DE102011113066A1 - Controlled optical element is filled with optical liquid and has volume that is formed from base surface and shape-variable top surface and is additionally contains side parts and membrane - Google Patents

Controlled optical element is filled with optical liquid and has volume that is formed from base surface and shape-variable top surface and is additionally contains side parts and membrane

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DE102011113066A1
DE102011113066A1 DE201110113066 DE102011113066A DE102011113066A1 DE 102011113066 A1 DE102011113066 A1 DE 102011113066A1 DE 201110113066 DE201110113066 DE 201110113066 DE 102011113066 A DE102011113066 A DE 102011113066A DE 102011113066 A1 DE102011113066 A1 DE 102011113066A1
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    • G02B26/004Optical devices or arrangements using movable or deformable optical elements for controlling the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light, e.g. switching, gating, modulating based on a displacement or a deformation of a fluid

Abstract

The controlled optical element is filled with an optical liquid (7) and has a volume (6) that is formed from a base surface (1) and a shape-variable top surface (2) and is additionally contains side parts (5) and a membrane (4). A body is formed with optical properties over the overall filling process. The properties and the effects of the optical body are specifically influenced. The body is arranged at or on the volume. The formed volume is subdivided and is specifically filled with liquid, gel or gas.

Description

  • Es sind verstellbare optische Linsen bekannt und beispielhaft in der Patentschrift There are adjustable optical lenses known and exemplified in the patent DE 196 05 984 C1 DE 196 05 984 C1 beschrieben, bei der transparente Folien derart mit Flüssigkeit gefüllt werden, dass bei Erreichen eines bestimmten Druckwertes der Flüssigkeit eine sprunghafte Veränderung der Hüllenform der Folien auftritt. described, are filled with the transparent films such with liquid so that a sudden change in the envelope shape of the films occurs upon reaching a certain pressure value of the liquid. Nachteilig an derartigen Anordnungen ist, dass nur konstruktionsbedingte Zustände und keine stufenlosen Werte der Linse eingestellt werden können. A disadvantage of such arrangements is that only construction-related conditions and not continuously variable values ​​of the lens can be adjusted.
  • Bekannt ist weiterhin eine variable Fokussierlinse, beschrieben in dem Also known is a variable focus lens described in US Patent 4,514,048 US Patent 4,514,048 , bei dem eine flexible Linse von einer verstellbaren Vorrichtung derart umschlossen wird, dass mittels mechanischer Umfangsveränderung eine Kraftwirkung auf die Linse ausgeübt wird und somit eine mehr oder weniger gewölbte Linsenform realisiert werden kann. In which a flexible lens is enclosed by an adjustable device such that by means of mechanical circumference change a force is exerted on the lens, and thus a more or less convex lens shape can be realized. Als Nachteil derartiger Einrichtungen ist die bedingte Miniaturisierungsmöglichkeit verbunden mit einem hohen mechanischen Realisierungsaufwand anzuführen. A disadvantage of such devices conditional Miniaturisierungsmöglichkeit is connected to a high mechanical realization effort to lead.
  • In der Gebrauchsmusterschrift In the utility model DE 298 23 857 U1 DE 298 23 857 U1 wird eine Mikrolinse mit variabler Brennweite beschrieben, bei der eine Bohrung in einem Substrat mit zwei Membranen derart verschlossen wird, dass sich im Substrat selber ein Kanal für eine optische Flüssigkeit ausbildet und dass die Membranen mittels Druckvariation zu einer unterschiedlichen Auswölbung gebracht werden können. a microlens will be described with a variable focal length in which a bore is closed in a substrate with two membranes such that is formed in the substrate itself, a channel for an optical liquid and that the membranes can be brought to a different bulging by means of pressure variation. Nachteilig an einem derartigen Aufbau sind der hohe mechanische Aufwand und die nur begrenzte optische Variationsmöglichkeit. A disadvantage of such a structure are of high mechanical effort and only a limited possibility of variation optical.
