JP5834878B2 - Electromagnetic wave control device - Google Patents
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Description
本発明は、入射する電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射の角度や大きさを制御できる電磁波制御装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic wave control device capable of controlling the angle and magnitude of incident electromagnetic waves that are transmitted, refracted, reflected, emitted, or incident.
エレクトロウエッティング法を用いた電子ペーパとして特許文献１の技術が知られている。その技術では、ディスプレイの１つの画素に相当する数百ミクロン角の領域をひとつのセルとして、その内部に濡れ性を制御した電極部を設ける。この領域に水と着色した油を封入する。このときに、エレクトロウエッティング用の電極に電圧を印加すると、電極表面に広がっていた油を画素の角にはじくことで、画素の色調を制御して、反射型のディスプレイとして用いることが行われている。 The technique of patent document 1 is known as electronic paper using the electrowetting method. In this technique, a region of several hundred microns square corresponding to one pixel of a display is used as one cell, and an electrode part with controlled wettability is provided inside the cell. Water and colored oil are enclosed in this area. At this time, when a voltage is applied to the electrode for electrowetting, the color tone of the pixel is controlled by repelling the oil spread on the electrode surface to the corner of the pixel and used as a reflective display. ing.
また、焦点可変の液体レンズとして特許文献２、３の技術が知られている。その技術では、透明基板と透明電極上に、封止した液滴を保持し、それに電圧を印加することで、液滴の形状を変化させることが行われている。透明なレンズの形状が変化するのと同じことであり、その焦点距離が変化できることになる。 Moreover, the technique of patent document 2, 3 is known as a focus variable liquid lens. In that technique, the shape of the liquid droplet is changed by holding a sealed liquid droplet on a transparent substrate and a transparent electrode and applying a voltage thereto. This is the same as changing the shape of a transparent lens, and its focal length can be changed.
また、流体を用いた容量可変のＭＥＭＳデバイスとして特許文献４の技術が知られている。その技術では、キャパシタの容量は、電極間に挿入された誘電体の比誘電率がひとつのパラメータとなる。金属電極間に空気がある構成において、ＭＥＭＳ機構によって、誘電率の高い水などの液体を注入することで、その容量の変化率が２桁程度変化させることが可能とするものである。 Moreover, the technique of patent document 4 is known as a variable capacity MEMS device using a fluid. In this technique, the capacitance of the capacitor is one parameter of the relative dielectric constant of the dielectric inserted between the electrodes. In a configuration in which there is air between metal electrodes, a liquid such as water having a high dielectric constant is injected by a MEMS mechanism, so that the rate of change in capacitance can be changed by about two orders of magnitude.
ところが、上記の従来技術では、形状や配置を空間的に変化させているが、その変化量において、駆動方式や用いている材料の制御性に問題があり、十分に形状を変化させることができなかった。また、これまでは、ある物理量に関する構造最適化技術が十分でなく、どのような形状をとるのが最適であるのかもわかっていなかった。 However, in the above prior art, the shape and arrangement are spatially changed. However, there is a problem in the controllability of the driving method and the material used in the amount of change, and the shape can be changed sufficiently. There wasn't. In addition, until now, the structure optimization technique related to a certain physical quantity is not sufficient, and it has not been known what shape is optimal.
また、上記特許文献１によるエレクトロウエッティング法を用いた電子ペーパ応用においては、画素内での複数材料の分布を変化させ、ある観測方向からの反射スペクトルを変化させる構成となっている。画素サイズは、ディスプレイとして認識する際には、十分小型であるが、対象とする光の波長に比べて、十分大きなサイズである。このため、画素が十分小さいものの、原理的に画素内部に、油の液溜がある構成となっており、その部分が望ましくない干渉等の作用を及ぼすことがああり、素子性能を下げることがある。 Moreover, in the electronic paper application using the electrowetting method by the said patent document 1, it is the structure which changes the distribution of the several material in a pixel, and changes the reflection spectrum from a certain observation direction. The pixel size is sufficiently small when recognized as a display, but is sufficiently large compared to the wavelength of the target light. For this reason, although the pixel is sufficiently small, in principle, there is a configuration in which there is an oil reservoir inside the pixel, and this part may have an undesirable effect such as interference, thereby reducing the element performance. is there.
また、上記特許文献２、３の技術による焦点可変の液体レンズにおいては、液体レンズのサイズは、光の波長より大きい。しかし、液滴の性質上、レンズサイズを大きくすることができず、制御できる光のビーム径が、数ｍｍ以下と制限される。液体レンズをアレイ化した場合、額縁が電磁波ビームと干渉して、問題を起こすことがある。 Further, in the variable focus liquid lens according to the techniques of Patent Documents 2 and 3, the size of the liquid lens is larger than the wavelength of light. However, due to the nature of the droplets, the lens size cannot be increased, and the beam diameter of light that can be controlled is limited to several mm or less. When liquid lenses are arrayed, the frame may interfere with the electromagnetic wave beam, causing problems.
また、上記特許文献４の流体を用いた容量可変のＭＥＭＳデバイスでは、液体の出し入れによって、キャパシタ容量などの電気的な特性を可変にできるが、固定部と流体の可動部から構成されており、その形状変形の自由度に制限がある。 Further, in the variable capacity MEMS device using the fluid of Patent Document 4 above, the electrical characteristics such as the capacitor capacity can be varied by taking in and out of the liquid, but it is composed of a fixed portion and a fluid movable portion, There is a limit to the degree of freedom of shape deformation.
何れの技術においても、流動性材料の配置や形状変化が、限定的であった。このため、必要な特性を得るまでには至っていない。
電気抵抗や磁気抵抗などは、半導体や磁性材料の開発により、様々な素子により制御されてきた。しかし、空間の誘電率を変化させる必要のある電磁波や熱などの伝播や放射の制御に関しては、効果的に制御できる素子の開発が遅れている。
In any technique, the arrangement and shape change of the flowable material are limited. For this reason, it has not yet reached the required characteristic.
Electrical resistance, magnetic resistance, and the like have been controlled by various elements through the development of semiconductors and magnetic materials. However, regarding the control of propagation and radiation of electromagnetic waves and heat that require changing the dielectric constant of the space, the development of elements that can be controlled effectively is delayed.
そこで、本発明の目的は、簡単な構造で電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射の角度や大きさを制御できる装置を実現することである。 Accordingly, an object of the present invention is to realize an apparatus capable of controlling the angle and size of transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence of electromagnetic waves with a simple structure.
