JP2005037691A - Element for controlling total reflecting condition of light - Google Patents

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Toshihiro Tsumura
俊弘 津村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element for controlling total reflecting condition of light, the element which can be easily mass-produced, has the capability of efficiently using a reflection area, and operates under ordinary temperature. <P>SOLUTION: The element 20 for controlling total reflecting condition of light includes a translucent substrate 32 having a principal surface, a first film 34 made of elastomer formed on the principal surface, a magnetic material layer 36 formed with magnetic particles scattered evenly on the first film 34, a second film 38 made of elastomer formed on the magnetic material layer 36, and a grating 40 press-fixed from above the second film 38. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は光を媒体として用いる光学通信システムに関し、特に、コーナキューブプリズムに代表される再帰的反射装置を用いた光空間通信システムに使用される光変調装置に関する。   The present invention relates to an optical communication system using light as a medium, and more particularly to an optical modulation device used in an optical spatial communication system using a retroreflective device typified by a corner cube prism.

近時、無線電波を用いた通信が広く使用される様になっている。しかし、電波は限りのある資源であり、電波資源を多くの無線通信装置に適切に配分して運用する必要がある。そのために、電波を用いた通信に対してはさまざまな法律が適用される。   Recently, communication using radio waves has been widely used. However, radio waves are a limited resource, and it is necessary to appropriately allocate and operate radio resources to many wireless communication devices. For this reason, various laws are applied to communication using radio waves.

一方で、携帯電話の普及が進み、また持ち運び可能なノートブック型のみならず、デスクトップ型のコンピュータでも無線を用いた通信が普及しつつある。電波により搬送されるデータの量もますます増大している。様々な制約のある電波を継続して用いた場合、その運用に遠からず障害が生ずるおそれがある。   On the other hand, the spread of mobile phones is progressing, and wireless communication is spreading not only in portable notebook computers but also in desktop computers. The amount of data carried by radio waves is also increasing. If radio waves with various restrictions are continuously used, there is a risk that the operation will not be distant and a failure may occur.

そのために、制約を受ける電波を用いた通信に代えて、法律上の制約を受けず、通信資源としてもよりゆるやかな制限しかない、光を用いた通信システムに関する研究が行なわれている。この様な光通信システムのなかでも、多くの情報を一度に搬送可能な通信システムの一例が後掲の特許文献1に開示されている。   Therefore, instead of communication using radio waves subject to restrictions, research is being conducted on communication systems using light that are not subject to legal restrictions and have only more lenient communication resources. Among such optical communication systems, an example of a communication system capable of carrying a lot of information at once is disclosed in Patent Document 1 described later.

特許文献1に開示されている通信システムは、レーザを利用した双方向空間光通信システムであって、一方にはレーザ発振器を、他方にはコーナキューブを設ける。レーザ発振器から出射されるレーザ光を外部信号により変調する事によって受光側では受光したレーザ光から信号を復調する事ができる。   The communication system disclosed in Patent Document 1 is a bidirectional spatial optical communication system using a laser, and a laser oscillator is provided on one side and a corner cube is provided on the other side. By modulating the laser light emitted from the laser oscillator with an external signal, the light receiving side can demodulate the signal from the received laser light.

この入射した光をコーナキューブはレーザ発振器側に反射する。この際コーナキューブの特性として、ある方向から入射した光は同一方向に反射する。従って反射光は必ずレーザ発振器のごく近傍に達する。コーナキューブの1面に、このコーナキューブ面の反射を全反射とするか、無反射とするかによって反射光を変調するための変調器を設ける。この変調器を外部信号で駆動する事により反射光上に情報を載せる事ができる。レーザ発振器側ではこの反射光を受光する受光センサを設け、この受光センサの出力から、コーナキューブ側から送信されてくる信号を復調する事ができる。   The corner cube reflects this incident light to the laser oscillator side. At this time, as a characteristic of the corner cube, light incident from a certain direction is reflected in the same direction. Therefore, the reflected light always reaches very close to the laser oscillator. A modulator for modulating the reflected light is provided on one surface of the corner cube depending on whether the reflection on the corner cube surface is total reflection or non-reflection. Information can be placed on the reflected light by driving the modulator with an external signal. A light receiving sensor for receiving the reflected light is provided on the laser oscillator side, and a signal transmitted from the corner cube side can be demodulated from the output of the light receiving sensor.

この際、変調器として、コーナキューブの一面に設けた、数多くの画素からなる、全反射条件を制御可能な光反射部を用いる。これら画素の各々は、コーナキューブの反射面を形成する透明なガラスの裏面に設けられ、このガラスの全反射面(裏面)における全反射を制御する素子を含む。特許文献1では、これらの素子として、デジタルマイクロミラーデバイス、平坦な透明カプセル内に封入され、全反射面と平行な面内を磁力により移動する磁性流体、又は光を受けると体積の変化する物質を用い、それらの位置を変化させる事により全反射面における全反射条件を制御するものが提案されている。   At this time, as the modulator, a light reflecting portion that is provided on one surface of the corner cube and that can control the total reflection condition is used. Each of these pixels is provided on the back surface of the transparent glass forming the reflection surface of the corner cube, and includes an element that controls total reflection on the total reflection surface (back surface) of the glass. In Patent Literature 1, as these elements, a digital micromirror device, a magnetic fluid that is encapsulated in a flat transparent capsule, moves by a magnetic force in a plane parallel to the total reflection surface, or a substance that changes in volume when receiving light. In order to control the total reflection condition on the total reflection surface by changing the position of these, it has been proposed.

