DE10215658A1

DE10215658A1 - Optische Blenden-Anordnung mit Blenden-Array und selektiver Ansteuerung von Blenden-Elementen

Info

Publication number: DE10215658A1
Application number: DE2002115658
Authority: DE
Inventors: Sigmund Manhart; Winfried Posselt
Original assignee: Astrium GmbH
Current assignee: Airbus DS GmbH
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-30

Abstract

Beschrieben wird eine optische Blenden-Anordnung mit einem Array aus Blenden-Elementen, wobei jedes Blenden-Element so ausgebildet ist, dass es einen lichtdurchlässigen Zustand und einen lichtundurchlässigen Zustand einnehmen kann. Mindestens eine weitere Einrichtung dient zur Aufrechterhaltung des lichtdurchlässigen Zustandes der Blenden-Elemente. Die optische Blenden-Anordnung weist mindestens ein relativ zum Blenden-Array bewegliches Aktuator-Element auf, das zu einem selektiven Zusammenwirken mit jeweils einem einzelnen Blenden-Element ausgebildet ist, wobei durch das Zusammenwirken das Blenden-Element von einem lichtundurchlässigen Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand überführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Blenden-Anordnung mit einem Array aus Blenden-Elementen, wobei jedes Blenden-Element so ausgebildet ist, dass es einen lichtdurchlässigen Zustand und ein lichtundurchlässigen Zustand einnehmen kann. Unter einem Array ist dabei eine Anordnung mehrerer Blenden-Elemente zu verstehen, die eindimensional, zweidimensional, regelmäßig oder auch beliebig angeordnet sein können. Solche Blenden-Anordnungen sind auch dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Mögliche Anwendungsgebiete für die Erfindung sind optische Objektselektoren, beispielsweise für optische Detektoren, Teleskope oder Spektrometer, aber auch Anwendungen in Projektoren, Massenspektroskopie, Laseroptik, Display-Technologien oder ähnlichem sind denkbar. Ein spezielles Verwendungsgebiet dieser Technologien stellt die Raumfahrttechnik dar, insbesondere für optische Nutzlasten von Raumfahrzeugen wie Satelliten, Raumstationen oder ähnlichem.

EP 1 126 305 beschreibt ein Mikroblenden-Array, bei dem mit Hilfe einer elektrostatischen Anziehung zwischen einem Blenden-Element und einem Substrat Blendenelemente des Mikroblenden-Arrays einzeln oder in Gruppen geöffnet werden können.

WO 86/016226 beschreibt ein Blenden-Array für ein optisches Display, bei dem mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes zwischen zwei Substraten Blenden-Elemente mit geeigneter dielektrischer Konstante, die sich zwischen den Substraten befinden, geöffnet werden können.

US 5,781,331 beschreibt ein Mikroblenden-Array, bei dem Blenden-Elemente eine Blende aus Schichten mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und durch eine elektrische Erwärmung der Blenden aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Schichten (Bi-Metall-Effekt) eine Öffnung der Blenden aufgrund einer Verformung der Blenden-Elemente erfolgt. Als alternative Möglichkeit, eine solche Öffnung der Blenden-Elemente zu erreichen, werden Blenden-Elemente auf Basis eines piezoelektrischen Films beschrieben, der sich bei Anlegen einer Spannung verformt. Als weitere Alternative wird ein Öffnen bzw. Schließen von Blenden-Elementen mit Hilfe elektrostatischer Anziehungs- oder Abstoßungskräfte zwischen dem Blenden-Element und einem Substrat beschrieben. Die Adressierung der einzelnen Blenden-Elemente erfolgt durch eine übliche Adressierungs-Elektronik.

US 5,519,240 beschreibt eine Mikroblenden-Anordnung, bei der ein Blenden- Element durch elektrostatische Abstoßung von einem Substrat horizontal geöffnet werden kann.