上記課題を解決するための第１の発明は、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御する電磁波制御装置において、基板の主面上に設けられ、磁場により吸引力又は斥力を受け、基板の主面上において流動可能な第１流動性材料と、磁場により吸引力も斥力も受けないか、又は、磁場により第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、基板の主面上において流動可能であって、第１流動性材料と透磁率及び誘電率の異なる第２流動性材料とから成る流動性材料と、流動性材料を流動可能に基板の主面上に封止する封止部材と、基板の主面上における直交座標（ｘ，ｙ）毎に制御される２次元磁場分布を可変発生させる２次元アレイ素子を有した場分布発生装置と、を有し、基板の側面を電磁波の入射面とし、場分布発生装置により任意の２次元磁場分布を基板の主面上に発生させて、その発生された２次元磁場分布に沿って第１流動性材料を移動させることにより、基板の主面上に直交座標（ｘ，ｙ）毎に決定される２次元（透磁率，誘電率）分布を発生させ、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御することを特徴とする電磁波制御装置である。
また、第２の発明は、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御する電磁波制御装置において、基板の主面上に設けられ、磁場又は電場により吸引力又は斥力を受け、基板の主面上において流動可能な液体金属から成る第１流動性材料と、磁場又は電場により吸引力も斥力も受けないか、又は、磁場又は電場により第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、基板の主面上において流動可能であって、第１流動性材料と透磁率及び誘電率の異なる第２流動性材料とから成る流動性材料と、流動性材料を流動可能に基板の主面上に封止する封止部材と、基板の主面上における直交座標（ｘ，ｙ）毎に制御される２次元磁場分布又は２次元電場分布を可変発生させる２次元アレイ素子を有した場分布発生装置と、を有し、場分布発生装置により任意の２次元磁場分布又は２次元電場分布を基板の主面上に発生させて、その発生された２次元磁場分布又は２次元電場分布に沿って第１流動性材料を移動させることにより、直交座標（ｘ，ｙ）毎に第１流動性材料の位置が制御されて平面形状の制御が可能な平面金属体を基板の主面上に形成可能とし、平面金属体をパッチアンテナとし、指向性を制御可能としたことを特徴とする電磁波制御装置である。
また、第３の発明は、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御する電磁波制御装置において、基板の主面上に設けられ、電場により吸引力又は斥力を受け、基板の主面上において流動可能な第１流動性材料と、電場により吸引力も斥力も受けないか、又は、電場により第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、基板の主面上において流動可能な第２流動性材料とから成る流動性材料と、流動性材料を流動可能に基板の主面上に封止する封止部材と、基板の主面上における直交座標（ｘ，ｙ）で制御される２次元電場分布を可変発生させる、ｘ軸方向に伸びた列電極とその列電極に流動性材料を介在して対面したｙ軸方向に伸びた行電極とから成る２次元アレイ素子を有した場分布発生装置と、を有し、電磁波はミリ波であり、基板の側面を電磁波の入射面とし、該入射面に対向する側面を電磁波の出射面とし、場分布発生装置により任意の２次元電場分布を基板の主面上に発生させて、その発生された２次元電場分布に沿って第１流動性材料を移動させることにより、基板の主面上に直交座標（ｘ，ｙ）毎に決定される２次元（透磁率，誘電率）分布を発生させ、出射面から放射される電磁波ビームの焦点位置を制御し、電磁波ビームを分離し、又は、波源からの放射波を平面波に変換することを特徴とする電磁波制御装置である。
The first invention for solving the above problems, the transmission of electromagnetic waves, refraction, reflection, radiation, or, in the electromagnetic control device for controlling the incident, provided on the main surface of the substrate, more attraction or repulsion to the magnetic field receiving a first flowable material flowable on the main surface of the substrate, or not even receive repulsive force even more attraction to the magnetic field, or the force in the opposite direction to the force acting on more first flowable material to a magnetic field the subject, a flowable on the main surface of the substrate, and the flowable material comprising a first flowable material and the permeability and permittivity of different second flowable material, the flowable material flowable in the substrate and a sealing member for sealing on the main surface, and orthogonal coordinates (x, y) field distribution generator a 2-dimensional magnetic field distribution is controlled having a two-dimensional array element for varying generated every on the main surface of the substrate It has a side of the substrate and the electromagnetic wave incident face of field distribution onset And any two-dimensional magnetic field distribution is generated on the main surface of the substrate by the apparatus, by moving the first flowable material along its generated two-dimensional magnetic field distribution, Cartesian coordinates on the main surface of the substrate ( An electromagnetic wave control device that generates a two-dimensional (permeability, dielectric constant) distribution determined every x, y) , and controls transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence of electromagnetic waves.
The second invention is an electromagnetic wave control device that controls transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence of electromagnetic waves, and is provided on the main surface of the substrate and receives attraction or repulsion by a magnetic field or electric field. A first flowable material made of a liquid metal that can flow on the main surface of the first and second surfaces, and a magnetic field or electric field that is not attracted or repelled by the magnetic field or electric field, or is opposite to a force that acts on the first flowable material by the magnetic field or electric field A fluid material composed of a first fluid material and a second fluid material having a different magnetic permeability and dielectric constant, and capable of fluidizing the fluid material. A sealing member for sealing on the main surface of the substrate, and a two-dimensional array element for variably generating a two-dimensional magnetic field distribution or a two-dimensional electric field distribution controlled for each orthogonal coordinate (x, y) on the main surface of the substrate A field distribution generator having An arbitrary two-dimensional magnetic field distribution or two-dimensional electric field distribution is generated on the main surface of the substrate by the distribution generator, and the first fluid material is moved along the generated two-dimensional magnetic field distribution or two-dimensional electric field distribution. Thus, a planar metal body capable of controlling the planar shape by controlling the position of the first fluid material for each orthogonal coordinate (x, y) can be formed on the main surface of the substrate, and the planar metal body is formed as a patch antenna. The electromagnetic wave control device is characterized in that directivity can be controlled.
A third invention is an electromagnetic wave control device that controls transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence of electromagnetic waves, and is provided on the main surface of the substrate and receives an attractive or repulsive force by an electric field, A first flowable material that can flow on a surface and a main surface of a substrate that is not subjected to attraction or repulsion by an electric field or receives a force opposite to a force acting on the first flowable material by an electric field. A flowable material composed of a second flowable material that is flowable in the substrate, a sealing member that seals the flowable material on the main surface of the substrate so as to be flowable, and orthogonal coordinates (x, y on the main surface of the substrate) A two-dimensional array consisting of a column electrode extending in the x-axis direction and a row electrode extending in the y-axis facing each other with a fluid material interposed between the column electrodes. A field distribution generator having elements, and The side surface of the substrate is an electromagnetic wave incident surface, the side surface facing the incident surface is an electromagnetic wave emission surface, and an arbitrary two-dimensional electric field distribution is generated on the main surface of the substrate by a field distribution generator; A two-dimensional (permeability, dielectric constant) distribution determined for each orthogonal coordinate (x, y) on the main surface of the substrate by moving the first fluid material along the generated two-dimensional electric field distribution. The electromagnetic wave control device is characterized by controlling the focal position of the electromagnetic wave beam emitted from the emission surface, separating the electromagnetic wave beam, or converting the radiation wave from the wave source into a plane wave.
上記第１、第３の発明においては、電磁波には光も含まれ、電磁波を入射させる方向は、基板の面に平行、すなわち、基板の側面から入射させている。また、本電磁波制御装置は、有線により高周波信号を供給して、電磁波を放射する放射アンテナ、電磁波を入射して有線に高周波信号を出力する受信アンテナなどであっても良い。 In the first and third inventions, the electromagnetic wave includes light , and the direction in which the electromagnetic wave is incident is parallel to the surface of the substrate, that is, incident from the side surface of the substrate . Also, the electromagnetic wave control unit supplies the high-frequency signals by wire, the radiation antenna for radiating electromagnetic waves, it may be a receiving antenna for outputting a high frequency signal to a wired incident electromagnetic waves.
上記発明において、第１流動性材料は磁性粉末を分散させた流体材料又は磁性流体材料であり、第２流動性材料は非磁性流体材料であり、場分布発生装置は磁場分布を発生させる装置とすることができる。
磁性粉末には、フエライト、ＢａＦｅＯ3 などの磁性酸化物、ＳｍＣｏ5 、ＳｍＣｏ17、Ｎｄ2 Ｆｅ14Ｂなどの異方性希土類磁性材料、その他のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂに他の希土類元素を含んでいたり、その他の添加元素を含んでいたりする材料を用いることができる。更に、Ｎｄ以外の希土類元素を含んだ材料、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料、ＳｍＣｏ系材料、または、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料とこれらの混合物質を用いることができる。また、磁性粉末と界面活性剤とを用いた磁性流体を用いることができる。磁性流体には、水、炭化水素系オイル及びフッ素系オイルを媒体するものがある。
In the above invention, the first fluid material is a fluid material or magnetic fluid material in which magnetic powder is dispersed, the second fluid material is a non-magnetic fluid material, and the field distribution generator is a device that generates a magnetic field distribution. can do.
Magnetic powders include ferrite, magnetic oxides such as BaFeO 3 , anisotropic rare earth magnetic materials such as SmCo 5 , SmCo 17 and Nd 2 Fe 14 B, other Nd—Fe—B based materials, Nd—Fe—B In addition, a material containing other rare earth elements or other additive elements can be used. Furthermore, materials containing rare earth elements other than Nd, for example, Sm—Fe—N materials, SmCo materials, Nd—Fe—B materials, and mixtures thereof can be used. Also, a magnetic fluid using magnetic powder and a surfactant can be used. Some magnetic fluids use water, hydrocarbon oil, and fluorine oil as a medium.