  • Es sind weiterhin veränderbare optische Elemente bekannt und beispielhaft beschrieben in der Offenlegungsschrift There are further changeable optical elements known and described, for example in the publication DE 103 49 467 A1 DE 103 49 467 A1 , bei denen unter dem Einfluss einer elektrischen Spannung die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten gezielt verändert werden kann. In which the surface tension of liquids can be selectively changed under the influence of an electrical voltage. Nachteilig an derartigen Anordnungen ist, dass diese Wirkung nur auf stark räumlich begrenzte Bereiche beschränkt ist und nur solche Variationen möglich sind, die sich auf Oberflächenspannungsänderungen zurück führen lassen. A disadvantage of such arrangements is that this effect is restricted to limited areas strongly spatially and only those variations are possible, which can be attributed to surface tension changes.
  • Die Offenlegungsschrift The Application Publication DE 2004 059 172 A1 DE 2004 059 172 A1 beschreibt weiterhin ein optisches Element, am Beispiel einer Linse mit veränderbarer Fokallänge, bei dem in einem starren Behältnis zwei formflexible Medien sich berühren und die Grenzfläche der Medien in Form und Größe veränderbar sind. further describes an optical element, using the example of a lens with variable focal length, wherein the flexible shape in a rigid container, two media touch and the interface of the media can be altered in shape and size. Nachteilig hieran ist, dass Form und Größe des Elements nur begrenzt gestaltbar sind. This has the disadvantage that the shape and size of the element is limited Artwork.
  • Aufgabe der erfindungsgemäßen Lösung eines gesteuerten optischen Elements soll es demnach sein, einen im Volumen und in der Form variablen und steuerbaren Körper zu realisieren, der durch den Aufbau und die Gestaltung seiner Oberfläche variable optische Eigenschaften realisieren kann, wobei auch voneinander abweichende optische Eigenschaften in einer Einheit in vielfältiger Weise miteinander kombinierbar sein sollen. The object of the solution according to the invention a controlled optical element, it should therefore be to realize a volume and shape-variable and controllable body, which can be realized by the structure and composition of its surface variable optical properties, while also differing optical properties in a unit should be combined with each other in many ways. Beispielhafte Ausführungen eines derartigen gesteuerten optischen Elements sowie dessen Ansteuerung sind in den Abbildungen der Exemplary types of such controlled optical element and its control are in the figures of 1 1 bis to 8 8th , sowie den darin angeführten weiteren Untergliederungen, dargestellt. As well as included further subdivisions shown.
  • 1a 1a stellt beispielhaft ein gesteuertes optisches Element in Ruhestellung dar. Auf einer Grundfläche exemplifies a controlled optical element in the rest position. On a base 1 1 ist eine formvariable Deckfläche is a variable-shape top surface 2 2 angeordnet, die über einen Anschluss arranged, which via a connection 3 3 auf der einen Seite und über eine Membrane on one side and a membrane 4 4 auf der zweiten Seite miteinander verbunden sind. are connected on the second side with each other. Die Seitenteile The side parts 5 5 werden von einem dehnbaren Material oder ebenfalls von Membranen gebildet. are formed of a stretchable material or likewise of membranes. Von der gesamten Komponente wird ein Volumen Of the total component is a volume 6 6 eingeschlossen, in dem sich eine optische Flüssigkeit included, in which an optical liquid 7 7 befindet. located. Wird mittels des Anschlusses By means of the terminal 3 3 in das Volumen in the volume 6 6 optische Flüssigkeit optical liquid 7 7 eingebracht, dargestellt in der introduced, shown in 1b 1b ., führt dies zu einer Vergrößerung des Volumens ., This leads to an increase in the volume 6 6 , was eine Streckung der Membrane What a stretching of the diaphragm 4 4 und der Seitenteile and the side parts 5 5 , sowie eine Lageänderung der formvariablen Deckfläche And a position change of the shape-variable deck area 2 2 , zur Folge hat. The consequence. Das derartig veränderbare gesteuerte optische Element ist zur Verbesserung der Anschaulichkeit nochmals in der The thus-controlled variable optical element is to improve clarity again in the 1c 1c in perspektivischer Form dargestellt. shown in a perspective form.