All diesen Dokumenten aus dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass außer den Blenden-Elementen keine weiteren beweglichen Komponenten des Blenden-Arrays vorgesehen sind. Das Blenden-Element wird lediglich durch geeignete elektrische Ansteuerung von einem lichtdurchlässigen Zustand in einen lichtundurchlässigen Zustand übergeführt.

Aus S. H. Moseley et al., "Status of the Development of a 128.128 Microshutter Array", MOEMS and Miniaturized Systems, Proceedings of SPIE 4178, 2000 und D. B. Mott et al., "Magnetically actuated microshutter arrays", SPIE 4561-08 wird ein Mikroblenden-Array beschrieben, bei dem zum Öffnen der Blenden-Elemente eine Spannung zwischen den Blenden-Elementen und einem Rahmen, der die Blenden- Elemente trägt, angelegt wird, anschließend ein Magnet über alle Blenden-Elemente bewegt wird, worauf alle Blenden-Elemente insgesamt geöffnet und durch die angelegte Spannung in geöffneter Position gehalten werden und schließlich durch Variation der angelegten Spannung einzelne Blenden-Elemente mit Hilfe einer in die Struktur integrierten, komplexen Elektronik wieder geschlossen werden, bis die gewünschte Zahl und Konfiguration an geöffneten Blenden-Elementen erreicht ist.

Nachteilig an diesem letztgenannten Stand der Technik ist jedoch, dass bei Ausfall des Magneten die gesamte Blenden-Anordnung unbrauchbar wird, also ein sogenannter "Sinlge-Point-Failure"-Fall eintreten kann. Außerdem ist der globale Öffnungsschritt aller Blenden-Elemente durch den Magneten sehr fehleranfällig, da bei leichten Toleranzabweichungen des Magneten von den Sollwerten einzelne Blenden-Elemente geschlossen bleiben können, die dann auch durch die weiteren Verfahrensschritte nicht mehr geöffnet werden können. Um effektiv zu funktionieren, muss das Magnetfeld des Magneten einen ganz bestimmten Feldstärkeverlauf aufweisen. Bereits bei geringen Abweichungen vom Sollabstand des Magneten von den Blenden-Elementen ist dieser Feldstärkeverlauf nicht mehr gegeben.

Weiterhin sind für die Herstellung eines Blenden-Anordnung nach dem letztgenannten Stand der Technik nur wenige Materialien geeignet, die Wahl der Materialien ist also sehr beschränkt. Für den Rahmen kommt nur Silizium in Frage, da eine Elektronik in den Rahmen integriert werden muss. Damit können die Blenden-Elementen wiederum nur aus einem Silizium-Derivat wie Silizium-Nitrid bestehen, was aber ein brüchiges Material ist. Sehr kleine Krümmungsradien bei beweglichen Teilen der Blenden-Elemente haben bei diesem Material denselben Effekt wie Mikrorisse und können zu Ermüdungsbrüchen führen.

Schließlich muss, wie bereits erwähnt, eine Ansteuer-Elektronik vorgesehen werden, die überdies in die Struktur integriert werden muss. Diese bedeutet, dass sowohl die aktiven wie auch die passiven Elektronik-Komponenten und auch die Leiterbahnen auf kleinstem Abstand aufgebaut werden müssen. Die hohen Anzahl der für ein solches Blenden-Array benötigten Bauteile und der gedrängte Aufbau erhöht das Risiko für Ausfälle, Leckströme, Kurzschlüsse und Leitungsunterbrechungen.

Solche Nachteile sind insbesondere problematisch für Anwendungen, die keine einfache Reparatur und Wartung von Blenden-Anordnungen erlauben, d. h. bei denen eine solche Reparatur und Wartung nicht oder nur unter hohem Aufwand möglich ist. Ein Beispiel hierfür sind Anwendungen in der Raumfahrttechnik, insbesondere für Nutzlasten von Raumfahrzeugen wie Satelliten, Raumstationen oder ähnlichem.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Möglichkeit für eine Blenden-Anordnung bereitzustellen, die insbesondere auch die Nachteile des letztgenannten Standes der Technik behebt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9.

