DE102014000500A1

DE102014000500A1 - Optisches System und Verwendung eines solchen

Info

Publication number: DE102014000500A1
Application number: DE201410000500
Authority: DE
Inventors: Alexis Bony; Aline Desjean
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2014-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System, umfassend zumindest einen spektral aufgelösten optischen Sensor (11) zur Detektion eines Lichtspektrums und zumindest ein spektral steuerbares optisches Absorptionselement (1) zur Absorption eines Bereichs des mittels des zumindest einen Sensors (11) detektierten Lichtspektrums, wobei das zumindest eine Absorptionselement (1) jeweils zumindest einen Träger (4 bis 6), zumindest eine Elektrode (7 bis 10) zum Einstellen eines Absorptionsgrads und mehrere elektrochrome Anordnungen (2, 3) umfasst, wobei die elektrochromen Anordnungen (2, 3) jeweils zumindest eine elektrochrome Schicht (2.1, 3.1) umfassen und wobei die zumindest eine elektrochrome Schicht (2.1, 3.1) derart einem Farbspektrum zugeordnet ist, dass die jeweilige elektrochrome Anordnung (2, 3) dieses Farbspektrum aus dem Lichtspektrum absorbiert. Erfindungsgemäß sind die elektrochromen Anordnungen (2, 3) versetzt zueinander in der gleichen Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines solchen optischen Systems als Fahrzeugspiegel, Verglasungssystem oder Transmissionssystem für ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System, umfassend zumindest einen spektral aufgelösten optischen Sensor zur Detektion eines Lichtspektrums und zumindest ein spektral steuerbares optisches Absorptionselement zur Absorption eines Bereichs des mittels des zumindest einen Sensors detektierten Lichtspektrums, wobei das zumindest eine Absorptionselement jeweils zumindest einen Träger, zumindest eine Elektrode zum Einstellen eines Absorptionsgrads und mehrere elektrochrome Anordnungen umfasst, wobei die elektrochromen Anordnungen jeweils zumindest eine elektrochrome Schicht umfassen und wobei die zumindest eine elektrochrome Schicht derart einem Farbspektrum zugeordnet ist, dass die jeweilige elektrochrome Anordnung dieses Farbspektrum aus dem Lichtspektrum absorbiert.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines solchen optischen Systems.
Aus der DE 10 2012 011 255 A1 ist ein Fahrzeugspiegel mit einem Spiegelkörper, dessen Reflexionsgrad elektrisch einstellbar ist, mit einer Sensorik zum Ermitteln einer Lichtstärke von auf den Spiegel auftreffendem Licht und mit einer mit der Sensorik gekoppelten Steuerung zum Einstellen des Reflexionsgrads abhängig von der ermittelten Lichtstärke bekannt. Die Sensorik zum Ermitteln der Lichtstärken ist in mehreren verschiedenen Spektralbereichen derart ausgestaltet, dass die Steuerung zum Einstellen des Reflexionsgrads in Abhängigkeit der mehreren spektralen Lichtstärken ausgestaltet ist. Dabei ist eine elektrisch ansteuerbare Absorptionsbeschichtung zum Einstellen des Reflexionsgrads durch Verändern eines Absorptionsgrads für das auf den Fahrzeugspiegel auftreffende Licht vorgesehen. Die Absorptionsbeschichtung weist mehrere elektrisch ansteuerbare aus Elektrochromschichten gebildete Absorptionsschichten mit zugehörigen Absorptionsspektren auf, deren jeweilige Absorptionsfähigkeiten verschiedenen Spektralbereichen zugeordnet sind und die zum Einstellen ihrer Absorptionsgrade von der Steuerung separat ansteuerbar sind. Zu einer elektrischen Ansteuerung umfasst die Absorptionsbeschichtung flächige und transparente Elektroden. Weiterhin ist die Absorptionsschicht auf einem als Glaskörper ausgebildeten Träger angeordnet, wobei an dem Träger weiterhin eine Spiegelbeschichtung angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes optisches System und eine Verwendung eines solchen optischen Systems anzugeben.
