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JP2003195364A - Optical component and optical switch using the same - Google Patents

Optical component and optical switch using the same

Info

Publication number
JP2003195364A
JP2003195364A JP2001393318A JP2001393318A JP2003195364A JP 2003195364 A JP2003195364 A JP 2003195364A JP 2001393318 A JP2001393318 A JP 2001393318A JP 2001393318 A JP2001393318 A JP 2001393318A JP 2003195364 A JP2003195364 A JP 2003195364A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
metal nanoparticles
electric field
transparent
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001393318A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoji Koseki
良治 小関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibuya Corp
Original Assignee
Shibuya Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shibuya Kogyo Co Ltd filed Critical Shibuya Kogyo Co Ltd
Priority to JP2001393318A priority Critical patent/JP2003195364A/en
Publication of JP2003195364A publication Critical patent/JP2003195364A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Emulsifying, Dispersing, Foam-Producing Or Wetting Agents (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical component which can selectively transmit, reflect, or half-transmit light by using metal nanoparticles and further to provide an optical switch which can be manufactured at low cost to small size by using the optical component. <P>SOLUTION: A container which constitutes the optical component 1 partially has a transparent member (glass substrate 3) and contains a transparent solution L, metal nanoparticles 5, and a dispersant. An electric field producing means 6 can produce an electric field nearby the transparent member and when the electric field is removed or made small in intensity, the metal nanoparticles 5 enter a dispersion state to transmit the light. When the intensity of the electric field is made large, on the other hand, the metal nanoparticles 5 are condensed on the transparent member to reflect the light. An optical switch which transmits or reflects light from one input optical path by a plurality of optical components 1 respectively and selectively guides it to one of a plurality of output optical paths can be constituted by using the plurality of optical components 1. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光学部品とそれを用
いた光スイッチに関し、より詳しくは金属ナノ粒子を凝
集又は分散させて光の反射状態と透過状態とを切り換え
る光学部品とそれを用いた光スイッチに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical component and an optical switch using the same, and more specifically, to an optical component that aggregates or disperses metal nanoparticles to switch between a light reflection state and a light transmission state and uses the same. Regarding optical switches.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、特開2001−228413号公
報に開示されるような光スイッチは既に広く用いられて
いる。上記光スイッチは少なくとも1つの入力光路と、
当該入力光路に対して複数の出力光路とを有しており、
上記入力光路より入射された光を異なる出力光路に分岐
させるために、光学部品としての反射板が設けられてい
る。上記反射板は回転支持部材などによって回転可能に
設けられており、反射板が所定の角度に回転すること
で、入力光路より入射された光を所定の出力光路へと導
くようになっている。また上記公報には、光を全反射さ
せる鏡面ミラーや、ダイクロイックミラーなどの反射率
に角度依存性を有する反射面を備えた反射板が記載され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical switch disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-228413 has been widely used. The optical switch has at least one input optical path,
It has a plurality of output optical paths with respect to the input optical path,
A reflecting plate as an optical component is provided in order to split the light incident from the input optical path into different output optical paths. The reflection plate is rotatably provided by a rotation support member or the like, and when the reflection plate rotates at a predetermined angle, the light incident from the input optical path is guided to the predetermined output optical path. Further, the above-mentioned publication describes a reflector having a reflecting surface such as a specular mirror that totally reflects light and a dichroic mirror that has an angle dependency of reflectance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光スイッチにおいては、上記反射板を回転させなければ
入射光路より入射した光を異なる出力光路へと分岐させ
ることができないので、反射板を回転させる機構は必須
の構成要件となっている。このため、今日用いられてい
る複数の入射光路と複数の出力光路とを備えるような光
スイッチには多数の反射板が必要であり、これに伴い反
射板を回転させる機構も多数必要となることから、光ス
イッチを小型に製造するのは非常に困難なこととなって
いる。しかも、光スイッチに入力される光を任意の出力
光路に向けて瞬時に切り換えたり、出力光路より出力さ
れる光の光軸を一定に保つためには複雑な制御と、高価
な部品とが必要であるので、光スイッチにかかるコスト
は増大する。以上のような問題に鑑み、本発明は金属ナ
ノ粒子を利用して選択的に光を透過、反射若しくは半透
過させることができる光学部品を提供し、さらにこの光
学部品を用いることにより安価で小型に製造可能な光ス
イッチを提供するものである。
However, in the conventional optical switch, since the light incident from the incident optical path cannot be branched to a different output optical path without rotating the reflecting plate, the reflecting plate is rotated. The mechanism is an essential component. Therefore, a large number of reflectors are required for an optical switch having a plurality of incident optical paths and a plurality of output optical paths that are used today, and a large number of mechanisms for rotating the reflectors are also required accordingly. Therefore, it is very difficult to manufacture the optical switch in a small size. Moreover, in order to instantly switch the light input to the optical switch to an arbitrary output optical path or to keep the optical axis of the light output from the output optical path constant, complicated control and expensive parts are required. Therefore, the cost of the optical switch increases. In view of the above problems, the present invention provides an optical component capable of selectively transmitting, reflecting, or semi-transmitting light by using metal nanoparticles, and by using this optical component, it is inexpensive and compact. The present invention provides a manufacturable optical switch.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項1の発
明による光学部品は、少なくとも一部に透明部材を有
し、かつ透明溶液とこの透明溶液中に添加した金属ナノ
粒子および分散剤とを貯溜した容器と、上記透明部材近
傍に電界を発生させる電界発生手段とを備え、上記電界
発生手段は、上記電界の強さを零又は小として上記金属
ナノ粒子を、光を透過可能な分散状態とするとともに、
上記電界の強さを大として上記金属ナノ粒子を透明部材
上に凝集させて、光を反射可能な凝集状態とすることを
特徴とするものである。また、請求項5の発明による光
学部品は、少なくとも一部に透明部材を有し、かつ透明
溶液とこの透明溶液中に添加した金属ナノ粒子および分
散剤とを貯溜した容器と、上記透明部材近傍に電界を発
生させる電界発生手段とを備え、上記電界発生手段は、
上記電界の強さを周期的に変化させて上記金属ナノ粒子
が局部的に凝集した光の半透過状態を得ることを特徴と
するものである。さらに請求項7の発明による光スイッ
チは、少なくとも1つの入力光路と、この1つの入力光
路に対する複数の出力光路とを有する光スイッチにおい
て、上記入力光路と出力光路との間に、上述した請求項
5における光学部品以外の構成を有する光学部品を複数
個配置し、各光学部品を選択的に分散状態と凝集状態と
に切り換えて入力光路からの光を透過又は反射させて複
数の出力光路のいずれかに選択的に導くことを特徴とす
るものである。
That is, an optical component according to the invention of claim 1 has a transparent member in at least a part thereof, and comprises a transparent solution and metal nanoparticles and a dispersant added to the transparent solution. A storage container and an electric field generating means for generating an electric field in the vicinity of the transparent member are provided, and the electric field generating means is a dispersed state capable of transmitting light through the metal nanoparticles with the electric field strength being zero or small. And
It is characterized in that the strength of the electric field is increased and the metal nanoparticles are aggregated on the transparent member to be in an aggregated state capable of reflecting light. Further, the optical component according to the invention of claim 5 has a transparent member in at least a part thereof, and a container storing a transparent solution and metal nanoparticles and a dispersant added to the transparent solution, and the vicinity of the transparent member. And an electric field generating means for generating an electric field, the electric field generating means,
It is characterized in that the intensity of the electric field is periodically changed to obtain a semi-transmissive state of light in which the metal nanoparticles are locally aggregated. Furthermore, the optical switch according to the invention of claim 7 is an optical switch having at least one input optical path and a plurality of output optical paths for the one input optical path, and the optical switch described above is provided between the input optical path and the output optical path. 5. A plurality of optical components having a configuration other than the optical components in 5 are arranged, and each of the optical components is selectively switched between a dispersed state and an aggregated state to transmit or reflect light from the input optical path to select any of a plurality of output optical paths. It is characterized by selectively guiding crab.