Ein erster Gegenstand der Erfindung ist eine optische Blenden-Anordnung mit einem Array aus Blenden-Elementen, wobei jedes Blenden-Element so ausgebildet ist, dass es einen lichtdurchlässigen Zustand und ein lichtundurchlässigen Zustand einnehmen kann. Hierfür sind alle geeigneten Anordnungen denkbar, die entsprechend durchlässige und undurchlässige Zustände einnehmen können. Weiterhin umfasst die optische Blenden-Anordnung mindestens eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des lichtdurchlässigen Zustandes der Blenden-Elemente.

Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass die optische Blendenanordnung mindestens ein relativ zum Blenden-Array bewegliches Aktuator-Element aufweist, das zu einem selektiven Zusammenwirken mit jeweils einem einzelnen Blenden- Element ausgebildet ist, wobei durch das Zusammenwirken das Blenden-Element von einem lichtundurchlässigen Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand übergeführt wird. Es wird also der lichtdurchlässige Zustand gerade nicht generell für alle Blenden-Elemente, sondern selektiv und trotzdem automatisiert für die gewünschten Elemente herbeigeführt. Da die Auswahl der gewünschten Blenden- Elemente mit Hilfe des beweglichen Aktuator-Elements erfolgt und eben gerade nicht mit Hilfe einer aufwändigen Elektronik, vereinfacht sich der Aufbau des Blenden- Arrays, was letztendlich auch einen höheren Füllfaktor erlaubt, und es kann eine größere Auswahl an Materialien für die Herstellung des Blenden-Arrays verwendet werden. Auch ist eine geringere Fehleranfälligkeit gegeben, da jedes Blenden- Element selektiv von dem Aktuator-Element angesteuert wird und so gegebenenfalls individuell eine optimale Ansteuerung des Blenden-Elements zu dessen Überführung in den lichtdurchlässigen Zustand erfolgen kann.

Es können nun die Blenden-Elemente so ausgebildet sein, dass der Übergang vom lichtundurchlässigen Zustand in den lichtdurchlässigen Zustand durch eine zumindest teilweise chemische oder physikalische Zustandsänderung zumindest eines Teils des Blenden-Elements erfolgt. Solche Zustandsänderungen sind prinzipiell z. B. von LCD-Displays bekannt. In diesem Fall werden also die Blenden- Elemente selbst lichtdurchlässig.

Alternativ können aber die Blenden-Elemente auch so ausgebildet sein, dass der Übergang vom lichtundurchlässigen Zustand in den lichtdurchlässigen Zustand durch eine mechanische Änderung der Anordnung oder der Ausrichtung der Blenden- Elemente erfolgt. In diesem Fall bleiben zwar die Blenden-Elemente selbst lichtundurchlässig, sie geben aber durch die Änderung der Anordnung oder der Ausrichtung den Weg für das Licht in einem Bereich frei, der vorher durch das lichtundurchlässige Blenden-Element versperrt wurde. Auch in diesem Fall gehen also die Blenden-Elemente in einen lichtdurchlässigen Zustand über, auch wenn die Blenden-Elemente selbst lichtundurchlässig bleiben.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des lichtdurchlässigen Zustandes pro Blenden-Element mindestens einen elektrisch leitenden Bereich zum Anlegen einer Spannung umfasst, wobei alle elektrisch leitenden Bereiche aller Blenden-Elemente elektrisch miteinander verbunden sind. Durch das Anlegen einer Spannung können also die Blenden-Elemente, die mit Hilfe des Aktuator-Elements in einen lichtdurchlässigen Zustand übergeführt wurden, in diesem Zustand gehalten werden. Hierfür ist keine komplizierte Elektronik erforderlich, da alle elektrisch leitenden Bereiche aller Blenden-Elemente elektrisch miteinander verbunden sind. Es kann also einfach eine einheitliche Spannung an alle Blenden-Elemente angelegt werden. Diese Spannung kann überdies einen Teilbeitrag dazu leisten, ein Blenden-Element in den lichtdurchlässigen Zustand überzuführen. Einen Beitrag zur Überführung in den lichtdurchlässigen Zustand leistet jedoch stets auch das Aktuator-Element.