特開2001−298420号公報JP 2001-298420 A

デジタルマイクロミラーデバイスを用いる場合、多数のデバイスをガラスの裏面と密着する様に、同一平面上に高精度で形成しなければならない。特にデバイス数が多数になると、その製造が困難となる。そのため、多数のデバイスを容易に作成できる技術が臨まれている。   When a digital micromirror device is used, it must be formed with high accuracy on the same plane so that a large number of devices are in close contact with the back surface of the glass. In particular, when the number of devices becomes large, the manufacture becomes difficult. For this reason, a technology that can easily create a large number of devices is being developed.

特許文献1に記載されている磁性流体を用いると、反射面の面積の半分しか使用する事ができない。そのため、反射面をより効率よく利用する技術が望まれている。   If the magnetic fluid described in Patent Document 1 is used, only half the area of the reflecting surface can be used. Therefore, a technique that uses the reflecting surface more efficiently is desired.

また、光を受けると体積の変化する物質を用いる場合、その作動温度が問題となる。特に、そうした性質を持つ既知の物質は、光を受けて発熱するため、現時点では常温での動作は困難である。   In addition, when using a substance whose volume changes when receiving light, its operating temperature becomes a problem. In particular, known substances having such properties generate heat upon receiving light, so that it is difficult to operate at room temperature at this time.

それ故に本発明の目的は、多数の素子を作成する事が容易で、反射面を効率よく利用できる光の全反射条件制御素子を提供する事である。   Therefore, an object of the present invention is to provide a light total reflection condition control element that makes it easy to create a large number of elements and can efficiently use a reflecting surface.

本発明に係る光の全反射条件制御素子は、主表面を有する透光性の基体と、主表面上に形成されたエラストマーからなる第1の膜体と、第1の膜体上に一様に散布された磁性体の粒子により形成された磁性体層と、磁性体層上に形成されたエラストマーからなる第2の膜体と、第2の膜体上から圧着された格子体とを含む。   The light total reflection condition control element according to the present invention includes a translucent substrate having a main surface, a first film body made of an elastomer formed on the main surface, and a uniform film on the first film body. A magnetic layer formed by particles of the magnetic material dispersed on the second layer, a second film body made of an elastomer formed on the magnetic layer, and a lattice body pressed from above the second film body. .

通常は、この光の全反射条件制御素子に入射する光は、第1の膜体の存在により、基体の表面で全反射されない。しかしこの素子の格子体の上方に磁石を配置すると、磁性体層に働く磁力により、第1の膜体、磁性体層、及び第2の膜体は一体となって基体表面から離間する方向に移動する。その結果、基体の表面と第1の膜体との間に間隙が形成され、光の全反射条件制御素子に入射する光は、基体の表面で全反射される。従って、例えば電磁石などを用いて信号により電磁石の磁力を制御する事により、光素子の全反射条件を制御する事が可能になる。またこの素子では、動作による発熱は少なく、発熱による影響を少なく抑える事ができる。   Normally, the light incident on the light total reflection condition control element is not totally reflected on the surface of the substrate due to the presence of the first film body. However, if a magnet is arranged above the lattice of this element, the first film body, the magnetic layer, and the second film body are integrally separated from the substrate surface by the magnetic force acting on the magnetic layer. Moving. As a result, a gap is formed between the surface of the substrate and the first film body, and light incident on the light total reflection condition control element is totally reflected on the surface of the substrate. Therefore, for example, by controlling the magnetic force of the electromagnet according to a signal using an electromagnet or the like, it is possible to control the total reflection condition of the optical element. Further, in this element, heat generation due to operation is small, and the influence of heat generation can be suppressed to a minimum.

好ましくは、格子体は、互いにしきり板によって隔てられて形成される複数のセルを有する。   Preferably, the lattice body has a plurality of cells formed by being separated from each other by a threshold plate.

複数のセルにおいて光素子の全反射条件を独立に制御できる。そのため、二次元的に配置された多数のセルを用いて並列的に光を用いた情報伝達が可能になる。   The total reflection conditions of the optical elements can be controlled independently in a plurality of cells. Therefore, it is possible to transmit information using light in parallel using a large number of cells arranged two-dimensionally.

さらに好ましくは、複数のセルは、互いに同じ平面形状、例えば正方形の形状を有する。   More preferably, the plurality of cells have the same planar shape, for example, a square shape.

セルの平面形状を互いに同じものにする事により、光の全反射条件制御素子の製造が容易になる。また、各セルにおける光の反射量が等しくなり、反射光に対する信号処理が簡単になる。   By making the planar shapes of the cells the same, it becomes easy to manufacture the light total reflection condition control element. Further, the amount of reflected light in each cell becomes equal, and signal processing for the reflected light is simplified.

しきり板の、第2の膜体に接する端面は曲線により形成されていてもよい。   The end face of the threshold plate contacting the second film body may be formed by a curve.

しきり板を第2の膜体に圧着する際に、しきり板の端面を曲線により形成する事により、第2の膜体等を破壊するおそれは小さくなる。   When the threshold plate is pressure-bonded to the second film body, the risk of destroying the second film body or the like is reduced by forming the end face of the threshold plate with a curved line.

好ましくは、光の全反射条件制御素子は、複数のセルの各々に対応して、格子体の上部に配置される複数個の電磁石を含む。   Preferably, the light total reflection condition control element includes a plurality of electromagnets disposed on an upper portion of the lattice body corresponding to each of the plurality of cells.