【0005】上記請求項1の光学部品によれば、上記電
界発生手段により電界の強さを零又は小とすれば、上記
金属ナノ粒子は光を透過可能な分散状態となるので、こ
の状態では光は光学部品を透過することができる。他
方、上記電界発生手段により電界の強さを大とすれば、
上記金属ナノ粒子は透明部材上に凝集して光を反射可能
な凝集状態となるので、この状態では光は光学部品によ
って反射されることになる。このように、電界の強さを
変更するだけで光の透過状態と反射状態とを切換えるこ
とができる。また請求項5の光学部品によれば、上記電
界発生手段により電界の強さを周期的に変化させること
で、金属ナノ粒子が透明溶液内で局部的に凝集し、光の
半透過状態を得ることができる。さらに請求項7の光ス
イッチにおいては、上記構成の光学部品を複数個用いて
いるので、各光学部品の透過状態と反射状態とを切換え
ることによって入力光路からの光を複数の出力光路のい
ずれかに選択的に導くことができる。そしてこの光スイ
ッチにおいては、従来のように反射板やそれを回転させ
る可動機構を設ける必要がないため、光スイッチを小型
かつ安価に製造することが可能となる。
According to the optical component of the above-mentioned claim 1, when the electric field strength is set to zero or small by the electric field generating means, the metal nanoparticles are in a dispersed state capable of transmitting light. Light can pass through the optical components. On the other hand, if the strength of the electric field is increased by the electric field generating means,
Since the metal nanoparticles are aggregated on the transparent member to be in an aggregated state capable of reflecting light, light is reflected by the optical component in this state. In this way, it is possible to switch between the light transmitting state and the light reflecting state simply by changing the strength of the electric field. According to the optical component of claim 5, the electric field strength is periodically changed by the electric field generating means, whereby the metal nanoparticles are locally aggregated in the transparent solution to obtain a semi-transmissive state of light. be able to. Further, in the optical switch according to claim 7, since a plurality of optical components having the above-mentioned configuration are used, the light from the input optical path is switched to any one of the plurality of output optical paths by switching the transmission state and the reflection state of each optical component. Can be selectively led to. Further, in this optical switch, it is not necessary to provide a reflecting plate and a movable mechanism for rotating the reflecting plate as in the conventional case, so that the optical switch can be manufactured in a small size and at a low cost.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下図示実施例について本発明を
説明すると、図1(a)、(b)、(c)において、光
学部品1は2枚の透明部材としてのガラス基板2,3
と、当該ガラス基板2,3の間に介在させたスペーサ4
とを備えており、この光学部品1の内部は、上記2枚の
ガラス基板2,3とこのガラス基板2,3の周囲に沿っ
て設けた上記スペーサ4とによって密封されている。そ
して、上記ガラス基板2,3とスペーサ4とで構成され
る容器の内部には、電気的に絶縁性を有し、かつ光透過
性を有する透明溶液Lが封入されており、この透明溶液
L内に低分子分散剤によって単分散された金属ナノ粒子
5が添加されている。上記透明溶液Lとしては、例えば
トルエン若しくは純水を使用することができる。この透
明溶液Lは、着色されていてもよい。また、上記金属ナ
ノ粒子5にはAuやPt等の光を反射する性質を持つナ
ノ粒子が使用され、その直径は1〜100nm程度とな
っている。本実施例では市販されている平均7nmの直
径を持つAuナノ粒子が用いられている。さらに上記低
分子分散剤には、低分子配位子を用いたり、界面活性剤
と有機溶媒との混合溶液から製造することができる。上
記界面活性剤としては、例えばアニオン系界面活性剤を
用いることができ、また有機溶媒としては、例えばトル
エンやアルコールを用いることができる。なお、上記金
属ナノ粒子5を低分子分散材によって単分散させる方法
については、特開2000−117094号公報などに
よってすでに公知となっている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below with reference to illustrated embodiments. In FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c), an optical component 1 comprises two glass substrates 2 and 3 as transparent members.
And the spacer 4 interposed between the glass substrates 2 and 3.
The inside of the optical component 1 is sealed by the two glass substrates 2 and 3 and the spacer 4 provided along the periphery of the glass substrates 2 and 3. Then, a transparent solution L having an electrically insulating property and a light transmitting property is enclosed inside the container constituted by the glass substrates 2 and 3 and the spacer 4. Metal nanoparticles 5 monodispersed with a low molecular dispersant are added therein. As the transparent solution L, for example, toluene or pure water can be used. The transparent solution L may be colored. Further, as the metal nanoparticles 5, nanoparticles having a property of reflecting light such as Au and Pt are used, and the diameter thereof is about 1 to 100 nm. In the present example, commercially available Au nanoparticles having an average diameter of 7 nm are used. Further, a low molecular weight ligand may be used as the low molecular weight dispersant, or it may be produced from a mixed solution of a surfactant and an organic solvent. As the surfactant, for example, an anionic surfactant can be used, and as the organic solvent, for example, toluene or alcohol can be used. A method for monodispersing the metal nanoparticles 5 with a low molecular weight dispersion material has already been known from JP 2000-117094 A and the like.

【0007】上記透明溶液L内に混入された金属ナノ粒
子5は、同時に透明溶液L内に混入された低分子分散剤
によって単分散されている。すなわち、各金属ナノ粒子
5はそのままの状態では相互に凝集してしまい、そのと
きの凝集力は、主にファンデル・ワールス力だと言われ
ている。各金属ナノ粒子5が凝集するのを防止するため
に上記低分子分散剤を添加してあり、各金属ナノ粒子5
はその低分子分散剤により相互に凝集することなく1粒
1粒が互いに離隔した単分散状態となる。そして各金属
ナノ粒子5は、透明溶液を構成する分子と衝突してブラ
ウン運動により透明溶液L内に均一に分散して浮遊する
ようになる。上記金属ナノ粒子5が単分散して透明溶液
L中に浮遊している状態では、300〜800nmの波
長を有する可視光や、約1500nmの波長を有するレ
ーザ光が上記透明溶液L内に照射されても、これらの光
は個々の金属ナノ粒子5によって反射の影響を受けるこ
となく、透明溶液L中を透過してゆくことになる。
The metal nanoparticles 5 mixed in the transparent solution L are monodispersed by the low molecular dispersant mixed in the transparent solution L at the same time. That is, it is said that the metal nanoparticles 5 cohere with each other in the state as they are, and the cohesive force at that time is mainly van der Waals force. The above-mentioned low molecular weight dispersant is added in order to prevent the metal nanoparticles 5 from aggregating.
Due to the low molecular weight dispersant, the particles are in a monodispersed state in which the particles are separated from each other without agglomeration. Then, each metal nanoparticle 5 collides with the molecules constituting the transparent solution and is uniformly dispersed and floats in the transparent solution L by Brownian motion. In a state in which the metal nanoparticles 5 are monodispersed and suspended in the transparent solution L, visible light having a wavelength of 300 to 800 nm or laser light having a wavelength of about 1500 nm is applied to the transparent solution L. However, these lights are transmitted through the transparent solution L without being affected by reflection by the individual metal nanoparticles 5.

【0008】次に、2枚のガラス基板2,3のうち図示
下方のガラス基板3には、その内側すなわち透明溶液L
と接する側の表面に、電界発生手段6を構成する透明電
極7が形成されている。本実施例では、この透明電極7
として従来公知のITO膜を用いてあり、当該ITO膜
はスパッタによってガラス基板3に成膜されている。ま
た、上記電界発生手段6は、透明電極7にスイッチ8を
介して接続した電源9を備えており、この電源9のマイ
ナス側の極が透明電極7と接続され、プラス側の極はア
ースされている。
Next, of the two glass substrates 2 and 3, the glass substrate 3 on the lower side of the drawing is placed inside, that is, the transparent solution L.
A transparent electrode 7 forming the electric field generating means 6 is formed on the surface in contact with. In this embodiment, the transparent electrode 7
A conventionally known ITO film is used as, and the ITO film is formed on the glass substrate 3 by sputtering. The electric field generating means 6 has a power source 9 connected to the transparent electrode 7 via a switch 8. The negative pole of the power source 9 is connected to the transparent electrode 7 and the positive pole is grounded. ing.