Es kann das Aktuator-Element speziell zu einem mechanischen Zusammenwirken mit einem Blenden-Element ausgebildet sein. Das Blenden-Element wird also durch eine mechanische Krafteinwirkung wie z. B. Druck, Zug oder Torsion in den lichtdurchlässigen Zustand übergeführt. Dies ist bautechnisch sehr leicht zu realisieren.

Alternativ kann das Aktuator-Element aber auch zu einem elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Zusammenwirken (z. B. statisches oder niederfrequentes Feld, Hochfrequenz, Mikrowelle, optisches Zusammenwirken o. ä.) mit einem Blenden-Element ausgebildet sein. Vorteil hiervon ist insbesondere, dass das Zusammenwirken mit dem Blenden-Element berührungslos erfolgt.

Insbesondere kann vorgesehen werden, dass das Aktuator-Element in einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Blenden-Arrays zweidimensional positionierbar ausgebildet ist. Damit erfolgt die Positionierung des Aktuator-Elements in einer genau definierten Ebene.

Um eine möglichst optimale Positionierung des Aktuator-Elements zu erreichen, kann vorgesehen werden, dass die Blenden-Anordnung Positionierungs-Marken zur Positionierung des Aktuator-Elements aufweist. Diese können beispielsweise auf den Blenden-Elementen aufgebracht sein oder auch auf einer Rahmenstruktur, die die Blenden-Elemente trägt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer optischen Blendenanordnung - insbesondere einer Blenden-Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben wurde - wobei Blenden-Elemente eines Blenden-Array zwischen einem lichtundurchlässigen Zustand und einem lichtdurchlässigen Zustand übergeführt werden und wobei der lichtdurchlässige Zustand und/oder der lichtundurchlässige Zustand der Blenden-Elemente nach der Überführung zumindest für einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten wird. Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass einzelne Blenden-Elemente durch Zusammenwirken mit mindestens einem relativ zum Blenden-Array beweglichen Aktuator-Element selektiv von einem lichtundurchlässigen Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand übergeführt werden. Die Vorteile einer solchen selektiven Überführung wurden analog bereits oben für die erfindungsgemäße Blendenanordnung erläutert.

Es kann der Übergang vom lichtundurchlässigen Zustand in den lichtdurchlässigen Zustand durch eine zumindest teilweise chemische oder physikalische Zustandsänderung zumindest eines Teils des Blenden-Elements erfolgen, oder auch alternativ durch eine mechanische Änderung der Anordnung oder der Ausrichtung der Blenden-Elemente.

Die Aufrechterhaltung des lichtdurchlässigen Zustandes pro Blenden-Element kann durch Anlegen einer einheitlichen Spannung an alle Blenden-Elemente erfolgen, die kleiner ist, als die Spannung, die erforderlich wäre, um ein Blenden-Element von einem lichtundurchlässigen Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand überzuführen. Es wird also nur eine einheitliche Spannung benötigt statt einer komplexen Elektronik und die Spannung selbst ist so gewählt, dass durch sie allein keine Überführung der Blenden-Elemente in den lichtdurchlässigen Zustand erfolgen kann.