電磁石により、個々のセルにおける光の全反射条件を制御でき、二次元的に配列された多数のセルにより、並列的に光通信を行なう事ができる。   The electromagnet can control the total reflection condition of light in each cell, and optical communication can be performed in parallel by a large number of cells arranged two-dimensionally.

より好ましくは、磁性体は、鉄、ニッケル、コバルト、及びフェライトからなる群から選択される。磁性粉は粒状でもよく、磁性粉の粒径は、セルの最大径の1/10以下になる様に選ばれていると好ましい。   More preferably, the magnetic body is selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, and ferrite. The magnetic powder may be granular, and the particle size of the magnetic powder is preferably selected to be 1/10 or less of the maximum cell diameter.

磁性粉の粒径をセルの最大径の1/10以下とする事により、各セル内に属する磁性粉の数のばらつきを小さくする事ができる。そのため、セルの全反射制御機能を一様にする事ができる。   By setting the particle size of the magnetic powder to 1/10 or less of the maximum diameter of the cell, variation in the number of magnetic powders belonging to each cell can be reduced. Therefore, the total reflection control function of the cell can be made uniform.

光の全反射制御素子は、基体の主表面と、第1の膜体との間に封入された予め定められた液体からなる液体層をさらに含んでもよい。   The light total reflection control element may further include a liquid layer made of a predetermined liquid sealed between the main surface of the substrate and the first film body.

磁性体層を構成する磁性体の粒子の大きさにばらつきがある場合、そのために第1の膜体下面に凹凸が生し、その結果形成される空間のため、光の全反射制御特性が低下する可能性がある。しかし、基体の主表面と第1の膜体との間に液体を封入しておく事で、その空間内に液体が進入し、その部分で光が反射してしまう事が防止できる。磁力がかけられると、この液体層は第1の膜体の下面に付着して上方に移動するので、その部分で光の全反射を行なう事ができる。その結果、光の全反射特性を良好にする事ができる。   When there are variations in the size of the magnetic particles constituting the magnetic layer, irregularities are formed on the lower surface of the first film body, and as a result, the total reflection control characteristics of light are reduced due to the space formed. there's a possibility that. However, by enclosing the liquid between the main surface of the substrate and the first film body, it is possible to prevent the liquid from entering the space and reflecting light at that portion. When a magnetic force is applied, the liquid layer adheres to the lower surface of the first film body and moves upward, so that the total reflection of light can be performed at that portion. As a result, the total reflection characteristic of light can be improved.

本発明に係る光の全反射条件制御素子により、例えば電磁石などを用いて信号により電磁石の磁力を制御する事により、光素子の全反射条件を制御する事が可能になる。複数のセルにおいて光素子の全反射条件を独立に制御できるので、二次元的に配置された多数のセルを用いて並列的に光を用いた情報伝達が可能になる。   With the light total reflection condition control element according to the present invention, the total reflection condition of the optical element can be controlled by controlling the magnetic force of the electromagnet with a signal using, for example, an electromagnet. Since the total reflection conditions of the optical element can be controlled independently in a plurality of cells, information transmission using light in parallel can be performed using a number of cells arranged two-dimensionally.

以下、本発明の一実施の形態に係る光の全反射条件制御素子の構成について説明する。なお以下の説明で述べる「格子」は、各々互いに平行な直線からなる二つの直線群が交差する事により形成されるものだけでなく、曲線群又は折れ線群が互いに交差する事により形成されるものも含む。   Hereinafter, the configuration of the light total reflection condition control element according to the embodiment of the present invention will be described. The “lattice” described in the following description is not only formed by the intersection of two straight lines each consisting of parallel lines, but also formed by the intersection of curves or broken lines. Including.

図1は、本発明の一実施の形態に係る光の全反射条件制御素子の全体構造を示す、光の全反射条件制御素子20の裏面を示す分解斜視図である。図1を参照して、光の全反射条件制御素子20は、平坦な表面48を有する透明ガラス32と、表面48の上に形成された、ポリ塩化ビニールからなる下層膜34と、下層膜34の表面上に一様に散布された磁性粉からなる磁性粉層36と、磁性粉層36の上に形成された、同じくポリ塩化ビニールからなる上層膜38と、上層膜38の上から、上層膜38に向かって圧着された、多数のセルを有する格子体40とを含む。   FIG. 1 is an exploded perspective view showing the back surface of a light total reflection condition control element 20 showing the overall structure of the light total reflection condition control element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, light total reflection condition control element 20 includes transparent glass 32 having flat surface 48, lower layer film 34 made of polyvinyl chloride formed on surface 48, and lower layer film 34. A magnetic powder layer 36 made of magnetic powder uniformly distributed on the surface of the film, an upper film 38 made of polyvinyl chloride formed on the magnetic powder layer 36, and an upper layer from above the upper film 38. And a lattice body 40 having a large number of cells pressed toward the film 38.

透明ガラス32はプリズム本体をなすものであり、光の透過率の高い物質を用いる。   The transparent glass 32 forms a prism body, and uses a substance having a high light transmittance.