【0009】以上の構成において、図1(a)の状態、
すなわちスイッチ8が切られて透明電極7の周囲に電界
が発生していない状態では、各金属ナノ粒子5は透明溶
液L中に均一に分散して浮遊している。この状態で光学
部品1に光を照射しても、上述したように光は金属ナノ
粒子5による影響を受けずに反対側へと透過してしまう
ので、この状態では光学部品1は光の透過状態となって
いる。他方、図1(b)、(c)に示すように上記スイ
ッチ8を入れると、透明電極7は電源9のマイナス側に
接続されているので、該透明電極7の表面には負の電荷
があらわれる。すると、金属ナノ粒子5には静電誘導の
作用により透明電極7側に正の電荷が集まり、これによ
り互いに静電力が働き、金属ナノ粒子5は電気的に泳動
される。ここで、金属ナノ粒子5の数は、該金属ナノ粒
子5が透明電極7上に一層の状態で凝集した際に、その
透明電極7の面積に実質的に等しい数に設定してある。
分散処理した金属ナノ粒子5は、透明電極7に電気泳動
された後、互いに重なりあうことなく2次元平面状に自
立的に配列する性質があり、本発明はこの性質を利用し
たものとなっている。そしてこの条件のもとで電源9の
電圧値などをあらかじめ適正な値に調整しておけば、低
分子分散剤による各金属ナノ粒子5間の分散力は小さい
ので、図1(b)、(c)のように透明電極7上に金属
ナノ粒子5を平面的に隙間なく凝集させることができ
る。したがって、この状態で光学部品1に光を照射する
と、金属ナノ粒子5は光の波長以下の間隔で隙間なく凝
集しているので、可視光やレーザ光などの光が反射する
ようになり、光学部品1は光の反射状態となる。
In the above configuration, the state of FIG.
That is, in the state where the switch 8 is turned off and no electric field is generated around the transparent electrode 7, the metal nanoparticles 5 are uniformly dispersed and suspended in the transparent solution L. Even if the optical component 1 is irradiated with light in this state, the light is transmitted to the opposite side without being affected by the metal nanoparticles 5 as described above. Therefore, in this state, the optical component 1 transmits light. It is in a state. On the other hand, when the switch 8 is turned on as shown in FIGS. 1B and 1C, since the transparent electrode 7 is connected to the negative side of the power source 9, the surface of the transparent electrode 7 is negatively charged. Appears. Then, positive charges are collected on the transparent electrode 7 side by the action of electrostatic induction in the metal nanoparticles 5, whereby electrostatic forces act on each other, and the metal nanoparticles 5 are electrophoresed. Here, the number of the metal nanoparticles 5 is set to be substantially equal to the area of the transparent electrode 7 when the metal nanoparticles 5 are aggregated on the transparent electrode 7 in a single layer.
The dispersed metal nanoparticles 5 have the property of being electrophoresed on the transparent electrode 7 and then being arranged two-dimensionally in a two-dimensional plane without overlapping with each other, and the present invention utilizes this property. There is. Under this condition, if the voltage value of the power source 9 is adjusted to an appropriate value in advance, the dispersive force between the metal nanoparticles 5 by the low molecular weight dispersant will be small, so that the value shown in FIG. As in c), the metal nanoparticles 5 can be aggregated on the transparent electrode 7 in a plane without a gap. Therefore, when the optical component 1 is irradiated with light in this state, the metal nanoparticles 5 are aggregated at intervals less than or equal to the wavelength of light without a gap, so that light such as visible light or laser light is reflected, and The component 1 is in a light reflection state.

【0010】なお、仮に使用する金属ナノ粒子5の直径
が光の波長と同等若しくはそれ以上であると、当該金属
ナノ粒子5を平面的に凝集させたとしても、入射する光
が散乱してしまうので、光学部品1を鏡として使用する
ことができなくなる。また、電源9の電圧値などが適正
でないと、金属ナノ粒子5が透明電極7上に凝集するの
にかかる時間が長くなったり、金属ナノ粒子5が十分に
凝集しないため金属ナノ粒子5同士の隙間から光が透過
してしまう等の問題が発生して、良好な反射状態を得る
ことができなくなる。さらに、上記透明電極7はガラス
基板3の内方、すなわち透明溶液L側に設ける必要はな
く、ガラス基板3の外方に設けてもよい。このような構
成であっても、透明電極7に電圧を印加することによっ
て発生する電界はガラス基板3を介して透明溶液L内に
も生じるため、ガラス基板3上に金属ナノ粒子5を引き
寄せて平面的に凝集させることができ、上述したような
効果を得ることができる。
If the diameter of the metal nanoparticles 5 used is equal to or larger than the wavelength of light, the incident light will be scattered even if the metal nanoparticles 5 are flatly aggregated. Therefore, the optical component 1 cannot be used as a mirror. In addition, if the voltage value of the power source 9 is not appropriate, it takes a long time for the metal nanoparticles 5 to aggregate on the transparent electrode 7, or the metal nanoparticles 5 do not aggregate sufficiently, so A problem such as light passing through the gap occurs, and a good reflection state cannot be obtained. Furthermore, the transparent electrode 7 does not have to be provided inside the glass substrate 3, that is, on the transparent solution L side, and may be provided outside the glass substrate 3. Even with such a configuration, an electric field generated by applying a voltage to the transparent electrode 7 is also generated in the transparent solution L via the glass substrate 3, so that the metal nanoparticles 5 are attracted to the glass substrate 3. The particles can be aggregated in a plane, and the effects described above can be obtained.

【0011】図2(a)、(b)、(c)は本発明の第
2実施例を示したもので、本実施例の光学部品1も、第
1実施例の光学部品1と同様に、2枚のガラス基板2,
3と、当該ガラス基板2,3に介在するスペーサ4とを
備えており、その中に金属ナノ粒子5と絶縁性の透明溶
液Lとが封入されている。ただし、本実施例において
は、上記第1実施例における光学部品と異なり、透明溶
液L中の金属ナノ粒子5は高分子分散剤によって単分散
している。図中では、この高分子分散剤は各金属ナノ粒
子5を囲繞する数本の線分によって表現されている。上
記高分子分散剤としては、例えばポリ(N−ビニル−2
−ピロリドン)(PVP)、鎖状高分子、架橋高分子、
無機高分子などが知られており、これら高分子分散材を
用いて単分散された金属ナノ粒子5については、論文
「高分子による表面保護を利用した金属ナノ粒子の粒径
制御」(寺西利治、三宅幹夫)(1997年)等に開示
されている。そして、この高分子分散剤を用いて単分散
された金属ナノ粒子5は、図2(a)に示すように、金
属ナノ粒子5同士が隣接してもその間には高分子分散剤
による隙間が存在している。
FIGS. 2A, 2B and 2C show a second embodiment of the present invention. The optical component 1 of this embodiment is similar to the optical component 1 of the first embodiment. Two glass substrates 2,
3 and a spacer 4 interposed between the glass substrates 2 and 3, in which the metal nanoparticles 5 and the transparent insulating solution L are enclosed. However, in the present embodiment, unlike the optical component in the first embodiment, the metal nanoparticles 5 in the transparent solution L are monodispersed by the polymer dispersant. In the figure, this polymer dispersant is represented by several line segments surrounding each metal nanoparticle 5. Examples of the polymer dispersant include poly (N-vinyl-2).
-Pyrrolidone) (PVP), chain polymer, crosslinked polymer,
Inorganic polymers and the like are known, and for the metal nanoparticles 5 monodispersed using these polymer dispersants, the article “Controlling Particle Size of Metal Nanoparticles Using Surface Protection by Polymer” (Toshiharu Teranishi) , Mikio Miyake) (1997) and the like. And, as shown in FIG. 2A, the metal nanoparticles 5 monodispersed using the polymer dispersant have a gap between them even if the metal nanoparticles 5 are adjacent to each other. Existing.

【0012】次に、2枚のガラス基板2,3のうち図示
下方のガラス基板3には、透明溶液Lに対して外方側の
表面に、上記第1実施例と同様の電界発生手段6として
の透明電極7aが形成され、さらにガラス基板3の透明
溶液Lと接する側の表面には、上記透明電極7a上で電
位差を発生させるために、一対の透明電極7b、7cが
上記透明電極7aの両側に位置するように互いに平行に
成膜されている。そして上記透明電極のうち、透明電極
7a、7bにはそれぞれスイッチ8a,8bを介して電
源9a、9bが設けられており、第1の光学部品1と同
様に、マイナス側の極が各透明電極7a、7bに接続さ
れてプラス側の極はアースされている。また、透明電極
7cは導線によってアースされている。また、上記電源
9a、9bの電圧はそれぞれVa、Vbとなっており、
その電圧の強弱はVa<Vbの関係を有している。
Next, of the two glass substrates 2 and 3, the lower glass substrate 3 in the figure has an electric field generating means 6 similar to that of the first embodiment, on the outer surface of the transparent solution L. Is formed on the surface of the glass substrate 3 in contact with the transparent solution L, and a pair of transparent electrodes 7b and 7c are formed on the surface of the glass substrate 3 in order to generate a potential difference on the transparent electrode 7a. Are formed parallel to each other so as to be located on both sides of. Of the above transparent electrodes, the transparent electrodes 7a and 7b are provided with power sources 9a and 9b via switches 8a and 8b, respectively, and like the first optical component 1, the negative poles are transparent electrodes. The positive electrode is connected to 7a and 7b and is grounded. The transparent electrode 7c is grounded by a conductor. The voltages of the power supplies 9a and 9b are Va and Vb, respectively,
The strength of the voltage has a relationship of Va <Vb.