Hinsichtlich des optischen Systems wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Verwendung durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das optische System umfasst zumindest einen spektral aufgelösten optischen Sensor zur Detektion eines Lichtspektrums und zumindest ein spektral steuerbares optisches Absorptionselement zur Absorption eines Bereichs des mittels des zumindest einen Sensors detektierten Lichtspektrums, wobei das zumindest eine Absorptionselement jeweils zumindest einen Träger, zumindest eine Elektrode zum Einstellen eines Absorptionsgrads und mehrere elektrochrome Anordnungen umfasst, wobei die elektrochromen Anordnungen jeweils zumindest eine elektrochrome Schicht umfassen und wobei die zumindest eine elektrochrome Schicht derart einem Farbspektrum zugeordnet ist, dass die jeweilige elektrochrome Anordnung dieses Farbspektrum aus dem Lichtspektrum absorbiert.
Erfindungsgemäß sind die elektrochromen Anordnungen versetzt zueinander in der gleichen Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen angeordnet.
Somit werden in besonders vorteilhafter Weise Nachteile aus dem Stand der Technik bekannter mehrschichtiger Aufbauten von Absorptionselementen mit mehreren übereinander angeordneten elektrochromen Schichten vermieden, da aus der versetzten Anordnung der elektrochromen Anordnungen eine Verringerung lichttechnischer Verluste, insbesondere lichttechnischer Transmissionsverluste, resultiert. Die Verringerung lichttechnischer Transmissionsverluste resultiert daraus, dass zwischen mehreren Schichten stattfindende Zwischenreflexionen aufgrund der versetzten Anordnung und den daraus resultierenden, lichttechnisch zumindest nahezu transparent ausgebildeten Räumen minimiert werden. Weiterhin ist das optische Absorptionselement gegenüber dem Stand der Technik besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Die Kostenersparnis resultiert insbesondere daraus, dass bei der versetzten Anordnung zum Ausgleich der Transmissionsverluste vorgesehene antireflektierende Schichten, so genannte Antireflexionsfilter, vollständig entfallen können oder zumindest deren Anzahl verringert werden kann. Bei der Anordnung der elektrochromen Anordnungen in der gleichen Ebene wird zusätzlich die Anzahl der Schichten verringert, wodurch eine weitere Verringerung der lichttechnischen Verluste und der Kosten zur Herstellung des Absorptionselements realisiert wird.
Das erfindungsgemäße optische System zeichnet sich daher durch einen lichttechnisch optimierten, kostengünstigen und spektralabblendbaren Aufbau auf und eignet sich daher insbesondere zu einer Verwendung als Fahrzeugspiegel, Verglasungssystem oder Transmissionssystem für ein Fahrzeug oder Gebäude, beispielsweise in einer Fahrzeug- oder Gebäudeverglasung. Bei letztgenannter Verwendung ist in einfacher und effektiver Weise eine Temperatursteuerung innerhalb des Fahrzeugs oder Gebäudes durch Steuerung des optischen Systems möglich. Auch kann mittels des optischen Systems ein lichttechnisches optimiertes Tarnsystem realisiert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements mit mehreren elektrochromen Anordnungen für ein erfindungsgemäßes optisches System,
2 schematisch eine vereinfachte Seitenansicht der elektrochromen Anordnungen gemäß 1,
3 schematisch eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements mit mehreren elektrochromen Anordnungen für ein erfindungsgemäßes optisches System,
4 schematisch eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements mit mehreren elektrochromen Anordnungen für ein erfindungsgemäßes optisches System,
5 schematisch eine Draufsicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements mit mehreren elektrochromen Anordnungen für ein erfindungsgemäßes optisches System,
6 schematisch eine Draufsicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements mit mehreren elektrochromen Anordnungen für ein erfindungsgemäßes optisches System,
7 schematisch eine Seitenansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements mit mehreren elektrochromen Anordnungen für ein erfindungsgemäßes optisches System,
8 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Elektrode zur elektrischen Versorgung elektrochromer Anordnungen für ein erfindungsgemäßes optisches System,
9 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Elektrode zur elektrischen Versorgung elektrochromer Anordnungen für ein erfindungsgemäßes optisches System,
10 schematisch ein Emissionsspektrum einer Leuchtdiode nach dem Stand der Technik, und
11 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Steuerung eines erfindungsgemäßen optischen Systems.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements 1 mit mehreren elektrochromen Anordnungen 2, 3 für ein nicht gezeigtes erfindungsgemäßes optisches System dargestellt.
