JP4972155B2 - 共振器 - Google Patents

Description

インジケータ及びディスプレイのようなビジュアルコミュニケーションデバイスは情報を伝達するために、選択的に起動される発光、光減衰若しくは光反射素子又はピクセルを用いることがある。

選択的な起動は、トランジスタ又は他の電気的スイッチング素子で実行されることがある。そのようなスイッチング素子は、コスト及び複雑さを増大させる。

図１は、ビジュアルインジケータ又はディスプレイのような、ビジュアルコミュニケーションデバイス１０の一例の概略図である。デバイス１０は、１人又は複数の観測者に情報を伝達するように構成される。一実施形態では、デバイス１０は、検知又は監視されている状態、レベル、量、度合い又は他の特性を伝達又は指示するように構成される。さらに別の実施形態では、デバイス１０は、グラフィックス及び文字数字記号のうちの一方又は両方を含むことがある画像を伝達するように構成される。以下に説明されるように、デバイス１０は、電気的スイッチング素子にあまり頼ることなく、そのような情報を伝達する。

コミュニケーションデバイス１０は一般的に、信号生成器１２と、共振システム１４とを備える。信号生成器１２は、被変調電磁放射波又は電磁放射信号を生成するように構成されるデバイスを含む。詳細には、共振システム１４に電磁放射を共振又は放出させるために、信号生成器１２は電磁放射を変調するように構成される。図示される例では、信号生成器１２は包括的に、電磁放射源１６と、１つ又は複数の変調器１８と、コントローラ２０とを備える。電磁放射源１６は電磁放射の発生源を含む。図１に概略的に示されるように、一実施形態では、電磁放射源１６は、周波数ｆを有しスペクトル幅がｄｆである電磁放射を提供する。電磁放射源１６によって提供される電磁エネルギーは、最終的には、共振システム１４によって放出又は共振される。一実施形態によれば、電磁放射源１６は、レーザ、又は単色可視光の他の発生源を含むことができる。他の実施形態では、電磁放射源１６は代替的に、紫外光又は赤外光のような、他の形態の電磁放射を提供するように構成されてもよい。

変調器（複数可）１８は、電磁放射源１６によって供給される電磁放射を変調するように構成される１つ又は複数のデバイスを含む。電磁放射源１６が可視光を供給する実施形態では、変調器（複数可）１８は、１つ又は複数の電気光学デバイスを含む。そのような実施形態では、変調器１８は、信号制御式素子を用いて光のビームを変調する。変調されるビームの位相、周波数、振幅又は方向のうちの１つ又は複数に対して、変調をかけられることができる。一実施形態では、変調器１８は電磁放射の周波数を変調する。一実施形態では、変調帯域幅をギガヘルツ範囲にするために、変調器１８は電気制御式変調器を含むことができる。他の実施形態では、変調器１８は他の変調デバイスを含んでもよい。

コントローラ２０は、電磁放射源１６に電磁放射を提供させると共に、変調器１８に電磁放射を変調させるための制御信号を生成するように構成される処理ユニットを含む。他の実施形態では、電磁放射源１６は、コントローラ２０の指示を受けることなく、電磁放射を供給することができる。この応用形態の場合、用語「処理ユニット」は、メモリに格納される命令のシーケンスを実行する、既に開発されているか、又は将来に開発される処理ユニットを意味するものとする。命令のシーケンスを実行することによって、処理ユニットは制御信号を生成すること等のステップを実行する。それらの命令は、処理ユニットによって実行するために、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、大容量記憶装置、又は他の永続記憶装置から、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）にロードすることができる。他の実施形態では、ソフトウエア命令の代わりに、又はそれと組み合わせて、ハードワイヤード回路を用いて上記の機能を実施することができる。コントローラ３６は、ハードウエア回路とソフトウエアとのいかなる特定の組み合わせにも、処理ユニットによって実行される命令のためのいかなる特定の供給源にも限定されない。

コントローラ２０は、信号生成器１２によって結果として提供される広帯域光信号の周波数又は振幅の中に、視覚的に伝達されるべき画像又は他の情報を符号化するように変調器（複数可）１８に指示するための制御信号を生成する。図示される特定の例では、コントローラ２０は、画像又は他のデータに基づいて、電磁放射源１６からの電磁放射を変調するための時間依存プロファイルを計算する。一実施形態によれば、そのプロファイルは逆フーリエ変換を用いて計算され、変調器１８用の制御信号は、その計算されたプロファイルを基にする。他の実施形態では、コントローラ２０は、他の適切なウエーブレット変換を用いて、時間依存プロファイルを計算することができる。

図１に示されるように、一実施形態では、コントローラ２０は、変調器（複数可）１８が最大特性周波数Ｆで電磁放射を変調するように制御信号を生成する。結果として生成される時間依存電界は、Ｅ（ｔ）＝２^*ｃｏｓ（ｆ^*ｔ）^*ｃｏｓ（Ｆ^*ｔ）＝ｃｏｓ（（ｆ＋Ｆ）^*Ｔ）＋ｃｏｓ（（ｆ−Ｆ）^*ｔ）であり、２つの周波数ｆ＋Ｆとｆ−Ｆとを混合したものである。言い換えると、変調器（複数可）１８は、中心周波数ｆを２つのスペクトル線に分割する。そのような実施形態では、電磁放射源１６（ｆ／ｄｆ）の単色性Ｍはｆ／Ｆよりも大きく、スペクトル線の重なりを回避する。一実施形態では、５・１０¹⁴Ｈｚの中心周波数を有する電磁放射を電磁放射源１６が提供する場合、変調器（複数可）１８は、５・１０⁹Ｈｚの変調周波数Ｆを有する。

