KR20020019744A - A light switch to using magmetic fluid - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자성유체가 자기장에 의해 변형되는 것을 이용하여 광로를 선택적으로 개로 또는 폐로되도록 제어하는 자성유체를 이용한 광스위치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical switch using a magnetic fluid that controls the optical path to be selectively opened or closed by using the magnetic fluid deformed by the magnetic field.
일반적으로, 광통신용 광스위치는 반도체 다이오드(diode)를 이용하거나 초소형 미세가공에 의해 제작되고 있는데, 반도체 스위치의 경우 광도파로와의 접속문제 뿐만 아니라 발열에 의해 열화의 문제가 심각하며, 제작 및 광섬유와의 접속을 위한 패키지(package) 가격이 매우 높다.In general, optical communication optical switches are manufactured using semiconductor diodes or microminiature processing. In the case of semiconductor switches, not only connection problems with optical waveguides but also deterioration due to heat generation are serious. The package price for the connection with is very high.
또한, 초소형 미세가공에 의해 제작된 광스위치의 경우 정전 구동 방식 혹은 전자기 구동 방식에 의해 미세 거울이 플립 업/다운(flip up/down) 되는 방식이나, 이 경우 여러번 동작시켰을 경우 발생하는 이력 현상, 바닥에 미세 거울이 고착되는 점착현상 등이 매우 큰 문제로 발생되고 있다.In addition, in the case of the optical switch manufactured by micro-miniature processing, the micro mirror is flipped up / down by the electrostatic driving method or the electromagnetic driving method, or in this case, the hysteresis phenomenon that occurs when it is operated several times, Adhesion phenomenon in which a micromirror is fixed on the floor is a very big problem.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 인가된 자기장에 의해 형상적 변위가 가능한 자성유체의 특성을 이용하여 이를 광스위치의 광로상에서 빛을 차단 또는 통과시킬 수 있도록 적용한 광스위치를 제공하는데 그 목적을 두고 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, using the characteristics of the magnetic fluid which can be geometrically displaced by the applied magnetic field to apply it to block or pass the light on the optical path of the optical switch The purpose is to provide a switch.
도 1은 본 발명에 따른 광스위치의 광로가 개로된 상태를 나타낸 개략도1 is a schematic diagram showing a state in which the optical path of the optical switch according to the present invention is opened
도 2는 본 발명에 따른 광스위치의 광로가 폐로된 상태를 나타낸 개략도Figure 2 is a schematic diagram showing a closed state of the optical path of the optical switch according to the present invention
도 3은 본 발명에 따른 광스위치의 세부 구성도3 is a detailed configuration diagram of an optical switch according to the present invention
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 자성유체 10 : 광스위치1: magnetic fluid 10: optical switch
20 : 수용부재 21 : 제 1 기판20: receiving member 21: first substrate
22 : 자기장 발생부 23 : 제 2 기판22: magnetic field generating unit 23: second substrate
24 : 수용공간 25 : 제 3 기판24: accommodation space 25: third substrate
26 : 주입구 27 : 자성유체 유동공간26: injection hole 27: magnetic fluid flow space
28 : 박막 30 : 발광부28: thin film 30: light emitting portion
40 : 수광부 50 : 광로40: light receiver 50: light path
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발광부와 수광부 사이에 자기장에 의해 반응하는 자성유체가 선택적으로 출몰하면서 광로를 차단 또는 개방함에 따라 발광부에서 조사된 광선이 차단 또는 통과되도록 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is characterized in that the magnetic fluid reacting by the magnetic field between the light emitting portion and the light receiving portion selectively block the light path irradiated from the light emitting portion is blocked or passed as the light path is blocked or opened. do.
또한, 상기 자성유체는, 자성유체의 반응력에 의해 광로를 차단하는 방향으로 돌출 가능한 수용부재에 내장된 것을 특징으로 한다.In addition, the magnetic fluid is characterized in that it is embedded in the receiving member protruding in the direction of blocking the optical path by the reaction force of the magnetic fluid.