Das Aktuator-Element kann entweder mechanisch mit einem Blenden-Element zusammenwirken oder es kann das Aktuator-Element elektrisch, magnetisch oder elektromagnetisch mit einem Blenden-Element zusammenwirken. Das Aktuator- Element kann weiterhin zum Zusammenwirken mit Blenden-Elementen in einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Blenden-Arrays zweidimensional positioniert werden. Schließlich kann auch die Positionierung des Aktuator-Elements mit Hilfe von Positionierungs-Marken erfolgen.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 8 erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Blendenanordnung
Fig. 2 Beispiel eines mechanischen Zusammenwirkens zwischen Aktuator-Element und Blenden-Element
Fig. 3 Beispiel eines elektrischen Zusammenwirkens zwischen Aktuator-Element und Blenden-Element
Fig. 4 Beispiel eines magnetischen Zusammenwirkens zwischen Aktuator-Element und Blenden-Element
Fig. 5 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Blenden-Array
Fig. 6 Querschnitt durch ein alternatives erfindungsgemäßes Blenden-Array
Fig. 7 Beispiel für eine Ausführungsform von Blenden-Elementen
Fig. 8 Beispiel für eine alternative Ausführungsform von Blenden-Elementen
Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Blendenanordnung 1 mit einem Blenden-Array 2 aus Blenden-Elementen 3, die durch Öffnen einer vom Blenden- Element 3 versperrten Öffnung einen lichtdurchlässigen Zustand und durch Schließen einen lichtundurchlässigen Zustand einnehmen können (siehe auch die weiteren Figuren). Die Blenden-Anordnung weist weiterhin ein bewegliches Aktuator- Element 4 auf, das in einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Blenden-Arrays 2 zweidimensional positionierbar ist (angedeutet durch Pfeile). Hierfür sind Positionier- Elemente 5 vorgesehen, beispielsweise Stangen oder Seilzüge, die mit entsprechenden Stellgliedern (aus Gründen der Einfachheit in Fig. 1 nicht dargestellt) wie z. B. Linearmotoren oder Piezomotoren verbunden sind. Das Aktuator-Element 4 bildet also einen Teil der Blendenanordnung 1 und dient zu einer automatisierten Ansteuerung der einzelnen Blenden-Elemente 3.
Im folgenden sollen nun spezielle Blenden-Elemente 3 betrachtet werden, nämlich solche, die durch eine mechanische Änderung der Anordnung bzw. der Ausrichtung einen lichtdurchlässigen Zustand herbeiführen. Die hier betrachteten Blenden- Elemente 3 wirken im Wesentlichen als Klappen, die durch eine Schwenkbewegung eine Öffnung freigeben.
Fig. 2 zeigt eine Querschnitt-Darstellung für ein Beispiel eines mechanischen Zusammenwirkens zwischen einem speziell dafür ausgebildeten Aktuator-Element 4 und einem Blenden-Element 3. Das Blenden-Element 3 ist als Klappe ausgebildet und über eine Dreh- oder Torsionsachse 9 mit einer Rahmenstruktur 8 des Blenden- Arrays 2 verbunden. Das Aktuator-Element 4 wird nun zweidimensional so in einer Ebene über dem Blenden-Array 2 positioniert, bis ein Stift 11 oder ein ähnlicher Vorsprung über einem zu öffnenden Blenden-Element 3 positioniert ist. Es wird dann der Stift 11 abgesenkt und der Stift 11 übt nun eine mechanische Kraft auf das Blenden-Element 3 aus und öffnet dieses damit.