一実施形態では、信号生成器１２は複数の変調器１８を備えることができ、コントローラ２０は、そのような複数の変調器１８に、電磁放射又は光を順次に変調して複数の周波数を提供するように指示する制御信号を生成するように構成される。たとえば、一実施形態では、複数の変調器１８を用いて、周波数ｆ、ｆ±Ｆ、ｆ±２Ｆ、ｆ±３Ｆ等を有する電磁放射を提供することができる。このような複数の周波数は、以下に説明されるように、対応する数の別個の共振器を選択的に起動するのを容易にする。

共振システム１４は、信号生成器１２から受信される電磁放射の変調に応答してか、又はそれに基づいて、複数の場所又はピクセルにおいて電磁放射を選択的に放出又は共振するように構成されるシステムを含む。一実施形態によれば、共振システム１４は、伝送線路２６を介して、信号生成器１２から被変調電磁放射のキャリア信号を受信する。電磁放射が可視光の波長内で送信される一実施形態では、伝送線路２６は、光ファイバ又はケーブルを含むことができる。他の実施形態では、可視光の波長は、レーザビームのように自由空間を通して送信してもよい。さらに他の実施形態では、他の構造を用いて、信号生成器１２によって生成される被変調電磁キャリア信号を送信することができる。

共振システム１４は包括的に、導波路３０（概略的に示される）と、共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｈ及び３２ｇ（概略的に示されており、まとめて共振器３２と称する）とを備える。導波路３０は、被変調電磁キャリア信号又は搬送波を共振器３２まで送信するように構成される構造を含む。一実施形態では、導波路３０は、散乱又は拡散を抑えて、比較的高いレベルの光伝送効率を提供するように構成される。一般的に、導波路３０は、第１の屈折率を有する１つ又は複数の材料（「コア」と称することもある）から形成され、導波路３０を包囲するか、又は導波路３０に隣接する１つ又は複数の材料（「クラッディング」又は「キャップ」と称することもある）は第２の低い屈折率を有する。導波路３０が可視光の波長を送信するように構成される一実施形態では、導波路３０のコアは、コア材料（複数可）の屈折率を高める、すなわち上げるように適切にドープされた光透過性の、すなわち透明な材料から形成され、一方、包囲する材料又はクラッディングは、ドープされていないか、又は低濃度にドープされた同じ材料（複数可）から形成される。たとえば、一実施形態では、導波路３０のコアは、ＧｅＯをドープされたＳｉＯ₂から形成することができ、包囲するクラッディングはＳｉＯ₂から形成される。他の実施形態では、導波路３０のコアはＳｉＯ₂から形成することができる一方で、クラッディングは、ＭｇＦ₂のような屈折率が低い別の材料から形成される。さらに別の実施形態では、導波路３０は他の材料から形成することができる。導波路３０は概ね直線であるように示されるが、他の実施形態では、導波路３０は非直線にしてもよい。

共振器３２は、変調された電磁キャリア信号の所定の部分が導波路３０内に存在する場合には、そのような関連付けられる部分を導波路３０から取り出す、引き出す、又は抽出するように構成される素子又は構造を含む。要するに、導波路３０が広帯域信号送信機として機能する一方で、共振器３２は狭帯域通過フィルタとして機能する。図示される特定の例では、共振器３２はそれぞれ、わずかに異なる共振周波数を有し、共振器のうちの少なくとも２つが、導波路３０によって送信されているキャリア信号の被変調周波数に基づいて、導波路３８から異なるように電磁放射を抽出するようにする。共振器３２（「ピクセル」と称することもある）のうちの少なくとも２つは、電磁放射のチャネル又は周波数（フーリエ）成分を選択的に抽出し、照明又は散乱のためのそのような放射を照明又は透過する。そのような実施形態では、特定の共振器３２によって抽出される周波数成分の振幅は、共振器３２によって、又は共振器３２に接続される専用の散乱デバイスによって散乱される放射の強度を決定することになる。たとえば、一実施形態では、共振器３２ａは、導波路３０から、第１の周波数成分を有する光のような電磁放射を受け取る、すなわち受信することができる一方で、共振器３２ｂは、導波路３０から、第２の別個の周波数成分を有する光のような同じ電磁放射を受け取る、すなわち受信することができる。導波路３０は、複数の周波数を有する被変調電磁キャリア信号を送信するため、個々の共振器３２を選択的に起動して電磁放射を放出するために、コントローラ２０は、複数の変調器１８に、電磁放射源１６からの電磁エネルギーを適切に変調させることができる。