【0013】上記構成による光学部品1において、図2
(a)の状態ではすでに透明電極7aのスイッチ8aが
入っており、第1実施例のときと同様、金属ナノ粒子5
は透明電極7aに発生する負の電荷によって静電的に誘
導され、ガラス基板3上に平面的に電気泳動によって引
き寄せられている。ただし、この状態で光学部品1に光
を照射しても、金属ナノ粒子5はガラス基板3上に引き
寄せられているものの、各金属ナノ粒子5の間には高分
子分散剤による隙間が存在するので、可視光やレーザ光
などの光はこの隙間から透過してしまい、したがって光
学部品1は光に対して透過状態となっている。そして、
図2(b)のようにスイッチ8bを入れると、電源9b
によって透明電極7bには−Vbの電位が生じ、一方の
透明電極7cはアースされていることから、透明電極7
bと透明電極7cとの間には電位差が発生することとな
る。そして、この電位差の発生により、透明電極7cか
ら透明電極7bに向かう電界が発生する。電界が発生す
ると、各金属ナノ粒子5には静電誘導によって互いに接
近する静電力が働き、上記金属ナノ粒子5の間に圧縮力
が発生して各金属ナノ粒子5間の隙間が減少するように
なる。そして、上記電界を調整して金属ナノ粒子5間の
隙間を減少させ、当該隙間が光の波長よりも十分に狭小
となると、光学部品1に可視光やレーザ光などの光を照
射しても、光はこの隙間から透過できなくなり、光学部
品1は反射状態を得ることができる。また、本実施例の
光学部品1を使用すれば、あらかじめ透明電極7aによ
ってガラス基板3上に金属ナノ粒子5を電気泳動により
引き寄せておくことができるため、第1実施例の光学部
品1のように透明溶液L内をランダムに浮遊する金属ナ
ノ粒子5を透明電極7上に凝集させるのに比べ、短時間
で光学部品1を透過状態から反射状態に切り換えること
が可能となる。
In the optical component 1 having the above structure, as shown in FIG.
In the state of (a), the switch 8a of the transparent electrode 7a has already been turned on, and the metal nanoparticles 5 are the same as in the first embodiment.
Are electrostatically induced by the negative charges generated in the transparent electrode 7a, and are attracted to the glass substrate 3 in a plane by electrophoresis. However, even if the optical component 1 is irradiated with light in this state, although the metal nanoparticles 5 are attracted onto the glass substrate 3, there is a gap between the metal nanoparticles 5 due to the polymer dispersant. Therefore, light such as visible light and laser light is transmitted through this gap, and therefore the optical component 1 is in a transmissive state with respect to light. And
When the switch 8b is turned on as shown in FIG. 2B, the power source 9b
As a result, a potential of −Vb is generated on the transparent electrode 7b, and one transparent electrode 7c is grounded.
A potential difference is generated between b and the transparent electrode 7c. Then, due to the generation of this potential difference, an electric field is generated from the transparent electrode 7c toward the transparent electrode 7b. When an electric field is generated, an electrostatic force is applied to each metal nanoparticle 5 to approach each other by electrostatic induction, and a compressive force is generated between the metal nanoparticles 5 to reduce a gap between the metal nanoparticles 5. become. Then, the gap between the metal nanoparticles 5 is reduced by adjusting the electric field, and when the gap is sufficiently narrower than the wavelength of light, the optical component 1 is irradiated with light such as visible light or laser light. However, light cannot pass through this gap, and the optical component 1 can obtain a reflective state. Further, when the optical component 1 of the present embodiment is used, since the metal nanoparticles 5 can be attracted onto the glass substrate 3 by the electrophoresis by the transparent electrode 7a in advance, the optical component 1 of the first embodiment can be obtained. In comparison with aggregating the metal nanoparticles 5 floating randomly in the transparent solution L on the transparent electrode 7, the optical component 1 can be switched from the transmissive state to the reflective state in a short time.

【0014】図3(a)、(b)、(c)は本発明の第
3実施例を示したもので、本実施例の光学部品1も2枚
のガラス基板2,3と、当該ガラス基板2,3に介在す
るスペーサ4とを備えており、その中に金属ナノ粒子5
と絶縁性の透明溶液Lとが封入されている。そして、光
学部品1に封入される金属ナノ粒子5は、第2実施例と
同様、高分子分散剤によって単分散されたものとなって
いる。次に、2枚のガラス基板2,3のうち図示下方の
ガラス基板3には、その内側すなわち透明溶液Lと接す
る側の表面に、電界発生手段6を構成する透明電極7が
形成されている。当該透明電極7の一方の端にはスイッ
チ8を介して電源9が接続され、この電源9のマイナス
側の極が透明電極7と接続され、プラス側の極はアース
されている。また、透明電極7の電源9と接続されてい
ない側の端は導線によってアースされている。上記透明
電極7は体抵抗電極であり、この体抵抗電極には上記第
1、第2実施例よりも薄く成膜されたITO膜を用いる
ことができる。そして、この透明電極7に通電させるこ
とで透明電極7の両端には電位差が生じることになる。
さらに、上記電源9はその発生する電圧を変更すること
が可能となっており、図3(a)ではVdを発生し、図
3(b)ではVeを発生するようになっていて、その関
係がVd<Veとなるように設定されている。
FIGS. 3A, 3B and 3C show a third embodiment of the present invention. The optical component 1 of this embodiment also includes two glass substrates 2 and 3 and the glass. It is provided with a spacer 4 interposed between the substrates 2 and 3, and the metal nanoparticles 5 are included therein.
And an insulative transparent solution L are enclosed. The metal nanoparticles 5 enclosed in the optical component 1 are monodispersed with a polymer dispersant, as in the second embodiment. Next, among the two glass substrates 2 and 3, the lower glass substrate 3 in the drawing is provided with a transparent electrode 7 constituting the electric field generating means 6 on its inner surface, that is, on the surface in contact with the transparent solution L. . A power source 9 is connected to one end of the transparent electrode 7 via a switch 8, the negative side pole of the power source 9 is connected to the transparent electrode 7, and the positive side pole is grounded. Further, the end of the transparent electrode 7 on the side not connected to the power source 9 is grounded by a conductive wire. The transparent electrode 7 is a body resistance electrode, and for this body resistance electrode, an ITO film formed thinner than the first and second embodiments can be used. Then, by energizing the transparent electrode 7, a potential difference is generated at both ends of the transparent electrode 7.
Further, the power supply 9 is capable of changing the voltage generated, and is configured to generate Vd in FIG. 3 (a) and Ve in FIG. 3 (b). Is set so that Vd <Ve.

