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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung
mit Mikrover schlüssen oder
Mikrospiegeln.
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Kleindimensionierte,
elektrostatische Motoren und solche mit niedriger Leistung, geeignet
zur Verwendung als Aktuatoren in Mikro-Technologie-Anwendungen,
sind bereits in der Vergangenheit zum Betätigen von mechanischen Vorrichtungen, und
dergleichen, unter Bedingungen vorgeschlagen worden, wo Vibrationen
auftreten, wie beispielsweise auf dem Kraftfahrzeuggebiet. Die elektrostatischen Acutatoren
machen von elektrisch leitenden, flexiblen Platten Gebrauch, wobei
jede davon ein Ende, das einem Stator zugeordnet ist, besitzt, und
wobei sich das gegenüberliegende
Ende angrenzend an einen Translator befindet. Das Anlegen von Spannungsimpulsen
zwischen den Platten und einer Elektrode, zugeordnet zu dem Translator,
bewirkt eine Adhäsion
durch einen elektrostatischen Effekt der Platten an dem Translator,
mit der darauffolgenden Bewegung des letzteren in Bezug auf den
Stator.
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Ein
Aktuator des Typs, auf den vorstehend Bezug genommen ist, z.B.,
in Dyatlov V.L., Konyaskin V.V., Potapov B.S., und Pyankov Y.A., „Prospects
of the Employment of Synchrotron Radiation in Film Electrostatic
Actuator Technology",
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 359 (1995),
Seiten 394–395,
beschrieben.
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Der
vorliegende Anmelder hat in parallel anhängigen Patentanmeldungen die
Verwendung von elektrostatischen Platten zum Herstellen von optischen
Elementen, die, z. B. in Infrarot-Sichtsystemen für Kraftfahrzeuge,
oder auch in Anzeigesystemen für
ein sich im Fahrzeug befindliches Instrumentarium, verwendet werden
können,
vorgeschlagen. Gemäß den Vorschlägen ist
eine Matrix aus Platten in der Form von optischen Mikrospiegeln
oder Mikroverschlüssen
auf einem Substrat angeordnet, wobei jede Platte an einem Ende mit
dem Substrat verbunden ist und durch einen elektrostatischen Effekt
zwischen einem Ruhezustand, in dem sie gekrümmt ist, so dass sich das freie
Ende der Platte unter einem Abstand von dem Substrat befindet, und
einem gerade ausgerichteten Zustand, in dem die Platte an den Substraten
anhaftet, verschiebbar ist. Die Verschiebung jeder Platte von dem
Ruhezustand zu dem gerade ausgerichteten Zustand wird durch das
Anlegen einer Spannung zwischen der Platte und einer Elektrode,
die dazu zugeordnet ist, die durch das Substrat getragen wird, erhalten.
Wenn der Spannungsimpuls angelegt wird, haftet die Platte an dem
Substrat durch einen elektrostatischen Effekt an, wogegen dann,
wenn die Spannung unterbrochen wird, die Platte zu deren Ruhezustand
aufgrund ihrer Eigenelastizität
zurückkehrt.
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Der
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Typ einer optische
Vorrichtung mit Mikroverschlüssen
oder Mikrospiegeln vorzuschlagen, die auf einem unterschiedlichen
Betriebsprinzip beruht.