導波路３０によって送信されている電磁放射の異なる周波数（フーリエ）成分を区別するために、共振器３２は、ｆ／Ｆよりも大きく十分に高いクォリティー要素Ｑ（共振器のエネルギー格納効率）を有する。１つの例示的な実施形態によれば、共振器３２は、少なくとも約１００，０００のクォリティー要素を有する。システム１４がＮ個の共振器３２を含む一実施形態では、電磁放射源１６及び共振器３２はそれぞれ、Ｍ，Ｑ＞（ｆ^*Ｎ）／Ｆが成り立つような単色性Ｍ及びクォリティーＱを有する。一実施形態では、Ｍ及びＱはいずれも、１００，０００^*Ｎよりも大きい。

一実施形態では、各共振器３２は、周囲の材料よりも高い屈折率を有するガラス、プラスチック材料又は他の材料のような、１つ又は複数の透明材料又は半透明材料の無限ループを含み、そのループの形状及び寸法が、特定の共振器３２によって、光のいずれの特定の波長及び周波数が抽出又は受信されるかを定義する。一実施形態では、１つ又は複数の共振器３２は概ね長円形又は環状にすることができる、さらに別の実施形態では、共振器３２はスタジアム形にすることができる。さらに別の実施形態では、共振器３２は、結果として共振器３２がキャリア信号から電磁放射の特定の周波数成分を抽出するようになる、現在開発されているか、又は将来に開発される他の形状及び構成を有することができる。

図１によって示されるように、共振器３２は導波路３０に近接して支持される。共振器３２が導波路３０から所定の周波数又は周波数範囲の光のような電磁放射を受信できるようにするために、各共振器３２は導波路３０に十分に近接して配置される。詳細には、各共振器３２は、特定の共振器が抽出するように構成される周波数に対応する電磁放射の特定の波長に近い寸法を有する間隙だけ導波路３０から離間される。たとえば、共振器３２のうちの１つが、或る周波数及び対応する５００ｎｍの波長を有するシステム１２によって提供されるキャリア信号の周波数成分を抽出又は受信するように構成される場合には、その特定のピクセル３２は、導波路３０から、また約５００ｎｍ未満だけ離間される。その距離を選択することが望ましく、このことによって、用いられる導波路３０及び共振器３２の特定の実施形態の場合に、導波路３０から共振器３２に伝達されるエネルギーが最大限達成可能である。

図１に示される例では、共振システム１４は、導波路３０に沿って位置付けられる複数の共振器３２（共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ及び３２ｈ）を備える。共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄはそれぞれ、導波路３０によって送信されるキャリア信号３４から、異なる周波数成分を受信又は抽出するように構成される。詳細には、共振器３２のそれぞれは、異なる周波数成分が抽出されるように選択される異なる形状及び／又は寸法を有する。さらに、共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄのそれぞれは、導波路３０から異なる距離に離間される。図示される例では、共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄはそれぞれ、間隔Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４だけ導波路３０から離間される。一実施形態では、間隔Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４はそれぞれ、２５２ｎｍ、２５４ｎｍ、２５６ｎｍ及び２５８ｎｍにすることができる。他の実施形態では、そのような間隔は、特定の共振器３２によって抽出されることになる特定の周波数成分に応じて異なる値を有してもよい。

共振器３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ及び３２ｈは、共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄに対応すると共に概して向かい合って延在する。共振器３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ及び３２ｈは、導波路３０の反対側に延在する。結果として、導波路３０に沿った共振器３２の密度が増加し、導波路３０を短くするのを容易にする。他の実施形態では、共振器３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ及び３２ｈは、導波路３０の、共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃと同じ側に延在してもよい。例示される特定の実施形態では、共振器３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ及び３２ｈはそれぞれ、共振器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄと同じ周波数成分を抽出するように構成される。他の実施形態では、共振器３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ及び３２ｈは代替的に、異なる周波数成分（又は波長）を抽出するように構成してもよい。一実施形態では、共振器３２が導波路３０に沿って位置付けられる順序は、それぞれの共振周波数が減少する順序か、又は増加する順序に対応することができる。他の実施形態では、共振器の順序はランダムにしてもよい。

図示される例では、共振器３２は２次元のアレイに配列される。結果として、共振システム１４は、画像を提供するのに非常に適している。システム１４は２列の共振器３２を含むように示されるが、他の実施形態では、システム１４は代替的に、２列よりも多くの列を含み、共振器３２の各列又は共振器３２の各列対は関連付けられる導波路３０を有し、さらに大きな画像形成エリアを提供する。列として配列する代わりに、共振器３２は非線形導波路３０に沿って非直線的に配列してもよい。さらに別の実施形態では、共振器３２は、単一の列に配列してもよい。そのような実施形態では、共振システム１４は、インジケータとして機能するのに非常に適していることがあり、導波路３０から光のような、電磁放射を放出又は抽出する列内の共振器の数、又は電磁放射を放射若しくは抽出している特定の共振器３２によってのいずれかで、レベル又は度合いを指示することができる。他の実施形態では、１つの導波路がジグザグに配置され、２次元のエリアをカバーすることができる。

