WO2005059622A1 - Diffraction film having a 2-dimensional lattice arrangement - Google Patents

Diffraction film having a 2-dimensional lattice arrangement Download PDF

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WO2005059622A1
WO2005059622A1 PCT/DE2004/002721 DE2004002721W WO2005059622A1 WO 2005059622 A1 WO2005059622 A1 WO 2005059622A1 DE 2004002721 W DE2004002721 W DE 2004002721W WO 2005059622 A1 WO2005059622 A1 WO 2005059622A1
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individual
diffraction
elements
bodies
mesa
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PCT/DE2004/002721
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hartmut Hillmer
Jürgen Schmid
Ingo Stadler
Original Assignee
Universität Kassel
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0808Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more diffracting elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1828Diffraction gratings having means for producing variable diffraction

Definitions

  • the present invention relates to micro- and nanostructure technologies and, in particular, to grating arrangements for two-dimensional optical grids. In particular, it relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • One-dimensional optical gratings are currently essentially only known for installation in spectrometers for the field of spectral analysis. They have real two-dimensional dimensions, for example in the form of a rectangle in the range of up to 20 cm edge length, and consist of high-quality materials, the lattice structure having a lattice period which is of the same order of magnitude as the light wavelength.
  • the grid is created e.g. through fine, sequential scribing using diamond tips to generate furrows in a suitable solid material.
  • the diffraction effects that can be achieved on the grating are known. They are based on the superposition of elementary rays caused by diffraction (scattering, reflection and partial
  • two-dimensional gratings which have arbitrary shapes as diffraction elements instead of the above-mentioned lattice webs (ribs) and grooves (lattice trenches).
  • a special embodiment are holograms in which the grating arrangements are designed in such a way that their Fourier transformation has a desired image with recognition value for the human eye, see for example the holograms on banknotes.
  • the present invention is based on the fundamental finding that a two-dimensional grating with any arrangements and patterns of diffraction centers can also be produced by lithography in such a way that the individual bodies can be moved partially, in groups or completely by a suitable actuation mechanism around the Vary grid spacing to vary uniformly or locally on the grid arrangement.
  • grating is used for the purposes of the present invention in a general form which includes the four grating types (phase transmission grating, phase reflection grating, amplitude transmission grating and amplitude reflection grating), as well as any variations in the lateral extent of the mesa (mountains, ridges) and the mesa intermediate. areas (valleys, furrows, ditches). What is meant is a grid with a period and duty cycle that varies laterally.
  • a diffraction device is therefore disclosed as a grating arrangement for the two-dimensional diffraction of light beams, with a plurality of individual bodies connected to a common base support surface, the individual bodies being arranged and spaced apart from one another such that they are in a two-dimensional grating arrangement in each case act as diffraction centers for the light beams, and the individual bodies are structural elements from a thin-film production process, wherein according to the invention a single element, as a more or less predominant part of an individual body, is mounted so as to be movable relative to the base support surface for an actuation mechanism acting jointly on an individual element or on groups of individual elements is to vary the effective grid spacing between adjacent individual bodies or individual elements or their duty cycle.
  • the individual bodies are, for example, individual mesa.
  • the individual bodies acting as diffraction centers or each part of a “single element” are movably mounted.
  • a single body in the form of a single metal element is movably mounted relative to the base support surface in order to increase the effective grating spacing between adjacent individual bodies Varying color effects can thus be achieved for a fixed observation point.
  • “Variation of the effective grating distance” is understood in the following: on the one hand the variation of the distances between the individual mesa (single mesa elements) and on the other hand the diffraction-relevant dimension of the mesa and the mesazvi. the spaces between. All lateral dimensions can thus be varied (actuated), for example the grating period and also the duty cycle.
  • the material for the base support surface is selected from the group: organic or inorganic glasses, plastics, in particular polymers, metals, bl) the material for the individual bodies is selected so that it is used as a sacrificial layer in an etching process is selectively suitable for one of the preselected materials, or b2) the material for the individual bodies is selected such that it allows selective growth, in particular by applying electroplating in deeply lithographically shaped polymethyl methacrylate (PMMA), then the diffraction devices are also achieved in large quantities To create a scale on large areas in the range of decimeters or meters in order to be able to display the diffraction patterns over a large area.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the grid arrangement is also proposed to manufacture as a modular, replicable, areal, architecturally usable component with a suitable protective cover against the weather.
  • This allows large facade surfaces to be populated.
  • the device according to the invention contains connecting elements with which it can be connected at the edge to other devices of the same type. For example, catches, other lockable plug connections or other connecting elements known in the prior art, such as latching, come into question.
  • the connecting elements also containing an electrical plug connection between devices of the same type in addition to the mechanical connection, result
  • the device according to the invention contains one or more actuation mechanisms with a predetermined number of comb actuators, then with a controlled movement of a comb a correspondingly large number of individual bodies or individual elements can be moved uniformly, uniformly and precisely. This movement can then be exploited to be the most effective To vary the grid spacing between adjacent individual bodies or individual elements in a targeted manner.
  • the actuation mechanism is based on electrostatic forces, there are favorable electrical properties with low holding currents.
  • the device according to the invention contains an actuation mechanism for the lateral displacement of individual bodies or individual elements or groups thereof, the effective grid spacing between adjacent individual elements can be varied in a targeted manner in a first direction.
  • a further mechanism can be provided in order to specifically vary the distances in a second direction, preferably perpendicular to the first.
  • the individual elements have a flat shape, then by changing the orientation of the "surface normals" of the individual elements with respect to the direction of view or the direction of the incident radiation, a change in the effective grid spacing can be effected, as a result of which beautiful color effects can be achieved.
  • Holding elements are stored, the storage allowing movement of the individual elements by means of an electrostatic actuation mechanism, then the desired change in the effective lattice spacing results from actuation, which can also be superimposed with the aforementioned changes by a corresponding combination of the aforementioned comb actuators.
  • a so-called panel contains one device or a plurality of such devices described above.
  • Such a panel preferably contains a power supply connection and a device for receiving control commands from a control device.
  • a system is advantageous in which the control electronics, which contains the logic as to which individual elements are to be controlled and how, are provided centrally in a dedicated, remote control unit, from which an addressing network for controlling the individual individual elements or
  • the module is based on the fact that largely in the form of printed lines, the areal modules are already integrated during their manufacture. This eliminates the need to implement expensive silicon-based chip technology in the facade element itself. Furthermore, much cheaper materials than high-purity silicon are used to produce the diffraction arrangements themselves. This results in production costs that are at least in the same order of magnitude as other, conventional facade elements.
  • the materials for the base support surfaces on which a respective large number of individual bodies stand and which carry the individual elements can actually be selected by choosing, for example, glass, plexiglass, plastics, in particular polymers, such that at least the material value of the base surface of a module with a
  • Edge length for example, of just under 25 cm is very low.
  • thermotropic main chain liquid crystalline polymers and, in a special way, commercially available photoresist, which can be applied evenly in order to form a uniform layer thickness, come into question.
  • photoresist which can be applied evenly in order to form a uniform layer thickness, come into question.
  • these locations can previously be manufactured entirely from dielectric materials, for example from suitable silicon nitrides, such as Si 3 N 4 , or silicon oxides, especially silicon dioxide (Si0 2 ).
  • the material for the holding elements can be selected so that it allows selective growth, in particular by applying electroplating in deeply lithographically shaped polymethyl methacrylate (PMMA)
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the individual elements are arranged in a regular matrix form consisting of parallel rows and parallel columns, there is a clear production method, since the structures for the production are relatively easy to replicate, which is particularly important for all those embodiments in which electrical supply lines are individual Individual elements (see below) or for combined groups of individual elements must be integrated during the lithographic manufacturing process.
  • a comb actuator is preferred here, the basic structure and mode of operation of which is published, for example, in: Micromachined Polysilicon Microscanners for Barcode Readers, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 8, No.12, Dec. 196, pages 1707 to 1709, which is to serve as a source of disclosure for this purpose for the essential technical features of comb actuators.
  • a large number of individual bodies can advantageously be moved with a single comb, all of which then sit together on the moving part of the comb.
  • a first electrode is expediently assigned to an individual element and a second electrode to the base support surface.
  • the second electrode can optionally also be present for several or all individual elements as a flat electrode on the base support surface and firmly connected to it.
  • electrical supply and contacting of the electrodes of individual individual bodies or of groups of individual bodies is preferred, which leads to one of the outer edges of the device, in order to to be able to be forwarded from there.
  • the electrical supply lines for computer-controlled addressing and actuation of the movement of the individual bodies and thus the movement of the individual elements via the electrode pairs are provided as planar lines (integrated conductor tracks), which is easy to handle when laying the facade components according to the present invention and is simplified Maintenance and reduced susceptibility to corrosion and other harmful environmental effects.
  • the above-mentioned connecting elements advantageously also contain the corresponding electrical plug connections, so that both the mechanical and the electrical connection are ensured by a single plugging process. This enables simple electrical connections to a control device which is used jointly for a large number of individual modules according to the invention which are plugged together to control the individual elements or small groups of individual elements.
  • a single element is connected to the holding element via, for example, an elongated bridge element having a predetermined bending stiffness
  • an elongated bridge element having a predetermined bending stiffness
  • the complex deformation of the connecting bridge (English cantilever, bending beam) is shown in Fig. 3.
  • the movement of the mirror plane, quasi tilting or pivoting movement of the mirror plane can relate to an axis which is perpendicular to the alignment of the bridge element and at the same time runs parallel to the base support surface.
  • a tilting or swiveling movement is assumed in the following, and referenced to the associated axis.
  • This embodiment is easy to manufacture, since the bridge element can again be a structural element of a layer.
  • the individual element is fastened to two elongate bridge elements which, in a substantially parallel direction, form a pivot axis for the region of the individual element and start on opposite sides of the individual element, and the torsional rigidity of the bridge elements about their pivot axis thus increases
  • the electrostatic forces between the electrodes are adjusted so that a pivoting movement of the individual body with a specifically adjustable deflection angle relative to the base support surface can be carried out, then with appropriate charging of the electrodes, the individual element tilts about the pivot axis by attraction or repulsion, perpendicular to the pivot axis of the example mentioned above with a bridge element.
  • the easiest way to set the tilt angle ⁇ is between approx.
  • a single element is gimbal-supported by a further pair of bridge elements, which within the pivoted according to the preceding claim Reichs is provided, the full functionality of the angle adjustment results for a change in the effective grid spacing in the x and y direction.
  • the angles ⁇ and ⁇ can be set almost independently. This means that the mirror itself can be easily adjusted independently or depending on the course of the day in order to get the correct mirror position for the various applications.
  • the overall system can consist, for example, of a large number of 2048 individual modules, each divided into 4 x 4, i.e. 16 groups, each occupying a facade area with an area of 1 square meter, with a total of 128 such partial areas being included in the overall system.
  • the individual element is oriented to the pivot axis such that a pivot axis divides the individual element off-center, a further parameter for optimizing the tilt angle has been found, the short side being used, for example, as a side for attraction or repulsion on electrodes can.
  • a short lever then means a wide range of tilting movement, but accordingly requires high force.
  • a use of the two-dimensionally constructed, optically acting device according to the invention in the form of a grating is disclosed, in which it is used to design large areas by large-area diffraction patterns.