또한, 상기 수용부재는, 자기장을 발생시키는 자기장 발생부를 가진 제 1 기판; 상기 제 1 기판 상에 적층되며, 상기 자기장 발생부와 상응하는 위치에 자기장에 의해 반응하는 자성유체가 수용되는 수용공간을 가진 제 2 기판; 상기 제 2 기판 상에 적층되며, 상기 수용공간으로 자성유체를 주입하기 위한 복수개의 주입구를 가지고, 상기 주입구를 회피한 곳에 상기 수용공간과 연통되는 복수개의 자성유체 유동공간을 갖는 제 3 기판; 및 상기 자성유체 유동공간을 커버링 하며, 자성유체가 반응할 때는 변형되고 무반응일 때는 복귀되는 연질재로 된 복수개의 박막을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.The receiving member may further include a first substrate having a magnetic field generating unit generating a magnetic field; A second substrate stacked on the first substrate and having an accommodating space in which magnetic fluid reacting by a magnetic field is received at a position corresponding to the magnetic field generating unit; A third substrate stacked on the second substrate and having a plurality of injection holes for injecting magnetic fluid into the accommodation space and having a plurality of magnetic fluid flow spaces in communication with the accommodation space where the injection holes are avoided; And a plurality of thin films made of a soft material covering the magnetic fluid flow space and deformed when the magnetic fluid reacts and returned when the magnetic fluid is unreacted.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 후술하는 바와 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 구성상 특징으로 설명하기에 앞서, 본 발명이 자성유체를 이용하고 있으므로 자성유체란 무엇이며, 그 특징은 무엇인지에 대해 간단히 언급하기로 한다.Prior to describing the structural features of the present invention, since the present invention uses the magnetic fluid, what is the magnetic fluid and what is its characteristic will be briefly mentioned.
자성유체(Magnetic Fluid or Ferrofluid)는 강자성의 미립자를 매질(물 또는 기름)속에 균일하게 분산시킨 콜로이드(Colloid) 용액으로서, 이 콜로이드는 액상중에서 응집, 침강하지 않도록 강자성 초미립자에 계면활성제를 흡착시킨 후 분산시켜 제조하며, 완전히 안정되어 중력이나 자계 기울기에 의해서도 침강이나 응집되지 않아 단상의 유체와 거시적으로 유사한 성질을 갖는다.Magnetic fluid or ferrofluid is a colloidal solution in which ferromagnetic particles are uniformly dispersed in a medium (water or oil) .The colloid adsorbs a surfactant to ferromagnetic ultrafine particles to prevent aggregation and sedimentation in the liquid phase. It is manufactured by dispersing. It is completely stable and does not settle or aggregate even by gravity or magnetic gradient, and has macroscopic properties similar to single-phase fluid.
따라서, 인가된 전압에 의해 부피가 변하는 압전물질이나 자기장이나 전기장에 따라 점도가 변하는 전기유변(Electrorheological) 또는 자기유변(Magnetorheological) 유체와는 달리 자성유체는 인가된 자기장에 의해 유체 자체의 형상이 변형되는 특성을 가지고 있다.Therefore, unlike an electroheological or magnetorheological fluid whose viscosity varies depending on the magnetic field or electric field, the magnetic fluid deforms the shape of the fluid itself by an applied magnetic field. Has the characteristic of becoming.
이러한 자성유체는 비중차 선별, 자기 시일, 스피커용 쿨링재, 자기 기록재, 폐유처리, 각종 디바이스 등 여러분야에서의 응용이 제안되고 있고, 또한 시도되고 있다.Such magnetic fluids have been proposed and tried in all fields such as specific gravity screening, magnetic seals, speaker cooling materials, magnetic recording materials, waste oil treatment, and various devices.