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Gemäss der vorliegenden
Erfindung wird eine optische Vorrichtung mit Mikroverschlüssen oder
Mikrospiegeln geschaffen, die aufweist:
ein Substrat; und
eine
Matrix aus Mikroverschlüssen
oder Mikrospiegeln in der Form von Dünnfilmplatten, angeordnet auf dem
Substrat, wobei jede der Platten ein Ende verbunden mit dem Substrat
und das andere Ende frei besitzt, und wobei jede zwischen einem
gekrümmten,
ruhenden Zustand, in dem sich das freie Ende unter einem Abstand
von dem Substrat befindet, und einem gerade ausgerichteten Zustand,
in dem die Platte an dem Substrat anhaftet, verschiebbar ist,
wobei
das Substrat aus ferromagnetischem oder paramagnetischem Material
gebildet ist, und wobei die Platten aus einem ferromagnetischen
Material gebildet sind und wobei magnetisch betätigte Steuereinrichtungen zum
Steuern einer Verschiebung der Platten von dem Ruhezustand zu dem
Zustand, in dem sie an dem Substrat anhaften, vorgesehen sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Platten aus einem Material hergestellt, das aus Nickel,
Eisen, superelatischen Legierungen und feromagnetischen Polymeren
ausgewählt
ist. Die Platten können
in einer passiven Art und Weise arbeiten, d. h. können polarisiert
sein und sich aufgrund eines äußeren, magnetischen
Felds, erhalten mit Elektromagneten, positioniert in einer solchen
Art und Weise, um das Feld in einer punktweisen oder gleichförmigen Art
zu steuern, um so in der Lage zu sein, die Platten wahlweise zu
steuern oder alle Platten gleichzeitig zu steuern, bewegen. Alternativ
können
die Platten in einer aktiven Art und Weise verwendet werden, um
ein magnetisches Feld zu erzeugen, das durch einen elektrischen
Strom durchquert wird. In diesem letzteren Fall ermöglicht die
Wechselwirkung mit dem Material des Substrats – das aus einem feromagnetischen
Material bestehen kann oder ein Permanentmagnet sein kann oder mit
einer elektromagnetischen Einrichtung ausgestattet sein kann -,
dass die Position der Platten gesteuert wird, auch in einer selektiven
Art und Weise, entsprechend zu Reihen und Spalten.
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Einer
der Vorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung,
verglichen mit einer Vorrichtung mit elektrostatisch betätigten Platten,
liegt in der Tatsache, dass das magnetische Feld sowohl dazu verwendet werden
kann, die Platten von dem ruhenden, d. h. gekrümmten, Zustand zu dem gerade
ausgerichteten Zustand zu aktivieren, wo die Platten an dem Substrat
anhaften, und um sie in der umgekehrten Richtung so zu drücken, dass
es ausreichend für
diesen Zweck ist, das aktivierende, magnetische Feld entsprechend
zu steuern.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die nur als ein nicht einschränkendes Beispiel vorgesehen
sind, und in den:
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1 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht der Vorrichtung der 1;
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3 stellt
eine Variante der 1 dar; und
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4 stellt
eine Querschnittsansicht einer weiteren Varianten dar.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 als ganzes eine Matrix aus ferromagnetischen
Mikroverschlüssen
gemäß der Erfindung.
Wie auch 2 zeigt, weist die Vorrichtung 1 ein
Substrat 2 auf, das, in dem Fall, der dargestellt ist,
aus einer Glasplatte oder einer Kunststoffplatte 3, die
für Licht
transparent ist, und zwar in dem erwünschten Wellenlängenband, besteht,
und besitzt eine Dicke von ein paar Millimetern oder Zentimetern.
Auf der Bodenfläche
des Substrats 3 ist eine Schicht 4 eines paramagentischen Materials
aufgebracht. Aufgebracht auf der Oberseite des Substrats 2 ist
eine Mehrzahl von Platten, hergestellt aus einem ferromagnetischen
Material, ausgewählt
unter Materialen wie beispielsweise Nickel, Eisen, superelastischen
Legierungen und ferromagnetischen Polymeren, in der Form eines Films,
der eine Dicke zwischen ein paar Bruchteilen eines Mikron und ein
paar Mikron besitzt. Jede Platte, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 5,
ist an einem ihrer Enden an der Oberfläche des Substrats 2 befestigt.
Ein Film wird verwendet, der einen bestimmten Krümmungsradius besitzt, in einer
solchen Art und Weise, dass, in dem Ruhezustand, der Film, der jede
Platte 5 bildet, nach oben gekrümmt verbleibt, oder in jedem Fall
angehoben verbleibt, wobei sich das freie Ende unter einem Abstand
von dem Substrat 2 befindet. In diesem Zustand können Lichtstrahlen
L frei durch die Matrix der Mikroverschlüsse 5 und durch das
Substrat 2 hindurchdringen.