下層膜34及び上層膜38としては、磁性粉36が一様に吸着可能な表面を持つ物質を用いる。特に、後述する様に下層膜34及び上層膜38としては弾力のある物質が好ましい。本実施の形態では、そうした性質を持つものとしてエラストマーを用いる事とし、その中でもエラストマーの性質を示すポリ塩化ビニールを用いている。下層膜34及び上層膜38は、透明ガラス32の全反射を制御するという機能を実現する関係上、透明ガラス32の密度より高い密度を持つ必要がある。   As the lower layer film 34 and the upper layer film 38, a substance having a surface on which the magnetic powder 36 can be uniformly adsorbed is used. In particular, as will be described later, the lower film 34 and the upper film 38 are preferably elastic materials. In this embodiment, an elastomer is used as having such properties, and among them, polyvinyl chloride showing the properties of the elastomer is used. The lower layer film 34 and the upper layer film 38 need to have a density higher than the density of the transparent glass 32 in order to realize the function of controlling the total reflection of the transparent glass 32.

格子体40は、磁性を帯びない、ある程度の剛性を持つものであればよい。格子体40のしきり板によって多数のセルが形成される。本実施の形態ではこれらセルの平面形状は互いに等しく、正方形である。各セルによって一つの画素が形成される。従って、単位面積あたりの画素数を多くしようとする場合には、格子体40は微細加工が可能な物質で作成する事が望ましい。典型的には格子体40は、金属又は半導体をエッチングする事により形成する。   The lattice body 40 only needs to have a certain degree of rigidity without magnetism. A large number of cells are formed by the threshold plate of the lattice body 40. In this embodiment, the planar shapes of these cells are equal to each other and are square. One pixel is formed by each cell. Therefore, in order to increase the number of pixels per unit area, it is desirable that the lattice body 40 be made of a material that can be finely processed. Typically, the lattice body 40 is formed by etching a metal or a semiconductor.

図2〜図6は、この光の全反射条件制御素子20の製造工程を示す断面図である。図2を参照して、まず平坦な表面48を有する透明ガラス32を準備する。   2 to 6 are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the light total reflection condition control element 20. With reference to FIG. 2, first, a transparent glass 32 having a flat surface 48 is prepared.

図3を参照して、平坦な表面48上に、下層膜34を形成する。さらに図4を参照して、下層膜34の表面に磁性粉を一様に付着させる事により磁性粉層36を形成する。   Referring to FIG. 3, lower layer film 34 is formed on flat surface 48. Further, referring to FIG. 4, magnetic powder layer 36 is formed by uniformly adhering magnetic powder to the surface of lower layer film 34.

磁性粉層36が形成されたら、図5に示す様にさらにその上に上層膜38を形成する。そしてその上から、図6に示す様に予め作成されていた格子体40を透明ガラス32の表面に向けて圧着する。そのため、格子体40を形成する各しきり板42の下部端面は、図7に示す様に丸みを帯びる様に曲線で形成すると、上層膜38を破損するおそれがなく好ましい。   When the magnetic powder layer 36 is formed, an upper film 38 is further formed thereon as shown in FIG. Then, from above, the lattice body 40 prepared in advance as shown in FIG. 6 is pressed against the surface of the transparent glass 32. Therefore, it is preferable that the lower end surface of each of the threshold plates 42 forming the lattice body 40 is formed in a curved line so as to be rounded as shown in FIG.

この様にして、光反射のための素子が透明ガラス32の平坦な表面48上の大部分の領域に形成される。そのうちの一つを拡大して断面図として示したのが図7及び図8である。以下、図7及び図8を参照して、いかにしてこの素子が透明ガラス32の表面における光の全反射を制御するかについて説明する。   In this way, elements for light reflection are formed in most areas on the flat surface 48 of the transparent glass 32. FIG. 7 and FIG. 8 show one of them as an enlarged cross-sectional view. Hereinafter, how this element controls total reflection of light on the surface of the transparent glass 32 will be described with reference to FIGS.

図7を参照して、通常は、この装置について上記した説明から明らかな様に、下層膜34、磁性粉層36及び上層膜38からなる3層構造は、透明ガラス32の表面48に密着している。下層膜34の密度は前述した通り透明ガラス32の密度より高い。従って、下方からこの透明ガラス32に入射した光は、図7の光50で示す様に透明ガラス32の表面48では反射されない。   Referring to FIG. 7, normally, as is apparent from the above description of the apparatus, the three-layer structure including the lower layer film 34, the magnetic powder layer 36, and the upper layer film 38 is in close contact with the surface 48 of the transparent glass 32. ing. The density of the lower layer film 34 is higher than the density of the transparent glass 32 as described above. Therefore, the light incident on the transparent glass 32 from below is not reflected by the surface 48 of the transparent glass 32 as shown by the light 50 in FIG.

一方、図8に示す様に、この素子の格子内部に、磁石60を配置した場合を考える。この場合、磁性粉層36を構成する磁性粉は磁石60のほうに引き寄せられ、格子体40の表面から離れる方向に移動しようとする。下層膜34及び上層膜38はいずれもエラストマーであるから、この磁性粉とともに磁石60の方向に、すなわち格子体40の表面から離れる方向に移動する。その結果、透明ガラス32の表面48と下層膜34の下面との間には間隙62が形成される。   On the other hand, as shown in FIG. 8, the case where the magnet 60 is arrange | positioned inside the grating | lattice of this element is considered. In this case, the magnetic powder constituting the magnetic powder layer 36 is attracted toward the magnet 60 and tends to move away from the surface of the lattice body 40. Since both the lower layer film 34 and the upper layer film 38 are elastomers, they move together with the magnetic powder in the direction of the magnet 60, that is, in the direction away from the surface of the lattice body 40. As a result, a gap 62 is formed between the surface 48 of the transparent glass 32 and the lower surface of the lower layer film 34.