  • this device is used as a component in a construction activity for the construction or renovation of building facades, or in which mobile systems with relatively large, visible surfaces
  • mobile systems with relatively large, visible surfaces can be used according to the invention, for example the body surfaces of motor vehicles such as trains, buses, trams, passenger cars, or the large surfaces of trucks and their trailers, or the body surfaces of airplanes.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an overall system according to a preferred exemplary embodiment of the present invention, comprising a panel for a facade partial area with a large number of individual modules according to the invention and the associated control devices;
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the edge-side coupling devices between two individual modules 12 from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional representation of an individual body with a mesa diffraction body, as is often present repeatedly on an individual module 12 in FIG. 1, according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic top view of the single body shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional representation of an individual body, as it is repeated many times in an individual module
  • FIG. 6 shows a plan view of the individual body according to FIG. 5;
  • FIG. 7 in a schematic plan view representation further details for the relative arrangement and orientation between the mesa diffraction body and the bridge element according to variants A), B) and C) according to the exemplary embodiment from FIGS. 5 and 6;
  • FIG. 8 shows a schematic top view of an individual body of a preferred, further embodiment of the present invention, in which a mesa diffraction body is mounted in a cardanic manner;
  • FIG. 9A is a sketchy representation of a further development of the gimbal-mounted individual body according to FIG. 8 with a non-rectangular shape
  • FIG. 10 shows a schematic plan view (detail) of several rectangular mesa diffraction bodies in a 2-row grating arrangement
  • FIG. 11 shows a schematic plan view (detail) of several rectangular mesa diffraction bodies in a 3-row grating arrangement
  • FIG. 12 shows a schematic plan view (detail) of a plurality of rectangular mesa diffraction bodies in a 3-row grating arrangement (grating spacing preset only in the x direction, the unactuated starting position being shown above, one of several realizable ones being activated in the middle Positions of a middle section shows, with nine mesa diffraction bodies are laterally displaced.
  • FIG. 13 shows a schematic plan view (detail) of a grating arrangement with several rectangular and line-shaped diffraction bodies of different sizes.
  • a panel 15 comprising a multiplicity of matrix-like (array-shaped) individual modules 12, the external dimensions of the panel 15 being approximately 1 m to 1 m.
  • the individual modules 12 in turn contain a multiplicity of optically acting mesa diffraction bodies, which are likewise arranged in a matrix in regular rows and columns on a common support surface, which is not shown in FIG. 1 for reasons of increased clarity.
  • the individual modules 12 are of identical shape and are connected to one another, with further details being shown in FIG.
  • a control network consisting essentially of planar lines in the interior of each individual module 12 and contacts between the individual modules is provided in order to move the above-mentioned individual bodies with their mesa diffraction bodies in a targeted manner according to the invention by means of a corresponding electrical actuation on the basis of electrostatic forces. to achieve targeted color effects can.
  • a supply line 20 is provided, which supplies a DC voltage of, for example, the order of 60V via a connection 21 provided for this purpose to a specially designed individual module 12.
  • a sensor 16 is provided, which is also operatively connected to the actuation network and is set up to receive control signals from a control unit 18 wirelessly or, if wired, then advantageously in an encapsulation with a connection for supplying power to the panel, in order to to individually electrostatically actuate individual individual modules 12 or individual mesa diffraction bodies or groups of mesa diffraction bodies.
  • the sensor can be, for example, an infrared (IR) or an ultrasound - or a radio sensor.
  • the control unit 18 contains the necessary hardware to run a program that contains all the algorithms that are necessary to move the mirrors according to a programmed movement. These algorithms have long been known from the prior art.
  • driver programs for implementing a special control geometry and an associated special control network are also simple to manufacture for the person skilled in the art and are contained in the control unit 18.
  • Two individual modules 12 A and 12 B with a square contour lie flush with the edges and corners, with their respective edges lying against each other.
  • a snap-in connection 22a and further snap-in connections 22b are each provided off-center in order to mechanically connect the two individual modules 12 A and 12 B to one another at two points.
  • an electrical contact 24 provided that establishes the electrical connection between the control network of the two individual modules.
  • the circuit within a line can consist, for example, of a series connection of a complete line or specifically selected subsections of a line, depending on how large the voltage drop is during the activation of a single individual body. In order to be able to remain in the preferred low-voltage range, it can therefore be advisable to implement a parallel connection of series connections for the above-mentioned subgroups in a single line.
  • a bridge element 34 which has an elongated shape and carries the mesa diffraction body 36, is fastened to the end section of the holding element 32 opposite the base support surface.
  • the bridge element 34 has an end section with which it is attached to the holding element 32 and a free, air-floating end section so that it is flexible with its free end by a force which is directed upwards and downwards in FIG Rest position, which is shown horizontally in Fig. 3, can be deflected.
  • the bridge element 34 advantageously represents the one electrode with at least one partial area, and the counterelectrode 38 is assigned to the base support surface 30 and firmly connected to it by a corresponding thin-film process.
  • the bridge element is elongated and, see also FIG. 3, has a relatively thin thickness, so that a respective bending elasticity of the bridge element 34 suitable for the actuation stresses can be realized.
  • the mesa diffraction body 36 is a separate layer and has a shape with which it can preferably be moved up and down in the manner shown in FIG. 3 without colliding with the bridge element itself or with the counterelectrode. Therefore, it preferably has a recess around a section of the bridge element 34 which is associated with the holding element.
  • the cross-sectional shape of the holding element 32 can be varied within a wide range, as long as the required strength is given in order to achieve a precise measurement
  • the edge dimensions a x and a y of the mesa diffraction body 36 can be varied within a wide range, the height and strength of the holding element 32 then having to be set up appropriately, so that there is a trouble-free movement of the mesa diffraction body 36.
  • the edge lengths of the mesa diffraction bodies and their spacings can vary, at least in one direction, preferably in a range that is determined by the diffraction condition, edge length in the order of the wavelength, for example between 200 and 1400 nanometers.
  • the exact shape and arrangement of the mesa diffraction bodies 36 should also be made dependent on the later intended use of the individual modules 12 or the panels 15. This is essential especially for holograms.
  • the contact between the bridge element 34, which is designed as an electrode, and the associated part of the connection network can preferably be made via the holding element 32 if the connection network, as is preferably arranged here in the lower region of FIG. 3, for example, just above the base support surface, in an expedient manner is electrically isolated from it.
  • the bridge element 34 consists of a metal or at least has a metal coating which at the same time has good electrical conductivity and good reflective properties, then the contact between the bridge elements and the connection network can be made, for example, via a through hole through the holding element 32, or alternatively it can also be on the edge seen from top to bottom in FIG. 3.
  • the counterelectrode 38 likewise consists of conductive material and, depending on the design of the material of the base support surface 30, may also be separated from it by an insulating layer, which is not shown in FIG. 3 for the purpose of increased clarity. If the networks for the electrode and counterelectrode are supplied with voltage accordingly, so that an abutting or a repelling force arises between the electrodes, the mesa diffraction bodies, as indicated in FIG. 3, move according to the laws of electrostatics and the forces in an electrical field. With further reference to FIGS. 5 and 6, a further preferred exemplary embodiment for the configuration of an individual body or mesa diffraction body according to the invention is described in more detail below.
  • the mesa diffraction body 36 is fastened to two bridge elements 34 A and 34 B, the bridge elements in turn being fastened on their own holding elements 32 A and 32 B, respectively.
  • FIG. 6 shows in more detail, it is an asymmetrical arrangement, as shown as a variant in FIG. 7 b).
  • the mesa diffraction body 36 is expediently used as an electrode, and two counterelectrons 38 A and 38 B are provided, which are arranged on opposite sides of the pivot axis, see FIG. 6 on the base support surface.
  • the mesa diffraction body 36 can be contacted via through holes through the holding blocks 32 A and 32 B. Only one pair of electrodes can also be provided.
  • one and the same holding block 32 or 32 A or 32 B can not only serve for one bridge element 34, or 34 A or 34 B, but also for the next one
  • Bridge element can be used with.
  • a bridge element expediently extends on one side and a bridge element on the opposite side of the holding element.
  • FIG. 7 shows a schematic top view showing further details for the relative arrangement and orientation between the mesa diffraction body and the bridge element according to variants A), B) and C) according to the exemplary embodiment from FIGS. 5 and 6;
  • the mesa diffraction body 36 is connected at the edge to the bridge elements 34 A and 34 B.
  • only a single pair of electrodes on one side of the pivot axis can be used to perform the mirror movement.
  • This pair of electrodes would then advantageously be arranged at a specifically preselected distance from the swivel axis, both for the electrode on the mesa diffraction body and for the electrode on the base support 30.
  • pairs of electrodes can in principle be attached on both sides of the swivel axis, which is given by the bridge elements 34A and B.
  • the variant shown in FIG. 7B contains the broadest possible variations in order to enable the mesa diffraction body 36 to be pivoted as extensively as possible. Because if the actuation voltage can be chosen large enough to be able to act on the short end 70, then a large angular range can be realized without the risk that the mesa diffraction body in its extreme deflection and touch the counter electrode for the case of attraction between the two elements.
  • FIG. 7C shows once again the case of the symmetrical division of the mesa diffraction body halves.
  • FIG. 8 a further, preferred exemplary embodiment of the present invention is described, which is characterized in that an individual element is mounted in the manner of a gimbal bearing with respect to two pivot axes which are essentially independent of one another.
  • Fig. 8 shows a schematic plan view of an individual body of a preferred, further embodiment of the present invention, in which a mesa diffraction body is gimbaled.
  • the holding elements 32 A and 32 B are assigned to the left or right edge of the illustration in FIG. 8.
  • the bridge elements 34 A and 34 B lead from these holding elements, cf. 5 and FIG. 6 form a common swivel axis inwards and meet a swivel frame 80 there.
  • This is designed as an electrode and can interact with one or two counter electrodes 38 A or 38 B, cf. the description of FIGS. 5 and 6. This results in a pivoting movement of the pivot frame 80 about the common pivot axis of 34 A and 34 B.
  • a further pivot bearing is now provided within the pivot frame 80, namely about a pivot axis which is formed by an inner bridge element 84 A and another inner bridge element 84 B, each of which connect the swivel frame 80 to the mesa diffraction body 36 or its fixed support 86.
  • the mesa diffraction body shape is also not rectangular, but has a cornerless outer contour, which is arbitrarily shown in FIG. 9 as an example, here approximately pear-shaped, to show that almost any shape treasures can be chosen here.
  • This is also suitable for manufacturing of holograms.
  • the actual structural design of the mesa diffraction body mounting changes only to the extent that it is necessary to constructively map the changed geometry of this irregular opening. For example, the locations of the electrodes are adapted accordingly, the spacing of the holding elements from one another, etc.
  • FIG. 10 shows a schematic plan view (detail) of a plurality of rectangular mesa diffraction bodies in a 2-row grating arrangement
  • the grid spacing is preset only in the x direction, and the unactuated starting position is shown at the top, and one of several feasible actuated positions is shown below, the previously constant grid spacing splitting into an enlarged and a reduced one;
  • FIG. 11 shows a schematic plan view (detail) of a plurality of rectangular mesa diffraction bodies in a 3-row grating arrangement, the grating spacing being preset only in the x direction, the unactuated starting position being shown above, one of a plurality of realizable ones in the middle Actuated positions of a central section is shown, with nine mesa diffraction bodies are deflected from their rest position about their left-justified longitudinal axes, and the distances projected into the xy plane between the elements in this area are increased in the x direction (variation of the effective grating spacing) ,
  • the mesa diffraction bodies are shown below in a schematic side view along the paper plane of the middle representation;
  • FIG. 12 shows a schematic plan view (detail) of a plurality of rectangular mesa diffraction bodies in a 3-row grating arrangement (grating spacing is preset only in the x direction, the unactuated starting position being shown above, in the middle one of several realizable actuating positions a central portion is shown, with nine mesa diffraction bodies are laterally displaced. The elements are moved in the lateral direction (in the xy-
  • FIG. 13 shows a schematic plan view (detail) of a grating arrangement with several rectangular and line-shaped diffraction bodies of different sizes, the optically effective surfaces which are formed by the interaction of at least one diffraction element being able to be enlarged or reduced by the actuation of these elements. If the optically effective, coherent fold of an ensemble of such mesa diffraction elements is reduced, the adjacent slit areas increase. If the optically effective, coherent fold of an ensemble of such mesa diffraction elements increases, then the adjacent slit surfaces decrease.
