JP7495144B2 - 選択可能にアクティブ電磁エネルギーフィルタリング層を実装するオブジェクトを製造するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、2015年4月14日に出願されたClark D. BOYD他による「Photovoltaic Cell and/or Photocell With Light Scattering Layer」と称された米国仮特許出願第62/147,573号明細書、2016年1月26日に出願されたClark D. BOYD他による「Systems and Methods for Implementing
Selective Electromagnetic Energy Filtering Objects and Coatings Using Selectably Transmissive Energy Scattering Layers」と称された米国特許出願第15006148号明細書、及び、2016年1月26日に出願されたClark D. BOYD他による「Systems and Methods for Producing Objects Incorporating Selectably Active Electromagnetic Energy Filtering Layers and Coatings」と称された米国特許出願第15006150号明細書の優先権を主張するものであり、これらの開示は、本明細書では、全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
and Passing Selected Wavelengths of Electromagnetic Energy」と称された米国特許出願第15006143号明細書、及び、2016年1月26日に出願された「Systems and Methods for Producing Objects Incorporating
Selective Electromagnetic Energy Scattering Layers, Laminates and Coatings」と称された米国特許出願第15006145号明細書に関するものであり、これらの開示は、本明細書では、全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
本開示は、エネルギー/光入射側から見た場合に層、つまりシャッター要素の呈示が衝突するエネルギーに対して実質的に透明(または透過)に見える第1モードと、エネルギー/光入射側から見た場合に層、つまりシャッター要素の呈示が衝突するエネルギーに対して不透明に見える第2モードとの間で、能動的に電気的に切り替え可能なエネルギー/光 案内または散乱層を有する、電気的に作動するフィルタ層及びシャッター要素を形成するシステム及び方法であって、エネルギー/光透過層内に対して、または、このような電気的に作動する層及び/またはシャッター要素で構成されている、または実装している、オブジェクト、オブジェクト部分、壁板、レンズ、フィルタ、スクリーン等に対して、エネルギー/光を、案内/散乱する技術を独自の方法で実施することによって、電気的に作動するフィルタ層及びシャッター要素を形成するシステム及び方法に関する。
層、物質、スクリーン、構造、または構造要素を通過する、可視光または近可視光の無線周波数(radiofrequency:RF)スペクトルの光を含む電磁エネルギーの透過を選択可能に行えること、または促進できることは、数多くの実際の使用事例や使
用用途において相当な利益をもたらす。
lによる米国特許第5,518,798号(1996年5月21日発行)において見られ、さらには、ヘッドウェアの物品であって、観測されるときに実質的に不透明であるように見えるが、例えば、装着者のビタミンD不足を低減しようとして太陽光を透過する、ヘッドウェアの物品を対象とする、Lanham-Newによる英国特許出願公開第2 461 488号(2011年5月8日公開)において見られる。
わられたのに、テレビや他の家庭内エンターテイメント表示部品はキャビネット内に「隠されて」いたり、時にはくすんだ灰色のガラス製ファサードの背後にカムフラージュされていることも多い。
先の議論は、特定状況において、RFエネルギーの全てではないが一定のRFエネルギーが表面処理及びカバーリングを貫通することを可能にするように、表面処理及びカバーリングを通して、可視光または近可視光の或る段階的なレベルのフィルタリングされた透過を提供しつつ、観察側、観測側、または入射光側から、特定の表示を見ているかのように人間の目を効果的に「だます」表面処理及びカバーリングを提供する様々な技術についての、数多くの実際の使用事例を限定しない目的で例示したリストを提供している。先の議論は視覚光学に重点を置くが、本開示に係る原理は、視覚スペクトルの十分に外側に存在する電磁エネルギーの波長のフィルタリングに同等に適用可能であり得る。しかし、現在まで、先に論じた特定の実装及び他の同様な実装は全て、その固有の制限、これらの具体的な能力を含むオブジェクトが形成される特定の製造プロセス、及び、特に、可視スペクトル及び近可視スペクトルの光を含む電磁エネルギーが、エネルギー入射側または光入射側から、特定の構造、構造コンポーネント外側層の反対側まで通過するときに、制限される、フィルタリングされる、遮断される、またはその他の方法で変更される方法に関するその使用における一定の付随する欠点、に基づいて、非常に広い範囲の使用事例に広く適合するその能力が制限される。