また、第１流動性材料は液体金属であり、第２流動性材料は誘電体液体を用いることができる。
また、第１流動性材料は油性材料であり、第２流動性材料は親水性材料であり、場分布発生装置は基板の面上に形成された疎水性膜であって、その膜上に流動性材料が配置され、電界の印加により疎水性から親水性に変化する疎水性膜を有し、この疎水性膜に電場分布を発生させる装置とすることができる。電場の印加により疎水性膜は親水性となり、第２流動性材料が疎水性膜に引き寄せられる結果、第１流動性材料は排斥されて一箇所に集中する。したがって、結果的に、第１流動性材料は、電場の分布により斥力を受けて移動し、第２流動性材料は、第１流動性材料とは反対向きの力を受けるものと見做すことができる。この発明は、エレクトロウェッティングを用いて、誘電率、透磁率の平面分布や、容量の平面分布を発生させるものである。
The first fluid material can be a liquid metal, and the second fluid material can be a dielectric liquid.
The first fluid material is an oily material, the second fluid material is a hydrophilic material, and the field distribution generator is a hydrophobic film formed on the surface of the substrate, and flows on the film. The device has a hydrophobic film in which a conductive material is disposed and changes from hydrophobic to hydrophilic by application of an electric field, and an electric field distribution is generated in the hydrophobic film. As a result of the application of an electric field, the hydrophobic membrane becomes hydrophilic and the second fluid material is attracted to the hydrophobic membrane, so that the first fluid material is rejected and concentrated in one place. Therefore, as a result, the first fluid material is subjected to repulsion due to the electric field distribution, and the second fluid material is considered to receive a force in the opposite direction to the first fluid material. Can do. The present invention uses electrowetting to generate a planar distribution of dielectric constant and magnetic permeability and a planar distribution of capacitance.
また、第１流動性材料は電荷の帯電が可能な流動性材料であり、第２流動性材料は電荷を帯電しない流動性材料であって、場分布発生装置は電場分布を発生させる装置としても良い。
また、第１流動性材料は分極の大きな流動性材料であり、第２流動性材料は分極が第１流動性材料よりも小さな流動性材料であって、場分布発生装置は電場分布を発生させる装置としても良い。
また、第１流動性材料は正電荷を荷電した粒子を含む流動性材料であり、第２流動性材料は負電荷を荷電した粒子を含む流動性材料であって、場分布発生装置は電場分布を発生させる装置としても良い。
また、第１流動性材料と第２流動性材料とは、それらの誘電率が電磁波に対する影響に差を与える程度に異なっていることが望ましい。これにより、電磁波に対する各種の特性を変化させることができる。
また、第１流動性材料と第２流動性材料とは、それらの透磁率が電磁波に対する影響に差を与える程度に異なっていることが望ましい。この場合にも、電磁波に対する各種の特性を変化させることができる。
In addition, the first fluid material is a fluid material that can be charged with electric charge, the second fluid material is a fluid material that is not charged with electric charge, and the field distribution generator can be used as a device for generating an electric field distribution. good.
The first fluid material is a fluid material having a large polarization, the second fluid material is a fluid material having a polarization smaller than that of the first fluid material, and the field distribution generator generates an electric field distribution. It is good also as an apparatus.
The first fluid material is a fluid material containing particles charged with a positive charge, the second fluid material is a fluid material containing particles charged with a negative charge, and the field distribution generator has an electric field distribution. It is good also as an apparatus which generates.
Further, it is desirable that the first fluid material and the second fluid material are different to the extent that their dielectric constants have a difference in influence on electromagnetic waves. Thereby, various characteristics with respect to electromagnetic waves can be changed.
Further, it is desirable that the first fluid material and the second fluid material are different to the extent that their magnetic permeability has a difference in the influence on the electromagnetic wave. Also in this case, various characteristics with respect to electromagnetic waves can be changed.
電磁波の伝播や放射を制御するためには、空間において、所望の物性値（誘電率、透磁率、容量、インダクタンスなど）を変化させる必要があるが、本発明において、電場又は磁場に感応する第１流動性材料と、電場又は磁場の感応が低い第２流動性材料とを用いているので、電場分布と磁場分布を発生させることにより、第１流動性材料をその分布に沿わせて分布させることで、物性値の分布を容易に生成することができる。これにより、この物性値の分布に電磁波を作用させることにより、電磁波の各種の特性を制御することができる。また、物性値の分布は、電磁界解析による構造最適化手法を用いることで、予め求めることができる。 In order to control the propagation and radiation of electromagnetic waves, it is necessary to change desired physical property values (dielectric constant, magnetic permeability, capacitance, inductance, etc.) in the space. Since the first fluid material and the second fluid material having low electric field or magnetic field sensitivity are used, the first fluid material is distributed along the distribution by generating the electric field distribution and the magnetic field distribution. Thus, the distribution of physical property values can be easily generated. Thereby, various characteristics of electromagnetic waves can be controlled by applying electromagnetic waves to the distribution of the physical property values. In addition, the distribution of physical property values can be obtained in advance by using a structure optimization method based on electromagnetic field analysis.
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Specific examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the examples.
実施例１の電磁波制御装置１は、ミリ波（周波数７６ＧＨｚ）の伝播を制御する装置である。本電磁波制御装置１は、波源からのミリ波ビームをある焦点に収束させたり、ミリ波ビームを２つに分けたり、平面波として指向性を鋭角化させることができる装置である。 The electromagnetic wave control device 1 according to the first embodiment is a device that controls the propagation of millimeter waves (frequency: 76 GHz). The electromagnetic wave control device 1 is a device that can converge a millimeter wave beam from a wave source to a certain focal point, divide the millimeter wave beam into two, or sharpen directivity as a plane wave.
図１に示すように、実施例１の電磁波制御装置１は、基板２２の面上に第１流動性材料１０と第２流動性材料１１との混合から成る流動性材料１２が設けられている。また、２次元アレイ配列されたマイクロコイル２１を表面に有し、内部に、（ｘ，ｙ）アドレスを指定して、そのアドレスにより選択されたマイクロコイル２１に通電する駆動回路ＩＣを有した基台２０を有している。マイクロコイル２１の軸は基板２２の表面に垂直である。上記の流動性材料１２を配置した基板２２は、このマイクロコイル２１の２次元アレイを表面に有した基台２０上に載置されている。 As shown in FIG. 1, the electromagnetic wave control device 1 of Example 1 is provided with a fluid material 12 made of a mixture of a first fluid material 10 and a second fluid material 11 on the surface of a substrate 22. . A base having a microcoil 21 arranged in a two-dimensional array on the surface and a drive circuit IC for designating an (x, y) address therein and energizing the microcoil 21 selected by the address. A stand 20 is provided. The axis of the microcoil 21 is perpendicular to the surface of the substrate 22. The substrate 22 on which the fluid material 12 is placed is placed on a base 20 having a two-dimensional array of the microcoils 21 on the surface.
また、図２に示すように、流動性材料１２の上面を覆い、基板２２の上面との間において、流動性材料１２を流動可能に封止するパレリン膜から成る封止膜１３が形成されている。パリレン膜には、弾力性があるため、内部の流動性材料１２の配置がかわっても、全体の形状を保持することができる。 Further, as shown in FIG. 2, a sealing film 13 made of a parylene film that covers the upper surface of the fluid material 12 and seals the fluid material 12 so as to flow is formed between the upper surface of the substrate 22. Yes. Since the parylene film has elasticity, the entire shape can be maintained even if the arrangement of the fluid material 12 inside is changed.
第１流動性材料１０は、例えば、ＮｂＦｅＢ系の磁性ナノ粒子を分散させた親油性流体であり、第２流動性材料１１は、例えば、水などの親水性の流体である。第１流動性材料１０の誘電率は、第２流動性材料に比べて十分に高い。本実施例では第１流動性材料１０の比誘電率は２．２である。 The first fluid material 10 is, for example, a lipophilic fluid in which NbFeB-based magnetic nanoparticles are dispersed, and the second fluid material 11 is, for example, a hydrophilic fluid such as water. The dielectric constant of the first fluid material 10 is sufficiently higher than that of the second fluid material. In the present embodiment, the relative permittivity of the first fluid material 10 is 2.2.