Das optische System ist dabei zu einer Verwendung als Spiegel, als Transmissionssystem oder als sonstiges Dekorelement für Fahrzeuge oder Gebäude vorgesehen. Beispiele für solche Verwendungen sind automatisch abblendbare Rückspiegel für ein Fahrzeug, Fensterverglasung für Fahrzeuge und Gebäude, Cockpit-Elemente für ein Fahrzeug, Lampenschirme und Tische mit Glasplatten.
Das optische System umfasst hierzu einen in 11 näher dargestellten spektral aufgelösten optischen Sensor 11 und ein spektral steuerbares Absorptionselement 1. Mittels des Sensors 11 wird eine Detektion und Identifikation eines Lichtspektrums vom auf das optische System treffendem Licht durchgeführt und das Absorptionselement 1 wird in Abhängigkeit der Eigenschaften des detektierten Lichts und in Abhängigkeit einer gewünschten Absorption und Transmission entsprechend angesteuert, um zumindest einen Bereich des mittels des Sensors 11 detektierten Lichtspektrums zu absorbieren.
Dabei umfasst der Sensor 11 mehrere Sensorelemente, wobei die Sensorelemente zumindest teilweise zur Detektion unterschiedlicher Spektralbereiche des Lichts ausgebildet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Absorptionselements 1 umfasst dieses mehrere elektrochrome Anordnungen 2, 3, welche versetzt zueinander derart in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, dass sich zwei so genannte Absorptionsbänder bilden. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen können auch mehr als zwei übereinander angeordnete Absorptionsbänder vorgesehen sein.
Das Absorptionselement 1 umfasst weiterhin mehrere Träger 4 bis 6, auch als Substrat bezeichnet, welche insbesondere aus einem transparenten Material, wie beispielsweise Kunststoff oder Glas, gebildet sind. Dabei sind die Träger 4 bis 6 beispielsweise aus Folien, Platten oder anderen Bauteilstücken gebildet. In Abhängigkeit der Anwendungen des optischen System können der Träger 4 und/oder der Träger 6 aus anderen Materialien gebildet sein, wie beispielsweise eingefärbten Materialien bei der Verwendung als Design- oder Dekorelement. Auch kann der Träger 6 bei solchen Design- oder Dekorelement lichtundurchlässig ausgebildet sein, wobei eine Elektrode 10 hierbei insbesondere eine reflektierende Schicht aufweist.
Ferner umfasst das Absorptionselement 1 mehrere Elektroden 7 bis 10, welche zur elektrischen Ansteuerung und somit zur Einstellung eines Absorptionsgrads der elektrochromen Anordnungen 2, 3 vorgesehen sind.
Zwischen den zwei Elektroden 7 und 8 sind mehrere elektrochrome Anordnungen 2 angeordnet, wobei jede der elektrochromen Anordnungen 2 dreischichtig ausgebildet ist, wobei eine erste Schicht eine elektrochrome Schicht 2.1, eine zweite Schicht eine Elektrolytschicht 2.2 und eine dritte Schicht eine Ionenspeicherschicht 2.3 ist. Die Erzeugung der elektrochromen Schicht 2.1 kann dabei mit verschiedenen bekannten Prozessen, beispielsweise durch Drucken, Sputtern oder ähnliches, erfolgen.
In einer anderen Ausführungsform, kann die elektrochrome Schicht auf eine elektrochrome Lösung beinhalten.
Um eine elektrische Kontaktierung zwischen den Elektroden 8 und 9 zu vermeiden, ist der Träger 5 als elektrischer Isolator ausgebildet. Bei Bedarf ist eine mehrschichtige, beispielsweise mit Klebestoffschichten versehene Ausbildung des Trägers 5 möglich. Um eine maximale Transmission innerhalb des optischen Systems zu ermöglichen und weniger Grenzfläche zu erzeugen, ist der dargestellte Aufbau in Form einer Einzelschicht bevorzugt.
Zwischen den zwei Elektroden 9 und 10 sind versetzt zu den elektrochromen Anordnungen 2 weitere elektrochrome Anordnungen 3 angeordnet, wobei auch jede der elektrochromen Anordnungen 3 dreischichtig ausgebildet ist. Dabei ist eine erste Schicht eine elektrochrome Schicht 3.1, eine zweite Schicht eine Elektrolytschicht 3.2 und eine dritte Schicht eine Ionenspeicherschicht 3.3.