Fig. 3 zeigt als Alternative ein Beispiel eines elektrischen Zusammenwirkens zwischen einem entsprechend ausgebildeten Aktuator-Element 4 und einem Blenden-Element 3. Es wird hier der Effekt der Gegeninduktion ausgenutzt. Das Aktuator-Element 4 weist eine elektrische Spule 6 auf, jedes Blenden-Element 3 weist eine Kurzschlusswindung 7 auf. Das Aktuator-Element 4 wird nun zweidimensional so in einer Ebene über dem Blenden-Array 2 positioniert, bis die Spule 6 über einem zu öffnenden Blenden-Element 3 positioniert ist. Wird ein Strom I(t) an die elektrische Spule 6 angelegt, so erfolgt durch die Gegeninduktion eine Abstoßung der Kurzschlusswindung 7 und es wird eine entsprechende Kraft auf das Blenden-Element 3 ausgeübt, um dieses zu öffnen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Alternative, nämlich ein Beispiel eines magnetischen Zusammenwirkens zwischen einem entsprechend ausgebildeten Aktuator-Element 4 und einem Blenden-Element 3. Das Aktuator Element 4 ist in diesem Fall beispielhaft auf der den Blenden-Elementen 3 gegenüberliegenden Seite des Blenden-Arrays 2 angeordnet. Das Aktuator-Element 4 weist eine Magnetspule 10 eines Elektromagneten auf, die Blenden-Elemente 3 sind magnetisch ausgebildet. Das Aktuator-Element 4 wird nun zweidimensional so in einer Ebene unter dem Blenden- Array 2 positioniert, bis der Elektromagnet unter einem zu öffnenden Blenden- Element 3 positioniert ist. Wird ein Strom I(t) an die Spule 10 angelegt, so erfolgt eine Anziehung zwischen Elektromagnet und Blenden-Element 3 und es wird eine entsprechende Kraft auf das Blenden-Element 3 ausgeübt, um dieses zu öffnen.
Fig. 5 zeigt nochmals detailliert einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Blenden-Array 2. Das Blenden-Array 2 wird gebildet durch eine Rahmenstruktur 8 und als Klappen ausgebildete Blenden-Elemente 3, die über Dreh- oder Torsionsachsen 9 mechanisch mit der Rahmenstruktur 8 verbunden sind. Zumindest mit Teilen der Rahmenstruktur 8 kann auch eine elektrische Verbindung bestehen.
Die Rahmenstruktur 8 besteht dabei überwiegend aus leitenden Bereichen 18, die beispielsweise durch geeignete Strukturierungsverfahren aus einer gemeinsamen, leitenden Schicht hergestellt werden können. Es können auch die leitenden Bereiche 18 tatsächlich einstückig aus einem einzigen Körper bestehen, der ebenso durch geeignete Strukturierungsverfahren aus einer einzigen leitenden Schicht, beispielsweise einem leitenden Basismaterial, hergestellt werden kann. Diese leitende Bereiche 18 sind elektrisch entweder durch elektrische Verbindungen 15 oder automatisch durch die einstückige Ausbildung der Rahmenstruktur 8 aus einem leitenden Basismaterial miteinander und auch mit einer Spannungsquelle U verbunden und liegen somit auf einheitlichem Potential. Weiterhin weisen Rahmenstruktur 8, Achsen 9 und Blenden-Elemente 3 isolierende Bereiche 13 auf, an die sich leitende Bereiche 12 anschließen. Die leitenden Bereiche 12 der Rahmenstruktur 8 und der Blenden-Elemente 3 sind über die leitenden Bereiche 12 der Achsen 9 elektrisch leitend miteinander verbunden und über eine leitende Verbindung 14 mit der Spannungsquelle U verbunden, so dass alle leitenden Bereiche 12 auf gleichem Potential liegen. Damit kann eine einheitliche Spannung zwischen allen leitenden Bereichen 12 und 18 angelegt werden, die die Blenden- Elemente 3 nach einem Öffnen, wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, in der geöffneten Position hält. Ein geöffnetes Blenden-Element 3 gibt eine Öffnung 20 frei, durch die Licht durch das Blenden-Array 2 hindurchtreten kann. Ein Schließen der Blenden- Elemente 3 kann im einfachsten Fall mit Hilfe einer Prinzipschaltung aus einem Schalter S und einem Entladewiederstand R erfolgen, welche natürlich auch als geeignetes elektronisches oder mikroelektronisches Bauteil ausgebildet sein können.