このような間隙62が形成されると、下方から透明ガラス32に入射した光50は、表面48で反射される。これを反射光52で示す。すなわち、各素子に対応する部分に磁石をおくと、その部分に入射した光は反射する。   When such a gap 62 is formed, the light 50 incident on the transparent glass 32 from below is reflected by the surface 48. This is indicated by reflected light 52. That is, when a magnet is placed in a portion corresponding to each element, light incident on that portion is reflected.

この素子の上記した性質を利用して、格子の各仕切りごとにその反射・無反射を電気信号により制御できる。すなわち、格子体40の各仕切りの上部に小さな電磁石を用意しておき、反射光を変調するための電気信号でこの電磁石を駆動すればよい。電磁石が磁力を発生するとその格子では光は反射される。電磁石が磁力を発生しなければそのセルでは光は反射されない。   By utilizing the above-described properties of this element, reflection / non-reflection of each partition of the grating can be controlled by an electric signal. That is, a small electromagnet is prepared above each partition of the lattice body 40, and this electromagnet may be driven by an electric signal for modulating reflected light. When the electromagnet generates magnetic force, the light is reflected from the lattice. If the electromagnet does not generate magnetic force, no light is reflected in the cell.

その結果、図9に示す様に、光の全反射条件制御素子20を構成する格子の各仕切りごとに、光を反射させるか否かを制御する事が可能になる。   As a result, as shown in FIG. 9, it is possible to control whether or not light is reflected for each partition of the grating constituting the light total reflection condition control element 20.

磁性体としては、特に鉄、ニッケル、コバルト、又はフェライトが好ましい。それらの形状は粒状である事が望ましく、粒径は互いにほぼ等しい事が望ましい。また、各セル内に含まれる磁性体粉の数ができるだけ一様になる様に、磁性体の粒径はセルの最大径よりもかなり小さい事が望ましい。たとえばセルの最大径の1/10以下、好ましくは1/20以下であるとよい。   As the magnetic material, iron, nickel, cobalt, or ferrite is particularly preferable. Their shape is preferably granular, and the particle sizes are preferably substantially equal to each other. In addition, it is desirable that the particle size of the magnetic material is considerably smaller than the maximum diameter of the cell so that the number of magnetic powders contained in each cell is as uniform as possible. For example, it may be 1/10 or less, preferably 1/20 or less of the maximum cell diameter.

なお、この様に電磁石を使用する関係上、しきり板としては磁性体でない材料を用いる事が望ましい。磁力によりしきり板が変形したり,破損したりする事を防止するためである。もちろん、破損の可能性がなければ磁性体でしきり板を作成してもよい。   In view of the use of an electromagnet in this way, it is desirable to use a material that is not a magnetic material as the threshold plate. This is to prevent the threshold plate from being deformed or damaged by the magnetic force. Of course, if there is no possibility of breakage, the slit plate may be made of a magnetic material.

図10に、この光の全反射条件制御素子を利用した光通信システム100のブロック図を示す。図10を参照して、光通信システム100は、情報送信装置110及び情報受信装置112を含む。   FIG. 10 shows a block diagram of an optical communication system 100 using this light total reflection condition control element. Referring to FIG. 10, the optical communication system 100 includes an information transmission device 110 and an information reception device 112.

情報送信装置110は、多数の信号源からの信号150を集めるための集積装置146と、多数の上記した光の全反射条件制御素子を含む変調装置142と、集積装置146により集積された各信号をそれぞれ独立に変調装置142の各光の全反射条件制御素子の電磁石と接続するための接続線144と、変調装置142を駆動するためのドライバ装置148と、変調装置142がその反射面の1つの裏面に配置されたコーナキューブプリズム140とを含む。   The information transmission device 110 includes an integrated device 146 for collecting signals 150 from a large number of signal sources, a modulation device 142 including a large number of light total reflection condition control elements described above, and each signal integrated by the integrated device 146. Are independently connected to the electromagnet of the total reflection condition control element of each light of the modulation device 142, a driver device 148 for driving the modulation device 142, and the modulation device 142 is one of the reflection surfaces thereof. And a corner cube prism 140 disposed on one back surface.

情報受信装置112は、光源120及び光源120により射出される光束の光路に配置されたハーフミラー122と、ハーフミラー122により分岐された光束を受光する位置に配置されたCCD(Charge‐Coupled Device)124と、CCD124からの、各光電変換素子の出力をパラレルに受けて増幅し、デジタル信号128に変換して分岐して出力するための分岐回路126とを含む。   The information receiving apparatus 112 includes a light source 120, a half mirror 122 disposed in the optical path of the light beam emitted from the light source 120, and a CCD (Charge-Coupled Device) disposed at a position for receiving the light beam branched by the half mirror 122. 124 and a branch circuit 126 for receiving and amplifying the output of each photoelectric conversion element from the CCD 124 in parallel, converting it to a digital signal 128, branching it, and outputting it.

この光通信システム100は次の様に動作する。情報受信装置112の光源120から射出された光は、情報送信装置110のコーナキューブプリズム140に入射する。この光は、通常はコーナキューブプリズム140の3面で反射されてまっすぐに光源120の方向に戻る。   The optical communication system 100 operates as follows. The light emitted from the light source 120 of the information receiving device 112 enters the corner cube prism 140 of the information transmitting device 110. This light is normally reflected by the three surfaces of the corner cube prism 140 and returns straight toward the light source 120.