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Die
Platten 5 können
in einen ausgebreiteten Zustand gebracht werden, in dem sie vollständig an dem
Substrat 2 (wie in dem rechten Teil der 2 gesehen
werden kann) durch einen magnetischen Effekt anhaften. Genauer gesagt
werden in der Ausführungsform,
die in den 1 und 2 dargestellt
ist, die Platten aktiv verwendet, indem sie durch einen elektrischen
Strom in einer solchen Art und Weise durchdrungen werden, um ein
magnetisches Feld zu erzeugen, das eine Adhäsion der Platten 5 an
dem Substrat 2 bewirkt. In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 6, als ganzes, eine elektronische Steuereinrichtung
zum Steuern einer Zufuhr eines elektrischen Stroms zu den Platten 5.
Natürlich
ist es möglich, eine
Anwendung vorzusehen, bei der alle Platten 5 gleichzeitig
mit einem elektrischen Strom in einer Art und Weise versorgt werden,
in der alle Platten der Matrix gleichzeitig in der Lage sind, sich
von dem Ruhezustand zu dem Zustand zu verschieben, in dem sie an
dem Substrat anhaften. Entsprechend einer Varianten kann die Möglichkeit
eines Zuführens
eines elektrischen Stroms wahlweise zu den verschiedenen Mikroverschlüssen 5 in
einer Art und Weise vorgesehen werden, mit der zu jedem Zeitpunkt
nur ein Teil der Mikroverschlüsse 5 offen
verbleibt, um so ein Durchgang des Lichtflusses L zuzulassen, wogegen ein
anderer Teil (der Teil rechts in 2) geschlossen verbleibt.
Eine optische Vorrichtung des Typs, auf den vorstehend Bezug genommen
ist, kann vorteilhaft für,
z. B., Infrarotsichtsysteme des Typs vewendet werden, der den Gegenstand
einer parallel anhängigen
Patentanmeldung der vorliegenden Unterlagen bildet, oder in Anzeigesystemen
für Anzeigetafeln
in Motorfahrzeugen, oder für
adaptive, optische Vorrichtungen, oder für andere, ähnliche Anwendungen.
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Alternativ
ist es möglich,
die Platten 5 in einer solchen Art und Wiese vorzusehen,
dass sie Mikrospiegel bilden, die in dem Zustand betreibbar sind,
in dem sie an dem Substrat anhaften.
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3 stellt
eine Variante dar, in der die Platten 5 so hergestellt
sind, um in einer passiven Art und Weise zu arbeiten; d.h. sie werden
durch ein externes, magnetisches Feld, erhalten durch die Wicklungen 7,
die die Vorrichtung 1 umgeben, oder Wicklungen 8 (4),
die der Basis 4 zugeordnet sind, polarisiert. Wenn die
Wicklungen 8 durch einen elektrischen Strom durchflossen
werden, erzeugen sie ein magnetisches Feld, das die Platten 5 polarisiert.
Die Wicklungen können
in einer solchen Art und Weise angeordnet sein, um in der Lage zu
sein, die Platten 5 wahlweise zu steuern oder alle davon
gleichzeitig zu steuern. Zum Beispiel können, in dem Fall, der in 4 dargestellt
ist, die verschiedenen Wicklungen 8 wahlweise mit elektrischem
Strom so versorgt werden, um in der Lage zu sein, die Platten 5 entsprechend
zu Reihen und Spalten zu steuern. Auch können die Zwischenbereiche der
Platten entweder dynamisch oder statisch durch geeignetes Kalibrieren des
magnetischen Felds verwendet werden, um stabile Zwischenpositionen
zu erhalten.
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Natürlich können, ungeachtet
des Prinzips der Erfindung, die Details eines Aufbaus und der Ausführungsformen
in weitem Umfang in Bezug auf das, was hier beschrieben und nur
dargestellt ist, variieren, um ein Beispiel zu erhalten.