Die elektrochromen Schichten 2.1, 3.1 der elektrochromen Anordnungen 2, 3 sind dabei derart ausgebildet, dass diese unterschiedliche Teilfarbspektren des Farbspektrums des Lichts absorbieren. Dabei sind die elektrochromen Schichten 2.1, 3.1 mittels der Elektroden 7 bis 10 durch Anlegen einer vorgegebenen elektrischen Steuerspannung oder durch einen Steuerstrom aktivierbar, wobei der Absorptionsgrad der elektrochromen Schichten 2.1, 3.1 von einer Größe der Steuerspannung und/oder einer Größe des Steuerstroms abhängt.
Aufgrund der Verwendung von elektrochromen Materialien ist die Absorption zwischen den zwei Teilfarbspektren, das heißt zwischen Farben, insbesondere stufenlos steuerbar.
Die Ionenspeicherschichten 2.3, 3.3 zeigen in der dargestellten Ausführung insbesondere keine Farbänderung. Jedoch ist alternativ auch eine Ausbildung der Ionenspeicherschichten 2.3, 3.3 mit elektrochromen Verhalten möglich.
Weiterhin kann abweichend von der gezeigten Darstellung zumindest eine der äußeren Elektroden 7 oder 10 durch eine leitfähige reflektierende Schicht ersetzt werden, um einen Spiegel zu bilden. Dies gilt auch für die in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele des Absorptionselements 1. Zusätzlich ist es auch möglich, dass bei einer solchen Ausgestaltung oder anderen Ausgestaltungen der Träger 6 entfällt.
2 zeigt in einer vereinfachten Seitenansicht die versetzte Anordnung und Ausrichtung der elektrochromen Anordnungen 2, 3 gemäß 1. Dabei sind die elektrochromen Anordnungen 2, 3 derart relativ zueinander angeordnet, dass die elektrochromen Anordnungen 3 jeweils unterhalb eines zwischen den elektrochromen Anordnungen 2 ausgebildeten lichten Freiraums angeordnet sind.
Bei dieser Ausgestaltung wird eine begrenzte räumliche Auflösung des menschlichen Auges ausgenutzt, indem die spektrale Lichtabsorption aufgrund der versetzten Anordnung der elektrochromen Anordnungen 2, 3 zueinander räumlich getrennt wird. Die menschliche Wahrnehmung mittelt dann die spektral unterschiedlichen Lichtmengen, um einen Gesamtfarbeindruck zu generieren.
In 3 ist eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements 1 mit mehreren elektrochromen Anordnungen 2, 3 für ein nicht gezeigtes erfindungsgemäßes optisches System dargestellt.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 7 bis 10 jeweils als ein inertes Gitter ausgebildet.
Alternativ ist es auch möglich, nur einzelne der Elektroden 7 bis 10 als inertes Gitter auszubilden.
4 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements 1 mit mehreren elektrochromen Anordnungen 2, 3 für ein nicht gezeigtes erfindungsgemäßes optisches System.
Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 7 bis 10 als inertes metallisches Gitter aneinandergereiht.
In den 5 und 6 sind jeweils in einer Draufsicht ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel des optischen Absorptionselements 1 mit mehreren elektrochromen Anordnungen 2, 3 für ein erfindungsgemäßes optisches System dargestellt, wobei die elektrochromen Anordnungen 2, 3 derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass eine Art Schachbrettmuster entsteht.
In 7 ist eine Seitenansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels eines optischen Absorptionselements 1 mit mehreren elektrochromen Anordnungen 2, 3 für ein nicht gezeigtes erfindungsgemäßes optisches System dargestellt.
Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind die elektrochromen Anordnungen 2, 3, welche versetzt zueinander und abwechselnd nebeneinander in einer Ebene angeordnet, derart angeordnet, dass sich ein Absorptionsband bildet. Dabei ist eine Anordnung als Schachbrettmuster oder Streifenmuster möglich.
Dabei bilden die elektrochromen Schichten 2.1, 3.1 aller elektrochromen Anordnungen 2, 3 quasi eine gemeinsame elektrochrome Schicht, welche mehrere Gruppen von Elektrochromen umfasst, wobei jede der Gruppen ein Teilfarbspektrum des Farbspektrums absorbiert. Mittels der als inerte Gitter ausgebildeten Elektroden 7 bis 10 wird dabei jeweils eine Gruppe von Elektrochromen angesteuert.