  • In der Abbildung In the picture 2 2 , mit den Untergliederungen a bis c, wird das in With the subdivisions a through c, which is in 1 1 beispielhaft beschriebene einzelne gesteuerte optische Element in Kombination mit weiteren Elementen dargestellt, wobei in by way of example described individual controlled optical element shown in combination with other elements, in 2a 2a eine Ruhestellung von drei derartig übereinander angeordneten gesteuerten optischen Elementen abgebildet ist. a rest position of three such superposed controlled optical elements is shown. Unabhängig voneinander können die erfindungsgemäßen gesteuerten optischen Elemente, wie in Independently of one another, the optical elements controlled according to the invention as shown in 2b 2 B dargestellt, betätigt werden, was eine Vergrößerung der optischen Variabilität darstellt. are shown, operated, which is a magnification of the optical variability. Die perspektivische Abbildung einer derartigen Anordnung ist in der The perspective illustration of such an arrangement is in the 2c 2c dargestellt. shown. Ergänzend wurde hier der Anschluss In addition here is the connection 3 3 , für die Einspeisung der optischen Flüssigkeit For the feed of the optical liquid 7 7 , durch einen weiteren Anschluss , By a further connection 8 8th ergänzt, durch den, über einen gesteuerten Rücklauf, ein Kreislaufsystem für die optische Flüssigkeit supplemented by, via a controlled return, a circulation system for the optical fluid 7 7 , ggf. zur Wärmeabführung, realisierbar ist. Is necessary for heat dissipation, realized.
  • In der Abbildung In the picture 3 3 , mit den weiteren Untergliederungen von a bis e, wird in beispielhafter Form die Realisierung eines gesteuerten optischen Elements, in gedoppelter Ausführung, dargestellt. , Further subdivisions of a to e, in an exemplary form is the realization of a controlled optical element, shown in a doubled construction. 3a 3a zeigt in der Ruhestellung jeweils Grundflächen shows in the inoperative position each base areas 1 1 und darüber liegende Deckflächen and overlying top surfaces 2 2 , die mittels der Arbeitskammern Which, by means of the working chambers 10 10 und and 11 11 bzw. or. 12 12 und and 13 13 Abstände zueinander aufweisen, die von den zugehörigen Seitenteilen have distances from one another, of the associated side parts 5 5 , aus einem dehnbaren Material, umschlossen werden und die Volumina Are enclosed of a stretchable material and the volumes 6 6 bilden. form. Diese Volumina these volumes 6 6 stehen über die Anschlüsse available through the ports 3 3 mit einer optischen Flüssigkeit with an optical liquid 7 7 in Verbindung. in connection. Mittels der Anschlüsse By means of the connectors 13 13 können die Arbeitskammern can the working chambers 9 9 bis to 12 12 in beliebiger Form gefüllt und damit in ihrer Form verändert werden. be filled in any desired form, thus changing its shape. Beispiele für Realisierungsmöglichkeiten derartiger gesteuerter optischer Elemente sind in den Abbildungen der Examples of possible implementations of such controlled optical elements in the figures of 3b 3b bis to 3e 3e dargestellt. shown.