次に、本実施例の電磁波制御装置１の作用について説明する。図１に示すように、外部からミリ波ビームＥＨを基板２２の側面２２ａからｘ軸方向に入射させて、他方の側面２２ｂから出射させて、電磁波を一つの焦点に収束させる場合、電磁波を２本のビームに分離する場合、電磁波を平面波として側面２２ｂから垂直前方に出射させる場合について説明する。 Next, the operation of the electromagnetic wave control device 1 of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, when a millimeter wave beam EH is incident in the x-axis direction from the side surface 22a of the substrate 22 and emitted from the other side surface 22b to converge the electromagnetic wave to one focus, as shown in FIG. In the case of separating into two beams, a case where electromagnetic waves are emitted as a plane wave from the side surface 22b vertically forward will be described.
マイクロコイル２１の２次元アレイの（ｘ，ｙ）アドレスを選択して、選択されたマイクロコイル２１に通電して、所定のパターンの磁場分布を生成する。すると、流動性材料１２のうち、磁性体である第１流動性材料１０はこの磁場に吸引されて、基板２２の表面上に生成された磁場分布にしたがって分布することになり、第２流動性材料１１は第１流動性材料１０が存在しない領域に排斥される。この結果、基板２２の表面上に形成された磁場分布に沿って、高透磁率μ且つ高誘電率εの第１流動性材料１０が分布し、低透磁率且つ低誘電率の第２流動性材料１１はその他の領域に分布することになる。 A (x, y) address of the two-dimensional array of microcoils 21 is selected, and the selected microcoil 21 is energized to generate a magnetic field distribution of a predetermined pattern. Then, among the fluid material 12, the first fluid material 10 which is a magnetic substance is attracted by this magnetic field and distributed according to the magnetic field distribution generated on the surface of the substrate 22, and the second fluidity material 12 is obtained. The material 11 is rejected in the area where the first flowable material 10 is not present. As a result, the first fluid material 10 having a high magnetic permeability μ and a high dielectric constant ε is distributed along the magnetic field distribution formed on the surface of the substrate 22, and the second fluidity having a low magnetic permeability and a low dielectric constant. The material 11 will be distributed in other areas.
所定の波源の位置から放射されたミリ波電磁波ＥＨを基板２２の側面２２ａからｘ軸方向に入射させた時に、他方の側面２２ｂからｘ軸方向に出射するミリ波ビームを焦点に収束させる場合について説明する。この状況が得られるように、予め電磁界解析により基板２２の面上の（μ，ε）分布を演算しておく。そして、その分布が得られるように、マイクロコイル２１の（ｘ，ｙ）アドレスを指定して、マイクロコイル２１に通電する。 When the millimeter wave electromagnetic wave EH radiated from the position of a predetermined wave source is incident in the x-axis direction from the side surface 22a of the substrate 22, the millimeter wave beam emitted in the x-axis direction from the other side surface 22b is converged to the focal point. explain. In order to obtain this situation, the (μ, ε) distribution on the surface of the substrate 22 is calculated in advance by electromagnetic field analysis. Then, the (x, y) address of the microcoil 21 is designated so that the distribution is obtained, and the microcoil 21 is energized.
図３に、基板２２の面上の第１流動性材料１０の分布を示す。基板２２の大きさは幅（ｙ軸）が３ｃｍ、電磁波の通過幅（ｘ軸）が０．９ｃｍである。黒色部分が第１流動性材料１０が存在している部分である。図４はビームの伝搬の様子を示している。波源Ａ１から出射されたミリ波ビームは、基板２２の側面２２ａから入射して、他方の側面２２ｂから屈折して出射し、焦点Ｂ１に収束していることが理解される。 FIG. 3 shows the distribution of the first fluid material 10 on the surface of the substrate 22. The substrate 22 has a width (y-axis) of 3 cm and an electromagnetic wave passage width (x-axis) of 0.9 cm. The black part is the part where the first fluid material 10 is present. FIG. 4 shows how the beam propagates. It is understood that the millimeter wave beam emitted from the wave source A1 is incident from the side surface 22a of the substrate 22, is refracted and emitted from the other side surface 22b, and converges to the focal point B1.
次に、所定の波源の位置から放射されたミリ波電磁波ＥＨを基板２２の側面２２ａからｘ軸方向に入射させた時に、他方の側面２２ｂからｘ軸方向に出射するミリ波ビームを２本のビームに分離する場合について説明する。この状況が得られるように、予め電磁界解析により基板２２の面上の（μ，ε）分布を演算しておく。そして、その分布が得られるように、マイクロコイル２１の（ｘ，ｙ）アドレスを指定して、マイクロコイル２１に通電する。図５．Ａに示すように、２本のミリ波ビームは２本に分離していることが理解される。 Next, when the millimeter wave electromagnetic wave EH radiated from the position of a predetermined wave source is incident in the x-axis direction from the side surface 22a of the substrate 22, two millimeter-wave beams are emitted from the other side surface 22b in the x-axis direction. A case of separation into beams will be described. In order to obtain this situation, the (μ, ε) distribution on the surface of the substrate 22 is calculated in advance by electromagnetic field analysis. Then, the (x, y) address of the microcoil 21 is designated so that the distribution is obtained, and the microcoil 21 is energized. FIG. As shown in A, it is understood that the two millimeter-wave beams are separated into two.
次に、所定の波源の位置から放射されたミリ波電磁波ＥＨを基板２２の側面２２ａからｘ軸方向に入射させた時に、他方の側面２２ｂからｘ軸方向に出射するミリ波ビームを平面波として側面２２ｂから垂直前方に出射させる場合について説明する。この状況が得られるように、予め電磁界解析により基板２２の面上の（μ，ε）分布を演算しておく。そして、その分布が得られるように、マイクロコイル２１の（ｘ，ｙ）アドレスを指定して、マイクロコイル２１に通電する。図５．Ｂに示すように、他方の側面２２ｂからその側面２２ｂに垂直な方向に平面ミリ波ビームが得られていることが理解される。 Next, when the millimeter wave electromagnetic wave EH radiated from the position of a predetermined wave source is incident in the x-axis direction from the side surface 22a of the substrate 22, the millimeter wave beam emitted in the x-axis direction from the other side surface 22b is a plane wave as a plane wave. A case of emitting light vertically from 22b will be described. In order to obtain this situation, the (μ, ε) distribution on the surface of the substrate 22 is calculated in advance by electromagnetic field analysis. Then, the (x, y) address of the microcoil 21 is designated so that the distribution is obtained, and the microcoil 21 is energized. FIG. As shown in B, it is understood that a planar millimeter wave beam is obtained from the other side surface 22b in a direction perpendicular to the side surface 22b.
なお、上記実施例において、磁性粉末には、マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）、マンガンフェライト（ＭｎＦｅ2 Ｏ4 ）、ＢａＦｅＯ3 などの磁性酸化物、ＳｍＣｏ5 、ＳｍＣｏ17、Ｎｄ2 Ｆｅ14Ｂなどの異方性希土類磁性材料、その他のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂに他の希土類元素や、その他の添加元素を含んでいる材料を用いることができる。さらに、磁性粉末には、Ｎｄ以外の希土類元素を含んだ材料、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料、ＳｍＣｏ系材料、又は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料とこれらの混合物質を用いることができる。 In the above embodiment, the magnetic powder includes magnetite (Fe 3 O 4 ), manganese ferrite (MnFe 2 O 4 ), magnetic oxides such as BaFeO 3 , SmCo 5 , SmCo 17 , Nd 2 Fe 14 B and the like. An anisotropic rare earth magnetic material, other Nd—Fe—B-based materials, and materials containing other rare earth elements and other additive elements in Nd—Fe—B can be used. Further, the magnetic powder may be made of a material containing a rare earth element other than Nd, for example, an Sm—Fe—N material, an SmCo material, or an Nd—Fe—B material and a mixed material thereof. .