  • a thin glass pane is used as the base substrate 30 as a glass substrate with these dimensions.
  • inorganic glass another transparent material, organic glasses (e.g. plexiglass), transparent plastics or polymers, possibly with the addition of a tinting color, can be used.
  • planar electrodes 38 A and 38 B and the associated control network for the conductor tracks are, for example, by vapor deposition of conductive materials, e.g. Metals (aluminum, ...) or e.g. ITO (indium tin oxide), or e.g. Conductive polymers (poly [p-phenylene], ...), optionally supported by a galvanic reinforcement, are applied to the glass substrate 30.
  • conductive materials e.g. Metals (aluminum, ...) or e.g. ITO (indium tin oxide), or e.g. Conductive polymers (poly [p-phenylene], ...), optionally supported by a galvanic reinforcement, are applied to the glass substrate 30.
  • the step can be carried out by vapor deposition of the electrically conductive materials, combined with conventional lithographic structuring techniques. In the case of line crossings, lines are separated from one another as usual by an insulating intermediate layer. purple). In a third step, one is applied
  • Sacrificial layer with a defined thickness which is essentially predetermined by the height of the holding elements 32 A and 32 B shown in FIG. 5.
  • the height of the sacrificial layer should be at least so high that the intended maximum swivel deflection of a mesa diffraction body 36 can take place without the mesa diffraction body bumping against the base plate 30.
  • This sacrificial layer is intended to form the holding blocks 32 A and 32 B. At these points, it must subsequently be preserved, and at all other points, the sacrificial layer is subsequently etched away in order to form a free space which enables the later pivoting of the brass diffraction body.
  • the sacrificial layer is preferably removed at these points except for the glass substrate. This succeeds perfectly with today's technological processes. It should be noted that e.g. electrical cables made of transparent ITO, holding blocks made of plexiglass and base plate made of inorganic glasses can be produced.
  • the materials of the sacrificial layer are primarily those materials which can be selectively etched compared to all other materials used and which are relatively insensitive to weather, moisture and temperature differences, have sufficient mechanical strength and have no appreciable plastic flow (without Hysteresis).
  • materials such as polymethyl methacrylate, silicon dioxide or a UV photoresist are suitable as long as it can be applied with a defined thickness.
  • thermotropic main chain liquid crystalline polymers may also be mentioned by way of example.
  • this class of material can be easily solved with certain organic solvents (sacrificial layer property) and on the other hand also fulfills relatively high, mechanical ones Stability criteria if these materials are used simultaneously as part of the holding blocks.
  • Process step purple is essentially replaced as follows.
  • a deep-lithography-capable photoresist e.g. PMMA
  • Stable holding blocks are defined by selective filling, for example by means of galvanic processes.
  • Process steps IV, V, and VI which follow below are applied, the remaining photoresist (sacrificial layer) being removed by wet chemical means.
  • process step II is to be modified in such a way that, at the same time as the electrodes on the base plate, suitable conductive base layers of the holding blocks are defined, each of which has the shape of the connecting surface of the holding block / base plate. Care must be taken to ensure electrical insulation between the upper and lower electrodes.
  • the use of LIGA technology with cost-effective molding steps can also be used with advantage.
  • a layer is applied which forms the mesa diffraction bodies or, according to a special embodiment variant, the optical filters, and the bridge elements 34 A and B with their holding layers on the holding elements 32 A and B.
  • a metal layer made of aluminum, for example, or a dielectric multilayer with an outer, electrically conductive but transparent layer (e.g. ITO) or a polymer layer with highly reflective and conductive properties can be considered as the material.
  • the conductive layer extends over the mesa diffraction bodies, which bridges and over the holding layers, and also serves as an electrode (especially on the mesa
  • circumferential spacers are preferably applied to the edge of each individual module, for example made of the same material as the aforementioned sacrificial layer, in order to be able to effect the application of an outer protective layer in a further (later) step, which is flat over the entire Module surface extends to realize a hermetic sealing against dust and moisture as well as a voltage protection.
  • This protective layer can be applied, for example, to the aforementioned spacers, which is particularly preferably in the form of a peripheral edge, by gluing.
  • the vertical structuring is carried out by performing an etching process perpendicular to the base plate 30.
  • the parts of the sacrificial layer described above are then selectively removed, producing the connecting bridges and mesa diffraction bodies.
  • connection plugs for the electrical connection of the individual modules to one another see back to FIG. 2, for the electrical contacts 24 and the mechanical connections 22 are applied and fixed to the module frame or conductively for the electrical contact with the control network connected.
  • the communication sensor 16 mentioned above in the description of FIG. 1 is contacted with the location on the control network provided for this purpose, and the above-mentioned connection contact for the DC voltage supply line 20 is made with a suitably provided connector plug 21 preferably provided on only one module, for example the individual module 12, which is later assigned to one of the corners of the window area.
  • a hermetic sealing lacquer can be applied over the entire edge area of the module, so that the interior of the module maintains a long-term stable, weather-resistant state.
  • the modules thus produced are then plugged together, as is sketched in FIG. 2, until a panel of the desired size is formed.
  • a panel of the desired size For example, with a single module size of 12.5 cm x 12.5 cm, a grid of 8 x 8 individual modules can be put together in order to obtain a coherent panel with a surface area of 1 square meter.
  • the individual modules 12 advantageously also have suitably pluggable snap-in connections 22 A and B on the other edges, which are not shown in FIG. 2.
  • the snap-in connections in the transverse direction can also be of another type - for example an L-shaped catch - compared to the type of the longitudinal direction as shown in FIG. 2, in order to simplify the plugging together.
  • this entire panel can now be applied to a further carrier 15, for which a further glass pane can be used, for example. This would be particularly recommended if increased mechanical stability of the entire panel was required.
  • the connecting bridges, mesa diffraction bodies and holding blocks can be set up from originally flat elements (see, for example, MH Kiang, et al. IEEE Phot. Technology. Lett. 8, 1707 (1996).
  • the mesa diffraction body arrangement according to the invention can, as will be clear to the person skilled in the field of thin-film production and microstructuring, be produced in many different ways. Characteristic of the manufacturing method according to the invention is therefore only the use of those materials which allow a reasonable price / performance ratio for large-area use in the window or facade area, and the adaptation of the lithographic process to the relatively small dimensions of the mesa diffraction bodies.
  • the overall system according to the invention in such a way that it can be operated in a low-voltage range of less than approximately 60 volts.
  • This specification is to be taken into account in the shaping of the individual bodies, that is to say for holding element 32, bridge element 34 and individual element 36, with regard to the leverage forces to be constructed, so that the actuation voltage amounts required during implementation by electrostatic attractive forces do not become too high.
  • the color is determined by the dimensions of all elements and the pulse duty factor between gap surfaces and absorbing or scattering surface components. Color variations of the diffraction pattern then result from variation of the pulse duty factor through variation of the angle of attack of diffraction surfaces of the mesa diffraction bodies, or through lateral displacement of the diffraction bodies in certain groups, relative to other groups.
  • an overall system according to the invention can advantageously be operated with further sensors, which are then specifically selected for the respective use.
  • a sun position sensor and optionally an additional further sensor system can advantageously be used, which detects the cloud distribution and / or the brightness distribution in the sensor-detected half-space, or directly in the sky.
  • the device according to the invention can be designed to be more flexible than “diffraction foil”, or more solid, possibly stronger and thus plate-like.
  • the dimensioning of the area of the individual modules can be adapted to manufacturing systems that already exist and were previously used to manufacture integrated circuits (IC) components, hard disks in the computer area, etc.
  • the electrode assigned to the individual body can also be formed integrally with the latter if the latter consists of electrically conductive material.
  • the surfaces of the individual bodies 31 facing the light source can also be mirrored. Then, in addition to the diffraction of the light, at least part of the incoming light is reflected again, which has a special, rarely seen optical effect.
  • gratings can be divided into two classes: reflection gratings and transmission gratings. In both cases, further subdivisions are made depending on whether phase differences or amplitude differences are involved. Accordingly, there are phase transmission gratings, phase reflection gratings, amplitude transmission gratings and amplitude reflection gratings. This is shown in Fig. 14. As an example and in order to increase the clarity of the presentation of the actual invention, the amplitude reflection grating was used in most cases in the text. However, it will not be difficult for the person skilled in the art to transfer the actual facts according to the invention to the other grating types mentioned.
  • the word "reflection” here does not necessarily mean reflective elements. It indicates that the diffraction pattern is observed on the same side of the grating on which the light is incident (see FIG. 14). The elements only have to In the case of transmission gratings, the diffraction pattern is based on observed on the other side of the grating from which the light is incident (Fig. 14).
  • Amplitude transmission gratings have opaque elements 97 and translucent elements 96.
  • Amplitude reflection gratings have light-scattering (in special cases reflecting) elements 94 and light-transmitting (or light-absorbing) elements 95.
  • these can be mesa (ribs, webs) and mesa spaces (gaps, furrows).
  • Phase transmission gratings have at least two different translucent elements, which differ in that a phase shift of the light occurs between adjacent elements.
  • these can be glass mesa 92 and fluid-filled mesa spaces 93.
  • Phase reflection gratings have at least two different light-scattering or light-reflecting elements, which differ in that a phase shift of the light occurs between adjacent elements.
  • the mesa 99 and the bottoms of the mesa spaces 98 can consist of surface-mirrored glass.
  • the phase difference results solely from the height difference between the mesa spaces and the mesa, the wavelength, the angles of incidence and reflection and the refractive index of the fluid medium in the mesa spaces.
  • Fig. 14 the actuability of the mesa elements and the mesa gaps is not shown for reasons of greater clarity and only a massive lattice structure is shown.
  • the base support surface is not to be flat, but rather has an arbitrarily curved shape, for example in order to adapt it to the individual shape of car body parts, it may be expedient to produce the diffraction device 12 according to the invention on a thickness-adapted film as base support 30 in order to to ensure the necessary flexibility. Individually curved modules can then be integrated at a suitable point in the manufacturing process during bodywork processing, especially during painting.

Abstract

The invention relates to a diffraction device for the two dimensional diffraction of light beams. Said device comprises a plurality of individual bodies (31) which are connected to a common base support surface (30). The individual bodies are arranged in such a manner at a distance from each other that they act as diffraction centres for the light beams. In order to produce said devices in an economical manner whose size can be measured in square decimetres and above a) the material for the base support surface (30) is selected from a group comprising organic or inorganic glass, plastics, in particular polymers and metals, b1) the material for the individual body (31) is selected in such a manner that it can be used selectively as a sacrificial layer in a corroding process for one of the preselected materials or b2) the material for the individual body (31) is selected in such a manner that it allows selective growth, in particular, by using galvanic deep lithographically formed polymethylmethacrylate (PMMA). Said mesa-diffraction bodies are displaced electrostatically, in order to modify in a location dependent manner, the active lattice constant and in order to obtain variable colouring effects.