  • Die Abbildung The image 4 4 , mit den Untergliederungen von a bis d, stellt ein System von gesteuerten optischen Elementen dar, die in analoger Form bereits in den Abbildungen der With the subdivisions of a to d, illustrates a system of controlled optical elements in analog form already in the figures 1 1 und and 2 2 beschrieben sind. are described. Ergänzend hierzu erfolgt die Darstellung der Anordnung eines weiteren gesteuerten optischen Elements in Form einer variablen optischen Linse. In addition to this the representation of the arrangement of another controlled optical element in the form of a variable optical lens is carried out. In der In the 4a 4a wird die Ruhestellung des Aufbaus wieder gegeben. the rest position of the structure is given again. Die gesteuerten Prismenanordnungen sind bezüglich ihrer Formveränderung gegensinnig angeordnet. The controlled prism arrays are arranged with respect to their shape change in opposite directions. Das Linsenelement bildet den oberen Abschluss der Anordnung. The lens element forms the upper end of the assembly. In den Abbildungen der In the illustrations of 4b 4b bis to 4d 4d sind die sich daraus ergebenden Möglichkeiten der Variabilität dieser gesteuerten optischen Elemente, jeweils für beispielhafte Auslenkungsstände der Elemente, dargestellt. are the consequent possibilities of variability of these controlled optical elements, each shown for exemplary Auslenkungsstände of the elements. Anzufügen ist hierbei die Möglichkeit der Verwendung von optischen Flüssigkeiten To add here is the possibility of using optical liquids 7 7 mit voneinander abweichenden Brechungsindizes. with differing indices of refraction. Auch die Betätigung mehrerer gesteuerter optischer Elemente gleichzeitig ist bei der Gesamtwirkung zu berücksichtigen. Also, the operation of a plurality of optical elements is controlled simultaneously to be considered in the overall efficiency.
  • In der In the 5 5 , in den Ausführungen von a und b, ist eine weitere Form der Realisierung eines gesteuerten optischen Elements dargestellt. , In the embodiments of a and b, a further form of realization of a controlled optical element is shown. Die im Material vorgeformten Ausführungen der Linsen The pre-formed in the material types of lenses 14 14 , . 15 15 und sind and are 16 16 übereinander liegend angeordnet. arranged one above the other. Mittels der Anschlüsse By means of the connectors 3 3 können diese gesteuert mit einer optischen Flüssigkeit they can be controlled with an optical liquid 7 7 befüllt werden. be filled. In In 5a 5a wird der Ruhezustand der Anordnung dargestellt. the rest configuration of the device is illustrated. In In 5b 5b sind die Linsen the lenses 14 14 , . 15 15 und and 16 16 mit der optischen Flüssigkeit with the optical fluid 7 7 befüllt und haben sich entsprechend der Vorformungen der Hüllen und des gezielten Befüllungsstandes entfaltet. filled and has unfolded according to the preshaped of the shells and filling targeted object. Mittels Variation der Menge an optischer Flüssigkeit kann auf die Gesamtfunktion, durch die Variation der Linsen By varying the amount of optical liquid can to the overall function, by the variation of the lenses 14 14 , . 15 15 und and 16 16 , separat Einfluss genommen werden. Influence separately taken.
  • Die Abbildung The image 6 6 , mit den Untergliederungen von a bis d, entspricht bis auf eine Komponente der bereits in With the subdivisions of a to d which corresponds to a component of the already in 4 4 beschriebenen Funktion eines gesteuerten optischen Elements. Function of a controlled optical element described. In der benannten In the notified 6 6 ist die in der is in the 4 4 beschriebene Linsenanordnung ersetzt durch eine Spiegelanordnung Lens arrangement described is replaced by a mirror arrangement 17 17 , deren Lage und Form in bereits beschriebener Weise variiert bzw. eingestellt werden kann. , Whose location and shape can be varied in the manner already described or adjusted.