第１流動性材料１０に用いる親油性流動体には、各種のオイル、炭化水素（例えば、イソパラフィン、アルキルナフタレン）などやフッ素系オイル（パーフルオロポリエタノール）などの液体を用いることができる。
また、第２流動性材料１１には、水、空気、イオン性液体（例えば、イミダゾール誘導体、ブチルメチルイミダゾール誘導体、ピリジニウム誘導体、脂肪族系誘導体、ホスホネート誘導体などのイオン性液体）を用いることができる。イオン性液体は、水やオイルに溶けないので、第２流動性材料として適している。
As the lipophilic fluid used for the first fluid material 10, liquids such as various oils, hydrocarbons (for example, isoparaffin, alkylnaphthalene) and fluorine oil (perfluoropolyethanol) can be used.
The second fluid material 11 may be water, air, or an ionic liquid (for example, an ionic liquid such as an imidazole derivative, a butylmethylimidazole derivative, a pyridinium derivative, an aliphatic derivative, or a phosphonate derivative). . Since the ionic liquid does not dissolve in water or oil, it is suitable as the second fluid material.
また、第１流動性材料１０に荷電粒子を含む流動性材料、第２流動性材料１１には荷電粒子を含まない流動性材料を用いても良い。この場合には、マイクロコイル２１に換えて、電場分布を基板２２の上面に形成させるための電極の２次元アレイを用いれば良い。電場分布にしたがって、第１流動性材料１０が移動するので、上記のように（μ，ε）分布を基板２２の上面に形成することができる。 In addition, a fluid material containing charged particles may be used for the first fluid material 10, and a fluid material containing no charged particles may be used for the second fluid material 11. In this case, instead of the microcoil 21, a two-dimensional array of electrodes for forming an electric field distribution on the upper surface of the substrate 22 may be used. Since the first fluid material 10 moves according to the electric field distribution, the (μ, ε) distribution can be formed on the upper surface of the substrate 22 as described above.
また、第１流動性材料１０は、帯電可能な粒子を含む材料、第２流動性材料１１には帯電しない流動性材料を用いても良い。この場合には、初期条件として、電極の２次元アレイの全てに一定の電圧を印加して、第１流動性材料１０に含む帯電可能粒子に帯電させた後に、基板２２の上面に所定の電場分布を形成すれば良い。 The first fluid material 10 may be a material containing chargeable particles, and the second fluid material 11 may be a fluid material that is not charged. In this case, as an initial condition, a predetermined voltage is applied to all of the two-dimensional array of electrodes to charge the chargeable particles included in the first fluid material 10, and then a predetermined electric field is applied to the upper surface of the substrate 22. A distribution may be formed.
また、第１流動性材料１０に正電荷を帯電させた流動性材料、第２流動性材料１１には負電荷を帯電させた粒子を含む流動性材料を用いても良い。この場合には、電場分布を基板２２の上面に形成させるための電極の２次元アレイを用いて、正電位と負電位との分布を形成すれば良い。負電位の領域には第１流動性材料が吸引され、正電位の領域には第２流動性材料が吸引されることになる。そして、第１流動性材料と第２流動性材料とで、透磁率と誘電率を異ならせれば、上記のように（μ，ε）分布を基板２２の上面に形成することができる。 Further, a fluid material obtained by charging the first fluid material 10 with a positive charge, and a fluid material containing particles charged with a negative charge may be used for the second fluid material 11. In this case, the distribution of the positive potential and the negative potential may be formed using a two-dimensional array of electrodes for forming the electric field distribution on the upper surface of the substrate 22. The first fluid material is sucked into the negative potential region, and the second fluid material is sucked into the positive potential region. If the magnetic permeability and the dielectric constant are different between the first fluid material and the second fluid material, the (μ, ε) distribution can be formed on the upper surface of the substrate 22 as described above.
上記において、荷電粒子の材料、帯電可能な粒子の材料としては、樹脂の例としては、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、アクリルフッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられ、２種以上混合することができる。特に、粉砕および球状化を行う観点から、スチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂、アクリルフッ素樹脂、ポリスチレン樹脂が望ましい。また、必要に応じて、荷電制御剤、着色剤、無機添加剤等を混合させることができる。 In the above, as the charged particle material and chargeable particle material, examples of the resin include urethane resin, urea resin, acrylic resin, polyester resin, acrylic urethane resin, acrylic urethane silicone resin, acrylic urethane fluororesin, acrylic resin Fluorine resin, silicone resin, acrylic silicone resin, epoxy resin, polystyrene resin, styrene acrylic resin, polyolefin resin, butyral resin, vinylidene chloride resin, melamine resin, phenol resin, fluorine resin, polycarbonate resin, polysulfone resin, polyether resin, A polyamide resin etc. are mentioned and 2 or more types can be mixed. In particular, styrene acrylic resin, acrylic resin, acrylic fluororesin, and polystyrene resin are desirable from the viewpoint of pulverization and spheronization. Moreover, a charge control agent, a coloring agent, an inorganic additive, etc. can be mixed as needed.
正帯電性の荷電制御剤としては、ポリアミン樹脂、３級アミノ基含有共重合体、及び４級アンモニウム塩基含有共重合体等の荷電制御樹脂、イミダゾール化合物、ニグロシン染料、４級アンモニウム塩、並びにトリアミノトリフェニルメタン化合物等を用いることができる。負帯電性の荷電制御剤としては、スルホン酸基含有共重合体、スルホン酸塩基含有共重合体、カルボン酸基含有共重合体、及びカルボン酸塩基含有共重合体等の荷電制御樹脂、並びにＣｒ、Ｃｏ、Ａｌ、及びＦｅ等の元素記号で表される金属を含有するアゾ染料、サリチル酸金属化合物、並びにアルキルサルチル酸金属酸化物等がある。荷電制御剤の中でも、荷電制御樹脂を用いることが好ましい。 Examples of the positively chargeable charge control agent include charge control resins such as polyamine resins, tertiary amino group-containing copolymers, and quaternary ammonium base-containing copolymers, imidazole compounds, nigrosine dyes, quaternary ammonium salts, and triglycerides. An aminotriphenylmethane compound or the like can be used. Examples of negatively chargeable charge control agents include sulfonic acid group-containing copolymers, sulfonate group-containing copolymers, carboxylic acid group-containing copolymers, and charge control resins such as carboxylic acid group-containing copolymers, and Cr. Azo dyes containing metals represented by element symbols such as Co, Al, and Fe, salicylic acid metal compounds, and alkyl salicylic acid metal oxides. Among charge control agents, it is preferable to use a charge control resin.
荷電粒子は、これらの材料を予め帯電させることにより実現される。また、帯電可能な粒子には、初期条件として、電極の２次元アレイの全てに一定の正、又は、負の電圧を印加することで、第１流動性材料を帯電させ、又は、正の電圧と負の電圧を印加して第１流動性材料、第２流動性材料を帯電させる。
帯電しない流動性材料としては、金属微粒子、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 、などの導電性酸化物、表面を導電性処理した樹脂材料を用いることができる。
Charged particles are realized by precharging these materials. In addition, the first fluid material is charged to the chargeable particles by applying a constant positive or negative voltage to all of the two-dimensional array of electrodes as an initial condition, or a positive voltage is applied. A negative voltage is applied to charge the first fluid material and the second fluid material.
As the flowable material that is not charged, metal fine particles, conductive oxides such as In 2 O 3 and SnO 2 , and resin materials whose surfaces are conductively processed can be used.
また、第１流動性材料１０に分極粒子を含む流動性材料、第２流動性材料１１に無分極分子から成る流動性材料を用いても良い。この場合にも基板２２の面上の電場分布にしたがって、第１流動性材料１０は分布することになる。
分極粒子としては、外部から電界を与えなくとも自発的な分極を有している焦電体や強誘電体材料が適している。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）、ビスマス鉄酸化物（ＢｉＦｅＯ3 ）、ＰＶＤＦ（ボリフッ化ビニリデン）などを用いることができる。
無分極粒子としては、帯電しない材料である金属微粒子、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 などの導電性酸化物、表面を導電性処理した樹脂材料を用いることができる。
Alternatively, the first fluid material 10 may be a fluid material containing polarized particles, and the second fluid material 11 may be a fluid material made of non-polarized molecules. Also in this case, the first fluid material 10 is distributed according to the electric field distribution on the surface of the substrate 22.