Description

Beugungsfolie mit 2-dimensionaler GitteranordnungDiffraction foil with 2-dimensional grating arrangement
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die vorliegende Erfindung betrifft Mikro- und Nanostruktur- technologien und insbesondere Gitteranordnungen für zweidi- mensionale optische Gitter. Im Besonderen betrifft sie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to micro- and nanostructure technologies and, in particular, to grating arrangements for two-dimensional optical grids. In particular, it relates to a device according to the preamble of claim 1.
Eindimensionale optische Gitter sind derzeit im wesentlichen nur zum Einbau in Spektrometer für den Bereich der Spektralanalyse bekannt. Sie habe echte zweidimensionale Ausmaße, etwa in Form eines Rechtecks im Bereich von bis zu 20 cm Kantenlänge und bestehen aus hochwertigen Materialien, wobei die Gitterstruktur eine Gitterperiode aufweist, die in derselben Größenordnung wie Lichtwellenlänge liegt. Das Gitter entsteht z.B. durch feines, sequentielles Ritzen mittels Diamantspitzen, um Furchen in einem geeigneten Vollmaterial zu generieren. Es liegt dabei eine periodische Anordnung von vielen rechteckförmigen Linien der Maße bl und b2 vor. Da bei diesen Gittern bl >> b2 gilt, bezeichnet man diese als eindimensional .One-dimensional optical gratings are currently essentially only known for installation in spectrometers for the field of spectral analysis. They have real two-dimensional dimensions, for example in the form of a rectangle in the range of up to 20 cm edge length, and consist of high-quality materials, the lattice structure having a lattice period which is of the same order of magnitude as the light wavelength. The grid is created e.g. through fine, sequential scribing using diamond tips to generate furrows in a suitable solid material. There is a periodic arrangement of many rectangular lines of dimensions bl and b2. Since bl >> b2 applies to these grids, they are called one-dimensional.
Die Beugungseffekte, die man am Gitter erzielen kann, sind bekannt. Sie beruhen auf der Überlagerung von Elementarstrah- len, die durch Beugung (Streuung, Reflexion und partielleThe diffraction effects that can be achieved on the grating are known. They are based on the superposition of elementary rays caused by diffraction (scattering, reflection and partial
Transmission) an Strukturelementen, die hiernach folgend auch als Streu- oder Mesa-Beugungskörper bezeichnet werden, erfolgt. Man kann interessant aussehende Interferenzmuster erzeugen. Im Fall zweidimensionaler Gitter, also wenn bl und b2 in derselben Größenordnung zueinander und der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegen, wird das Licht in den gesamten Halbraum gebeugt . Dies wird theoretisch beispielsweise in Pedrot- ti , „Optik, eine Einführung" , Prentice Hall 1996 , S . 479 ff , dis kutiert . Eine „kreuzartig zweidimensionale" Figur entsteht als Beugungsbild, anstelle einer „linienartigen eindimensionalen" Figur bei Verwendung eines eindimensionalen Gitters .Transmission) on structural elements, which are also referred to below as scattering or mesa diffraction bodies. You can create interesting looking interference patterns. In the case of two-dimensional gratings, that is if bl and b2 are in the same order of magnitude and the order of magnitude of the light wavelength, the light is diffracted into the entire half-space. This is theoretically discussed, for example, in Pedroti, "Optics, an introduction", Prentice Hall 1996, pp. 479 ff. A "cross-like two-dimensional" figure is created as a diffraction image instead of a "line-like one-dimensional" figure when using a one-dimensional grating ,
Weiter sind zweidimensionale Gitter bekannt , die willkürliche Formen als Beugungselemente anstelle der oben genannten Gitterstege (Rippen) und Furchen ( Gittergräben ) haben . Eine besondere Ausgestaltung, sind dabei Hologramme, bei denen die Gitteranordnungen so gestaltet sind, dass deren Fouriertrans- f ormation ein gewünschtes Bild mit Wiedererkennungswert für das menschliche Auge hat , siehe etwa die Hologramme auf Gelds cheinen .Furthermore, two-dimensional gratings are known which have arbitrary shapes as diffraction elements instead of the above-mentioned lattice webs (ribs) and grooves (lattice trenches). A special embodiment are holograms in which the grating arrangements are designed in such a way that their Fourier transformation has a desired image with recognition value for the human eye, see for example the holograms on banknotes.
Leider können solche oder ähnliche Beugungseffekte nicht va- riiert werden, das heißt mit ein und demselben Gitter kann nur ein Interferenzmuster oder bei Hologrammen eine geringe , feste Anzahl (meist zwei ) von Beugungsbildern erzeugt werden .Unfortunately, such or similar diffraction effects cannot be varied, that is to say with the same grating only one interference pattern or, in the case of holograms, a small, fixed number (usually two) of diffraction images can be generated.
E s ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor- richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen , die Beugungsbilder variieren kann .It is therefore an object of the present invention to provide a device according to the preamble of claim 1, which can vary diffraction patterns.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION
Der Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 löst diese Aufgabe .The object with the features of claim 1 solves this problem.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des j eweiligen Gegenstandes der Erfin- düng . Die vorliegende Erfindung beruht auf der grundlegenden Erkenntnis, dass ein zweidimensionales Gitter mit beliebigen Anordnungen und Mustern von Beugungszentren auf lithographischem Weg auch so hergestellt werden kann, dass die Einzel- körper vereinzelt teilweise, gruppenweise oder komplett durch einen geeigneten Aktuationsmechanismus bewegt werden können, um den Gitterabstand einheitlich oder lokal auf der Gitteranordnung unterschiedlich zu variieren.Advantageous further developments and improvements of the respective subject of the invention can be found in the subclaims. The present invention is based on the fundamental finding that a two-dimensional grating with any arrangements and patterns of diffraction centers can also be produced by lithography in such a way that the individual bodies can be moved partially, in groups or completely by a suitable actuation mechanism around the Vary grid spacing to vary uniformly or locally on the grid arrangement.
Der Begriff Gitter ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung in einer allgemeinen Form verwendet, welche die vier Gittertypen (Phasentransmissionsgitter, Phasenreflexionsgitter, Amplitudentransmissionsgitter und Amplitudenreflexionsgitter) einschließt, sowie beliebige Variationen der latera- len Ausdehnung der Mesa (Berge, Stege) und der Mesazwischen- räume (Täler, Furchen, Gräben) . Es ist also ein Gitter mit lateral beliebig variierender Periode und Tastverhältnis gemeint . Dem allgemeinsten Aspekt der vorliegenden Erfindung folgend wird daher eine Beugungsvorrichtung als Gitteranordnung für die zweidimensionale Beugung von Lichtstrahlen offenbart, mit einer Mehrzahl von mit einer gemeinsamen Grundträgerfläche verbundenen Einzelkörpern, wobei die Einzelkörper so angeordnet und zueinander beabstandet sind, dass sie in einer zwei- dimensionalen Gitteranordnung jeweils als BeugungsZentren für die Lichtstrahlen wirken, und wobei die Einzelkörper Strukturelemente aus einem Dünnschichtherstellungsprozess sind, wobei erfindungsgemäß ein Einzelelement als mehr oder weniger überwiegender Teil eines Einzelkörpers relativ zur Grundträ- gerfläche beweglich für einen auf ein Einzelelement oder auf Gruppen von Einzelelementen gemeinsam wirkenden Aktuationsmechanismus gelagert ist, um den wirksamen Gitterabstand zwischen benachbarten Einzelkörpern oder Einzelelementen oder deren Tastverhältnis zu variieren. Die Einzelkörper sind da- bei beispielsweise individuelle Mesa. Gemäß dem vorerwähnten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die als Beugungszentren wirkenden Einzelkörper oder jeweils ein Teil eines „Einzelelementes", beweglich gelagert. Dabei ist beispielsweise ein Einzelkörper in Form eines Einzelme- saelements relativ zur Grundträgerfläche beweglich gelagert, um den wirksamen Gitterabstand zwischen benachbarten Einzelkörpern zu variieren. Damit können für einen festen Beobachtungspunkt variierende Farbeffekte erzielt werden. Unter „Variation des wirksamem Gitterabstandes" wird im Folgenden ver- standen: einerseits die Variation der Abstände zwischen den Einzelmesa (Einzelmesaelementen) und andererseits die beugungsoptisch relevante Ausdehnung der Mesa und der Mesazwi- schenräume. Somit können alle laterale Dimensionen variiert (aktuiert) werden, z.B. also die Gitterperiode und auch das Tastverhältnis.The term grating is used for the purposes of the present invention in a general form which includes the four grating types (phase transmission grating, phase reflection grating, amplitude transmission grating and amplitude reflection grating), as well as any variations in the lateral extent of the mesa (mountains, ridges) and the mesa intermediate. areas (valleys, furrows, ditches). What is meant is a grid with a period and duty cycle that varies laterally. In accordance with the most general aspect of the present invention, a diffraction device is therefore disclosed as a grating arrangement for the two-dimensional diffraction of light beams, with a plurality of individual bodies connected to a common base support surface, the individual bodies being arranged and spaced apart from one another such that they are in a two-dimensional grating arrangement in each case act as diffraction centers for the light beams, and the individual bodies are structural elements from a thin-film production process, wherein according to the invention a single element, as a more or less predominant part of an individual body, is mounted so as to be movable relative to the base support surface for an actuation mechanism acting jointly on an individual element or on groups of individual elements is to vary the effective grid spacing between adjacent individual bodies or individual elements or their duty cycle. The individual bodies are, for example, individual mesa. According to the aforementioned aspect of the present invention, the individual bodies acting as diffraction centers or each part of a “single element” are movably mounted. For example, a single body in the form of a single metal element is movably mounted relative to the base support surface in order to increase the effective grating spacing between adjacent individual bodies Varying color effects can thus be achieved for a fixed observation point. “Variation of the effective grating distance” is understood in the following: on the one hand the variation of the distances between the individual mesa (single mesa elements) and on the other hand the diffraction-relevant dimension of the mesa and the mesazvi. the spaces between. All lateral dimensions can thus be varied (actuated), for example the grating period and also the duty cycle.
Wenn werter gemäß der folgenden Maßnahmen: a) das Material für die Grundträgerfläche vorgewählt ist aus der Gruppe: organische oder anorganische Gläser, Kunststoffe, insbesondere Polymere, Metalle, bl) das Material für die Einzelkörper so gewählt ist, dass es als Opferschicht in einem Ätzprozess selektiv zu einem der vorgewählten Materialien geeignet ist, oder b2) das Material für die Einzelkörper so gewählt ist, dass es selektives Wachstum erlaubt, insbesondere durch Anwenden von Galvanik in tiefenlithographisch geformtem Polymethylmethacrylat (PMMA) , dann wird damit erreicht, die Beugungsvorrichtungen auch in großem Maßstab auf großflächigen Flächen im Bereich von Dezimetern oder Metern zu schaffen, um die Beugungsmuster großflächig darstellen zu können. Außerdem ist damit ein Weg offenbart, wie ein derartiges optisches Gitter preisgünstig hergestellt werden kann. Damit ist der Weg frei für ein preisgünstig herstellbares Massenprodukt, das zumindest als Dekoratronsobjekt für Gebäudefenster oder direkt bestrahlt durch Scheinwerfer oder die Sonne verwendet werden kann, um damit interessante Beugungsmuster zu erzielen oder bei langsamer Änderung des Betrachtungswinkels schöne Farbeffekte großflächig erkennen zu können.If values according to the following measures: a) the material for the base support surface is selected from the group: organic or inorganic glasses, plastics, in particular polymers, metals, bl) the material for the individual bodies is selected so that it is used as a sacrificial layer in an etching process is selectively suitable for one of the preselected materials, or b2) the material for the individual bodies is selected such that it allows selective growth, in particular by applying electroplating in deeply lithographically shaped polymethyl methacrylate (PMMA), then the diffraction devices are also achieved in large quantities To create a scale on large areas in the range of decimeters or meters in order to be able to display the diffraction patterns over a large area. It also discloses a way in which such an optical grating can be manufactured inexpensively. This clears the way for an inexpensive mass product that can be used as a decorative object for building windows or directly irradiated can be used by spotlights or the sun to achieve interesting diffraction patterns or to be able to recognize beautiful color effects over a large area with a slow change in the viewing angle.