Die Elektrolytschicht 2.2, 3,2 und die Ionenspeicherschicht 2.3, 3.3 der unterschiedlichen elektrochromen Anordnungen 2, 3 können dabei aus jeweils unterschiedlichen Materialien oder jeweils den gleichen Materialien gebildet sein. Bevorzugt wird jedoch aufgrund der Vereinfachung des Herstellungsprozesses die gleiche Ausbildung der Elektrolytschicht 2.2, 3.2 und die Ionenspeicherschicht 2.3, 3.3 für beide elektrochrome Anordnungen 2, 3. Die Materialien für jede Schicht werden dabei je nach Anforderung ausgewählt, um die gewünschte Absorptionsänderung für die gezielte Anwendung am besten zu erreichen.
Der dargestellte einschichtige Aufbau eignet sich besonders bei einer gleichzeitigen Verwendung einer kathodischen elektrochromen Schicht 2.1, bei welcher eine Einfärbung bei einer Reduktion erfolgt, und einer anodischen elektrochromen Schicht 2.1, bei welcher eine Einfärbung bei einer Oxidation erfolgt. Durch das Anlegen einer positiven Spannung wird das optische System mit einer ersten Farbe eingefärbt und von einer zweiten Farbe entfärbt. Bei Anlegen einer negativen Spannung wird das optische System mit der zweiten Farbe eingefärbt und von der ersten Farbe entfärbt.
Um die Absorption der verschiedenen elektrochromen Anordnungen 2, 3 zu steuern, wird jede elektrochrome Anordnungen 2, 3 getrennt gesteuert. Dabei sind die elektrochromen Anordnungen 2, 3 potentiostatisch und/oder galvanostatisch steuerbar.
Eine erste elektrochrome Anordnung 2 wird mit einer vorgegebenen ersten elektrischen Spannung und/oder einem vorgegebenen ersten elektrischen Strom gesteuert. Die erste Spannung und/oder der erste Strom sind dabei gegebenenfalls unterschiedlich zu einer verwendeten zweiten Spannung und/oder einem verwendeten zweiten Strom für die zweite elektrochrome Anordnung 3. In Abhängigkeit eines Netzteils und je nach Konfiguration sind verschiedene Kontaktierungsmöglichkeiten vorgesehen, insbesondere jedoch mit als inerte Gitter ausgebildeten Elektroden 7 bis 10.
Die Farbstärke ist dabei insbesondere von einer Stromstärke abhängig. Die Absorption kann insbesondere stufenlos zwischen einer minimalen und einer maximalen Absorption an jeder elektrochromen Anordnung 2, 3 gesteuert werden.
Unterschiedliche mögliche Ausführungsbeispiele von als inertes Gitter ausgebildeten Elektroden 7 bis 10 zeigen die 8 und 9.
In 10 ist ein Emissionsspektrum einer Leuchtdiode nach dem Stand der Technik dargestellt, wobei eine Intensität I in Abhängigkeit einer Wellenlänge λ dargestellt ist.
Damit der optische Sensor 11 des optischen Systems zwischen den spektral unterschiedlichen einfallenden Lichtern unterscheiden kann, ist es notwendig, dass mittels des Sensors 11 spektrale aufgelöste Informationen empfangbar sind. Eine Auflösung kann dabei unterschiedlich fein eingestellt sein. Dabei sind mehrere Niveaus für die spektrale Auflösung vorgesehen.
Zur Realisierung von zwei Niveaus umfasst der optische Sensor 11 zwei Sensorelemente. Dabei ist jedes Sensorelement für einen mindestens teilweise unterschiedlichen spektralen Bereich vorgesehen. Damit ein Betrieb der zwei Sensorelemente in den unterschiedlichen Spektralbereichen möglich ist, sind diese insbesondere aus unterschiedlichen Materialien gebildet. Eine Alternative besteht darin, dass ein spektraler Filter vor dem Sensorelement positioniert wird, welcher nur einen gewissen Wellenlängenbereich des Lichts zum Sensorelement durchlässt.
Ein daraus resultierendes so genanntes 2-Niveau-System ist für die Erkennung von aus bekannten, weißes Licht emittierenden Leuchtdioden sehr interessant. Da solche Leuchtdioden gemäß der Darstellung eindeutige blaue und gelbe Spektralbereiche aufweisen, ist mit zwei angepassten Sensorempfindlichkeiten das anfallende Licht spektral identifizierbar.