As the polarized particles, pyroelectric materials and ferroelectric materials having spontaneous polarization without applying an electric field from the outside are suitable. For example, lead zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), barium titanate (BaTiO 3 ), bismuth iron oxide (BiFeO 3 ), PVDF (vinylidene fluoride) and the like can be used. .
As the non-polarized particles, metal fine particles, which are materials that are not charged, conductive oxides such as In 2 O 3 and SnO 2, and resin materials whose surfaces are conductively processed can be used.
本実施例２は、電磁波制御装置は放射アンテナである。第１流動性材料１０には液体金属を用いた。
室温で液体の金属としては、ガリウム、インジウム、スズの合金であるガリンスタンと呼ばれる液体金属（融点−１９℃）を用いることができる。使用する温度によって、組成を変化させて最適な融点を調整することが可能である。また、封止された状態で用いる場合には、水銀（融点−３９℃）を用いることも可能である。使用温度が高い場合には、ウッドメタル（融点７０℃）やローズ合金（融点１００℃）をどの合金を用いることもできる。
基板２２の面上に、実施例１と同様に所望の磁場分布を形成する。本実施例では、基板２２の面上に形成される平面金属体の形状を変化させている。そして、この平面金属体をパッチアンテナとして用いて、この平面金属体に高周波を供給して、平面金属体を放射アンテナとしたものである。
In the second embodiment, the electromagnetic wave control device is a radiation antenna. A liquid metal was used for the first fluid material 10.
As the metal that is liquid at room temperature, a liquid metal called galinstan (melting point: −19 ° C.) that is an alloy of gallium, indium, and tin can be used. It is possible to adjust the optimum melting point by changing the composition depending on the temperature used. Further, when used in a sealed state, mercury (melting point −39 ° C.) can also be used. When the operating temperature is high, any alloy of wood metal (melting point 70 ° C.) or rose alloy (melting point 100 ° C.) can be used.
A desired magnetic field distribution is formed on the surface of the substrate 22 as in the first embodiment. In the present embodiment, the shape of the planar metal body formed on the surface of the substrate 22 is changed. The planar metal body is used as a patch antenna, a high frequency is supplied to the planar metal body, and the planar metal body is a radiation antenna.
図６には、基板２２の面上に形成される平面金属体が正方形の場合を示している。この場合には、正面に指向性を有する放射特性が得られている。また、図７に示すように、基板２２の面上の磁場分布を変化させて第１流動性材料１０の分布を制御して、平面金属体の形状を図示するように、順次変化させた。図７の（ａ）の形状の場合には、正面に指向性が強く、その放射電磁波の周波数は４．５ＧＨｚであり、（ｂ）の形状の場合には、３０度に指向性が強く、その放射電磁波の周波数は４．５ＧＨｚであり、（ｃ）の長方形の形状の場合には、正面に指向性が強く、その放射電磁波の周波数は６．０ＧＨｚであることが理解される。このアンテナの反射損失の周波数特性を図８に示す。 FIG. 6 shows a case where the planar metal body formed on the surface of the substrate 22 is square. In this case, radiation characteristics having directivity on the front surface are obtained. Further, as shown in FIG. 7, the distribution of the first fluid material 10 is controlled by changing the magnetic field distribution on the surface of the substrate 22, and the shape of the planar metal body is sequentially changed as illustrated. In the case of the shape of (a) in FIG. 7, the directivity is strong on the front surface, and the frequency of the radiated electromagnetic wave is 4.5 GHz. In the case of the shape of (b), the directivity is strong at 30 degrees, The frequency of the radiated electromagnetic wave is 4.5 GHz, and in the case of the rectangular shape of (c), it is understood that the directivity is strong in the front, and the frequency of the radiated electromagnetic wave is 6.0 GHz. FIG. 8 shows the frequency characteristics of the reflection loss of this antenna.
このように、数ＧＨｚの電磁波の放射を、パッチアンテナを構成する第１流動性材料の形状を変えることで制御することができる。十分に形状変化の応答速度が速いと、複数の性能を合わせ持つアンテナが構成できることになる。第１流動性材料の構造変化が十分早くなると（例えば１０ｋＨｚ以上）、指向性をこの応答速度で変化させることができるので、空間的に違った方向に、違った情報を送れる可能性がでてきる。応答速度は、デバイスの応用先を広げる重要な要素となる。 Thus, the radiation of electromagnetic waves of several GHz can be controlled by changing the shape of the first fluid material constituting the patch antenna. If the response speed of the shape change is sufficiently high, an antenna having a plurality of performances can be configured. When the structural change of the first flowable material becomes sufficiently fast (for example, 10 kHz or more), the directivity can be changed at this response speed, so that it is possible to send different information in different spatial directions. The Response speed is an important factor that broadens the application of devices.
本実施例３の電磁波制御装置は、エレクトロウェッティング技術を用いた電磁波制御装置である。全体の構成は図９に示すように構成されている。基台３０の上に誘電体層３４が形成されており、その誘電体層３４の上に、電磁波の入射方向であるｘ軸方向に伸びた短冊状の列電極３３がｙ軸方向に周期的に形成されている。また、装置の上面に形成された封止層３８の上面には、ｙ軸方向に伸びた短冊状の行電極３１がｘ軸方向に周期的に形成されている。列電極３３と行電極３１とは、相互に直交する方向に配列されている。列電極３３のｙアドレスと、行電極３１のｘアドレスを選択することで、選択された両電極間にのみ電圧を印加することができる。 The electromagnetic wave control device according to the third embodiment is an electromagnetic wave control device using an electrowetting technique. The entire configuration is configured as shown in FIG. A dielectric layer 34 is formed on the base 30, and strip-like column electrodes 33 extending in the x-axis direction, which is the incident direction of electromagnetic waves, are periodically formed on the dielectric layer 34 in the y-axis direction. Is formed. In addition, strip-shaped row electrodes 31 extending in the y-axis direction are periodically formed in the x-axis direction on the upper surface of the sealing layer 38 formed on the upper surface of the device. The column electrode 33 and the row electrode 31 are arranged in directions orthogonal to each other. By selecting the y address of the column electrode 33 and the x address of the row electrode 31, it is possible to apply a voltage only between both selected electrodes.
列電極３３の上面と、隣接する列電極３３の間の誘電体層３４の上面上には、疎水性誘電体膜３５が形成されており、その疎水性誘電体膜３５の上には、第１流動性材料１０と第２流動性材料１１からなる流動性材料が配設されている。第１流動性材料１０と第２流動性材料１１を封止するための封止膜３８が基台３０の上方を覆っている。第１流動性材料１０には油性の高誘電率の液体、第２流動性材料１１には水を用いた。基台３０、誘電体層３４、列電極３３、疎水性誘電体膜３５が、基板に相当し、疎水性誘電体膜３５が基板の上面に相当する。 A hydrophobic dielectric film 35 is formed on the upper surface of the column electrode 33 and the upper surface of the dielectric layer 34 between the adjacent column electrodes 33, and on the hydrophobic dielectric film 35, A fluid material composed of a first fluid material 10 and a second fluid material 11 is disposed. A sealing film 38 for sealing the first fluid material 10 and the second fluid material 11 covers the base 30. The first fluid material 10 was an oily high dielectric constant liquid, and the second fluid material 11 was water. The base 30, the dielectric layer 34, the column electrode 33, and the hydrophobic dielectric film 35 correspond to the substrate, and the hydrophobic dielectric film 35 corresponds to the upper surface of the substrate.