Weiter wird vorgeschlagen, die Gitteranordnung als modulweise replizierbares, flächenhaftes, architektonisch verwendbares Bauelement mit geeigneter Schutzabdeckung gegen die Witterungseinflüsse herzustellen. Damit lassen sich dann weite Fassadenflächen bestücken. Dazu enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung Verbindungselemente, mit denen sie mit anderen Vorrichtungen der gleichen Art randseitig verbunden werden kann. Dafür kommen bspw. Rastungen, andere verriegelbare Steckverbindungen oder andere, im Stand der Technik bekannte Verbindungselemente wie etwa einrastende, in Frage.It is also proposed to manufacture the grid arrangement as a modular, replicable, areal, architecturally usable component with a suitable protective cover against the weather. This allows large facade surfaces to be populated. For this purpose, the device according to the invention contains connecting elements with which it can be connected at the edge to other devices of the same type. For example, catches, other lockable plug connections or other connecting elements known in the prior art, such as latching, come into question.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung steckbare Verbindungselemente enthält, wobei die Verbindungselemente neben der mechanischen Verbindung auch eine elektrische Steckverbindung zwischen Vorrichtungen gleicher Art enthalten, ergeben sichIf the device according to the invention contains plug-in connecting elements, the connecting elements also containing an electrical plug connection between devices of the same type in addition to the mechanical connection, result
Vorteile der leichten Handhabung, elektrischen Steuerung auch in weiter unten beschriebenen Varianten, in denen die Einzelkörper elektrisch bewegt werden können.Advantages of easy handling, electrical control also in the variants described below, in which the individual bodies can be moved electrically.
Wenn die Einzelkörper der erfindungsgemäßen Vorrichtung in regelmässiger Matrixform aus parallelen Zeilen und parallelen Spalten angeordnet sind, erleichtert sich Herstellung und An- steuerung.If the individual bodies of the device according to the invention are arranged in a regular matrix form consisting of parallel rows and parallel columns, production and control are facilitated.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen oder mehrere Ak- tuationsmechanismen mit einer vorgegebenen Anzahl von Kammak- tuatoren enthält, so kann mit einer gesteuerten Bewegung eines Kammes entsprechend viele Einzelkörper oder Einzelelemen- te gleichmässig, gleichartig und präzise bewegt werden. Diese Bewegung kann dann ausgenutzt werden, um den wirksamen Gitterabstand zwischen benachbarten Einzelkörpern bzw. Einzelelementen gezielt zu variieren.If the device according to the invention contains one or more actuation mechanisms with a predetermined number of comb actuators, then with a controlled movement of a comb a correspondingly large number of individual bodies or individual elements can be moved uniformly, uniformly and precisely. This movement can then be exploited to be the most effective To vary the grid spacing between adjacent individual bodies or individual elements in a targeted manner.
Wenn der Aktuationsmechanismus auf elektrostatischen Kräften beruht, so ergeben sich günstige elektrische Eigenschaften mit geringen Halteströmen.If the actuation mechanism is based on electrostatic forces, there are favorable electrical properties with low holding currents.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Aktuationsmechanismus zur lateralen Verschiebung von Einzelkörpern oder Einzelelementen oder Gruppen davon enthält, so kann man den wirksamen Gitterabstand zwischen benachbarten Einzelelementen in einer ersten Richtung gezielt variieren.If the device according to the invention contains an actuation mechanism for the lateral displacement of individual bodies or individual elements or groups thereof, the effective grid spacing between adjacent individual elements can be varied in a targeted manner in a first direction.
Entsprechend kann ein weiterer Mechanismus vorgesehen sein, um die Abstände zusätzlich in einer zweiten Richtung, - bevorzugt senkrecht zur ersten - gezielt zu variieren.Correspondingly, a further mechanism can be provided in order to specifically vary the distances in a second direction, preferably perpendicular to the first.
Wenn die Einzelelemente flächig geformt sind, dann lässt sich durch Veränderung der Orientierung der „Flächennormalen" der Einzelelemente zur Blickrichtung oder zur Richtung der einfallenden Strahlung eine Änderung des wirksamen Gitterabstands bewirken, wodurch schöne Farbeffekte erzielbar sind.If the individual elements have a flat shape, then by changing the orientation of the "surface normals" of the individual elements with respect to the direction of view or the direction of the incident radiation, a change in the effective grid spacing can be effected, as a result of which beautiful color effects can be achieved.
Wenn die Einzelelemente flächig geformt sind und an fest mit der Grundträgerfläche oder einem Kammaktuator verbundenenIf the individual elements are flat and firmly connected to the base support surface or a comb actuator
Haltelementen gelagert sind, wobei die Lagerung eine Bewegung der Einzelelemente durch einen elektrostatischen Aktuationsmechanismus erlaubt, dann ergibt sich durch Aktuation die gewünschte Änderung des wirksamen Gitterabstands, die durch entsprechende Kombination der vorgenanten Kammaktuatoren mit den vorgenannten Änderungen auch überlagert werden kann.Holding elements are stored, the storage allowing movement of the individual elements by means of an electrostatic actuation mechanism, then the desired change in the effective lattice spacing results from actuation, which can also be superimposed with the aforementioned changes by a corresponding combination of the aforementioned comb actuators.
Ein sogenanntes Panel enthält erfindungsgemäß eine Vorrichtung oder eine Mehrzahl von solchen, oben beschriebenen Vor- richtungen. Solch ein Panel enthält bevorzugt einen Stromversorgungsanschluß und eine Einrichtung zum Empfangen von Steuerbefehlen von einem Steuergerät.According to the invention, a so-called panel contains one device or a plurality of such devices described above. Such a panel preferably contains a power supply connection and a device for receiving control commands from a control device.
Damit wird ein System zur Gestaltung von Gebäudefassaden, Mauern, Karosserieteilen von mobilen Systemen etc. geschaffen, das ein oder mehrere Panel enthält, ein Steuergerät zum Steuern der des wirksamen Gitterabstandes zwischen benachbarten Einzelkörpern des Panels, sowie eine Einrichtung zum Ü- bertragen von Steuersignalen an das Panel. Damit kann beispielsweise eine ganze Hochhausfassade gezielt zur Erzeugung von Farbeffekten oder Beugungsmustereffekten verwendet werden.This creates a system for the design of building facades, walls, body parts of mobile systems, etc., which contains one or more panels, a control unit for controlling the effective grid spacing between adjacent individual bodies of the panel, and a device for transmitting control signals the panel. This means, for example, that an entire high-rise facade can be used specifically to create color effects or diffraction pattern effects.
Vorteilhaft ist dabei ein System, bei dem die Steuerelektronik, die die Logik enthält, welche Einzelelemente wie angesteuert werden sollen, zentral in einem dedizierten, entfernt (remote) gelegenen Steuergerät vorgesehen wird, von dem aus ein Addressierungsnetzwerk zur Ansteuerung der einzelnen Ein- zelelemente oder Module ausgeht, dass weitgehend in Form von gedruckten Leitungen in den flächenhaften Modulen bereits bei ihrer Herstellung integriert vorgesehen ist. Damit fällt die Notwendigkeit weg, in dem Fassadenelement selbst teure, siliziumbasierte Chiptechnologie zu implementieren. Desweiteren werden zur Herstellung der Beugungsanordnungen selbst wesentlich billigere Materialien als hochreines Silizium verwendet. Daraus ergeben sich Herstellungskosten, die zumindest in derselben Größenordnung liegen wie andere, herkömmliche Fassadenelemente .A system is advantageous in which the control electronics, which contains the logic as to which individual elements are to be controlled and how, are provided centrally in a dedicated, remote control unit, from which an addressing network for controlling the individual individual elements or The module is based on the fact that largely in the form of printed lines, the areal modules are already integrated during their manufacture. This eliminates the need to implement expensive silicon-based chip technology in the facade element itself. Furthermore, much cheaper materials than high-purity silicon are used to produce the diffraction arrangements themselves. This results in production costs that are at least in the same order of magnitude as other, conventional facade elements.
Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, können die Materialen für die Grundträgerflächen, auf denen eine jeweilige Vielzahl von Einzelkörpern steht, und die Einzelelemente tragen, durch Wahl bspw. von Glas, Plexiglas, Kunststoffen, insbesondere Polymeren, tatsächlich so gewählt werden, dass zumindest der Materialwert der Grundträgerfläche eines Moduls mit einerAs can be seen from the foregoing, the materials for the base support surfaces on which a respective large number of individual bodies stand and which carry the individual elements can actually be selected by choosing, for example, glass, plexiglass, plastics, in particular polymers, such that at least the material value of the base surface of a module with a
Kantenlänge bspw. von knapp 25 cm sehr niedrig liegt.Edge length, for example, of just under 25 cm is very low.
Als Material für die Einzelelemente und die Halteelemente für die einzelnen Einzelelemente empfiehlt sich grundsätzlich ein solches Material, das eine gewisse, langzeitstabile Formfestigkeit besitzt und gleichzeitig gut geeignet ist, um in einem Ätzprozess als Opferschicht zu dienen. Dabei kommen verschiedene Polymere wie z.B. thermotrope Hauptketten- Flüssigkristalline-Polymere und in besonderer Weise auch handelsüblicher Fotolack in Frage, der gleichmäßig aufgetragen werden kann, um eine einheitliche Schichtdicke zu bilden. Um eine hohe Festigkeit der Halteblöcke zu erreichen, können diese Stellen zuvor komplett aus dielektrischen Materialien z.B. aus geeigneten Siliziumnitriden, etwa Si3N4, oder Siliziumoxide, besonders Siliziumdioxid (Si02) gefertigt werden.As material for the individual elements and the holding elements for the individual individual elements, it is generally advisable to use a material that has a certain, long-term stable dimensional stability and is at the same time well suited to serve as a sacrificial layer in an etching process. Various polymers such as thermotropic main chain liquid crystalline polymers and, in a special way, commercially available photoresist, which can be applied evenly in order to form a uniform layer thickness, come into question. In order to achieve a high strength of the holding blocks, these locations can previously be manufactured entirely from dielectric materials, for example from suitable silicon nitrides, such as Si 3 N 4 , or silicon oxides, especially silicon dioxide (Si0 2 ).
Alternativ kann das Material für die Halteelemente so gewählt werden, dass es selektives Wachstum erlaubt, insbesondere durch Anwenden von Galvanik in tiefenlithographisch geformtem Polymethylmethacrylat (PMMA)Alternatively, the material for the holding elements can be selected so that it allows selective growth, in particular by applying electroplating in deeply lithographically shaped polymethyl methacrylate (PMMA)
Wenn die Einzelelemente in einem Sonderfall in regelmäßiger Matrixform aus parallelen Zeilen und parallelen Spalten angeordnet sind, so ergibt sich eine übersichtliche Herstellungsweise, da die Strukturen für die Herstellung relativ einfach replizierbar sind, was insbesondere für alle solchen Ausführungsformen wichtig sind, bei denen elektrische Zuleitungen einzelner Einzelelemente (siehe weiter unten) oder für zusam- mengefasste Gruppen von Einzelelementen während des lithographischen Herstellungsprozesses eingebunden werden müssen.If, in a special case, the individual elements are arranged in a regular matrix form consisting of parallel rows and parallel columns, there is a clear production method, since the structures for the production are relatively easy to replicate, which is particularly important for all those embodiments in which electrical supply lines are individual Individual elements (see below) or for combined groups of individual elements must be integrated during the lithographic manufacturing process.