動作時に、一実施形態によれば、信号生成システム１２が、複数の周波数成分を有する被変調電磁放射を提供する。詳細には、コントローラ２０が、変調器１８に電磁放射源１６によって提供されるコレクタ電磁放射を変調するように指示する制御信号を生成する。この被変調電磁放射は、共振システム１４によって受信される。被変調電磁放射は、共振器３２に沿って、導波路３０によって送信される。特定の共振器３２が、導波路３０によって現在送信されているキャリア信号内に含まれる周波数成分を抽出するように構成される場合には、その特定の共振器３２は、導波路３０からその周波数成分を抜き出し、抽出された電磁放射を放出する。

一実施形態によれば、電磁放射は可視光を含む。結果、共振器３２は、情報を視覚的に伝達するために可視光を放出するか又は散乱させる。他の実施形態では、共振器３２によって、他の形態の電磁放射が変調及び放出してもよく、放出される電磁放射を用いて、情報を伝達するための可視光の提供をトリガするか、又は他の方法でそのような可視光を提供する。たとえば、一実施形態では、電磁放射は紫外光を含むことができ、燐光体のような１つ又は複数の構造を用いて、放出された紫外光が可視光に変換される。他の実施形態では、共振器３２によって放出される電磁放射は、赤外線放射又は紫外線放射のような非可視光を含む。

図２は、ビジュアルコミュニケーションデバイス１０の別の実施形態である、ビジュアルコミュニケーションデバイス１１０を概略的に示す。ビジュアルコミュニケーションデバイス１１０はビジュアルコミュニケーションデバイス１０に類似であるが、ビジュアルコミュニケーションデバイス１１０が共振器３２の代わりに共振器１３２を備えることで異なる。デバイス１０の構成要素に対応するデバイス１１０の残りの構成要素は同じように番号を付される。共振器１３２は共振器３２に類似であるが、共振器１３２は、導波路３０の３つ以上の側面に沿って支持されることで異なる。図示される例では、共振器３２が導波路３０を中心にして３６０度に配列される。図示される例では、４つの共振器１３２、又は共振器１３２の４つの列が、導波路３０を中心にして角度を成して位置付けられる。他の実施形態では、４つの共振器又は共振器の４つの列よりも多くの、又は少ない共振器又は列を導波路３０を中心にして位置付けてもよい。一実施形態では、共振器１３２のうちの２つ以上が、導波路３０によって送信される１つ又は複数のキャリア信号から、異なる周波数成分を抽出するように構成される。共振器１３２が導波路３０に沿って列として配列されるさらに別の実施形態では、共振器１３２の列が、導波路３０によって送信されているキャリア信号から異なる周波数成分を抽出するように構成される。結果として、導波路３０及び共振器１３２によって提供される共振システム１１４は、３次元で視覚的に情報を伝達する３次元コミュニケーションデバイスを提供する。

図３は、ビジュアルコミュニケーションデバイス１０の別の実施形態である、ビジュアルコミュニケーションデバイス２１０を概略的に示す。ビジュアルコミュニケーションデバイス２１０は包括的に、信号生成システム２１１と共振システム２１４とを備える。信号生成システム２１１は、共振システム２１４の複数の部分の起動を選択的に制御するために、複数の被変調キャリア信号を提供するように構成されるシステムを含む。信号生成システム２１１は信号生成器２１２Ａ、２１２Ｂ及び２１２Ｃ（まとめて信号生成器２１２と称する）を備える。信号生成器２１２のそれぞれは図１に関して図示及び説明された信号生成器１２に概ね類似である。詳細には、信号生成器２１２のそれぞれは、電磁放射源からの電磁放射を変調して、複数の周波数成分を有する被変調キャリア信号を提供する。一実施形態では、信号生成器２１２のそれぞれは、別個の異なるコントローラ２０（図１に示される）を有することができる。他の実施形態では、信号生成システム２１１は代替的に、信号生成器２１２のうちの２つ以上に指示する制御信号を生成する１つのコントローラを用いてもよい。

一実施形態によれば、信号生成器２１２のうちの２つ以上が、別個の電磁放射源１６（図１に示される）を備え、このことによって、システム２１１が異なる電磁放射帯の複数のキャリア信号を提供する。たとえば、一実施形態では、信号生成器２１２のうちの１つを、赤色光を含む被変調キャリア信号を提供するように構成することができ、信号生成器２１２のうちの１つを、緑色光を含む被変調キャリア信号を提供するように構成することができ、信号生成器２１２のうちの１つを、青色光を含む被変調キャリア信号を提供するように構成することができる。そのような実施形態では、赤色光、緑色光及び青色光を組み合わせて他の色を形成することができるため、デバイス２１０は、カラー画像又はカラーインジケータを提供することができる。さらに別の実施形態では、信号生成器２１２は、さらに他の色を形成するように組み合わせることができる他の色の光を含む被変調キャリア信号を提供するように構成することができる。