情報送信装置110において、それぞれ別個の多数の信号源から集められた信号150は集積装置146により集積され接続線144によって変調装置142に与えられる。変調装置142の各素子は、ドライバ装置148の制御に従って、所定区間ごとに接続線144から各素子ごとに与えられる信号を取込み、対応する光の全反射条件制御素子の電磁石駆動回路に与える。各素子の電磁石はこれら信号の値に従ってその対応する格子内の下層膜34、磁性粉層36及び上層膜38からなる3層構造の位置を変化させる。   In the information transmitting apparatus 110, signals 150 collected from a large number of separate signal sources are integrated by an integrated apparatus 146 and provided to a modulating apparatus 142 by a connection line 144. Each element of the modulation device 142 takes in a signal given to each element from the connection line 144 for each predetermined section according to the control of the driver device 148, and applies it to the electromagnet drive circuit of the corresponding total reflection condition control element for light. The electromagnet of each element changes the position of the three-layer structure including the lower layer film 34, the magnetic powder layer 36, and the upper layer film 38 in the corresponding lattice according to the values of these signals.

つまり、与えられた信号がハイレベルであれば図8に示す様に下層膜34、磁性粉層36及び上層膜38からなる3層構造は磁石60側に引き寄せられる。その結果透明ガラス32の表面48と下層膜34の下面との間に間隙62が生じ、この部分で光は反射される。一方、与えられた信号がローレベルであれば図7に示す様に3層構造は透明ガラス32の表面48に密着する。その結果、その部分では光は反射されない。従って、コーナキューブプリズム140からハーフミラー122に向けて反射される光は、各チャンネルごとに変調装置142によって変調された信号を搬送する多チャンネルの光信号となっている。この場合、変調装置142の格子の仕切りごとに1チャンネルの信号が伝送される。   That is, if the applied signal is at a high level, the three-layer structure including the lower layer film 34, the magnetic powder layer 36, and the upper layer film 38 is attracted toward the magnet 60 as shown in FIG. As a result, a gap 62 is formed between the surface 48 of the transparent glass 32 and the lower surface of the lower layer film 34, and light is reflected at this portion. On the other hand, if the applied signal is at a low level, the three-layer structure adheres to the surface 48 of the transparent glass 32 as shown in FIG. As a result, no light is reflected at that portion. Therefore, the light reflected from the corner cube prism 140 toward the half mirror 122 is a multi-channel optical signal that carries the signal modulated by the modulator 142 for each channel. In this case, a signal of one channel is transmitted for each grid partition of the modulation device 142.

情報送信装置110のコーナキューブプリズム140で反射された光は、情報受信装置112のハーフミラー122でその光路が90度曲げられ、CCD124の受光面に入射する。CCD124は入射光の強さに応じた電気信号を分岐回路126に与える。分岐回路126は、素子ごとにCCD124から与えられる電気信号の大きさに応じ、各素子ごとに情報送信装置110から与えられた信号を復元し、各信号128に分岐させる。   The light reflected by the corner cube prism 140 of the information transmitting device 110 is bent 90 degrees by the half mirror 122 of the information receiving device 112 and is incident on the light receiving surface of the CCD 124. The CCD 124 gives an electric signal corresponding to the intensity of incident light to the branch circuit 126. The branch circuit 126 restores the signal given from the information transmission device 110 for each element according to the magnitude of the electric signal given from the CCD 124 for each element, and branches the signal 128.

以上の様にして、情報送信装置110に与えられた多数の信号は、情報送信装置110及び光源120により空間を並列に伝送され、情報受信装置112の側で多数の装置に分岐して与えられる。   As described above, a large number of signals given to the information transmission device 110 are transmitted in parallel in the space by the information transmission device 110 and the light source 120, and are given to the multiple devices on the information reception device 112 side. .

この実施の形態に係る光の全反射条件制御素子は、図2〜図6を参照して説明した通り、容易に製造する事ができる。素子の数が多くなっても製造工程の数は基本的に同じである。素子の数が多くなっても製造はそれほど困難にならない。またこの光の全反射条件制御素子では、反射面の大部分を利用して光の反射を制御する事ができる。さらに、磁石60の動作及び下層膜34、磁性粉層36及び上層膜38の動作による発熱量は少なく、発熱による精度の問題が生じるおそれは小さい。   The light total reflection condition control element according to this embodiment can be easily manufactured as described with reference to FIGS. Even if the number of elements increases, the number of manufacturing processes is basically the same. Manufacture is not so difficult as the number of elements increases. Further, in this light total reflection condition control element, the reflection of light can be controlled by utilizing most of the reflection surface. Further, the amount of heat generated by the operation of the magnet 60 and the operations of the lower layer film 34, the magnetic powder layer 36, and the upper layer film 38 is small, and there is little possibility of causing the problem of accuracy due to the heat generation.

この実施の形態の光通信システムでは、多数の信号源とコーナキューブプリズム上の光の全反射条件制御素子とを1対1の関係とする事により、光の全反射条件制御素子の数と同じ数だけの光通信チャンネルを設ける事ができる。その結果、非常にコンパクトに数多くのチャンネル信号を安定に送信する事ができるという効果を奏する。たとえば光の全反射条件制御素子の配列が1000×1000であれば提供されるチャンネル数は1000×1000=1,000,000となり、光通信を用いた広帯域の通信を行なう事ができる。   In the optical communication system of this embodiment, the number of signal sources and the light total reflection condition control elements on the corner cube prism are in a one-to-one relationship, so that the number of light total reflection condition control elements is the same. As many optical communication channels can be provided. As a result, it is possible to stably transmit a large number of channel signals in a very compact manner. For example, if the arrangement of light total reflection condition control elements is 1000 × 1000, the number of channels provided is 1000 × 1000 = 1,000,000, and broadband communication using optical communication can be performed.