Dabei kommen insbesondere eine elektrostatische Aktuierung, auf die weiter unten eingegangen wird, eine magnetische Akti- vierung, eine piezoelektrische sowie eine thermische Aktuie- rung in Frage .In particular, there is an electrostatic actuation, which will be discussed further below, a magnetic actuation Vation, a piezoelectric and a thermal actuation in question.
Soll der Aktuationsmechanismus für die Einzelelemente - wie hier bevorzugt wird - auf elektrostatischen Kräften beruhen und für eine laterale Bewegung der Einzelkörper im wesentlichen parallel zur Trägerfläche verwendet werden, so wird hierin ein Kammaktuator bevorzugt, dessen prinzipieller Aufbau und Wirkungsweise beispielsweise veröffentlicht ist in: Micromachined Polysilicon Microscanners for Barcode Readers, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 8, No.12, Dec. 196, Seiten 1707 bis 1709, das zu diesem Zwecke für die wesentlichen technischen Merkmale von Kammaktuatoren als Offenbarungsquelle dienen soll. Es ist klar, dass der dort gezeigte Aufrichtvorgang als Folge der Kammaktuation für eine reine laterale Verschiebung der Einzelkörper nicht notwendig ist, aber gleichwohl eingesetzt werden kann, um den vorgenannten flächig ausgeführten Einzelkörper aus einer Ruhelage quasi drehend zu bewegen, um den effektiv wirksamen Gitterabstand ebenfalls zu verändern.If the actuation mechanism for the individual elements - as is preferred here - is based on electrostatic forces and is used for a lateral movement of the individual bodies essentially parallel to the support surface, a comb actuator is preferred here, the basic structure and mode of operation of which is published, for example, in: Micromachined Polysilicon Microscanners for Barcode Readers, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 8, No.12, Dec. 196, pages 1707 to 1709, which is to serve as a source of disclosure for this purpose for the essential technical features of comb actuators. It is clear that the erection process shown there as a result of the comb actuation is not necessary for a purely lateral displacement of the individual bodies, but can nevertheless be used to move the aforementioned flat individual body from a rest position in a quasi-rotating manner in order to also effectively remove the grid spacing to change.
Weiter können mit einem einzigen Kamm günstigerweise eine Vielzahl von Einzelkörpern bewegt werden, die dann alle gemeinsam auf dem bewegten Teil des Kammes sitzen.Furthermore, a large number of individual bodies can advantageously be moved with a single comb, all of which then sit together on the moving part of the comb.
Alternativ ist zweckmäßigerweise eine erste Elektrode einem Einzelelement und eine zweite Elektrode der Grundträgerfläche zugeordnet. Dabei kann die zweite Elektrode optional auch für mehrere oder alle Einzelelemente als flächenhaft ausgebildete Elektrode an der Grundträgerfläche und mit dieser fest verbunden vorhanden sein.Alternatively, a first electrode is expediently assigned to an individual element and a second electrode to the base support surface. The second electrode can optionally also be present for several or all individual elements as a flat electrode on the base support surface and firmly connected to it.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine elektrische Zuleitung und Kontaktierung der Elektroden von individuellen Einzelkör- pern oder von Gruppen von Einzelkörpern bevorzugt vorzusehen, die zu einem der Außenränder der Vorrichtung führt, um von dort aus weitergeleitet werden zu können. Insbesondere sind die elektrischen Zuleitungen zur computergesteuerten Addres- sierung und Aktuierung der Einzelkörperbewegung und damit der Bewegung der Einzelelemente über die Elektrodenpaare als pla- nare Leitungen (integrierte Leiterbahnen) vorgesehen, was eine leichte Handhabung bei der Verlegung der Fassadenbauelemente gemäß der vorliegenden Erfindung sowie eine vereinfachte Pflege und geringere Anfälligkeit gegenüber Korrosion und anderen, schädlichen Umwelteinflüssen zur Folge hat.In this exemplary embodiment, electrical supply and contacting of the electrodes of individual individual bodies or of groups of individual bodies is preferred, which leads to one of the outer edges of the device, in order to to be able to be forwarded from there. In particular, the electrical supply lines for computer-controlled addressing and actuation of the movement of the individual bodies and thus the movement of the individual elements via the electrode pairs are provided as planar lines (integrated conductor tracks), which is easy to handle when laying the facade components according to the present invention and is simplified Maintenance and reduced susceptibility to corrosion and other harmful environmental effects.
In vorteilhafter Weise enthalten die oben genannten Verbindungselemente neben den mechanischen Kopplungsgliedern auch die entsprechenden elektrischen Steckverbindungen, damit durch einen einzigen Steckvorgang sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung gewährleistet ist. Damit sind einfache elektrische Verbindungen zu einem Steuergerät möglich, das gemeinsam für eine Vielzahl zusammengesteckter, erfindungsgemäßer Einzelmodule zur Steuerung der Einzelelemente oder kleinen Gruppen von Einzelelementen verwendet wird.In addition to the mechanical coupling members, the above-mentioned connecting elements advantageously also contain the corresponding electrical plug connections, so that both the mechanical and the electrical connection are ensured by a single plugging process. This enables simple electrical connections to a control device which is used jointly for a large number of individual modules according to the invention which are plugged together to control the individual elements or small groups of individual elements.
Wenn in weiter vorteilhafter Weise ein Einzelelement über ein beispielsweise länglich geformtes Brückenelement vorgegebener Biegesteifigkeit mit dem Halteelement verbunden ist, dann ergibt sich eine einfache Dimensionierung und Auslegung der einzelnen Schichtdicken und Längen aufgrund der Abhängigkeit zwischen Kraftfeld und erzieltem Kippwinkel des Einzelelements durch das einfache Hebelgesetz und die relativ einfache Biegemechanik eines an einem freien Ende eingespanntem „Balkens". Die komplexe Verformung der Verbindungsbrücke (engl. cantilever, Biegebalken) ist in Fig. 3 dargestellt. Die Bewegung der Spiegelebene, quasi eine Verkippung oder Schwenkbewegung der Spiegelebene kann dabei auf eine Achse bezogen werden, welche senkrecht zur Ausrichtung des Brückenelements liegt und gleichzeitig parallel zur Grundträgerfläche ver- läuft. Aus Gründen der besseren Verständlichkeit wird daher im folgenden eine Kipp- oder Schwenkbewegung angenommen, und auf die zugehörige Achse Bezug genommen. Diese Ausführungsform ist einfach zu fertigen, da das Brückenelement auch wieder ein Strukturelement einer Schicht sein kann. Es sindIf, in a further advantageous manner, a single element is connected to the holding element via, for example, an elongated bridge element having a predetermined bending stiffness, then there is a simple dimensioning and design of the individual layer thicknesses and lengths due to the dependence between the force field and the tilting angle of the individual element achieved by the simple lever law and Relatively simple bending mechanism of a "beam" clamped at a free end. The complex deformation of the connecting bridge (English cantilever, bending beam) is shown in Fig. 3. The movement of the mirror plane, quasi tilting or pivoting movement of the mirror plane can relate to an axis which is perpendicular to the alignment of the bridge element and at the same time runs parallel to the base support surface. For reasons of better comprehensibility, a tilting or swiveling movement is assumed in the following, and referenced to the associated axis. This embodiment is easy to manufacture, since the bridge element can again be a structural element of a layer. There are
Kippwinkel θ je nach Vorkippung zwischen ca. -80° und + 30° möglich, bei etwa 30° Vorkippung, und wenn eine Aktuationsspannung das Einzelelement bis auf 80° ziehen kann, wobei θ =0° dabei der Horizontalen im eingebauten Zustand entspricht .Depending on the pre-tilt, tilt angle θ is possible between approx. -80 ° and + 30 °, at about 30 ° pre-tilt, and if an actuation voltage can pull the individual element up to 80 °, where θ = 0 ° corresponds to the horizontal when installed.
Wenn in weiter vorteilhafter Weise das Einzelelement an zwei länglich ausgebildeten Brückenelementen befestigt ist, die in im wesentlichen paralleler Richtung verlaufend eine Schwenkachse für den Bereich des Einzelelements bilden und an entgegengesetzten Seiten des Einzelelements ansetzen, und die Ver- windungssteifigkeit der Brückenelemente um ihre Schwenkachse so an die elektrostatischen Kräfte zwischen den Elektroden angepasst ist, dass eine Schwenkbewegung des Einzelkörpers mit gezielt einstellbarem Auslenkwinkel relativ zur Grundträgerfläche durchführbar ist, dann ergibt sich bei entsprechen- der Ladung der Elektroden durch Anziehung oder Abstoßung eine Kippbewegung des Einzelelements um die Schwenkachse, die senkrecht zur Schwenkachse des oben erwähnten Beispiels mit einem Brückenelement steht. Der Kippwinkel φ ist hier am einfachsten ohne Vorkippung zwischen ca. -80° und + 80° ein- stellbar möglich, wenn die Aktuationsspannung bei elektrostatischer Aktuation das Einzelelement bis auf +/- 80° ziehen kann. Der Winkel φ =0° entspricht dabei der Horizontalen. Damit sind sehr weite Bereiche des Kippwinkels möglich.If, in a further advantageous manner, the individual element is fastened to two elongate bridge elements which, in a substantially parallel direction, form a pivot axis for the region of the individual element and start on opposite sides of the individual element, and the torsional rigidity of the bridge elements about their pivot axis thus increases If the electrostatic forces between the electrodes are adjusted so that a pivoting movement of the individual body with a specifically adjustable deflection angle relative to the base support surface can be carried out, then with appropriate charging of the electrodes, the individual element tilts about the pivot axis by attraction or repulsion, perpendicular to the pivot axis of the example mentioned above with a bridge element. The easiest way to set the tilt angle φ is between approx. -80 ° and + 80 ° without tilting, if the actuation voltage can pull the individual element up to +/- 80 ° during electrostatic actuation. The angle φ = 0 ° corresponds to the horizontal. This enables very wide ranges of the tilt angle.
Der zentrale Vorteil der elektrostatischen Aktuierung liegt darin, dass bei guter elektrischer Isolierung nur geringe Halteströme benötigt werden.The main advantage of electrostatic actuation is that only good holding currents are required with good electrical insulation.