  • 7 7 stellt eine beispielhafte Form für die Ansteuerung eines gesteuerten optischen Elements dar. Hierin ist ein gemäß represents one exemplary form for the control of a controlled optical element. Herein, a according to 1 1 beschriebenes gesteuertes optisches Element mit seinem Anschluss described controlled optical element with its connection 3 3 für die optische Flüssigkeit for optical liquid 7 7 mit einer Pumpe to a pump 18 18 verbunden, die sowohl mit einem Vorratsbehälter connected with both a reservoir 19 19 für die optische Flüssigkeit for optical liquid 7 7 in Verbindung steht, zum anderen an einen Mikrocontroller communicating, on the other hand to a microcontroller 20 20 , der mit einem Sensor Provided with a sensor 21 21 verbunden ist, angeschlossen ist. is connected, is connected. Die von einem Sensor By a sensor 21 21 bereitgestellten Informationen zum Arbeitsverhalten der Anordnung, gemäß Soll-Ist-Vergleich, werden von einem Mikrocontroller information provided to the working behavior of the arrangement in accordance with target actual comparison can be of a microcontroller 20 20 erfasst, bewertet und zur Erzeugung der Antriebssignale für die Pumpe detected, evaluated, and for generating the driving signals for the pump 18 18 derart an diese geleitet, dass eine weitere Befüllung oder ggf. Entleerung des gesteuerten optischen Elements erfolgt. such directed to these, that further filling or emptying of the optionally controlled optical element is. Hierin wird die optische Flüssigkeit Herein, the optical fluid 7 7 wahlweise zwischen dem gesteuerten optischen Element und dem Vorratsbehälter optionally between the controlled optical element and the reservoir 19 19 bewegt. emotional.
  • In der Abbildung von In the illustration of 8 8th wird ergänzend zu der bereits dargestellten und beschriebenen is in addition to the already illustrated and described 7 7 eine Erweiterung derart dargestellt, dass das gesteuerte optische Element über einen weiteren Anschluss an extension shown such that the controlled optical element via a further connection 8 8th verfügt, der über ein Reglerelement has, via a regulator element 22 22 an einen Tauscher to an exchanger 23 23 angeschlossen ist, welcher über die Anschlüsse is connected, which via the connections 24 24 Verbindung zu einer wärmeverarbeitenden Anlage besitzt. has connection to a heat-processing plant. Tauscher exchanger 23 23 und Vorratsbehälter and reservoirs 19 19 bilden eine Einheit und beinhalten weiterhin den DC-Anschluss form a unit and further include the DC terminal 25 25 . , Mikrocontroller microcontroller 20 20 und Reglerelement and controller element 22 22 sind miteinander elektrisch verbunden. are electrically connected together. Die vom Sensor By the sensor 21 21 generierten und vom Mikrocontroller generated and the microcontroller 20 20 aufbereiteten Steuersignale steuern sowohl die Pumpe control treated control signals both the pump 18 18 als auch des Reglerelement and the regulator element 22 22 derart, dass das gesteuerte optische Element in die gewünschte Form gebracht wird, andererseits aber im System ständig eine Menge an optischer Flüssigkeit such that the controlled optical element is brought into the desired shape, on the other hand, in the system continuously, an amount of optical liquid 7 7 zirkuliert. circulated. Dabei wird die im gesteuerten optischen Element aufgenommene Wärmeenergie durch die optische Flüssigkeit The recorded in controlled optical element heat energy through the optical liquid 7 7 in den Tauscher in the exchanger 23 23 geführt, dort der optischen Flüssigkeit out, there the optical liquid 7 7 entzogen und zur Weiternutzung an den Anschlüssen withdrawn and re-use at the terminals 24 24 bereitgestellt. provided. Mittels der DC-Anschlüsse By means of the DC terminals 25 25 kann auf elektrolytischem Wege der Brechungsindex der optischen Flüssigkeit can electrolytically the refractive index of the optical fluid 7 7 zur Feinabstimmung des Systems verändert werden. be varied for fine tuning of the system.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Grundfläche footprint
    2 2
    Formvariable Deckfläche Form variable cover surface
    3 3
    Anschluss connection
    4 4
    Membrane membrane
    5 5
    Seitenteile side panels
    6 6
    Volumen volume
    7 7
    Optische Flüssigkeit optical liquid
    8 8th
    Anschluss connection
    9 9
    Arbeitskammer working chamber
    10 10
    Arbeitskammer working chamber
    11 11
    Arbeitskammer working chamber
    12 12
    Arbeitskammer working chamber
    13 13
    Anschluss connection
    14 14
    Linse lens
    15 15
    Linse lens
    16 16
    Linse lens
    17 17
    Spiegelanordnung mirror arrangement
    18 18
    Pumpe pump
    19 19
    Vorratsbehälter reservoir
    20 20
    Mikrocontroller microcontroller
    21 21
    Sensor sensor
    22 22
    Reglerelement regulator element
    23 23
    Tauscher exchanger
    24 24
    Anschlüsse connections
    25 25
    DC-Anschluss DC connection
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA is not liable for any errors or omissions.