【0015】上記構成による光学部品1において、図3
(a)の状態ではすでにスイッチ8が入れられており、
透明電極7と透明溶液Lとの境界付近には透明電極7に
向けた電界が発生している。従って、金属ナノ粒子5に
は静電誘導による力が発生して透明電極7上に電気泳動
により引き寄せられ、第2実施例のようにあらかじめ金
属ナノ粒子5は透明電極上に平面的に整列されるように
なる。また、透明電極7の両端には電位差が生じている
が、この電位差によって生じる電界は各金属ナノ粒子5
同士が静電力によって引き寄せあうことで、その隙間が
減少するまでには至らないように設定されている。この
状態で光学部品1に光を照射すると、金属ナノ粒子5は
ガラス基板3上に引き寄せられているものの、各金属ナ
ノ粒子5の間には高分子分散剤による隙間が存在するの
で、可視光やレーザ光などの光はこの隙間から透過して
光の透過状態を得ることができる。そして、図3
(b)、(c)のように電源9の電圧をより大きな電圧
Veに切り換えると、透明電極7の両端での電位差が増
大するので、透明電極7の周囲に発生する透明電極7に
平行な方向の電界が強くなることから、各金属ナノ粒子
5が互いに接近するようになる。各金属ナノ粒子5の隙
間が減少して当該隙間が光の波長よりも十分に小さくな
れば、第2実施例同様、光の反射状態を得ることができ
る。また、本実施例の光学部品1も、第2実施例の光学
部品1と同様、あらかじめ透明電極7によってガラス基
板3上に金属ナノ粒子5を引き寄せてあるので、短時間
で光学部品1を透過状態から反射状態に切り換えること
が可能となる。
In the optical component 1 having the above structure, as shown in FIG.
In the state of (a), the switch 8 is already turned on,
An electric field toward the transparent electrode 7 is generated near the boundary between the transparent electrode 7 and the transparent solution L. Therefore, a force due to electrostatic induction is generated in the metal nanoparticles 5 and is attracted to the transparent electrode 7 by electrophoresis, so that the metal nanoparticles 5 are planarly aligned on the transparent electrode in advance as in the second embodiment. Become so. Further, a potential difference is generated at both ends of the transparent electrode 7, but the electric field generated by this potential difference is generated by each metal nanoparticle 5
It is set so that the gaps are not reduced by mutual attraction between them. When the optical component 1 is irradiated with light in this state, the metal nanoparticles 5 are attracted onto the glass substrate 3, but since there is a gap due to the polymer dispersant between the metal nanoparticles 5, there is a visible light. Light such as or laser light can be transmitted through this gap to obtain a light transmission state. And FIG.
When the voltage of the power source 9 is switched to a higher voltage Ve as shown in (b) and (c), the potential difference at both ends of the transparent electrode 7 increases, so that the voltage difference between the transparent electrode 7 and the transparent electrode 7 generated around the transparent electrode 7 is increased. Since the electric field in the direction becomes strong, the metal nanoparticles 5 come close to each other. If the gap between the metal nanoparticles 5 is reduced and the gap is sufficiently smaller than the wavelength of light, the light reflection state can be obtained as in the second embodiment. Further, like the optical component 1 of the second embodiment, the optical component 1 of the present embodiment has the metal nanoparticles 5 attracted onto the glass substrate 3 by the transparent electrode 7 in advance, so that the optical component 1 can be transmitted in a short time. It is possible to switch from the state to the reflective state.

【0016】図4は上記第1〜第3実施例のうち任意の
構成を有する光学部品1を利用した光スイッチ11を示
したものである。図4に示すように、光スイッチ11の
本体部12には、レーザ光に対して反射状態と透過状態
とに切り換わる切り換え部材16が多数組み込まれてい
る。各切り換え部材16は、上記光学部品1の一部を用
いたもので、それぞれ透明電極を形成したガラス基板3
と、その透明電極を含む電界発生手段6とを備えてい
る。上記本体部12は、各切り換え部材16等を組み込
むために予め所要形状の凹部12aを形成してあり、図
5に拡大して示すように、その凹部12aの壁面に形成
した支持面に各切り換え部材16がそれぞれ弾性ロッド
18によって液密を保って密着されている。また、上記
凹部12aの壁面に形成した他の支持面には、上記切り
換え部材16を透過したレーザ光の光軸のずれを補償す
る光軸補償部材17が密着されており、各光軸補償部材
17もそれぞれ弾性ロッド18によって液密を保って固
定されている。そして凹部12aの壁面、切り換え部材
16、光軸補償部材17および上記本体部12の上面に
重合される図示しない蓋体とによって密封空間が形成さ
れており、本実施例においては上記弾性ロッド18の設
けられていない側の全ての密封空間に上記金属ナノ粒子
5を含む透明溶液Lが封入されている。一方、弾性ロッ
ド18の設けられている側の密封空間には透明な液体、
若しくは気体が封入されている。図4、図5において、
金属ナノ粒子5と透明溶液Lとが封入された部分は多数
のドットで示されている。
FIG. 4 shows an optical switch 11 using the optical component 1 having any configuration of the first to third embodiments. As shown in FIG. 4, the main body 12 of the optical switch 11 incorporates a large number of switching members 16 that switch between a reflective state and a transmissive state with respect to the laser light. Each switching member 16 uses a part of the optical component 1 and has a glass substrate 3 on which transparent electrodes are formed.
And an electric field generating means 6 including the transparent electrode. The main body 12 is formed with a recess 12a having a required shape in advance for incorporating each switching member 16 and the like, and as shown in an enlarged view in FIG. 5, each switching is performed on a support surface formed on the wall surface of the recess 12a. The members 16 are closely adhered to each other by elastic rods 18 while maintaining liquid tightness. An optical axis compensating member 17 for compensating the deviation of the optical axis of the laser beam transmitted through the switching member 16 is closely attached to the other supporting surface formed on the wall surface of the recess 12a, and each optical axis compensating member. 17 are also fixed by elastic rods 18 while maintaining liquid tightness. A sealed space is formed by the wall surface of the concave portion 12a, the switching member 16, the optical axis compensating member 17, and a lid body (not shown) that is superposed on the upper surface of the main body portion 12, and in this embodiment, the elastic rod 18 is sealed. The transparent solution L containing the metal nanoparticles 5 is enclosed in all the sealed spaces on the side not provided. On the other hand, in the sealed space on the side where the elastic rod 18 is provided, a transparent liquid,
Or gas is enclosed. 4 and 5,
A portion in which the metal nanoparticles 5 and the transparent solution L are enclosed is shown by a large number of dots.

【0017】上記切り換え部材16と光軸補償部材17
は、すべて同一の厚みを有し、なおかつ表面と裏面とが
互いに並行に製造されたガラス板を有し、その表面と裏
面とにはレーザ光の反射を防止するARコーティングが
施されている。また、上記切り換え部材16と光軸補償
部材17のうち、上下左右で隣り合うものは互いに90
°の角度を有して設置されていて、入射するレーザ光に
対しては常に入射角として45°の角度を保つように設
置されている。そして各切り換え部材16には、上述し
たように第1〜第3実施例のうちいずれかの光学部品1
を構成する透明電極7が形成されており、全ての透明電
極7に接続されたスイッチ8は、図示しない制御装置に
よって個別に通電状態と非通電状態とに切り換えられる
ようになっている。従って、制御装置が各切り換え部材
16のスイッチ8を制御すれば、各切り換え部材16は
レーザ光の反射状態と透過状態とに切り換えられるよう
になっている。
The switching member 16 and the optical axis compensating member 17
Have glass plates each having the same thickness and whose front and back surfaces are manufactured in parallel with each other, and the front and back surfaces thereof are provided with an AR coating for preventing reflection of laser light. Further, of the switching member 16 and the optical axis compensating member 17, those which are vertically and horizontally adjacent to each other are 90
It is installed with an angle of °, and is always installed so as to maintain an incident angle of 45 ° with respect to incident laser light. As described above, each switching member 16 has an optical component 1 of any one of the first to third embodiments.
The transparent electrodes 7 constituting the above are formed, and the switches 8 connected to all the transparent electrodes 7 can be individually switched between a conductive state and a non-conductive state by a control device (not shown). Therefore, when the control device controls the switch 8 of each switching member 16, each switching member 16 can be switched between the reflection state and the transmission state of the laser light.

【0018】さらに図4において、上記本体部12の左
方側にレーザ光の入力光路としての4本の光ファイバ1
3A〜13Dと、出力光路として図示右方側と図示下方
側に各4本ずつ合計8本の光ファイバ13E〜13Lと
が設けられている。各光ファイバ13A〜13Lはその
先端部を上記凹部12a内に挿入した状態でホルダ14
によって本体部12に固定されており、光ファイバ13
A〜13Dより出力されるレーザ光や、光ファイバ13
E〜13Lに入力されるレーザ光の光軸にずれが生じな
いようになっている。また、各光ファイバ13A〜13
Lの先端部近傍には各光軸上にコリメータレンズ15が
設けられていて、光ファイバ13A〜13Dより出力さ
れるレーザ光の平行度を調整したり、光ファイバ13E
〜13Lへと入力されるレーザ光を集光するようになっ
ている。以上のような構成を有する光スイッチ11は一
般的に4×8チャンネルの光スイッチと呼ばれ、このよ
うな構成は、これ以外にも1×N、2×2、N×2等
の、適当なチャンネル数の光スイッチに対しても容易に
対応させることが可能である。
Further, in FIG. 4, four optical fibers 1 as an input optical path for laser light are provided on the left side of the main body 12.
3A to 13D, and four optical fibers 13E to 13L are provided as output optical paths, four on each of the right side and the lower side in the drawing. Each of the optical fibers 13A to 13L has a holder 14 with its tip inserted into the recess 12a.
Is fixed to the main body 12 by the optical fiber 13
Laser light output from A to 13D and the optical fiber 13
The optical axes of the laser beams input to E to 13L are prevented from being displaced. Moreover, each optical fiber 13A-13
Collimator lenses 15 are provided on the respective optical axes in the vicinity of the distal end of L to adjust the parallelism of the laser light output from the optical fibers 13A to 13D, and the optical fiber 13E.
The laser light input to 13L is focused. The optical switch 11 having the above structure is generally called a 4 × 8 channel optical switch, and such a structure is also suitable for 1 × N, 2 × 2, N × 2, etc. It is possible to easily cope with an optical switch having a large number of channels.