Wenn in. weiter bevorzugter Weise ein Einzelelement kardanisch gelagert ist durch ein weiteres Brückenelementpaar, das innerhalb des nach dem vorstehenden Anspruch geschwenkten Be- reichs vorgesehen ist, so ergibt sich die volle Funktionalität der Winkelanpassung für eine Veränderung des wirksamen Gitterabstandes in x und y- Richtung. Die Winkel θ und φ sind fast unabhängig voneinander einstellbar. Damit ist der Spie- gel selbst unabhängig oder abhängig vom Tagesgang des Sonnenstands sehr gut nachführbar, um für die verschiedenen Anwendungen die richtige Spiegelstellung zu bekommen. Dies setzt ein Steuerprogramm implementiert im Steuergerät voraus, das die entsprechende Nachführlogik und entsprechende Trei- berprogramme für das zur Anwendung kommende Gesamtsystem besitzt. Dabei kann das Gesamtsystem beispielsweise aus einer Vielzahl von 2048 Einzelmodulen bestehen, die jeweils in 4 x 4, also 16er Gruppen aufgeteilt jeweils eine Fassadenfläche mit einer Fläche von 1 qm bestücken, wobei insgesamt 128 sol- eher Teilflächen im Gesamtsystem enthalten sind.If, in a further preferred manner, a single element is gimbal-supported by a further pair of bridge elements, which within the pivoted according to the preceding claim Reichs is provided, the full functionality of the angle adjustment results for a change in the effective grid spacing in the x and y direction. The angles θ and φ can be set almost independently. This means that the mirror itself can be easily adjusted independently or depending on the course of the day in order to get the correct mirror position for the various applications. This requires a control program implemented in the control unit, which has the appropriate tracking logic and driver programs for the overall system to be used. The overall system can consist, for example, of a large number of 2048 individual modules, each divided into 4 x 4, i.e. 16 groups, each occupying a facade area with an area of 1 square meter, with a total of 128 such partial areas being included in the overall system.
Wenn, wie außerdem bevorzugt, das Einzelelement so zur Schwenkachse orientiert ist, dass eine Schwenkachse das Einzelelement außermittig teilt, so ist ein weiterer Parameter zum Optimieren des Kippwinkels gefunden, wobei beispielsweise die kurze Seite als Seite zur Anziehung oder Abstoßung an E- lektroden verwendet werden kann. Ein kurzer Hebel bedeutet dann einen weiten Bereich der Kippbewegung, erfordert aber dementsprechend hohe Kraft.If, as is also preferred, the individual element is oriented to the pivot axis such that a pivot axis divides the individual element off-center, a further parameter for optimizing the tilt angle has been found, the short side being used, for example, as a side for attraction or repulsion on electrodes can. A short lever then means a wide range of tilting movement, but accordingly requires high force.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verwendung der erfindungsgemäßen, zweidimensional aufgebauten, optisch wirkenden Vorrichtung in Form eines Gitters offenbart, bei der sie zur Gestaltung von großen Flächen durch großflächige Beugungsmuster verwendet wird.According to a particular aspect of the present invention, a use of the two-dimensionally constructed, optically acting device according to the invention in the form of a grating is disclosed, in which it is used to design large areas by large-area diffraction patterns.
Besonders vorteilhaft ist daher eine Verwendung, bei der diese Vorrichtung als Bauelement bei einer Bautätigkeit zur Er- richtung oder Renovierung von Gebäudefassaden eingesetzt wird, oder bei der mobile Systeme mit relativ großen, sieht- baren Flächen erfindungsgemäß benutzt werden, etwa die Karosserieflächen von Kraftfahrzeugen wie Züge, Busse, Straßenbahnen, Personenkraftwagen, oder die großen Flächen von Lastkraftwagen und deren Anhängern, oder auch die Karosserieflä- chen von Flugzeugen.A use in which this device is used as a component in a construction activity for the construction or renovation of building facades, or in which mobile systems with relatively large, visible surfaces can be used according to the invention, for example the body surfaces of motor vehicles such as trains, buses, trams, passenger cars, or the large surfaces of trucks and their trailers, or the body surfaces of airplanes.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
Aus ührungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die genannten Einzelkörper dienen als Mesa- Beugungskörper im Sinne der Erzielung von Beugungseffekten.Examples of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the description below. The individual bodies mentioned serve as mesa diffraction bodies in the sense of achieving diffraction effects.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 in einer schematischen Ansichtsdarstellung ein Gesamtsystem gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung enthaltend ein Panel für eine Fassa- denteilflache mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Ein- zelmodulen und den zugehörigen Steuereinrichtungen;1 shows a schematic view of an overall system according to a preferred exemplary embodiment of the present invention, comprising a panel for a facade partial area with a large number of individual modules according to the invention and the associated control devices;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der randseitigen Kopplungsvorrichtungen zwischen zwei Einzelmodulen 12 aus Fig. 1;FIG. 2 shows a schematic illustration of the edge-side coupling devices between two individual modules 12 from FIG. 1;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Einzelkörper mit Mesa-Beugungskörper, wie er vielfach wiederholt angeordnet auf einem Einzelmodul 12 in Fig.l vorhanden ist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;3 shows a schematic cross-sectional representation of an individual body with a mesa diffraction body, as is often present repeatedly on an individual module 12 in FIG. 1, according to a first exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 4 eine schematische Draufsichtdarstellung des in Fig.3 dargestellten Einzelkörpers;4 shows a schematic top view of the single body shown in FIG. 3;
Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ein- zelkörpers, wie er vielfach wiederholt in einem Einzelmodul5 shows a schematic cross-sectional representation of an individual body, as it is repeated many times in an individual module
12 aus Fig.l vorkommt, in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante, in der der Mesa-Beugungskörper an zwei Seiten aufgehängt ist;12 from Fig.l occurs in a preferred invention Variant in which the mesa diffraction body is suspended on two sides;
Fig. 6 eine Draufsichtsdarstellung auf den Einzelkörper gemäß Fig.5;6 shows a plan view of the individual body according to FIG. 5;
Fig. 7 in einer schematischen Draufsichtdarstellung weitere Einzelheiten für die relative Anordnung und Orientierung zwischen Mesa-Beugungskörper und Brückenelement gemäß Varianten A) , B) und C) entsprechend dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 und 6;FIG. 7 in a schematic plan view representation further details for the relative arrangement and orientation between the mesa diffraction body and the bridge element according to variants A), B) and C) according to the exemplary embodiment from FIGS. 5 and 6;
Fig. 8 in einer schematischen Draufsichtdarstellung einen Einzelkörper einer bevorzugten, weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Mesa-Beugungskörper kar- danisch gelagert ist;8 shows a schematic top view of an individual body of a preferred, further embodiment of the present invention, in which a mesa diffraction body is mounted in a cardanic manner;
Fig. 9A in einer skizzenhaften Darstellung eine Weiterbildung des kardanisch gelagerten Einzelkörpers nach Fig. 8 mit nicht-rechteckförmiger Form;9A is a sketchy representation of a further development of the gimbal-mounted individual body according to FIG. 8 with a non-rectangular shape;
Fig. 10 in einer schematischen Draufsichtdarstellung (Ausschnitt) mehrere rechteckige Mesa-Beugungskörper in einer 2- reihigen Gitteranordnung zeigt10 shows a schematic plan view (detail) of several rectangular mesa diffraction bodies in a 2-row grating arrangement
Fig. 11 in einer schematischen Draufsichtdarstellung (Ausschnitt) mehrere rechteckige Mesa-Beugungskörper in einer 3- reihigen Gitteranordnung,11 shows a schematic plan view (detail) of several rectangular mesa diffraction bodies in a 3-row grating arrangement,
Fig. 12 in einer schematischen Draufsichtdarstellung (Ausschnitt) mehrere rechteckige Mesa-Beugungskörper in einer 3- reihigen Gitteranordnung, (Gitterabstand voreingestellt nur in x- Richtung, wobei oben die nicht aktuierte Ausgangsstellung gezeigt ist, in der Mitte eine von mehreren realisierba- ren aktuierten Stellungen eines mittleren Teilbereichs ge- zeigt ist, wobei neun Mesa-Beugungskörper lateral verschoben sind.12 shows a schematic plan view (detail) of a plurality of rectangular mesa diffraction bodies in a 3-row grating arrangement (grating spacing preset only in the x direction, the unactuated starting position being shown above, one of several realizable ones being activated in the middle Positions of a middle section shows, with nine mesa diffraction bodies are laterally displaced.
Fig. 13 in einer schematischen Draufsichtdarstellung (Aus- schnitt) eine Gitteranordnung mit mehreren rechteckigen und linienförmigen Beugungskörpern verschiedener Größe.13 shows a schematic plan view (detail) of a grating arrangement with several rectangular and line-shaped diffraction bodies of different sizes.
Fig. 14 eine Übersicht verschiedener Gittertypen, welche für die erfindungsgemäße Lösung relevant sind.14 shows an overview of various types of grids which are relevant to the solution according to the invention.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the figures, identical reference symbols designate identical or functionally identical components.
Mit Bezug zu Fig.l ist ein erfindungsgemäßes Panel 15 gezeigt, enthaltend eine Vielzahl von matrixartig angeordneten (arrayförmigen) Einzelmodulen 12, wobei die Außenmaße des Panels 15 etwa Im auf 1 m betragen.With reference to FIG. 1, a panel 15 according to the invention is shown, comprising a multiplicity of matrix-like (array-shaped) individual modules 12, the external dimensions of the panel 15 being approximately 1 m to 1 m.
Die Einzelmodule 12 enthalten ihrerseits wieder eine Vielzahl von optisch wirkenden Mesa-Beugungskörpern, die ebenfalls matrixartig in regelmäßigen Zeilen und Spalten auf einer gemeinsamen Trägerfläche angeordnet sind, was allerdings in Fig.l aus Gründen erhöhter Klarheit nicht dargestellt ist.The individual modules 12 in turn contain a multiplicity of optically acting mesa diffraction bodies, which are likewise arranged in a matrix in regular rows and columns on a common support surface, which is not shown in FIG. 1 for reasons of increased clarity.
Wie aus Fig.l ebenfalls ersichtlich, sind die Einzelmodule 12 von identischer Form und miteinander verbunden, wobei nähere Details in Fig.2 dargestellt sind.As can also be seen from FIG. 1, the individual modules 12 are of identical shape and are connected to one another, with further details being shown in FIG.
Ein Ansteuerungsnetzwerk bestehend im wesentlichen aus plana- ren Leitungen im Inneren eines jeden Einzelmoduls 12 und Kontaktierungen zwischen den Einzelmodulen ist vorgesehen, um die oben erwähnten Einzelkörper mit ihren Mesa- Beugungskörpern erfindungsgemäß durch eine entsprechende e- lektrische Aktuierung auf Grund elektrostatischer Kräfte gezielt zu bewegen, um damit gezielt Farbeffekte erzielen zu können. Zu diesem Zweck ist eine Versorgungsleitung 20 vorgesehen, die eine Gleichspannung vom beispielsweise der Größenordnung von 60V über einen dafür vorgesehenen Anschluss 21 an ein speziell dafür eingerichtetes Einzelmodul 12 liefert.A control network consisting essentially of planar lines in the interior of each individual module 12 and contacts between the individual modules is provided in order to move the above-mentioned individual bodies with their mesa diffraction bodies in a targeted manner according to the invention by means of a corresponding electrical actuation on the basis of electrostatic forces. to achieve targeted color effects can. For this purpose, a supply line 20 is provided, which supplies a DC voltage of, for example, the order of 60V via a connection 21 provided for this purpose to a specially designed individual module 12.
Des weiteren ist ein Sensor 16 vorgesehen, der ebenfalls mit dem Aktuierungsnet zwerk operativ verbunden ist und dafür eingerichtet ist, Steuersignale von einem Steuergerät 18 drahtlos oder - falls drahtgebunden, dann vorteilhaft in einer Kapselung mit einem Anschluß zur Stromversorgung des Panels - zu empfangen, um damit individuelle Einzelmodule 12 oder einzelne Mesa-Beugungskörper oder Gruppen von Mesa- Beugungskörpern gezielt elektrostatisch zu aktuieren. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Infrarot (IR) o- der einen Ultraschall - oder einen Funksensor handeln. Das Steuergerät 18 enthält die notwendige Hardware, um ein Programm ablaufen zu lassen, das sämtliche Algorithmen beinhaltet, die notwendig sind, um die Spiegel gemäß einer programmierten Bewegung zu bewegen. Diese Algorithmen sind hinläng- lieh aus dem Stand der Technik bekannt.Furthermore, a sensor 16 is provided, which is also operatively connected to the actuation network and is set up to receive control signals from a control unit 18 wirelessly or, if wired, then advantageously in an encapsulation with a connection for supplying power to the panel, in order to to individually electrostatically actuate individual individual modules 12 or individual mesa diffraction bodies or groups of mesa diffraction bodies. The sensor can be, for example, an infrared (IR) or an ultrasound - or a radio sensor. The control unit 18 contains the necessary hardware to run a program that contains all the algorithms that are necessary to move the mirrors according to a programmed movement. These algorithms have long been known from the prior art.