なお、上に説明した実施の形態では、格子体の各セルの大きさ及び平面形状は互いに等しい。これにより、格子体の製造が容易で、従って光の全反射条件制御素子の製造も容易になる。また、セルの大きさ及び平面形状が互いに等しいので、各セルで反射される光の量も等しくなり、受光側で行なう信号処理が容易になる。   In the embodiment described above, the size and the planar shape of each cell of the lattice body are equal to each other. As a result, the grating body can be easily manufactured, and hence the light total reflection condition control element can be easily manufactured. In addition, since the size and the planar shape of the cells are equal to each other, the amount of light reflected by each cell is also equal, and signal processing performed on the light receiving side is facilitated.

しかし本発明はそのようなものには限定されない。各セルの大きさを互いに異なる様にしてもよいし、平面形状も互いに異なる様にしてもよい。例えば平面形状として正方形だけでなく、長方形でもよいし、六角形等の一般的な多角形でもよい。また、相補的な形状を組合せた形の格子でもよい。   However, the present invention is not limited to such. The sizes of the cells may be different from each other, and the planar shapes may be different from each other. For example, the planar shape may be not only a square but also a rectangle, or a general polygon such as a hexagon. Alternatively, a lattice having a combination of complementary shapes may be used.

また、磁性粉の形状としては粒状のものに限らず、板状等、どのようなものでもよい。なお、磁性粉を構成する磁性体の大きさはできるだけ同程度のものである事が好ましいが、大きさが異なるものであってもよい。ただし、大きさが極端に異なるものを含む場合には、粒子の大きさの相違により、問題が生ずる可能性がある。その解決策を図11に示す。図11において、図7、図8に示すものと同一の部品には同一の参照符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。従ってここではそれらについての詳細な説明は繰返さない。   Further, the shape of the magnetic powder is not limited to a granular shape, and may be any shape such as a plate shape. In addition, although it is preferable that the magnitude | sizes of the magnetic body which comprises magnetic powder are as comparable as possible, a magnitude | size may differ. However, in the case where particles having extremely different sizes are included, a problem may occur due to a difference in particle size. The solution is shown in FIG. In FIG. 11, the same components as those shown in FIGS. 7 and 8 are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.

図11に示す様に、一部に大きな粒子が含まれると、その部分で下層膜34の下面が下にふくらんで凹凸ができ、その凸部の周囲では下層膜34と透明ガラス32の表面との間に空間ができてしまう可能性がある。そうした空間が形成されると、その大きさによっては、この素子に磁力をかけない場合であるにもかかわらず入射光50がその部分で反射してしまう場合があるという問題が生ずる。   As shown in FIG. 11, when a large particle is included in a part, the lower surface of the lower layer film 34 swells downward in that part, and the surface of the lower layer film 34 and the transparent glass 32 is formed around the convex part. There is a possibility that a space will be created. When such a space is formed, there arises a problem that, depending on the size of the space, the incident light 50 may be reflected at that portion even though no magnetic force is applied to the element.

そこで、磁性体の大きさにばらつきがある場合には、透明ガラス32の表面48と下層膜34との間に所定の液体を封入し、液体層200を形成しておく事が望ましい。この液体としては、その凝集力が透明ガラス32の表面48への付着力よりも大きくなるものを用いる。この液体として水銀の様に凝集力(凝縮力)の大きなものがよい。   Therefore, when there is a variation in the size of the magnetic material, it is desirable to enclose a predetermined liquid between the surface 48 of the transparent glass 32 and the lower layer film 34 to form the liquid layer 200. As this liquid, a liquid whose cohesive force is larger than the adhesive force to the surface 48 of the transparent glass 32 is used. This liquid should have a large cohesion (condensation power) like mercury.

液体層200の存在により、この素子に磁力がかけられていない場合、下層膜34と透明ガラス32との間に空間ができても、その部分には液体が存在する事になる。そのため、入射光50がその部分で反射する事はない。一方、この素子に磁力がかけられると、図12に示す様に、液体層200を構成する液体の大部分は透明ガラス32の表面48から離れ、下層面34の下面とともに上方に移動する。その結果、透明ガラス32の表面48と下層面34との間になにもない空間が形成され、入射光50はこの部分で反射する。これを図8と同様に反射光52で示す。その結果、磁性粉を構成する粒子の大きさにばらつきがあっても良好な全反射制御特性を得る事ができる。   If no magnetic force is applied to the element due to the presence of the liquid layer 200, even if a space is formed between the lower layer film 34 and the transparent glass 32, the liquid exists in that portion. Therefore, the incident light 50 is not reflected at that portion. On the other hand, when a magnetic force is applied to this element, as shown in FIG. 12, most of the liquid constituting the liquid layer 200 moves away from the surface 48 of the transparent glass 32 and moves upward together with the lower surface of the lower layer surface 34. As a result, an empty space is formed between the surface 48 and the lower layer surface 34 of the transparent glass 32, and the incident light 50 is reflected at this portion. This is indicated by reflected light 52 as in FIG. As a result, good total reflection control characteristics can be obtained even if the size of the particles constituting the magnetic powder varies.

本実施の形態では、プリズムにガラスを使用した例を説明した。しかし、プリズムとしてはガラスに限らず、同様の性能を示すものであればどのようなものを用いる事もできる。たとえば樹脂製の再帰反射プリズムを用いてもよい。   In this embodiment, an example in which glass is used for the prism has been described. However, the prism is not limited to glass, and any prism can be used as long as it exhibits the same performance. For example, a resin retroreflective prism may be used.