れてもよい。
れてもよい。このような実施形態において、球体または粒子のサイズ、並びに、球体または粒子及び球体または粒子が固定されているマトリクスの材料の組成は、エネルギー/光散乱層全体にわたって実質的に均質であってもよく、変動のない電界による活性化を受けていてもよい。
る壁板を設けると、下にあるセンサ、デバイス、構成要素に対して不透明な外観を有している壁板を通るエネルギー透過が行いやすくなり得る。複数の実施形態において、このようなセンサ、デバイス、または構成要素は、壁板のボックス側(光入射側ではない方)に取りつけられていてもよい。複数の実施形態において、一定電界または可変電界を印加して、エネルギー/光散乱層を選択可能な動作モードの間で活性化するエネルギークロスオーバーまたは交換ユニットが提供されていてもよい。
本開示に係るシステム及び方法は、エネルギー/光入射側から見た場合に層、つまりエネルギーフィルタまたはシャッター要素の呈示が衝突するエネルギーに対して実質的に透明(または透過)に見える第1モードと、エネルギー/光入射側から見た場合に層、つまりエネルギーフィルタまたはシャッター要素の呈示が不透明に見える第2モードとの間で、能動的に電気的に切り替え可能なエネルギー/光案内/散乱層を有する、電気的に作動するフィルタ層及び/またはシャッター要素を形成する技術を含む。開示されたエネルギー/光案内/散乱層は、第2モードで動作している場合に、可視光範囲、近可視光範囲、または可視光ではない範囲の光エネルギーを含む、衝突する電磁エネルギーの特定の波長を選択的に散乱させ、衝突するエネルギーの残りの波長は通過できるように特に形成してもよい。これらの層は、エネルギー/光透過層内においてエネルギー/光を案内/散乱する技術を独自の方法で使用してもよい。開示されたシステム及び方法はさらに、このようなエネルギーフィルタまたはシャッター要素を全体で構成または実装し得るオブジェクト、オブジェクト部分、壁板、レンズ、フィルタ、スクリーン等を形成する技術を含んでいてもよい。開示されたシステム及び方法の説明は、このような電気的に切り替え可能なエネルギーフィルタまたはシャッター要素の種々の実際の使用事例及び用途に言及する。
たはナノ粒子として適切な材料は、これらの組成に応じて具体的に記載されてもよいし、ある機能パラメータによってより広範に言及してもよいが、両者とも、このようなマイクロメートルまたはサブマイクロメートルの球体、マイクロ粒子、及び/またはナノ粒子を構成してもよい利用可能な入力材料の幅広い範囲を限定するために検討されるべきものではない。さらに、このようなサブマイクロメートルの球体を安定化できる一般的な誘電性マトリクスが説明される。ここでも再度、特定のサブマイクロメートルの球体を層状で安定化させ易くする特定の透明な誘電材料に対する言及は、例示的で限定を行わないものである。
いる、もしくは、個々に不連続な部分の各々に付随する不連続な1対の個々に制御可能な透明電極部分を有していてもよいことが認識されよう。これとは別に、エネルギー/光散乱層162は、エネルギー/光散乱層162に付随する不連続な複数対の個々に制御可能な透明電極または電極部分を有している、マイクロメートルまたはサブマイクロメートルの球体とマトリクス材料とからなる実質的に均質な組成で構成されていてもよい。複数の実施形態は、エネルギー/光散乱層162が実質的に均質の組成であり、透明電極対164,166のうちの一方がほぼ単一構造であり、透明電極対164,166のうちの他方が複数の個々に制御可能な透明電極部分で構成されていてもよい。
乱層162の構成は同時に、エネルギー/光散乱層162の通電している部分に衝突する第2の所定波長WLsの光を、ほぼ図示されているように再度入射方向に散乱させる。
所定波長WLpの光が著しい光エネルギーを供給し得て、これにより、透明な三次元本体構造170によって影になった領域を単純に照明してもよいし、また、光エネルギーは、透明な三次元本体構造170の全部または一部の中、上、または背後に位置する任意の光活性化センサ、光吸収センサ、光使用センサ、または他の動作に光が関与するセンサを含む、任意の方式の光検出要素によって適宜用いられてもよい。
。信号は、コンポーネント間の有線通信を介して、例えばある方式の無線インターフェース350を介して、または両者を介して供給されてもよい。撮像装置360による画像収集中に、またはセンサアレイ320,322による他のパラメータの検知中に、例示的なシャッター要素310を透明に、または一瞬だけ透明にするために、画像/データ受信部330とシャッター要素コントローラ及び電源340との間で個別の信号が供給されてもよい。反対に、撮像装置360またはセンサアレイ320,322が受動収集のために動作させられており、例示的なエネルギーフィルタまたはシャッター要素310の不透明化された動作面を通過する光を受け入れ可能である場合、信号が画像/データ受信部330からシャッター要素コントローラ及び電源340に供給されて、例示的なエネルギーフィルタまたはシャッター要素310を不透明にすることによって、撮像装置360及び/またはセンサアレイ320,322を例示的なエネルギーフィルタまたはシャッター要素310の背後に隠してもよい。