次、本電磁波制御装置の作用について説明する。ｘアドレスとｙアドレスを選択して、所定の行電極３１と列電極２２に電圧を印加する。すると、疎水性膜３５のうち電圧が印加された領域は、親水性に変化させることかできる。この結果、この親水性に変化した領域には第２流動性材料１１の水が集められ、油性の第１流動性材料１０は、電圧が印加されていない領域に排斥される。これにより、基板の面上に（μ，ε）の平面分布を形成することができる。図１０の（ｂ）に示すように、電圧が印加されていない領域に、第１流動性材料１０が盛り上がり、厚くなる。この結果、この領域の静電容量を大きくすることができる。このような（μ，ε）や静電容量の分布により、入射する電磁波を屈折させたり、反射させたり、放射する電磁波の方向を制御することができる。 Next, the operation of the electromagnetic wave control device will be described. The x address and the y address are selected, and a voltage is applied to a predetermined row electrode 31 and column electrode 22. Then, the region where the voltage is applied in the hydrophobic film 35 can be changed to hydrophilic. As a result, the water of the second fluid material 11 is collected in the region changed to hydrophilicity, and the oily first fluid material 10 is discharged to the region where no voltage is applied. Thereby, a planar distribution of (μ, ε) can be formed on the surface of the substrate. As shown in FIG. 10B, the first fluid material 10 rises and becomes thicker in a region where no voltage is applied. As a result, the capacitance in this region can be increased. By such (μ, ε) and electrostatic capacity distribution, it is possible to refract, reflect, and control the direction of the electromagnetic wave to be incident.
次に実施例４の電磁波制御装置について説明する。基板４０の上にＩＴＯから成る透明導電膜である、ｙ軸方向に伸びた短冊状の行電極４３がｘ軸方向に周期的に形成されている。行電極４３の上面には、各ピクセル毎に、リング形状の疎水性膜４２がｙ軸方向に周期的に形成されている。また、装置の上面に形成されたパリレン膜から成る封止層４１の上面には、ｘ軸方向に伸びた短冊状の金薄膜から成る列電極４４がｙ軸方向に周期的に形成されている。封止層４１と行電極４３との間に、第１流動性材料１０と第２流動性材料１１とが混合された流動性材料が封止されている。１つのピクセルでは、流動性材料は半球状に盛り上がり、封止膜４１と列電極４４とは半球面状となっている。装置全体では、この半球面状の列電極４４と封止膜４１とがｘ軸方向に連続していることになる。 Next, the electromagnetic wave control device of Example 4 will be described. Strip-shaped row electrodes 43 extending in the y-axis direction, which are transparent conductive films made of ITO, are periodically formed on the substrate 40 in the x-axis direction. On the upper surface of the row electrode 43, a ring-shaped hydrophobic film 42 is periodically formed in the y-axis direction for each pixel. A column electrode 44 made of a strip-shaped gold thin film extending in the x-axis direction is periodically formed in the y-axis direction on the upper surface of the sealing layer 41 made of a parylene film formed on the upper surface of the device. . A fluid material in which the first fluid material 10 and the second fluid material 11 are mixed is sealed between the sealing layer 41 and the row electrode 43. In one pixel, the fluid material rises in a hemispherical shape, and the sealing film 41 and the column electrode 44 have a hemispherical shape. In the entire apparatus, the hemispherical column electrode 44 and the sealing film 41 are continuous in the x-axis direction.
次に、本電磁波制御装置の作用について説明する。列電極４４のｙアドレスと、行電極４３のｘアドレスを選択することで、選択された両電極間にのみ電圧を印加することができる。選択されずに両電極間に電圧が印加されていないセルでは、図１２の（ｂ）に示すように、第１流動性材料１０と第２流動性材料１１とが混合された状態であるので、セルの高さは初期値になっている。一方、選択された列電極４４と行電極４３との間に存在する疎水性膜４２に電界が印加されて、疎水性膜４２は帯電されるので、親水性に変化する。この結果、この変化した膜の近くに第２流動性材料１１が他の電圧が印加されていないセルから引き寄せされるので、第１流動性材料１０を半球の中心軸方向に排斥する。この結果、セルの中心部では、第１流動性材料１０が盛り上がることになり、列電極４１の曲率半径が大きくなる。この列電極４１に電磁波を導波路４５を介して供給することで、放射する電磁波の指向性を制御することができる。 Next, the operation of the electromagnetic wave control device will be described. By selecting the y address of the column electrode 44 and the x address of the row electrode 43, a voltage can be applied only between both selected electrodes. In a cell in which no voltage is applied between the electrodes without being selected, as shown in FIG. 12B, the first fluid material 10 and the second fluid material 11 are mixed. The cell height is the initial value. On the other hand, an electric field is applied to the hydrophobic film 42 existing between the selected column electrode 44 and the row electrode 43, and the hydrophobic film 42 is charged, so that it changes to hydrophilic. As a result, the second fluid material 11 is attracted from the cell to which no other voltage is applied in the vicinity of the changed film, so that the first fluid material 10 is displaced in the central axis direction of the hemisphere. As a result, the first fluid material 10 swells in the center of the cell, and the radius of curvature of the column electrode 41 increases. By supplying electromagnetic waves to the column electrode 41 via the waveguide 45, the directivity of the radiated electromagnetic waves can be controlled.
前記全実施例では、電磁波の透過波の屈折角や放射角を制御するものであったが、基板の側面や面から電磁波を入射して電磁波の透過波の屈折角、放射角、反射角を制御するものであっても良い。また、同様に、透磁率や誘電率をの分布を制御することにより、透過、反射する電磁波の大きさを制御することも可能である。場分布発生装置は磁場や電場を発生する装置であり、上記実施例ではマイクロコイル２１及びマイクロコイルに選択的に通電する回路、また、行電極３１、４３、列電極３３、４４や行電極、列電極を選択して電圧を印加する回路から構成されている。 In all the embodiments, the refraction angle and the emission angle of the transmitted wave of electromagnetic waves are controlled. However, the refraction angle, the emission angle, and the reflection angle of the transmitted wave of electromagnetic waves are adjusted by entering the electromagnetic wave from the side surface or the surface of the substrate. It may be controlled. Similarly, by controlling the distribution of magnetic permeability and dielectric constant, it is possible to control the magnitude of electromagnetic waves that are transmitted and reflected. The field distribution generator is a device that generates a magnetic field or an electric field. In the above embodiment, the microcoil 21 and a circuit that selectively energizes the microcoil, the row electrodes 31, 43, the column electrodes 33, 44, the row electrodes, It consists of a circuit that selects a column electrode and applies a voltage.
本発明は、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射の方向や大きさを制御する装置に用いることができる。 The present invention can be used in an apparatus for controlling the direction and size of electromagnetic wave transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence.
１…電磁波制御装置
１０…第１流動性材料
１１…第２流動性材料
２０，３０，４０…基台
２２…基板
２１…マイクロコイル
１３，３８，４１…封止膜
２２ａ、２２ｂ…側面
３１，４３…行電極
３３，４４…列電極
３４…誘電体層
３５，４２…疎水性膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electromagnetic wave control apparatus 10 ... 1st fluid material 11 ... 2nd fluid material 20, 30, 40 ... Base 22 ... Substrate 21 ... Microcoil 13,38,41 ... Sealing film 22a, 22b ... Side surface 31, 43 ... Row electrodes 33, 44 ... Column electrodes 34 ... Dielectric layers 35, 42 ... Hydrophobic films
Claims (9)
基板の主面上に設けられ、磁場により吸引力又は斥力を受け、前記基板の前記主面上において流動可能な第１流動性材料と、磁場により吸引力も斥力も受けないか、又は、磁場により前記第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、前記基板の前記主面上において流動可能であって、前記第１流動性材料と透磁率及び誘電率の異なる第２流動性材料とから成る流動性材料と、
前記流動性材料を流動可能に前記基板の前記主面上に封止する封止部材と、
前記基板の主面上における直交座標（ｘ，ｙ）毎に制御される２次元磁場分布を可変発生させる２次元アレイ素子を有した場分布発生装置と、
を有し、
前記基板の側面を前記電磁波の入射面とし、
前記場分布発生装置により任意の前記２次元磁場分布を前記基板の前記主面上に発生させて、その発生された２次元磁場分布に沿って前記第１流動性材料を移動させることにより、前記基板の前記主面上に前記直交座標（ｘ，ｙ）毎に決定される２次元（透磁率，誘電率）分布を発生させ、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御する
ことを特徴とする電磁波制御装置。 In an electromagnetic wave control device that controls transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence of electromagnetic waves,
Provided on the main surface of the substrate, undergo a more attractive force or repulsive force to the magnetic field, a first flowable material flowable in said upper main surface of the substrate, or not even receive repulsive force even more attraction to the magnetic field, or, receive a force in the opposite direction to the force acting on more the first flowable material to a magnetic field, a flowable on the main surface of the substrate, different first flowable material and the permeability and permittivity A flowable material comprising a second flowable material;
A sealing member that seals the flowable material on the main surface of the substrate in a flowable manner;
A field distribution generator having a two-dimensional array element that variably generates a two-dimensional magnetic field distribution controlled for each orthogonal coordinate (x, y) on the principal surface of the substrate;
Have
The side surface of the substrate is the incident surface of the electromagnetic wave,
By generating any of the two-dimensional magnetic field distribution on the primary surface of the substrate by the field distribution generator, by moving the first flowable material along its generated two-dimensional magnetic field distribution, the A two-dimensional (permeability, permittivity) distribution determined for each orthogonal coordinate (x, y) is generated on the main surface of the substrate to control transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence of electromagnetic waves. An electromagnetic wave control device characterized by that.