今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。   The embodiment disclosed herein is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is indicated by each claim in the claims after taking into account the description of the detailed description of the invention, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the wording described therein are intended. Including.

この発明に係る光制御素子は、光を用いた多チャンネル通信を実現するのに適している。   The light control element according to the present invention is suitable for realizing multi-channel communication using light.

本発明の一実施の形態に係る光の全反射条件制御素子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the total reflection condition control element of the light which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示す光の全反射条件制御素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the light total reflection condition control element shown in FIG. 図1に示す光の全反射条件制御素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the light total reflection condition control element shown in FIG. 図1に示す光の全反射条件制御素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the light total reflection condition control element shown in FIG. 図1に示す光の全反射条件制御素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the light total reflection condition control element shown in FIG. 図1に示す光の全反射条件制御素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the light total reflection condition control element shown in FIG. 図1に示す光の全反射条件制御素子の動作原理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principle of operation of the total reflection condition control element of light shown in FIG. 図1に示す光の全反射条件制御素子の動作原理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principle of operation of the total reflection condition control element of light shown in FIG. 図1に示す光の全反射条件制御素子のセル部分の平面図である。It is a top view of the cell part of the total reflection condition control element of the light shown in FIG. 図1に示す光の全反射条件制御素子を利用した光通信システムのブロック図である。It is a block diagram of the optical communication system using the total reflection condition control element of light shown in FIG. 光の全反射条件制御素子の他の例の動作原理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the operation principle of the other example of the total reflection condition control element of light. 図11に示す光の全反射条件制御素子の動作原理を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the operating principle of the light total reflection condition control element shown in FIG. 11.

符号の説明Explanation of symbols

20 光の全反射条件制御素子、32 透明ガラス、34 下層膜、36 磁性粉層、38 上層膜、40 格子体、48 表面、50 光、52 反射光、100 光通信システム、110 情報送信装置、112 情報受信装置、120 光源、122 ハーフミラー、124 CCD、126 分岐回路、140 コーナキューブプリズム、142 変調装置、144 接続線、146 集積装置、148 ドライバ装置   20 light total reflection condition control element, 32 transparent glass, 34 lower layer film, 36 magnetic powder layer, 38 upper layer film, 40 lattice, 48 surface, 50 light, 52 reflected light, 100 optical communication system, 110 information transmission device, 112 information receiver, 120 light source, 122 half mirror, 124 CCD, 126 branch circuit, 140 corner cube prism, 142 modulator, 144 connection line, 146 integrated device, 148 driver device

Claims (10)

主表面を有する透光性の基体と、
前記主表面上に形成されたエラストマーからなる第1の膜体と、
前記第1の膜体上に一様に散布された磁性体の粒子により形成された磁性体層と、
前記磁性体層上に形成されたエラストマーからなる第2の膜体と、
前記第2の膜体上から圧着された格子体とを含む、光の全反射条件制御素子。
A translucent substrate having a main surface;
A first film body made of an elastomer formed on the main surface;
A magnetic layer formed of magnetic particles uniformly dispersed on the first film body;
A second film body made of an elastomer formed on the magnetic layer;
A light total reflection condition control element including a lattice body pressed from above the second film body.
前記格子体は、互いにしきり板によって隔てられて形成される複数のセルを有する、請求項1に記載の光の全反射条件制御素子。 2. The light total reflection condition control element according to claim 1, wherein the lattice body includes a plurality of cells formed to be separated from each other by a threshold plate. 前記複数のセルは、互いに同じ平面形状を有する、請求項2に記載の光の全反射条件制御素子。 The light total reflection condition control element according to claim 2, wherein the plurality of cells have the same planar shape. 前記複数のセルの平面形状は正方形である、請求項3に記載の光の全反射条件制御素子。 The light total reflection condition control element according to claim 3, wherein a planar shape of the plurality of cells is a square. 前記しきり板の、前記第2の膜体に接する単面は曲線により形成されている、請求項2に記載の光の全反射条件制御素子。 The light total reflection condition control element according to claim 2, wherein a single surface of the threshold plate that is in contact with the second film body is formed by a curve. 前記複数のセルの各々に対応して、前記格子体の上部に配置される複数個の電磁石をさらに含む、請求項2に記載の光の全反射条件制御素子。 The light total reflection condition control element according to claim 2, further comprising a plurality of electromagnets disposed on the upper portion of the grid corresponding to each of the plurality of cells. 前記磁性体は、鉄、ニッケル、コバルト、及びフェライトからなる群から選択される、請求項1に記載の光の全反射条件制御素子。 The light total reflection condition control element according to claim 1, wherein the magnetic body is selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, and ferrite. 前記磁性粉は粒状である、請求項2に記載の光の全反射条件制御素子。 The light total reflection condition control element according to claim 2, wherein the magnetic powder is granular. 前記磁性粉の粒径は、前記セルの最大径の1/10以下になるように選ばれている、請求項8に記載の光の全反射条件制御素子。 The light total reflection condition control element according to claim 8, wherein a particle diameter of the magnetic powder is selected to be 1/10 or less of a maximum diameter of the cell. 前記基体の前記主表面と、前記第1の膜体との間に封入された予め定められた液体からなる液体層をさらに含む、請求項1に記載の光の全反射制御素子。 The total reflection control element for light according to claim 1, further comprising a liquid layer made of a predetermined liquid sealed between the main surface of the base and the first film body.
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