첨부된 도 1과 도 2는 본 발명에 따른 광스위치의 기본원리를 설명하기 위한 도면으로서, 특히 도 1은 광로가 개로된 상태를 나타내고 있으며, 도 2는 광로가 차단된 상태를 각각 나타내고 있다.1 and 2 are views for explaining the basic principle of the optical switch according to the present invention. In particular, FIG. 1 shows an open state of the optical path, and FIG. 2 shows a state in which the optical path is blocked.
도면에 따르면, 본 발명의 광스위치(10)는 자성유체가 수용되는 수용부재(20) 상에 발광부(30)와 수광부(40)를 마주하게 설치하고, 상기 발광부(30)와 수광부(40) 사이에는 자기장의 선택적인 인가에 의해 자성유체가 출몰되도록 하므로써 발광부(30)와 수광부(40) 사이의 광로(50)가 출몰되는 자성유체에 의해 선택적으로 개로(開路) 또는 폐로(閉路)되도록 한 것이다.According to the drawings, the optical switch 10 of the present invention is provided with the light emitting portion 30 and the light receiving portion 40 facing the receiving member 20, the magnetic fluid is accommodated, the light emitting portion 30 and the light receiving portion ( By allowing the magnetic fluid to be settled by the selective application of the magnetic field between the 40) by the magnetic fluid in which the optical path 50 between the light-emitting portion 30 and the light-receiving portion 40 is selectively exposed (opened or closed) ).
이때, 상기 자성유체는, 이 자성유체의 반응력에 의해 광로(光路)(50)를 차단하는 방향으로 돌출 가능한 수용부재(20)에 기밀상태로 내장되어 있는데, 이 수용부재의 구성은 도 3에 상세 도시되어 있다.At this time, the magnetic fluid is built in the airtight state in the receiving member 20 which can protrude in a direction of blocking the optical path 50 by the reaction force of the magnetic fluid, the configuration of the receiving member is shown in FIG. It is shown in detail.
도 3에 따르면, 수용부재(20)는 제 1 기판(21), 제 2 기판(23), 제 3 기판(25)이 순차적으로 적층된 구성을 이루고 있다.According to FIG. 3, the accommodating member 20 has a configuration in which the first substrate 21, the second substrate 23, and the third substrate 25 are sequentially stacked.
상기 제 1 기판(21) 상에는 전원의 인가에 따라 자기장을 발생시키는 코일(coil) 형상의 자기장 발생부(22)가 구비된다.On the first substrate 21, a coil-shaped magnetic field generator 22 generating a magnetic field according to the application of power is provided.
그리고, 상기 제 2 기판(23)에는 상기 자기장 발생부(22)와 상응하는 위치에상/하 개방형의 수용공간(24)이 구비된다. 이때, 상기 수용공간(24)은 자성유체(1)가 수용되는 장소가 된다.In addition, the second substrate 23 is provided with an upper / lower opening accommodating space 24 at a position corresponding to the magnetic field generator 22. At this time, the accommodation space 24 is a place where the magnetic fluid (1) is accommodated.
그리고, 상기 제 3 기판(25)에는 상기 제 2 기판(23)의 수용공간(24)으로 자성유체(1)를 주입하기 위한 주입구(26)가 구비되며, 상기 주입구(26)를 회피한 곳에 상기 수용공간(24)과 연통되는 자성유체 유동공간(27)이 구비되어 있다.In addition, the third substrate 25 is provided with an injection hole 26 for injecting the magnetic fluid 1 into the accommodation space 24 of the second substrate 23, and avoided the injection hole 26. A magnetic fluid flow space 27 communicating with the accommodation space 24 is provided.
이때, 상기 자성유체 유동공간(27)은 자성유체(1)가 반응하는 공간이다.In this case, the magnetic fluid flow space 27 is a space in which the magnetic fluid 1 reacts.