Eine weitere Variante stellt ein so genanntes 3-Niveau-System dar, bei welchem der optische Sensor 11 drei Sensorelemente aufweist, deren Empfindlichkeitsspektren den drei primären Farben Rot, Grün und Blau entsprechen.
Diese Sensorelemente sind beispielsweise gemäß der DE 10 2012 011 255 A1 nebeneinander auf einer Fläche einer optischen Elements angeordnet. Alternativ können die Sensorelemente auch in beliebigen anderen geometrischen Anordnungen angeordnet sein.
In einer möglichen Ausgestaltung sind die Sensoren 11 in Form von Photodioden direkt auf dem gleichen Träger 4 bis 6 wie die Elektroden 7 bis 10 in Form eines inerten metallischen Gitters angeordnet. Hierdurch wird eine Integration erheblich erleichtert und der erforderliche Bauraum wird signifikant reduziert. Auch können Sensoren 11 mit unterschiedlichen elektrochromen Anordnungen 2, 3 mit unterschiedlichen Spektralbereichen vorgesehen sein, so dass ein komplettes Sensorsystem erzeugt wird.
In weiteren Ausführungen können auch mehr als drei Sensorelemente vorgesehen werden und/oder mehr als drei Spektralbereiche identifiziert werden. So genannte Spektrometer, welche auf Beugungsgittern, Prismen oder auf Komponenten der so genannten integrierten Optik basieren, sind auch in miniaturisierten Ausführungen verfügbar, so dass bei geringem Bauraum eine sehr feine Auflösung des Spektrums des anfallenden Lichts möglich ist.
11 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Steuerung eines erfindungsgemäßen optischen Systems.
Aus den mittels des Sensors 11 erfassten unterschiedlichen Signalen ermittelt eine elektronische Steuerungseinheit 12 den spektralen Inhalt des anfallenden Lichts.
Mittels der Steuerungseinheit 12 wird dann in Abhängigkeit des ermittelten spektralen Inhalts des anfallenden Lichts in einem ersten Schritt S1 eine absolute Absorption, d. h. eine Absorptionsamplitude, einer einzigen elektrochromen Anordnung 2, 3 an die Stärke des anfallenden Lichts angepasst und/oder in einem zweiten Schritt S2 wird die Absorption von mehreren elektrochromen Anordnungen 2, 3 so gesteuert, dass eine an das Spektrum des anfallenden Lichts angepasste Absorption generiert wird.
Für alle dargestellten und nicht dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung gilt, dass durch den Einsatz der versetzt angeordneten elektrochromen Anordnungen 2, 3 eine Reduzierung des Schichtaufbaus erreicht wird, was sowohl fertigungstechnische als auch lichttechnische Vorteile bringt. Durch den Einsatz des inerten metallischen Gitters wird eine lokale örtlich aufgelöste Ansteuerung der Absorptionsschichten möglich. Durch den Einsatz einer gedruckten Elektronik kann der Sensor 11 direkt auf demselben Trägersystem wie die Elektroden 7 bis 10 erzeugt werden.
Dabei ist das resultierende optische System als spektral abblendbarer Fahrzeugspiegel, als absorbierende Dacheinheit eines Fahrzeugs, als absorbierende Fahrzeugfenster oder -scheiben verwendbar. Da der Absorptionsgrad steuerbar ist, ist auch der Transmissionsgrad einer Fensterscheibe einstellbar. Auch ist eine Farbe einstellbar. Durch die Benutzung von elektrochromen Elementen, welche im infraroten Bereich schalten, kann ein thermischer Komfort eines Fahrzeugs oder Gebäudes optimiert werden.
Der Sensor 11 kann beispielsweise im Winter oder während der Nacht ein Signal senden, um das elektrochrome Material derart zu schalten, dass Infrarotstrahlung absorbiert wird, um den Innenraum im Fahrzeug oder Gebäude zu erwärmen. Im Sommer oder tagsüber kann der Sensor 11 ein Signal senden, um die Infrarotstrahlung aus dem Innenraum durchzulassen und/oder von außen eintreffende Infrarotstrahlung zu reflektieren.
Weitere Verwendungen stellen absorbierende Dekorelemente, wie beispielsweise Cockpit-Elemente eines Fahrzeugs, Lampenschirme und Möbel mit Glasbestandteilen, dar.