【0019】そして、図4のような配列で切り換え部材
16を設置すれば、切り換え部材16がレーザ光の反射
状態と透過状態とをそれぞれ切り換えることで、光ファ
イバ13A〜13Dより出力されたレーザ光はそれぞれ
所定の経路を通過して各光ファイバ13E〜13Lへと
入力されることとなる。例えば図4に示すように、光フ
ァイバ13Bより出力されたレーザ光を光ファイバ13
Hに入力させるには、光ファイバ13Bの光軸上に設け
られている左方から5枚目の切り換え部材16aと、上
記切り換え部材16aの下方に設けられている切り換え
部材16bとの2枚の切り換え部材16を反射状態と
し、その他のレーザ光の光路上に設けられている切り換
え部材16は透過状態とすればよい。なお、この他にも
レーザ光の経路は考えられるのは当然のことであり、切
り換え部材16の配置も図4の配置に限られないことは
いうまでもない。
If the switching member 16 is installed in the arrangement as shown in FIG. 4, the switching member 16 switches between the reflection state and the transmission state of the laser light, so that the laser light output from the optical fibers 13A to 13D is output. Will be input to each of the optical fibers 13E to 13L through a predetermined route. For example, as shown in FIG. 4, the laser light output from the optical fiber 13B is supplied to the optical fiber 13
In order to input to H, two switching members 16a provided on the optical axis of the optical fiber 13B, the switching member 16a from the left and the switching member 16b provided below the switching member 16a, are used. The switching member 16 may be in the reflective state, and the other switching members 16 provided on the optical path of the laser light may be in the transmissive state. Needless to say, the path of the laser beam can be considered in addition to this, and the arrangement of the switching member 16 is not limited to the arrangement shown in FIG.

【0020】つぎに、上記光軸補償部材17について説
明する。図5は図4に示す光スイッチ11のAで示す範
囲を表す拡大図であり、同図の実線で示されたレーザ光
は光ファイバ13Cより出力されたレーザ光が光ファイ
バ13Hに入射するまでの様子が示されている。また同
図の想像線で示されたレーザ光は、光軸補償部材17が
設けられていない場合のレーザ光の光路を示している。
図5において、左方より進入する実線で示されたレーザ
光は、最初に透過状態に切り換えられた切り換え部材1
6c、16dを透過する。このとき、切り換え部材16
を構成するガラス板には厚みがあるため、図6に示すよ
うな以下の現象が発生する。
Next, the optical axis compensating member 17 will be described. FIG. 5 is an enlarged view showing the range indicated by A of the optical switch 11 shown in FIG. 4, and the laser light shown by the solid line in the figure is until the laser light output from the optical fiber 13C enters the optical fiber 13H. Is shown. The laser light shown by the imaginary line in the figure shows the optical path of the laser light when the optical axis compensating member 17 is not provided.
In FIG. 5, the laser beam shown by the solid line entering from the left is the switching member 1 which is first switched to the transmission state.
It is transmitted through 6c and 16d. At this time, the switching member 16
Since the glass plate constituting the above has a thickness, the following phenomenon as shown in FIG. 6 occurs.

【0021】上記図6は図5に示す切り換え部材16c
近傍をさらに拡大したものであり、切り換え部材16及
び光軸補償部材17の厚みが理解されるようになってい
る。そして、切り換え部材16cの左方の面にレーザ光
が到達すると、光の屈折が生じてレーザ光の向きが一度
変化し、さらにこのレーザ光は切り換え部材16cの右
方の面に到達することで再び屈折することが理解でき
る。そして、本実施例で使用される切り換え部材16お
よび光軸補償部材17を構成するガラス板の表面と裏面
とは並行となるように製造されているので、切り換え部
材16cに入射したレーザ光の光軸と切り換え部材16
cによって屈折したレーザ光の光軸は、平行となる。し
たがって、上記2回の屈折によってレーザ光の光軸は所
定量だけ並行にずれることになる。そして、切り換え部
材16cによってずれたレーザ光の光軸は、透過状態に
切り換えられた切り換え部材16dをレーザ光の経路上
に設置することで元に戻すことができる。すなわち、上
述したように切り換え部材16dは切り換え部材16c
に対し互いに90°の角度で設置されているので、光軸
のずれた状態で切り換え部材16dに入射するレーザ光
は上記のような2度の屈折を経ると、最初に切り換え部
材16cに入射したレーザ光の光軸と同一の光軸となっ
て切り換え部材16dを透過することになる。さらに、
切り換え板16eによって反射されたレーザ光の光軸
も、光軸補償板17aをレーザ光の経路上に設置するこ
とで元に戻すことができる。すなわち、上述したように
光軸補償板17は切り換え板16と同じ厚さを有し、し
かも互いに90°の角度で設置されているので、光軸の
ずれた状態で光軸補償板17aに入射するレーザ光は上
記切り換え部材16dのときのようにして補償すること
ができる。また、反射状態に切り換えられている切り換
え部材16によってレーザ光が反射する場合には、図6
の切り換え部材16e、16fに示されるとおり、レー
ザ光の進行方向に対して、レーザ光の反射する面すなわ
ち透明電極7がガラス基板3の向こう側にあっても(切
り換え部材16e)手前側にあっても(切り換え部材1
6f)、光軸のずれは生じない。
The above-mentioned FIG. 6 shows the switching member 16c shown in FIG.
This is an enlarged view of the vicinity, and the thicknesses of the switching member 16 and the optical axis compensating member 17 can be understood. When the laser light reaches the left side surface of the switching member 16c, refraction of the light occurs, the direction of the laser light changes once, and the laser light reaches the right side surface of the switching member 16c. It can be seen that it refracts again. Since the front and back surfaces of the glass plates forming the switching member 16 and the optical axis compensating member 17 used in this embodiment are parallel to each other, the light of the laser light incident on the switching member 16c is emitted. Shaft and switching member 16
The optical axes of the laser light refracted by c are parallel. Therefore, the refraction of the above-mentioned two times causes the optical axis of the laser beam to shift in parallel by a predetermined amount. The optical axis of the laser beam deviated by the switching member 16c can be returned to the original state by installing the switching member 16d switched to the transmission state on the laser beam path. That is, as described above, the switching member 16d is the switching member 16c.
Since they are installed at an angle of 90 ° with respect to each other, the laser light incident on the switching member 16d with the optical axis deviated first enters the switching member 16c after undergoing the refraction of 2 degrees as described above. It becomes the same optical axis as the optical axis of the laser light and is transmitted through the switching member 16d. further,
The optical axis of the laser light reflected by the switching plate 16e can also be restored by installing the optical axis compensating plate 17a on the path of the laser light. That is, as described above, since the optical axis compensating plate 17 has the same thickness as the switching plate 16 and is installed at an angle of 90 ° to each other, the optical axis compensating plate 17 is incident on the optical axis compensating plate 17a with the optical axis deviated. The laser light emitted can be compensated as in the case of the switching member 16d. In addition, when the laser light is reflected by the switching member 16 which is switched to the reflective state, FIG.
As shown by the switching members 16e and 16f, even if the surface on which the laser light is reflected, that is, the transparent electrode 7 is on the other side of the glass substrate 3 with respect to the traveling direction of the laser light (the switching member 16e), it is on the front side. Even (switching member 1
6f), the optical axis does not shift.