者が与えるマイク、または、使用者が特定の動作命令を例示的な制御システム400に伝達可能な他の類似装置を有していてもよい。操作インターフェース410は特に、電気的に切り替え可能なシャッター要素の動作モードを、手動、半自動、または完全自動で、直接制御または間接制御する機会を使用者に与えてもよい。
テム400が関連付けられている電気的に切り替え可能なエネルギーフィルタまたはシャッター要素を含むが、これらに限定されない。外部通信インターフェース450のうちの少なくとも1つは、電気的切り替え可能なエネルギーフィルタまたはシャッター要素の透明電極に信号を送信する出力ポート(及び電源)として構成されていてもよく、電気的に切り替え可能なエネルギーフィルタまたはシャッター要素のエネルギー/光散乱層につい
ての操作命令に応じて、エネルギー/光散乱層をシステムコンポーネントの動作と協調し
て正確に透明かつ不透明にする。例示的な制御システム400と外部及び/または関連するコンポーネントの間で有線または無線通信を提供するための任意の適切なデータ接続が、示された外部通信インターフェース450によって包含されることが考えられる。
ブシステムの任意の組合せで配置されてもよいことが理解されよう。言い換えると、一体構造ユニットとしてまたは支持ユニットとしての特定の構成は、図4での図示によって示唆されていない。さらに、例示的な制御システム400に関して本開示にて提示されている詳細を理解しやすくするために個々のユニットとして描いているが、個々に図示されている構成要素の説明されたいずれの機能、特に図示されている制御ユニットの各々も、例えば、1つ以上のデータ記憶装置(または複数のデータ記憶装置)430に接続され、かつ通信している1つ以上のプロセッサ420によって担われてもよいことが理解されよう。
てもよい実質的に透明なマトリクス610内に埋め込まれた、金属ナノ粒子620を含むナノ粒子の形状でもよい。一例として、金属ナノ粒子620は、チタン酸バリウム(BaTiO4)またはチタン酸ストロンチウム(SrTiO4)ナノ粒子を含んでいてもよい。さらに、エネルギー/光散乱層600は、エネルギー/光散乱層600内に、または、エネルギー/光散乱層600を通って、ランダムな、またはパターン化されたボイド630を含んでいてもよい。複数の実施形態において、パターン化されたボイド630は、例えば図6に示されているもののように、カメラレンズまたは他の撮像装置センサに衝突する光をフィルタリングするあらゆる必要性を低減、または実質的に排除できる。
ことによって形成してもよく、可視光波長よりも小さい直径の単分散球粒子を含有することができる。例えば、Dushkin他「Colored Multilayers from Transparent Submicrometer-Spheres」(日本国 300-26 つくば市東光台5-9-1 JRDC ERATO プロテイン・アレイ・プロジェクト)(1993年5月28日)を参照されたい。電気的に切り替え可能なエネルギーフィルタまたはシャッター要素内のエネルギー/光散乱層の色及び透過特性は、対向する電極対に対して電位を印加する方法によって変更及び/または調節可能であり、これにより電極間に電界を形成することができる。この電界が、実質的に透明なマイクロメートルまたはサブマイクロメートルの粒子、及び、マイクロメートルまたはサブマイクロメートルの粒子を固定させる固着マトリクスとの相互作用を起こす。
マイクロメートルまたはサブマイクロメートルの球体を、実質的に透明なマトリクス材料とともに、実質的に均等な混合体として第1透明積層電極上に、または不連続な混合体区画内に、順次堆積もしくは混合してもよい。本方法のオペレーションは、ステップS8300へと進む。
/光散乱特性を有するように、共通のオブジェクトを独特の手法で形成することに向けられていてもよい。
図9は、本開示に係る、エネルギー/光散乱層を含む電気的に切り替え可能なエネルギーフィルタまたはシャッター要素の形をした、少なくとも不連続な部分を組み込む例示的な壁板900の概略図を図示したものである。このような壁板900は、通常は下にあるスイッチプレート内で見出されるような機械可動のスイッチ及び/またはコンセント部品のうちの1つ以上を収容するための開口920,922,924がある壁板面910を有する標準的な住宅用及び/または商用の形態に使用可能であってもよい。
タまたはシャッター要素の形成及びシャッター要素の動作スキームを制御するための、1つ以上のプロセッサによってアクセス、読み出し、及び実行可能な記憶されたコンピュータ実行形式命令またはデータ構造を有するコンピュータ可読媒体を含んでいてもよい。このようなコンピュータ可読媒体は、プロセッサ、もしくは汎用または特殊用途のコンピュータによってアクセス可能な任意の利用可能な媒体であることができる。限定するのもではない一例として、このようなコンピュータ可読媒体は、例えば特定のオブジェクト、オブジェクト構造、層、層構成要素、及び/または(実際の使用事例の特定例としての)壁板のコンピュータ支援設計(CAD)またはコンピュータ支援製造(CAM)を含む、例えば任意の成型または製造技術を実行するための、所望のプログラム要素またはステップを、アクセス可能なコンピュータ実行形式の命令またはデータ構造の形で担持または記憶するために使用可能である、RAM,ROM,EEPROM,CD-ROM,フラッシュドライブ、データメモリカード、もしくは他のアナログまたはデジタルデータ記憶装置で構成されることができる。