さらに別の実施形態では、信号生成器２１２は、単色光の異なる濃淡を含む被変調キャリア信号を提供するように構成することができる。たとえば、一実施形態では、信号生成器２１２のうちの１つは、淡い黄色光の被変調キャリア信号を提供するように構成することができる一方で、別の信号生成器２１２は、濃い黄色光の被変調キャリア信号を提供するように構成される。信号生成システム２１１は３つの信号生成器２１２を備えるように示されるが、他の実施形態では、いくつかの２１１は３つよりも少ない数、又は３つよりも多い数のそのような信号生成器２１２を備えてもよい。特定の実施形態では、システム２１１は、異なる色の光を含む被変調キャリア信号を提供するように構成される複数の信号生成器２１２と、単色光の種々の濃淡を含む被変調キャリア信号を提供する複数の信号生成器２１２とを含むことができる。

共振システム２１４は、信号生成システム２１１から被変調キャリア信号を受信し、キャリア信号の周波数成分を選択的に放出して、情報を観測者に伝達するように構成されるシステムを含む。共振システム２１４は、導波路２３０と、終端部２３１と、共振器２３２とを備える。導波路２３０は被変調キャリア信号をシステム２１１から共振器２３２に送信する。

導波路２３０は導波路３０に類似であるが、導波路２３０は、メインガイド２４０と、ブランチガイド２４２ａ、２４２ｂ及び２４２ｃ（まとめてブランチガイド２４２と称する）と、コネクタガイド２４４とを備えることで異なる。メインガイド２４０は、システム２１１から搬送波信号を受信し、そのような搬送波信号をブランチガイド２４２のそれぞれに提供する。メインガイド２４０は一般的に、電磁放射を伝送するように構成される１つ又は複数の材料から形成される。例示される実施形態では、メインガイド２４０は可視光を伝送するように構成される。メインガイド２４０はそのような光をより効率的に伝送するために周囲の材料よりも高い屈折率を有する。メインガイド２４０は直線状に示されるが、他の構成を有してもよい。

ブランチガイド２４２はメインガイド２４０から延在すると共に、電磁放射をメインガイド２４２から隣接する共振器２３２の選択されたセットに伝送するように構成される。図示される特定の例では、ブランチガイド２４２は、メインガイド２４０によって伝送されているキャリア信号から、所定の範囲の波長又は所定の範囲の周波数成分を選択的に受信するために、異なる形状、寸法又は材料で異なるように調整される。結果として、光のような電磁放射は、ブランチガイド２４２のうちの特定のブランチガイドの中に入る前に阻止されることがある。したがって、特定のブランチガイド２４２によって阻止される周波数又は波長の範囲からの周波数成分を受け取るか又は抽出するように構成されていない共振器２３２に隣接して延在するブランチガイド２４２に沿って、光又は他の電磁放射が進行しないという点で、共振システム２１４の効率を高めることができる。

図３に透視して示されるように、他の実施形態では、ブランチガイド２４２のそれぞれの入口点はさらに、特定の波長範囲の電磁放射が関連付けられるブランチガイド２４２の中に入るのを選択的に阻止するか、又は選択的に許可するように構成される広帯域フィルタ２５０を設けられることができる。そのような実施形態では、ブランチガイド２４２は代替的に、共通の透過性材料から形成されてもよい。広帯域フィルタの例は、ＳｉＯ₂層及びＴｉＯ₂層から形成される薄膜誘電ファブリペロー共振器を含む。

さらに図３に透視して示されるように、さらに別の実施形態では、デバイス２１０は、電磁放射マルチプレクサ２５２を含むことができる。マルチプレクサ２５２は、所定の範囲の周波数又は波長をブランチガイド２４２に選択的に送る。そのようなマルチプレクサ２５２の一例は、メリーランド州リンシカム所在のCiena社から市販されているＣＮ２１５０パッシブ光マルチプレクサである。そのような実施形態では、ブランチ導波路２４２は代替的に、共通の透過性材料とは異なっていてもよく、広帯域フィルタ５０は省くことができる。さらに別の実施形態では、ブランチ導波路２４２は、同じ範囲の周波数又は波長を伝送するように構成される１つ又は複数の材料から形成してもよく、広帯域フィルタ２５０及びマルチプレクサ２５２は省かれる。

コネクタガイド２４４は、ブランチガイド２４２ｂと２４２ｃとの間に延在し、それらのブランチガイドを相互接続する。ガイド２４４は、ブランチガイド２４２ｂと２４２ｃとの間で光又は他の電磁放射を伝送する。ブランチガイド２４２ｂ及び２４２ｃが異なるように調整されず、且つフィルタ２５０が省かれる実施形態では、コネクタガイド２４４は、光又は他の電磁放射を再循環させて、光がブランチガイド２４２ｂ及び２４２ｃに隣接する共振器３２に沿って２つの反対の方向に進み、共振システム２１４の光伝送効率が高められるようにする。

図３はさらに、２つの付加的な構造又は配列を含み、それにより、光又は他の電磁放射が共振器２３２に沿って伝送され、光放射効率が高められる。破線２５２によって示されるように、特定の実施形態では、システム２１１からの被変調キャリア信号はさらに、ブランチガイド２４２のうちの１つ又は複数のブランチガイドの別の端部に誘導又は送信されることができる。これは、自由空間を通じて、又は光ケーブルのような伝送線路を通じて、被変調キャリア信号を送信することによって果たすことができる。結果として、被変調キャリア信号は、２つの反対の方向に伝搬しながら共振器２３２を通過するため、効率が高められる。