【0022】図5の想像線のレーザ光で示すように、光
軸補償部材17の設けられていない光スイッチ11で
は、切り換え部材16を透過したレーザ光は補償される
ことなく光軸がずれたまま進むので、レーザ光が光ファ
イバ13Hの光軸に入射されないことがある。これに対
し、実線のレーザ光で示すように、適切な位置に光軸補
償部材17a、17bを設けることにより、光軸のずれ
を補償することができる。したがって、レーザ光はコリ
メータレンズ15を介して光ファイバ13Hの光軸に入
力されることになる。
As shown by the imaginary line laser light in FIG. 5, in the optical switch 11 not provided with the optical axis compensating member 17, the laser light transmitted through the switching member 16 has its optical axis deviated without being compensated. Since the laser light proceeds as it is, the laser light may not be incident on the optical axis of the optical fiber 13H. On the other hand, by providing the optical axis compensating members 17a and 17b at appropriate positions as indicated by the solid line laser light, the deviation of the optical axis can be compensated. Therefore, the laser light is input to the optical axis of the optical fiber 13H via the collimator lens 15.

【0023】なお、上記光スイッチ11において、本体
部12の内部全てを金属ナノ粒子5を含む透明溶液Lで
満たしても上述したのと同様の作用を得ることができ
る。また、上記光スイッチ11において第2又は第3の
実施例による光学部品を配置すれば、高速で切り換え可
能な光スイッチを提供することが可能となる。さらに、
上記実施例は本発明の光学部品を光スイッチに適用した
例であるが、これに限らず、光の反射状態若しくは透過
状態を切り換えることで例えば自動車のウィンドウ、住
宅の窓、ディスプレイなどに用いることができる。
In the above-mentioned optical switch 11, even if the entire interior of the main body 12 is filled with the transparent solution L containing the metal nanoparticles 5, the same effect as described above can be obtained. Further, by disposing the optical components according to the second or third embodiment in the optical switch 11, it becomes possible to provide an optical switch capable of switching at high speed. further,
The above embodiment is an example in which the optical component of the present invention is applied to an optical switch. However, the present invention is not limited to this, and can be used for, for example, a window of a car, a window of a house, a display, etc. by switching a reflection state or a transmission state of light. You can

【0024】また、以下の実施例おける光学部品1によ
れば、光の半透過状態を得ることも可能である。図7は
第1実施例の光学部品1と同様の構成を有する光学部品
1を示し、第1実施例の光学部品1との違いとしては、
電源9がその出力電圧を可変的に調整することが可能と
なっている。そして、図7は所定の電圧が透明電極7に
印加されて、複数の金属ナノ粒子5同士が透明溶液L内
で互いに凝集している状態を示している。これは、ちょ
うど上記第1実施例の図1(a)と図1(b)との中間
の状態を示し、本実施例ではこの状態を上記電源9によ
る電圧の調整によって保とうというものである。具体的
に説明すると、透明電極7に電圧が印加されると、金属
ナノ粒子5は互いに均等に接近しながら透明電極7へと
電気泳動されるが、その途中で接近した金属ナノ粒子5
同士が凝集し合い、これらが透明電極に向けて帯状とな
るように連結する。このように金属ナノ粒子5が凝集す
ることによって、透明溶液Lにおける当該部分での金属
ナノ粒子5の密度は高くなり、当該部分に入射する光は
金属ナノ粒子5によって散乱されて光が透過量が減少す
る。一方、これ以外の透明溶液L内では、金属ナノ粒子
5の密度が低下するため、光は散乱することなく透過す
るようになる。したがって、図7のような状態のとき、
光学部品1に入射される光のうち、一部の光は金属ナノ
粒子5によって散乱され、残りの光はそのまま透過して
しまうので、光学部品1は光の半透過状態となる。
Further, according to the optical component 1 in the following embodiments, it is possible to obtain a semi-transmissive state of light. FIG. 7 shows an optical component 1 having the same configuration as the optical component 1 of the first embodiment. The difference from the optical component 1 of the first embodiment is that
The power supply 9 can variably adjust its output voltage. Then, FIG. 7 shows a state where a predetermined voltage is applied to the transparent electrode 7 and the plurality of metal nanoparticles 5 are aggregated in the transparent solution L. This shows exactly the intermediate state between FIG. 1A and FIG. 1B of the first embodiment, and in this embodiment, this state is maintained by adjusting the voltage by the power supply 9. . Specifically, when a voltage is applied to the transparent electrode 7, the metal nanoparticles 5 are electrophoresed to the transparent electrode 7 while approaching each other evenly.
They are agglomerated with each other and are connected to each other so as to form a strip toward the transparent electrode. By the aggregation of the metal nanoparticles 5 in this way, the density of the metal nanoparticles 5 in the relevant portion of the transparent solution L becomes high, and the light incident on the relevant portion is scattered by the metal nanoparticles 5 and the transmitted amount of the light. Is reduced. On the other hand, in the other transparent solutions L, the density of the metal nanoparticles 5 is reduced, so that light is transmitted without being scattered. Therefore, in the state as shown in FIG.
Since a part of the light incident on the optical component 1 is scattered by the metal nanoparticles 5 and the remaining light is transmitted as it is, the optical component 1 is in a semi-transmissive state of light.

【0025】そして、図7のような状態を実際に得るた
めには、例えば図8のグラフに示すような周期で電源9
における電圧の調整を行えばよい。このグラフは縦軸に
電圧の高さ、横軸に電圧を印加する時間をとっている。
そして、透明電極7に所定の電圧を印加すると、上述し
たように金属ナノ粒子5は互いに帯状に凝集すると共
に、透明電極7へと電気泳動によって引き寄せられてゆ
く。しかしながら、上記電圧は一定時間で解除されるた
め、金属ナノ粒子5には凝集する力が働かなくなり、凝
集した金属ナノ粒子5は透明電極7上に凝集することな
く再びブラウン運動によって分散し、図1(a)の状態
に戻ろうとする。しかし、金属ナノ粒子5が完全に分散
してしまう前に再び透明電極7に電圧が印加されるた
め、金属ナノ粒子5は再び凝集し合うようになり、図7
のような状態を保つことができる。そして、この電圧の
強弱や電圧の印加する時間によって、金属ナノ粒子5が
凝集する量を変化させることができるので、光学部品1
を透過する光の散乱する量を変化させて、光の透過量を
調整することができる。このような光学部品1は、窓ガ
ラスのように調光を必要とする製品に採用することがで
きる。
In order to actually obtain the state shown in FIG. 7, for example, the power supply 9 has a cycle shown in the graph of FIG.
It is sufficient to adjust the voltage at. In this graph, the vertical axis represents the voltage height and the horizontal axis represents the time for applying the voltage.
Then, when a predetermined voltage is applied to the transparent electrode 7, the metal nanoparticles 5 aggregate with each other in a band shape as described above, and are attracted to the transparent electrode 7 by electrophoresis. However, since the above voltage is released for a certain period of time, the cohesive force does not act on the metal nanoparticles 5, and the coagulated metal nanoparticles 5 are dispersed on the transparent electrode 7 again by the Brownian motion without agglomeration. Attempt to return to the state of 1 (a). However, the voltage is applied to the transparent electrode 7 again before the metal nanoparticles 5 are completely dispersed, so that the metal nanoparticles 5 are aggregated again.
You can keep the state like. The amount of aggregation of the metal nanoparticles 5 can be changed depending on the strength of this voltage and the time for which the voltage is applied.
The amount of light transmitted can be adjusted by changing the amount of scattered light. Such an optical component 1 can be adopted in a product such as a window glass which requires light control.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上のように、本発明の光学部品によれ
ば、従来のように反射板を回転させる必要はなく、電界
の強さを変更するだけで光の透過状態と反射状態とを切
換えることができるという効果が得られる。また本発明
の光スイッチは、上記構成の光学部品を複数個用いてい
るので、光スイッチを小型かつ安価に製造することがで
きるという効果が得られる。さらに、透明電極による上
記電界の強さを周期的に大小に変化させて光の半透過状
態を得ることができる。
As described above, according to the optical component of the present invention, it is not necessary to rotate the reflector as in the conventional case, and the transmission state and the reflection state of light can be changed only by changing the strength of the electric field. The effect that it can be switched is obtained. Further, since the optical switch of the present invention uses a plurality of optical components having the above-mentioned configuration, it is possible to obtain the effect that the optical switch can be manufactured in a small size and at low cost. Further, it is possible to obtain a semi-transmissive state of light by periodically changing the magnitude of the electric field by the transparent electrode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1実施例としての光学部品1を示し、(a)
は光の透過状態、(b)は光の反射状態、(c)は
(b)のc−c線に沿った断面図を示す。
FIG. 1 shows an optical component 1 as a first embodiment, (a)
Shows a light transmitting state, (b) shows a light reflecting state, and (c) shows a cross-sectional view taken along line cc of (b).