Claims (13)
- 電気的に切替可能なシャッターであって、
シャッター要素
を備え、
前記シャッター要素は、
エネルギー入射面を有する透明な構造体部材と、
前記構造体部材の前記エネルギー入射面の少なくともいくつかの部分上に形成され、エネルギー入射表面と前記エネルギー入射表面とは反対側の本体側表面と、を備えるエネルギー散乱層であって、
複数の実質的に透明な粒子と、
前記粒子を層配列で固定して前記エネルギー散乱層を形成する、実質的に透明なマトリクス材料と、を備え、
前記粒子が、前記マトリクス材料に固定されながら、前記層配列が、停止時の第1モードでは第1屈折率を有し、外部から印加された電界からの作用を受ける場合の第2モードでは前記第1屈折率とは異なる第2屈折率を有する
エネルギー散乱層と、
を備え、
前記電気的に切り替え可能なシャッターは、更に、
前記エネルギー散乱層の前記エネルギー入射表面及び前記反対側の表面のうちの一方の上に位置し、前記エネルギー散乱層と接触する、少なくとも1つの透明電極
を備え、
前記少なくとも1つの透明電極は、前記層配列を前記第1モードと前記第2モードとの間で切り替えるための前記電界を生成するための制御可能な電源に接続されるように構成され、
前記第1モードにおける前記第1屈折率は、前記エネルギー散乱層を実質的に透明にし、
前記第2モードにおける前記第2屈折率は、入射エネルギーに応じて、前記エネルギー散乱層の前記エネルギー入射表面に、不透明な外観を呈示させ、
前記シャッター要素が前記第1モードで動作しているとき、前記シャッター要素に入射
するエネルギーは、前記シャッター要素を通過することができ、
前記エネルギー散乱層は、前記エネルギー散乱層のエネルギー入射側からみたときに不透明で、同時に、前記本体側表面からは透明に見える電気的に切替可能なシャッター。 - 前記第2モードにおける前記第2屈折率は、
前記構造体部材の前記エネルギー入射面の少なくとも第1部分から、入射光エネルギーの1つ以上の選択可能な波長を反射し、
前記入射光エネルギーの他の波長を、実質的にフィルタリングなし及び改変なし、のうちの少なくとも一方で、前記エネルギー散乱層を通過させて、それにより、前記構造体部材の前記エネルギー入射面の前記少なくとも前記第1部分に衝突させ、前記シャッター要素を通過させる
ように調整される請求項1記載の電気的に切替可能なシャッター。 - 前記第2モードにおける前記第2屈折率が、(1)前記印加電界、及び(2)前記粒子の屈折率、前記粒子のサイズ、前記粒子が形成される材料、複数層の各々が異なる屈折率を示す多層構造を含む前記粒子の構造的組成、及び、前記マトリクス材料の組成のうちの1つ以上にしたがって調節される請求項2記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記エネルギー散乱層が、複数の部分を備える請求項1記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記少なくとも1つの透明電極が、複数の独立した透明電極部分として形成される請求項4記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記エネルギー散乱層の複数の部分のそれぞれが、複数の前記透明電極部分のうちの対応する透明電極部分と電気的に連絡している請求項5記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記エネルギー散乱層の複数の部分が、前記エネルギー入射側からみたときに所望の画像、カラーパターン、又は、テクスチャを形成するように配置される請求項4記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記画像、カラーパターン、又は、テクスチャは、前記電気的に切替可能なシャッターに隣接して位置する構造の画像、カラーパターン、又は、テクスチャに合うように構成される請求項7記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記エネルギー散乱層の複数の部分が、前記エネルギー入射側からみたときに所望の画像、カラーパターン、又は、テクスチャを形成するように配置される請求項6記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記画像、カラーパターン、又は、テクスチャは、前記電気的に切替可能なシャッターに隣接して位置する構造の画像、カラーパターン、又は、テクスチャに合うように構成される請求項9記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 一つの制御可能なシャッターであって、光入射側からみたときに、前記第2モードでは板葺き屋根の外観を有する制御可能なシャッターを形成する請求項1記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記透明な構造体材料が、少なくとも窓又は天窓の一部を形成する請求項1記載の電気的に切替可能なシャッター。
- 前記窓は、車両の一部を形成する、請求項12に記載の電気的に切替可能なシャッター。
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