図３は、終端部２３１も示す。終端部２３１は、ブランチガイド２４２ａの一端に隣接して配置される高反射性の構造を含む。終端部２３１は、矢印２５４によって示される方向に導波路２４２ａの中を伝搬する光を反射するためその光が矢印２５６によって示される方向に反射される。反射された光は、導波路２４２ａに沿って再び共振器２３２を通過し効率を高める。一実施形態では、反射終端部２３１は、高反射性金属層又は多層誘電体スタック（ブラッグミラー）を含むことができる。さらに別の実施形態では、終端部２３１は省くことができる。

共振器２３２は共振器２３２に概ね類似であるが、共振器２３２のうちのいくつかが、２つの導波路に沿って、及び隣接して送信される被変調キャリア信号の周波数成分を受信するように配置されることで異なる。図示される例では、共振器３２の列２６０は、ブランチ導波路２４２及びブランチ導波路２４２の両方の十分近くにあり、それらの導波路が列２６０内の共振器２３２の調整に一致する適切な周波数成分を送信している場合には、そのようなブランチ導波路から光又は電磁放射を受信するようになる。結果として、列２６０内の共振器２３２は、この構成を用いることなく達成されることになる場合よりも、高い放射強度又は長い持続時間を有することができる。共振器２３２の列２６２及び２６４はただ１つのブランチ導波路に十分に近くなるように示されるが、他の実施形態では、共振器２３２のそのような列２６２及び２６４は代替的に、２つ以上のブランチ導波路２４２に十分に近くなるように配置してもよい。

動作時に、一実施形態によれば、システム２１１の信号生成器２１２が、共振システム２１４に、赤色、緑色及び青色の被変調光信号を提供する。被変調キャリア光信号は、或る時間プロファイル及び適切な周波数成分を有するため、共振器２３２が個々に赤色光、緑色光又は青色光を受信し適切な時刻にそのような光を放出して、カラーの２次元画像を形成する。代替的に、システム２１１からの被変調信号として、単色の種々の濃淡を用いることができるため、結果として生成される画像が単色の種々の濃淡によって形成される。共振器２３２の選択的な起動は、電気スイッチング素子によってではなく、光エネルギー又は他の電磁エネルギーの変調によって制御されるため、デバイス２１０はコスト削減及び複雑さを低減することができる。

図４は、デバイス１０の別の実施形態である、ビジュアルコミュニケーションデバイス３１０を概略的に示す。デバイス３１０はデバイス１０に類似であるが、デバイス３１０が共振器３２の代わりの共振器３３２（そのうちの１つが示される）と、拡散体３７０（そのうちの１つが示される）とを含むことで異なる。デバイス１０の構成要素に対応するデバイス３１０の残りの構成要素は同じように番号を付される。図４に概略的に示されるように、導波路３０がキャリア信号３４を共振器３３２に送信する。線３５によって概略的に表されるように、共振器３３２は、共振器３３２の形状及び／又は寸法の結果として、キャリア信号３４から周波数成分を選択的に抽出する。しかしながら、共振器３２とは異なり、共振器３３２は、抽出された周波数成分３５を拡散又は放出する代わりに、抽出された周波数成分３５を関連付けられる拡散体３７０に概ね送信するように構成される。

拡散体３７０は、共振器３３２から抽出された周波数成分３５を受信するために、共振器３３２に動作可能に結合される、相対的に高い効率の拡散又は散乱の構造又はデバイスを含む。特定の一実施形態では、拡散体３７０は、抽出された周波数成分３５の波長に概ね等しい間隔だけ、共振器３３２から離間される。図４にさらに示されるように、拡散体３７０は電磁エネルギー又は光を散乱させる。拡散体３７０は、その関連付けられる共振器３３２と比べて、さらに大きな散乱能力を有するように構成することができるため、デバイス３１０によって提供される画像又はインジケータの輝度を高めることができる。一実施形態では、拡散体３７０は粗いＳｉＯ₂表面を含むことができる。デバイス１０及び２１０は、光又は他の電磁放射を直に放出又は散乱する共振器を有するものとして示されるが、別の実施形態では、デバイス１０及び２１０は、付加的に、デバイス１０及び２１０の共振器のうちの１つ又は複数に関連付けられる拡散体を含むことができる。

図５は、上記の共振システム１４、１１４及び２１４の別の実施形態である、共振システム４１４を形成する１つの例示的な方法を示す。図５に示されるように、共振システム４１４は、基板４２８と、導波路４３０と、共振器４３２と、クラッディング４３４とを備える。基板４２８は、導波路４３０及び共振器４３２を支持する土台又は基礎構造を含む。導波路４３０は基板４２８上に形成され、１つ又は複数の信号生成器によって提供される被変調キャリア信号を共振器４３２に送信する。共振器４３２も基板４２８上に形成され、導波路４３０にごく近接して基板４２８によって支持される。クラッディング４３４は導波路４３０上に、且つその周囲に延在する。導波路４３０及び共振器４３２はそれぞれ、基板４２８及びクラッディング４３４と比べると、より高い屈折率を有する。結果として、導波路４３０からの光の拡散が減少する。さらに、共振器４３２によって放出される光は、基板４２８から離れる方向に向けられる。他の実施形態では、基板４２８は代替的に、共振器の下でより高い相対屈折率を有することができ、共振器４３２から反対の方向に離れるように光が拡散できるようにする。