  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • DE 19605984 C1 [0001] DE 19605984 C1 [0001]
    • US 4514048 [0002] US 4514048 [0002]
    • DE 29823857 U1 [0003] DE 29823857 U1 [0003]
    • DE 10349467 A1 [0004] DE 10349467 A1 [0004]
    • DE 2004059172 A1 [0005] DE 2004059172 A1 [0005]

Claims (4)

  1. Gesteuertes optisches Element, gefüllt mit einer optischen Flüssigkeit Controlled optical element filled with an optical fluid 7 7 , gekennzeichnet dadurch, dass ein mindestens aus einer Grundfläche , Characterized in that at least one of a base 1 1 und einer formvariablen Deckfläche and a shape-variable deck area 2 2 gebildetes Volumen volume formed 6 6 , das zusätzlich die Seitenteile Additionally the side parts 5 5 und eine Membrane and a membrane 4 4 beinhalten kann, variabel und stufenlos mit einer optischen Flüssigkeit may include variable and continuously with an optical liquid 7 7 oder einen anderen Fluidum befüllt wird, dass über den gesamten Befüllungsvorgang ein Körper mit optischen Eigenschaften gebildet wird und/oder dass die Eigenschaften und die Wirkungen eines an oder auf diesem Volumen or another fluid is filled, that a body having optical properties is formed over the entire filling process and / or that the properties and effects of at or on this volume 6 6 angeordneten optischen Körpers gezielt beeinflusst werden können. arranged optical body can be influenced.
  2. Anspruch gemäß des Punktes 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gebildete Volumen Claim according to the point 1, characterized in that the volume formed 6 6 weiter beliebig unterteilbar ist und gezielt mit Flüssigkeit, Gel oder Gas befüllbar ist, wobei die Befüllung statisch und/oder dynamisch, in Form einer Durchströmung, erfolgt. is further subdivided freely and can be filled with liquid, gel or gas selectively, wherein the filling static and / or dynamic, in the form of a through-flow takes place.
  3. Anspruch gemäß der Punkte 1. und 2., gekennzeichnet dadurch, dass die gesteuerten optischen Elemente entsprechend ihres vorgesehenen Verwendungszwecks vorgeformt sind oder in eine entsprechende Form gepresst werden und dass die gesteuerten optischen Elemente in beliebiger Form und in beliebiger Reihenfolge übereinander und nebeneinander angeordnet werden. Claim according to the points 1 and 2, characterized in that the controlled optical elements are pre-shaped according to their intended use or pressed into an appropriate mold and that the controlled optical elements in any form and in any order above the other and are juxtaposed.
  4. Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerten optischen Elemente einzeln kombinierbar oder als miteinander verbundene Einheit vorliegen und einzeln und/oder in Gruppen gesteuert befüllbar sind, wobei Teilflächen, entsprechend der Funktion, mit einem reflektierenden Belag versehen sind. Claim according to the points 1 to 3, characterized in that the controlled optical elements can be combined individually or as interconnected unit and individually and / or controlled in groups are filled, wherein partial surfaces are provided corresponding to the function, with a reflective coating ,
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