Die elektrochromen Schichten 2.1, 3.1 können dabei auf verschiedenen ausgebildeten Trägern 4 bis 6 angebracht werden. insbesondere bei einer Verwendung von folienartigen Trägern 4 bis 6 ist das System sehr gut auf Kunststoffbauteilen integrierbar, beispielsweise durch Hinterspritzen oder Kleben. Auch ist ein Fügen auf anderen Materialien möglich, beispielsweise ein Kleben oder eine Verwendung von Schmelzfolie als Träger 4 bis 6. Mit einer Kombination von Glasträgerplatten und Folien und gegebenenfalls einer reflektierenden Schicht kann das optische System in viele Dekorelemente integriert werden.
Als weitere Verwendung ist ein optimiertes Tarnungssystem vorgesehen. Durch die Benutzung von elektrochromen Elementen im Infrarotbereich kann in Abhängigkeit eines Signals des Sensors 11 die elektrochromen Schichten 2.1, 3.1 derart gesteuert werden, dass ein Bauteil im Infrarotbereich ”unsichtbar” wird. Diese Verwendung eignet sich insbesondere für Militär-Anwendungen bei Land- und Luftfahrzeugen oder für Sonderschutzfahrzeuge. In umgekehrter Weise ist aber auch im sichtbaren Lichtbereich eine Anpassung einer Farbe eines Bauteils mittels des optischen Systems an eine Umwelt möglich.
Bezugszeichenliste

1: Absorptionselement
2: elektrochrome Anordnung
2.1: elektrochrome Schicht
2.2: Elektrolytschicht
2.3: Ionenspeicherschicht
3: elektrochrome Anordnung
3.1: elektrochrome Schicht
3.2: Elektrolytschicht
3.3: Ionenspeicherschicht
4 bis 6: Träger
7 bis 10: Elektrode
11: Sensor
12: Steuerungseinheit
I: Intensität
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
λ: Wellenlänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012011255 A1 [0003, 0062]

Claims

Optisches System, – umfassend zumindest einen spektral aufgelösten optischen Sensor (11) zur Detektion eines Lichtspektrums und – zumindest ein spektral steuerbares optisches Absorptionselement (1) zur Absorption eines Bereichs des mittels des zumindest einen Sensors (11) detektierten Lichtspektrums, – wobei das zumindest eine Absorptionselement (1) jeweils zumindest einen Träger (4 bis 6), zumindest eine Elektrode (7 bis 10) zum Einstellen eines Absorptionsgrads und mehrere elektrochrome Anordnungen (2, 3) umfasst, – wobei die elektrochromen Anordnungen (2, 3) jeweils zumindest eine elektrochrome Schicht (2.1, 3.1) umfassen und – wobei die zumindest eine elektrochrome Schicht (2.1, 3.1) derart einem Farbspektrum zugeordnet ist, – dass die jeweilige elektrochrome Anordnung (2, 3) dieses Farbspektrum aus dem Lichtspektrum absorbiert, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochromen Anordnungen (2, 3) versetzt zueinander in der gleichen Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochrome Schicht (2.1, 3.1) mehrere Gruppen von Elektrochromen umfasst, wobei jede der Gruppen ein Teilfarbspektrum des Farbspektrums absorbiert.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die die elektrochromen Anordnungen (2, 3) jeweils dreischichtig ausgebildet sind, wobei – eine erste Schicht eine elektrochrome Schicht (2.1, 3.1), – eine zweite Schicht eine Elektrolytschicht (2.2, 3.2) und – eine dritte Schicht eine Ionenspeicherschicht (2.3, 3.3) ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochrome Schicht (2.1, 3.1) mittels der Elektrode (7 bis 10) durch Anlegen einer vorgegebenen elektrischen Steuerspannung oder durch einen Steuerstrom aktivierbar ist.
Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorptionsgrad von einer Größe der Steuerspannung oder einer Größe des Steuerstroms abhängt.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (7 bis 10) ein inertes Gitter ist.
Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des inerten Gitters eine Gruppe von Elektrochromen ansteuerbar ist.
Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) mehrere Sensorelemente umfasst.
Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente zumindest teilweise zur Detektion unterschiedlicher Spektralbereiche des Lichts ausgebildet sind.
Verwendung eines optischen Systems nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Fahrzeugspiegel, Verglasungssystem oder Transmissionssystem für ein Fahrzeug.