그리고, 상기 자성유체 유동공간(27) 상에는 이를 커버링 하는 연질재의 박막(membrane)(28)이 증착된다. 상기 박막(28)은 자성유체(1)의 반응력(反應力)에 의해 상향으로 불룩한 형태로 변형되며, 자성유체(1)가 무반응일 경우에는 복귀되는 자유로운 형상 변형이 가능하다.In addition, a thin film 28 of a soft material covering the magnetic fluid flow space 27 is deposited. The thin film 28 is deformed in a bulging form upward by the reaction force of the magnetic fluid 1, and may be freely deformed when the magnetic fluid 1 is unreacted.
따라서, 상기 제 1 기판(21)의 자기장 발생부(22)로 전원이 인가되면 자기장 발생부(22)에서 발생되는 자기장에 의해 제 2 기판(23)의 수용공간(24)에 수용된 자성유체(1)가 반응하면서 제 3 기판(25)의 자성유체 유동공간(27)을 통해 배출되려는 힘이 발생하게 된다.Accordingly, when power is applied to the magnetic field generator 22 of the first substrate 21, the magnetic fluid accommodated in the accommodation space 24 of the second substrate 23 by the magnetic field generated by the magnetic field generator 22 ( As 1) reacts, a force to be discharged through the magnetic fluid flow space 27 of the third substrate 25 is generated.
이때, 상기 자성유체(1)의 배출되려는 힘에 의해 자성유체 유동공간(27)을 커버링 하고 있는 박막(28)이 도 2에서와 같이 상향으로 볼록하게 변형된다. 이와 같이 박막(28)의 돌출은 발광부(30)에서 수광부(40)를 향해 조사되는 빛이 돌출된 박막(28)에 의해 간섭된다. 따라서 상기 광스위치(10)는 "오프" 상태가 된다.At this time, the thin film 28 covering the magnetic fluid flow space 27 is convexly deformed upward as shown in FIG. 2 by the force to be discharged of the magnetic fluid 1. As described above, the protrusion of the thin film 28 is interfered by the thin film 28 from which light irradiated from the light emitting part 30 toward the light receiving part 40 protrudes. Thus, the optical switch 10 is in an "off" state.
반면, 상기 제 1 기판(21)의 자기장 발생부(22)로 전원이 인가되지 않는 상태에서는 자기장 발생부(22)에서 자기장이 소멸되면서 자성유체(1)는 무반응 상태가 된다.On the other hand, in a state in which power is not applied to the magnetic field generator 22 of the first substrate 21, the magnetic fluid 1 disappears as the magnetic field disappears from the magnetic field generator 22.
따라서, 상기 박막(28)은 평평한 상태를 유지하면서 그 상부에 위치하는 광로(50)를 개방하므로써 발광부(30)에서 수광부(40)를 향하는 빛의 통과가 허용되며, 이 상태는 광스위치(10)가 "온" 상태임을 의미한다.Accordingly, the thin film 28 is allowed to pass the light from the light emitting portion 30 toward the light receiving portion 40 by opening the optical path 50 positioned above the thin film 28 while maintaining the flat state. 10) means "on".
이상과 같은 본 발명은 자성유체가 자기장에 의해 변형되는 특성을 이용하여 이를 광스위치에 적용하므로써 미세가공 기술에 의해 제작되는 광스위치에 비해 동작의 안정성 향상과 이에 따른 신뢰성 확보가 가능하며, 반도체 스위치에 비해서는 발열이 없음은 물론 효율성 향상, 저가로 상용화가 가능한 여러 장점을 갖추게 된다.In the present invention as described above, the magnetic fluid is deformed by a magnetic field, thereby applying the same to an optical switch, thereby improving the stability of operation and securing reliability according to the optical switch manufactured by the microfabrication technology. Compared with no heat generation, it has several advantages that can be commercialized at high efficiency and low cost.
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- 2000-09-06 KR KR1020000052767A patent/KR20020019744A/en not_active Application Discontinuation
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