Fig. 6 zeigt ein alternatives Blenden-Array 2, bei dem die Rahmenstruktur 8, die Dreh- oder Torsionsachsen 9 und die Blenden-Elemente 3 aus isolierenden Bereichen 16 bestehen. Die Rahmenstruktur 8 und die Blenden-Elemente 3 weisen außerdem leitende Beschichtungen 17 auf, wobei die leitenden Beschichtungen 17 der Rahmenstruktur 8 durch elektrische Verbindungen 15 miteinander und auch mit einer Spannungsquelle U verbunden sind und liegen somit auf gleichem Potential. Die leitenden Beschichtungen der Blenden-Elemente 3 sind über eine leitende Verbindung 14 mit der Spannungsquelle U verbunden, so dass alle leitenden Beschichtungen 17 der Blenden-Elemente 3 auf gleichem Potential liegen. Damit kann eine einheitliche Spannung zwischen allen leitenden Beschichtungen 17 der Rahmenstruktur 8 und allen leitenden Beschichtungen 17 der Blenden-Elemente 3angelegt werden, die die Blenden-Elemente 3 nach einem Öffnen, wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, in der geöffneten Position hält. Ein Schließen der Blenden-Elemente 3 kann im einfachsten Fall mit Hilfe einer Prinzipschaltung aus einem Schalter S und einem Entladewiederstand R erfolgen, welche natürlich auch als geeignetes elektronisches oder mikroelektronisches Bauteil ausgebildet sein können.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform der Blenden-Elemente 3, wie sie prinzipiell bereits aus den eingangs genannten SPIE-Dokumenten bekannt sind. Es sind dabei die Blenden-Elemente 3, die Torsionsachsen 9 und die oberste Schicht der Rahmenstruktur 8 aus einer gemeinsamen Materialschicht hergestellt. Die Blenden-Elemente 3 und die Torsionsachsen 9 werden durch geeignete Aussparungen 18, 19 in der Materialschicht strukturiert.
Fig. 8 zeigt eine zu Fig. 7 alternative Ausführungsform von Blenden-Elementen 3. Es sind nun pro Öffnung 20 mehr als ein Blenden-Element 3 vorgesehen, die in der Summe die Öffnung 20 verschließen. Im Fall der Fig. 8 sind vier dreieckförmige Blenden-Elemente 3 pro Öffnung vorgesehen. Wiederum können die Blenden- Elemente 3, die hier ebenfalls als Torsionsachsen ausgebildeten Achsen 9 und die oberste Schicht der Rahmenstruktur 8 aus einer gemeinsamen Materialschicht hergestellt werden, wobei die Blenden-Elemente 3 und die Achsen 9 durch geeignete Aussparungen 21, 22 in der Materialschicht strukturiert werden.
Ein spezielles Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind Mikroblenden- Anordnungen, insbesondere für die Raumfahrttechnik.
Eine Herstellung der erfindungsgemäßen Blendenanordnung für Mikroblenden- Anordnungen kann insbesondere derart erfolgen, dass die Rahmenstruktur 8 aus einem Halbleiter-Grundkörper, beispielsweise einem Silizium-Wafer mittels mikromechanischer Verfahren wie Photolithographie, Trocken-, Nass- oder Elektronenstrahlätzung oder ähnlichem hergestellt wird und die Blenden-Elemente 3 und die daran angrenzenden Strukturen wie insbesondere die Achsen 9 mit Hilfe weiterer Mikrostrukturierungsschritte und mikromechanischer Verfahrensschritte wie z. B. Gasphasenabscheidung oder ähnliches aufgebaut und strukturiert werden.
Alternativ kann aber auch die Rahmenstruktur 8 aus einem ersten Halbleiter- Grundkörper, also z. B. einem Silizium-Wafer, und die Struktur der Blenden-Elemente 3 und Achsen 9 aus einem zweiten Halbleiter-Grundkörper, also z. B. einem Silizium- Wafer, hergestellt werden, die nachträglich isolierend analog Fig. 5 miteinander verbunden werden.
Schließlich kann die Rahmenstruktur 8 und auch die Struktur der Blenden-Elemente 3 und Achsen 9 mittels LIGA-Technik (Lithographie, Galvanoformung und Abformung) in aufeinanderfolgenden Prozessschritten aufgebaut werden. Alternativ kann aber auch die Rahmenstruktur 8 mittels LIGA-Technik hergestellt werden, die Struktur der Blenden-Elemente 3 und Achsen 9 mit einem anderen geeigneten mikromechanischen Verfahren hergestellt werden und es können dann die Rahmenstruktur 8 und die Struktur der Blenden-Elemente 3 und Achsen 9 nachträglich isolierend analog Fig. 5 miteinander verbunden werden.