基板の主面上に設けられ、磁場又は電場により吸引力又は斥力を受け、前記基板の前記主面上において流動可能な液体金属から成る第１流動性材料と、磁場又は電場により吸引力も斥力も受けないか、又は、磁場又は電場により前記第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、前記基板の前記主面上において流動可能であって、前記第１流動性材料と透磁率及び誘電率の異なる第２流動性材料とから成る流動性材料と、
前記流動性材料を流動可能に前記基板の前記主面上に封止する封止部材と、
前記基板の主面上における直交座標（ｘ，ｙ）毎に制御される２次元磁場分布又は２次元電場分布を可変発生させる２次元アレイ素子を有した場分布発生装置と、
を有し、
前記場分布発生装置により任意の前記２次元磁場分布又は前記２次元電場分布を前記基板の前記主面上に発生させて、その発生された２次元磁場分布又は２次元電場分布に沿って前記第１流動性材料を移動させることにより、前記直交座標（ｘ，ｙ）毎に前記第１流動性材料の位置が制御されて平面形状の制御が可能な平面金属体を前記基板の前記主面上に形成可能とし、
前記平面金属体をパッチアンテナとし、指向性を制御可能とした
ことを特徴とする電磁波制御装置。 In an electromagnetic wave control device that controls transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence of electromagnetic waves,
A first fluid material made of a liquid metal that is provided on the main surface of the substrate and receives a suction force or a repulsive force by a magnetic field or an electric field and can flow on the main surface of the substrate; and a suction force or a repulsive force by the magnetic field or the electric field The first flowable material is flowable on the main surface of the substrate that is not subjected to the force or receives a force opposite to a force acting on the first flowable material by a magnetic field or an electric field ; A flowable material comprising a second flowable material having different permeability and dielectric constant ;
A sealing member that seals the flowable material on the main surface of the substrate in a flowable manner;
A field distribution generator having a two-dimensional array element that variably generates a two-dimensional magnetic field distribution or a two-dimensional electric field distribution controlled for each orthogonal coordinate (x, y) on the principal surface of the substrate;
Have
An arbitrary two-dimensional magnetic field distribution or the two-dimensional electric field distribution is generated on the main surface of the substrate by the field distribution generator, and the second two-dimensional magnetic field distribution or the two-dimensional electric field distribution is generated along the generated two-dimensional magnetic field distribution or two-dimensional electric field distribution. By moving one fluid material, a planar metal body capable of controlling the planar shape by controlling the position of the first fluid material for each orthogonal coordinate (x, y) is formed on the main surface of the substrate. Can be formed,
An electromagnetic wave control device characterized in that the planar metal body is a patch antenna and directivity can be controlled.
基板の主面上に設けられ、電場により吸引力又は斥力を受け、前記基板の前記主面上において流動可能な第１流動性材料と、電場により吸引力も斥力も受けないか、又は、電場により前記第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、前記基板の前記主面上において流動可能な第２流動性材料とから成る流動性材料と、
前記流動性材料を流動可能に前記基板の前記主面上に封止する封止部材と、
前記基板の主面上における直交座標（ｘ，ｙ）で制御される２次元電場分布を可変発生させる、ｘ軸方向に伸びた列電極とその列電極に前記流動性材料を介在して対面したｙ軸方向に伸びた行電極とから成る２次元アレイ素子を有した場分布発生装置と、
を有し、
前記電磁波はミリ波であり、
前記基板の側面を前記電磁波の入射面とし、
該入射面に対向する側面を前記電磁波の出射面とし、
前記場分布発生装置により任意の前記２次元電場分布を前記基板の前記主面上に発生させて、その発生された２次元電場分布に沿って前記第１流動性材料を移動させることにより、前記基板の前記主面上に前記直交座標（ｘ，ｙ）毎に決定される２次元（透磁率，誘電率）分布を発生させ、前記出射面から放射される電磁波ビームの焦点位置を制御し、電磁波ビームを分離し、又は、波源からの放射波を平面波に変換する
ことを特徴とする電磁波制御装置。 In an electromagnetic wave control device that controls transmission, refraction, reflection, radiation, or incidence of electromagnetic waves,
Provided on the main surface of the substrate, subjected to suction force or repulsive force by an electric field, a first flowable material flowable on the main surface of the substrate, or not even receive repulsive force even more attraction to an electric field, or electric field and more above the force acting on the first flowable material receives a force in the opposite direction, flowable material and a second flowable material flowable on the main surface of the substrate, the
A sealing member that seals the flowable material on the main surface of the substrate in a flowable manner;
A two-dimensional electric field distribution controlled by orthogonal coordinates (x, y) on the principal surface of the substrate is variably generated , and a column electrode extending in the x-axis direction and the column electrode face each other with the fluid material interposed therebetween. a field distribution generator having a two-dimensional array element composed of row electrodes extending in the y-axis direction ;
Have
The electromagnetic wave is a millimeter wave,
The side surface of the substrate is the incident surface of the electromagnetic wave,
The side surface facing the incident surface is the emission surface of the electromagnetic wave,
By generating any of the two-dimensional electric field distribution on the primary surface of the substrate by the field distribution generator, by moving the first flowable material along its generated two-dimensional electric field distribution, the Generating a two-dimensional (permeability, permittivity) distribution determined for each of the orthogonal coordinates (x, y) on the principal surface of the substrate, and controlling a focal position of an electromagnetic wave beam emitted from the emission surface; An electromagnetic wave control device characterized by separating an electromagnetic wave beam or converting a radiation wave from a wave source into a plane wave .
２次元アレイ素子は、軸を主面に垂直にしてその基台に配設された２次元アレイコイルであるThe two-dimensional array element is a two-dimensional array coil disposed on the base with the axis perpendicular to the main surface.
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁波制御装置。The electromagnetic wave control device according to claim 1 or 2, characterized by the above.
ことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項４に記載の電磁波制御装置。 The first flowable material is a fluid material or a magnetic fluid material is dispersed magnetic powder, according to claim 1 wherein the second flowable material which is a non-magnetic fluid material, according to claim 2, or claim Item 5. The electromagnetic wave control device according to Item 4 .
ことを特徴とする請求項３に記載の電磁波制御装置。 4. The electromagnetic wave control device according to claim 3 , wherein the first fluid material is a fluid material capable of charging an electric charge, and the second fluid material is a fluid material which is not charged with an electric charge.
ことを特徴とする請求項３に記載の電磁波制御装置。 The first flowable material is a large flowable material polarization, according to claim 3 wherein the second flowable material, characterized in that the polarization is small flowable material than the first flowable material Electromagnetic wave control device.
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