一実施形態によれば、共振システム４１４は最初に概ね均一な組成の基板４２８を配設し、その後、基板４２８の部分を選択的にドープして、ドープされた部分の屈折率を高め、導波路４３０及び共振器４３２を形成することによって形成される。クラッディング４３４は導波路４３０上に層を形成することによって形成される。一実施形態では、基板４２８はＳｉＯ₂を含むことができ、導波路４３０は複数の部分にＧｅＯをドープすることによって形成される。他の実施形態では、基板４２８は他の材料を含んでもよく、導波路４３０及び／又は共振器４３２は、基板４２８に他の材料を他の様態でドープすることによって形成することができる。

さらに別の実施形態では、共振システム４１４は代替的に、基板４２８を最初に配設し、フォトリソグラフィを用いて、導波路４３０、共振器４３２及びクラッディング４３４を形成することによって形成することができる。たとえば、一実施形態では、基板４２８の部分を選択的にエッチングすることによって、空洞４３５及び４３７を形成することができる。その後、蒸着、スパッタリング等によって、空洞４３５及び４３７内に、より高い屈折率を有する１つ又は複数の材料を被着させることができる。その後、クラッディング４３４を選択的に被着するか、又は被着して選択的にエッチングすることによって、導波路４３０上にクラッディング４３４を設けることができる。

図６は、共振システム１４、共振システム１１４又は共振システム２１４の別の実施形態である共振システム５１５を概略的に示す。共振システム５１５は包括的には、基板５２８と、反射層５２９と、導波路５３０と、共振器５３２と、クラッディング５３４とを備える。基板５２８は基板４２８に類似である。基板５２８は、反射層５２９、導波路５３０、共振器５３２及びクラッディング５３４を支持する土台又は他の構造を含む。一実施形態では、基板５２８はＳｉＯ₂から形成することができる。他の実施形態では、基板５２８は他の材料から形成することができる。

反射層５２９は、可視光のような電磁放射を反射する材料の層を含む。反射層５２９は、基板５２８と共振器５３２との間のある特性部５２８上に形成される。反射層５２９は、光（又は他の電磁放射）を反射し、基板５２８から離れる方向に向ける。一実施形態では、反射層５２９は、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂のような異なる材料から形成される誘電体スタックを含むことができる。別の実施形態では、反射層５２９は低屈折率材料ＭｇＦ₂の薄膜を含んでもよい。他の実施形態では、反射層５２９は、他の材料から形成されてもよいし、又は省かれてもよい。

導波路５３０及び共振器５３２は、導波路４３０及び共振器４３２に類似である。導波路５３０は、被変調キャリア信号を共振器５３２に送信する。共振器５３２は、送信された被変調搬送波信号の周波数成分に基づいて電磁放射又は光を選択的に受信し、受信した光を散乱させる。クラッディング５３４は、導波路５３０と比べて、低い屈折率を有する１つ又は複数の材料の層を含む。クラッディング５３４は、導波路５３０上に延在し、導波路５３０からの光の拡散を阻止する。

図７及び図８は、共振システム５１５を形成する１つの方法を概略的に示す。詳細には、図７及び図８は、エンボス加工又はマイクロコンタクトプリントによる共振システム５１５の形成を示す。図７に示されるように、一実施形態では、共振システム５１５は、製造システム６１０によって形成することができる。製造システム６１０は、移送部６１２と、コンタクトプリントステーション６１４と、コンタクトプリントステーション６１６と、ロータリアクチュエータ６１８とを含む。移送部６１２は、送りリール６２２と巻取りリール６２４とを含む。図８によって示されるように、送りリール６２２は、共振システム５１５の基板５２８及び反射層５２９を含む、材料のウエブ６２６を配設する。他の実施形態では、送りリール６２２は代替的に基板５２８を配設することができ、反射層５２９は、製造システム６１０によって基板５２８上に被着されるか、又は他の方法で形成される。巻取りリール６２４は、共振システム５１５を形成する完成したウエブを巻き取る。

コンタクトプリントステーション６１４は、ウエブ６２６上に導波路５３０及び共振器５３２をコンタクトプリントするように構成される１つ又は複数のデバイスを含む。同様に、コンタクトプリントステーション６１６は、導波路５３０上にクラッディング５３４をコンタクトプリントする１つ又は複数のデバイスを含む。特定の一実施形態では、コンタクトプリントステーション６１４及び６１６は、マイクロコンタクトプリントステーション又はナノコンタクトプリントステーションを含む。ステーション６１４及び６１６はそれぞれ、巻取りリール６２４をも回転駆動するロータリアクチュエータ６１８によって回転駆動される。他の実施形態では、ステーション６１４、６１６及び巻取りリール６２４は、個々のロータリアクチュエータによって回転駆動することができる。

