気光学結晶内における形状が、前記電極部の形状と同一である請求項１３または１４記載の光スイッチ。
前記電極は、
前記電気光学結晶よりも熱伝導率が高い材料である請求項１３から１５のいずれか１項記載の光スイッチ。
前記複数の電極は、
同じ膜厚を有し、平行かつ等間隔に配置されている請求項１から１６のいずれか１項記載の光スイッチ。
前記電気光学結晶の内部に複数の前記電極部を備え、
各電極部が、複数の電極によって構成される電極面が互いに平行となるように配設された請求項１から１７のいずれか１項記載の光スイッチ。
前記複数の電極には、隣接する前記電極の極性が互いに異なるように電圧が印加される請求項１から１８のいずれか１項記載の光スイッチ。
光源と、
前記光源からの光を変調する請求項１から１９のいずれか１項記載の光スイッチと、
前記光スイッチからの変調された光ビームで外部スクリーン上を走査する走査手段と、
外部からの制御信号に応じて前記光スイッチにおける変調動作を制御する制御部と、
を有する画像表示装置。
光源と、
感光体と、
前記光源からの光を変調する請求項１から１９のいずれか１項記載の光スイッチと、
前記光スイッチからの変調された光ビームで前記感光体上を走査する走査手段と、
外部からの制御信号に応じて前記光スイッチにおける変調動作を制御する制御部と、
を有する画像形成装置。