【図2】第2実施例としての光学部品1を示し、(a)
は光の透過状態、(b)は光の反射状態、(c)は
(b)のc−c線に沿った断面図を示す。
FIG. 2 shows an optical component 1 as a second embodiment, (a)
Shows a light transmitting state, (b) shows a light reflecting state, and (c) shows a cross-sectional view taken along line cc of (b).

【図3】第3実施例としての光学部品1を示し、(a)
は光の透過状態、(b)は光の反射状態、(c)は
(b)のc−c線に沿った断面図を示す。
FIG. 3 shows an optical component 1 as a third embodiment, (a)
Shows a light transmitting state, (b) shows a light reflecting state, and (c) shows a cross-sectional view taken along line cc of (b).

【図4】光スイッチ内部構造の概略を示す平面図。FIG. 4 is a plan view showing the outline of the internal structure of an optical switch.

【図5】図4のA部を示す拡大図。FIG. 5 is an enlarged view showing a portion A of FIG.

【図6】光軸補償部材17の効果を表す図5の拡大図。FIG. 6 is an enlarged view of FIG. 5 showing the effect of the optical axis compensation member 17.

【図7】第4実施例としての光学部品1を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an optical component 1 as a fourth embodiment.

【図8】第4実施例における電源9の電圧の周期を表す
グラフ。
FIG. 8 is a graph showing the voltage cycle of the power supply 9 in the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光学部品 2,3 ガラス基板 5 金属ナノ粒子 7 透明電極 8 スイッチ 9 電源 11 光スイッチ 13A〜13L 光
ファイバ 16 切り換え部材 17 光軸補償部材 L 透明溶液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical parts 2,3 Glass substrate 5 Metal nanoparticles 7 Transparent electrode 8 Switch 9 Power supply 11 Optical switch 13A-13L Optical fiber 16 Switching member 17 Optical axis compensation member L Transparent solution

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一部に透明部材を有し、かつ
透明溶液とこの透明溶液中に添加した金属ナノ粒子およ
び分散剤とを貯溜した容器と、上記透明部材近傍に電界
を発生させる電界発生手段とを備え、上記電界発生手段
は、上記電界の強さを零又は小として上記金属ナノ粒子
を、光を透過可能な分散状態とするとともに、上記電界
の強さを大として上記金属ナノ粒子を透明部材上に凝集
させて、光を反射可能な凝集状態とすることを特徴とす
る光学部品。
1. A container having a transparent member in at least a part thereof and storing a transparent solution, metal nanoparticles added to the transparent solution and a dispersant, and an electric field generating for generating an electric field in the vicinity of the transparent member. The means for generating an electric field, wherein the electric field strength is zero or small, the metal nanoparticles are in a dispersed state capable of transmitting light, and the electric field strength is large, and the metal nanoparticles are Is agglomerated on a transparent member so as to be able to reflect light into an agglomerated state.
【請求項2】 上記電界発生手段は、上記透明部材上に
形成された透明電極とこれに接続した電源とを備え、ま
た上記分散剤は低分子分散剤であって、透明電極に電界
が発生されていない上記分散状態では、上記金属ナノ粒
子は透明溶液中に浮遊分散されていることを特徴とする
請求項1に記載の光学部品。
2. The electric field generating means includes a transparent electrode formed on the transparent member and a power source connected to the transparent electrode, and the dispersant is a low molecular weight dispersant, and an electric field is generated on the transparent electrode. The optical component according to claim 1, wherein the metal nanoparticles are suspended and dispersed in a transparent solution in the undispersed state.
【請求項3】 上記電界発生手段は、上記透明部材上に
形成された透明な第1の電極と、この第1の電極に接続
した第1の電源と、この第1の電極の両側に配置された
一対の第2の電極と、この第2の電極の一方に接続され
た第2の電源とを備え、また上記分散剤は高分子分散剤
であって、上記第1の電源により弱い電界が発生される
と金属ナノ粒子は第1の電極に引き寄せられて分散状態
となり、また第2の電源により強い電界が発生されると
第1の電極に引き寄せられて分散状態となっていた金属
ナノ粒子が凝集されて凝集状態となることを特徴とする
請求項1に記載の光学部品。
3. The electric field generating means includes a transparent first electrode formed on the transparent member, a first power source connected to the first electrode, and arranged on both sides of the first electrode. A pair of second electrodes and a second power source connected to one of the second electrodes, wherein the dispersant is a polymer dispersant, and a weak electric field is generated by the first power source. Is generated, the metal nanoparticles are attracted to the first electrode to be in a dispersed state, and when a strong electric field is generated by the second power source, the metal nanoparticles are attracted to the first electrode to be in a dispersed state. The optical component according to claim 1, wherein the particles are aggregated to be in an aggregated state.
【請求項4】 上記電界発生手段は、上記透明部材上に
形成された透明電極と、この透明電極に接続した電源と
を備え、また上記分散剤は高分子分散剤であって、上記
電源によって上記透明電極の両端部間に小さな電位差が
発生されると金属ナノ粒子は該透明電極に引き寄せられ
て分散状態となり、また上記電源によって大きな電位差
が発生されると該透明電極に引き寄せられて分散状態と
なっていた金属ナノ粒子が凝集されて凝集状態となるこ
とを特徴とする請求項1に記載の光学部品。
4. The electric field generating means comprises a transparent electrode formed on the transparent member and a power source connected to the transparent electrode, and the dispersant is a polymer dispersant, and the dispersant is a polymer dispersant. When a small potential difference is generated between both ends of the transparent electrode, the metal nanoparticles are attracted to the transparent electrode to be in a dispersed state, and when a large potential difference is generated by the power source, the metal nanoparticles are attracted to the transparent electrode and are in a dispersed state. The optical component according to claim 1, wherein the metal nanoparticles that have been formed are aggregated to be in an aggregated state.
【請求項5】 少なくとも一部に透明部材を有し、かつ
透明溶液とこの透明溶液中に添加した金属ナノ粒子およ
び分散剤とを貯溜した容器と、上記透明部材近傍に電界
を発生させる電界発生手段とを備え、上記電界発生手段
は、上記電界の強さを周期的に変化させて上記金属ナノ
粒子が局部的に凝集した光の半透過状態を得ることを特
徴とする光学部品。
5. A container having a transparent member in at least a part thereof and storing a transparent solution and metal nanoparticles and a dispersant added to the transparent solution, and an electric field generating an electric field in the vicinity of the transparent member. And a means for generating a semi-transmissive state of light in which the metal nanoparticles are locally aggregated by periodically changing the strength of the electric field.
【請求項6】 上記金属ナノ粒子の径は1〜100nm
であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいず
れかに記載の光学部品。
6. The metal nanoparticles have a diameter of 1 to 100 nm.
The optical component according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】 少なくとも1つの入力光路と、この1つ
の入力光路に対する複数の出力光路とを有する光スイッ
チにおいて、 上記入力光路と出力光路との間に上記請求項1ないし請
求項4、及び請求項6のいずれかに記載の光学部品を複
数個配置し、各光学部品を選択的に分散状態と凝集状態
とに切り換えて入力光路からの光を透過又は反射させて
複数の出力光路のいずれかに選択的に導くことを特徴と
する光スイッチ。
7. An optical switch having at least one input optical path and a plurality of output optical paths with respect to the one input optical path, wherein the input optical path and the output optical path are provided between the optical switch and the optical switch. Item 7. A plurality of optical components according to any one of items 6 are arranged, and each optical component is selectively switched between a dispersed state and an aggregated state to transmit or reflect light from an input optical path to output one of a plurality of output optical paths. An optical switch characterized by being selectively led to.
【請求項8】 光が光学部品を通過することによってず
れた光軸を、ずれた分だけ戻す光軸補償部材を設けたこ
とを特徴とする請求項7に記載の光スイッチ。
8. The optical switch according to claim 7, further comprising an optical axis compensating member for returning an optical axis deviated by the passage of light through an optical component by the deviated amount.
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