Claims

1. Optische Blenden-Anordnung mit einem Array aus Blenden-Elementen, wobei jedes Blenden-Element so ausgebildet ist, dass es einen lichtdurchlässigen Zustand und ein lichtundurchlässigen Zustand einnehmen kann, sowie mit mindestens einer Einrichtung zur Aufrechterhaltung des lichtdurchlässigen Zustandes der Blenden- Elemente, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Blendenanordnung mindestens ein relativ zum Blenden-Array bewegliches Aktuator-Element aufweist, das zu einem selektiven Zusammenwirken mit jeweils einem einzelnen Blenden-Element ausgebildet ist, wobei durch das Zusammenwirken das Blenden-Element von einem lichtundurchlässigen Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand übergeführt wird.

2. Optische Blenden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden-Elemente so ausgebildet sind, dass der Übergang vom lichtundurchlässigen Zustand in den lichtdurchlässigen Zustand durch eine zumindest teilweise chemische oder physikalische Zustandsänderung zumindest eines Teils des Blenden-Elements erfolgt.

3. Optische Blenden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden-Elemente so ausgebildet sind, dass der Übergang vom lichtundurchlässigen Zustand in den lichtdurchlässigen Zustand durch eine mechanische Änderung der Anordnung oder der Ausrichtung der Blenden- Elemente erfolgt.

4. Optische Blenden-Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Aufrechterhaltung des lichtdurchlässigen Zustandes pro Blenden-Element mindestens einen elektrisch leitenden Bereich zum Anlegen einer Spannung umfasst, wobei alle elektrisch leitenden Bereiche aller Blenden-Elemente elektrisch miteinander verbunden sind.

5. Optische Blenden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuator-Element zu einem mechanischen Zusammenwirken mit einem Blenden-Element ausgebildet ist.

6. Optische Blenden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuator-Element zu einem elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Zusammenwirken mit einem Blenden- Element ausgebildet ist.

7. Optische Blenden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuator-Element in einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Blenden-Arrays zweidimensional positionierbar ausgebildet ist.

8. Optische Blenden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden-Anordnung Positionierungs-Marken zur Positionierung des Aktuator-Elements aufweist.

9. Verfahren zum Betrieb einer optischen Blendenanordnung, insbesondere einer Blenden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Blenden-Elemente eines Blenden-Array zwischen einem lichtdurchlässigen Zustand und einem lichtundurchlässigen Zustand übergeführt werden und wobei der lichtdurchlässige Zustand und/oder der lichtundurchlässige Zustand der Blenden-Elemente aufrechterhalten wird dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Blenden-Elemente durch Zusammenwirken mit mindestens einem relativ zum Blenden-Array beweglichen Aktuator-Element selektiv von einem lichtundurchlässigen Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand übergeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom lichtundurchlässigen Zustand in den lichtdurchlässigen Zustand durch eine zumindest teilweise chemische oder physikalische Zustandsänderung zumindest eines Teils des Blenden-Elements erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom lichtundurchlässigen Zustand in den lichtdurchlässigen Zustand durch eine mechanische Änderung der Anordnung oder der Ausrichtung der Blenden-Elemente erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufrechterhaltung des lichtdurchlässigen Zustandes pro Blenden-Element durch Anlegen einer einheitlichen Spannung an alle Blenden-Elemente erfolgt, die kleiner ist, als die Spannung, die erforderlich wäre, um ein Blenden-Element von einem lichtundurchlässigen Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand überzuführen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuator-Element mechanisch mit einem Blenden-Element zusammenwirkt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuator-Element elektrisch, magnetisch oder elektromagnetisch mit einem Blenden-Element zusammenwirkt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuator-Element zum Zusammenwirken mit Blenden-Elementen in einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Blenden-Arrays zweidimensional positioniert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des Aktuator-Elements mit Hilfe von Positionierungs-Marken erfolgt.