図８は、ウエブ６２６上に共振器５３２及び導波路５３０をインプリントするコンタクトプリントステーション６１４をさらに詳細に示す。図８によって示されるように、ステーション６１４は支持体６３０とスタンプ６３２とを含む。支持体６３０はウエブ６２６に対するスタンプ６３２の位置決めを維持する。スタンプ６３２は十分な弾性を有する隆起部分を含むため、スタンプ６３２はウエブ６２６に等角に接触し、支持体６３０が矢印６３７によって示される方向に回転し、ウエブ６２６が矢印６３９によって指示される方向に動くので、ウエブ６２６上に材料６４１を堆積して、導波路５３０及び共振器５３２を形成する。導波路５３０及び共振器５３２がコンタクトプリントによって形成されるため、相対的に低いコストで、導波路５３０及び共振器５３２のサイズ、形状及び相対的な位置決めに関する高度な制御が達成される。

図７及び図８は、共振システム５１５を形成する工程の一例を示す。他の工程が用いられることもある。たとえば、他の実施形態では、コンタクトプリントステーション６１６を省いてもよく、クラッディング５３４は他の様態で被着される。さらに、導波路５３０及び共振器５３２を形成するのを容易にするために、さらに別のマイクロコンタクトプリントステーションを用いて、導波路５３０又は共振器５３２を形成する材料を被着する前に、ウエブ６２６に湿潤剤又は非湿潤剤を選択的に被着することもできる。

本開示は、例示的な実施形態を参照しながら説明されてきたが、特許請求される主題の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び細部を変更することができることは当業者には理解されよう。たとえば、種々の例示的な実施形態が、１つ又は複数の利点を提供する１つ又は複数の特徴を含むものとして説明されることがあるが、説明される特徴は互いに入れ替えることができるか、代替的に、説明される例示的な実施形態において、又は他の代替の実施形態において互いに組み合わせることができるものと考えられる。本開示の技術は比較的複雑であるため、その技術の全ての変更が予測可能であるとは限らない。例示的な実施形態を参照しながら説明され、添付の特許請求の範囲において述べられる本開示は、可能な限り広い範囲に適用されることを明らかに意図している。たとえば、特に他に言及されない限り、ただ１つの特定の構成要素を記載する請求項は、複数のそのような特定の構成要素も包含する。

１つの例示的な実施形態によるビジュアルコミュニケーションデバイスの一例の概略図である。 １つの例示的な実施形態による、図１のビジュアルコミュニケーションデバイスの別の実施形態を概略的に示す端面図である。 １つの例示的な実施形態による、図１のビジュアルコミュニケーションデバイスの別の実施形態の概略図である。 １つの例示的な実施形態による、図１のビジュアルコミュニケーションデバイスの別の実施形態の概略図である。 １つの例示的な実施形態による共振システムを概略的に示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による、図５の共振システムの別の実施形態を概略的に示す断面図である。 １つの例示的な実施形態による製造システムの概略図である。 １つの例示的な実施形態による、図６の共振システムを形成する図５の製造システムを概略的に示す部分正面拡大図である。

Claims (10)

1. 第１の列の共振器であって、該共振器のそれぞれがそれぞれの電磁放射に共振するように構成され、該共振器の少なくとも２つが相互に異なる前記それぞれの電磁放射を受信して当該それぞれの電磁放射にそれぞれ共振するように構成された当該第１の列の共振器と、
   前記共振器のそれぞれに被変調信号の少なくとも一部分を伝達するための第１の導波路であって、各共振器は当該共振器の前記それぞれの電磁放射に対応する前記被変調信号の特定の一成分をそれぞれ受信して共振するように構成された第１の導波路と、
   放射源からの電磁放射を前記被変調信号へ周波数変調して該被変調信号を前記第１の導波路に出力するための周波数変調器と、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 前記共振器は２次元で配列されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記共振器のうちの１つ又は複数に結合される拡散体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記第１の導波路は反射終端部を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の導波路に結合された第２の列の共振器と、
   前記第２の列の共振器に結合される第２の導波路とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記第１の導波路は、前記被変調信号の第１の部分を受信するように構成される第１の端部と、前記被変調信号の第２の部分又は前記前記被変調信号の前記第１の部分を受信するように構成される第２の端部とを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記周波数変調器は赤色光を含む第１の被変調信号と、青色光を含む第２の被変調信号と、緑色光を含む第３の被変調信号とに変調するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記周波数変調器は第１の色の光の第１の濃淡を含む第１の被変調信号と、前記第１の色の光の第２の濃淡を含む第２の被変調信号とに変調するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 導波路に近接して一列の共振器を、各方向に複数の共振器を有する２次元アレイとして形成し、該共振器の少なくとも２つが前記導波路を伝搬する周波数変調された信号の互いに異なる成分を受信してそれぞれに共振し、特定の共振器により受信され共振された前記周波数変調された信号の成分は当該特定の共振器の共振する電磁放射に対応するようにすること、
   前記一列の共振器に含まれるひとつあるいは複数の共振器に拡散体を結合すること、
   を含み、
   放射源からの電磁放射が周波数変調されて前記周波数変調された信号の前記成分を含むことを特徴とする方法。
10. 前記共振器は、ドーピング、フォトリソグラフィ及びコンタクトプリントから成る一群の製造ステップのうちの少なくとも１つによって形成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。

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