Auch die entsprechenden Treiberprogramme zur Umsetzung einer speziellen Ansteuerungsgeometrie und eines zugehörigen speziellen Ansteuerungsnetzwerks sind für den Fachmann einfach herzustellen und im Steuergerät 18 enthalten.The corresponding driver programs for implementing a special control geometry and an associated special control network are also simple to manufacture for the person skilled in the art and are contained in the control unit 18.
Mit weiterem Bezug zu Fig.2 wird die Kopplung zwischen Einzelmodulen 12 aus Fig.l näher beschrieben.With further reference to FIG. 2, the coupling between individual modules 12 from FIG. 1 is described in more detail.
Zwei Einzelmodule 12 A und 12 B mit quadratischer Kontur liegen kanten- und eckienbündig auf Stoß angeordnet mit ihren jeweiligen Kantenseiten aneinander an. In vorteilhafter Weise ist eine Einrastverbindung 22a und weitere Einrastverbindungen 22b jeweils außermittig vorgesehen, um die beiden Einzel- module 12 A und 12 B an zwei Stellen miteinander mechanisch zu verbinden. Des weiteren ist ein elektrischer Kontakt 24 vorgesehen, der die elektrische Verbindung zwischen den An- steuerungsnetz erken der beiden Einzelmodule herstellt. InTwo individual modules 12 A and 12 B with a square contour lie flush with the edges and corners, with their respective edges lying against each other. Advantageously, a snap-in connection 22a and further snap-in connections 22b are each provided off-center in order to mechanically connect the two individual modules 12 A and 12 B to one another at two points. There is also an electrical contact 24 provided that establishes the electrical connection between the control network of the two individual modules. In
Fig. 2 sind nur zwei Einzelleitungen dargestellt, (+ und -) es können natürlich auch mehrere solcher elektrischer Kontak- te realisiert sein, wenn sich dies aus schaltungstechnischen oder herstellungstechnischen Gründen anbietet, z.B deshalb, weil sich weniger Kreuzungspunkte zwischen sich überquerenden2 only two individual lines are shown, (+ and -) it is of course also possible to implement several such electrical contacts if this is appropriate for reasons relating to circuitry or manufacturing technology, for example because fewer crossing points intersect between them
Leitungen ergeben sollten. Um die Komplexität des Ansteue- rungsnetzwerks und die sich dabei ergebenden komplexen Rand- bedingungen des Herstellungsverfahrens für die Implementierung dieser Leitungen als planare Schaltung während eines Dünnschicht-Herstellungsprozesses zu begrenzen, wird vorgeschlagen, gegebenenfalls ganze Gruppen von Einzelkörpern gemeinsam anzusteuern, so dass bei identischer Fertigung der Einzelkörper eine für alle in etwa gleich starke Schwenkbewegung oder laterale Bewegung der Mesa-Beugungskörper erfolgt. Als Untergruppen bieten sich beispielsweise eine oder mehrere Zeilen von Einzelkörpern eines Einzelmoduls 12 an. Ebenso können einzelne oder mehrere Spalten gemeinsam mit dem selben Steuersignal angesteuert werden.Lines should result. In order to limit the complexity of the control network and the resulting complex boundary conditions of the manufacturing process for the implementation of these lines as a planar circuit during a thin-film manufacturing process, it is proposed to control entire groups of individual bodies together, so that the manufacturing is identical the individual body has a swiveling movement or lateral movement of the mesa diffraction bodies which is approximately the same for all. For example, one or more rows of individual bodies of an individual module 12 are suitable as subgroups. Likewise, one or more columns can be controlled together with the same control signal.
Die Schaltung innerhalb einer Zeile kann beispielsweise aus einer Serienschaltung einer kompletten Zeile oder gezielt gewählten Unterabschnitten einer Zeile bestehen, je nachdem, wie groß der Spannungsabfall während der Aktivierung eines einzelnen Einzelkörpers ist. Um im bevorzugten Niederspannungsbereich bleiben zu können, kann es sich daher empfehlen, in einer einzigen Zeile eine Parallelschaltung von Serienschaltungen für die oben genannten Untergruppen zu realisie- ren.The circuit within a line can consist, for example, of a series connection of a complete line or specifically selected subsections of a line, depending on how large the voltage drop is during the activation of a single individual body. In order to be able to remain in the preferred low-voltage range, it can therefore be advisable to implement a parallel connection of series connections for the above-mentioned subgroups in a single line.
Mit weiterem Bezug zu Fig. 3 und Fig. 4 wird im Folgenden der strukturelle Aufbau eines Einzelkörpers beschrieben, der einen Mesa-Beugungskörper trägt. Der gesamte Einzelkörper ist mit Bezugszeichen 31 gekennzeichnet. Auf einer Grundträgerfläche 30, die weiter oben bereits erwähnt wurde, ist ein Halteelement 32 geeigneten Querschnitts und mit geeigneterWith further reference to FIGS. 3 and 4, the structural structure of an individual body that carries a mesa diffraction body is described below. The entire individual body is identified by reference number 31. On a base support surface 30, which was already mentioned above, is a Holding element 32 suitable cross section and with a suitable
Höhe im Verhältnis zur Schwenkbewegung des Mesa- Beugungskörpers 36 vorgesehen. An dem der Grundträgerfläche entgegengesetzten Endabschnitt des Halteelements 32 ist ein Brückenelement 34 befestigt, das längliche Gestalt besitzt und den Mesa-Beugungskörper 36 trägt. Das Brückenelement 34 besitzt einen Endabschnitt, mit dem es am Halteelement 32 befestigt ist und einen frei, in der Luft schwebenden Endabschnitt, damit es durch eine Kraft, die in Fig.3 nach oben und unten gerichtet ist, mit seinem freien Ende biegeelastisch aus einer Ruhelage, die in Fig. 3 horizontal dargestellt ist, ausgelenkt werden kann. Dabei stellt günstigerweise das Brückenelement 34 zumindest mit einem Teilbereich die eine Elektrode dar, und die Gegenelektrode 38 ist der Grundträgerfläche 30 zugeordnet und mit dieser durch einen entsprechenden Dünnschichtprozess fest verbunden.Height provided in relation to the pivoting movement of the mesa diffraction body 36. A bridge element 34, which has an elongated shape and carries the mesa diffraction body 36, is fastened to the end section of the holding element 32 opposite the base support surface. The bridge element 34 has an end section with which it is attached to the holding element 32 and a free, air-floating end section so that it is flexible with its free end by a force which is directed upwards and downwards in FIG Rest position, which is shown horizontally in Fig. 3, can be deflected. In this case, the bridge element 34 advantageously represents the one electrode with at least one partial area, and the counterelectrode 38 is assigned to the base support surface 30 and firmly connected to it by a corresponding thin-film process.
Wie Fig.4 zeigt, ist das Brückenelement länglich geformt und besitzt, siehe auch Fig.3, eine relativ dünne Stärke, damit eine jeweilige für die Aktuierungsspannungen geeignete Biegeelastizität des Brückenelements 34 realisiert werden kann. Der Mesa-Beugungskörper 36 ist eine eigene Schicht und besitzt eine Form, mit der er vorzugsweise in der in Fig. 3 gezeigten Weise nach oben und unten bewegt werden kann, ohne mit dem Brückenelement selbst oder mit der Gegenelektrode zu kollidieren. Daher hat er vorzugsweise eine Aussparung um einen Teilabschnitt des Brückenelements 34 herum, der dem Halteelement zugeordnet ist.As FIG. 4 shows, the bridge element is elongated and, see also FIG. 3, has a relatively thin thickness, so that a respective bending elasticity of the bridge element 34 suitable for the actuation stresses can be realized. The mesa diffraction body 36 is a separate layer and has a shape with which it can preferably be moved up and down in the manner shown in FIG. 3 without colliding with the bridge element itself or with the counterelectrode. Therefore, it preferably has a recess around a section of the bridge element 34 which is associated with the holding element.
Die Querschnittsform des Halteelements 32 kann in einem weitem Bereich variiert werden, so lange die erforderliche Festigkeit gegeben ist, um eine präzise Mesa-The cross-sectional shape of the holding element 32 can be varied within a wide range, as long as the required strength is given in order to achieve a precise measurement
Beugungskörperbewegung durchführen zu können. Die Kantenmaße ax und ay des Mesa-Beugungskörpers 36 können in einem weitem Bereich variiert werden, wobei dann die Höhe und Festigkeit des Halteelements 32 passend dazu eingerichtet werden muss, damit sich eine störungsfreie Bewegung der Mesa- Beugungskörper 36 ergibt. Dabei können die Kantenlängen der Mesa-Beugungskörper und deren Abstände zumindest in einer Richtung vorzugsweise in einem Bereich variieren, der durch die Beugungsbedingung, Kantenlänge in der Größenordnung der Wellenlänge, festgelegt ist, beispielsweise zwischen 200 und 1400 Nanometern. Die genaue Gestalt und Anordnung der Mesa- Beugungskörper 36 sollte auch vom späteren Verwendungszweck der Einzelmodule 12 bzw. der Panels 15 abhängig gemacht wer- den. Dies ist insbesondere für Hologramme unerlässlich.To be able to perform diffraction body movement. The edge dimensions a x and a y of the mesa diffraction body 36 can be varied within a wide range, the height and strength of the holding element 32 then having to be set up appropriately, so that there is a trouble-free movement of the mesa diffraction body 36. The edge lengths of the mesa diffraction bodies and their spacings can vary, at least in one direction, preferably in a range that is determined by the diffraction condition, edge length in the order of the wavelength, for example between 200 and 1400 nanometers. The exact shape and arrangement of the mesa diffraction bodies 36 should also be made dependent on the later intended use of the individual modules 12 or the panels 15. This is essential especially for holograms.
Die Kontaktierung zwischen dem als Elektrode ausgebildeten Brückenelement 34 und dem zugehörigen Teil des Anschlussnetzwerks kann bevorzugt über das Halteelement 32 erfolgen, wenn das Anschlussnetzwerk, wie hier bevorzugt im unteren Bereich von Fig.3 angeordnet ist, beispielsweise kurz oberhalb der Grundträgerfläche, wobei es zweckmäßiger Weise von dieser e- lektrisch isoliert ist. Wenn das Brückenelement 34 aus einem Metall besteht oder zumindest einen Metallüberzug besitzt, der gleichzeitig elektrisch gut leitend und gute reflektive Eigenschaften besitzt, dann kann die Kontaktierung zwischen Brückenelementen und Anschlussnetzwerk beispielsweise über ein durchgehendes Loch durch das Halteelement 32 hindurch, oder alternativ kann es auch randseitig an diesem in Fig. 3 von oben nach unten gesehen, verlaufen. Die Gegenelektrode 38 besteht ebenfalls aus leitfähigem Material und ist je nach Ausführung des Materials der Grundträgerfläche 30 ggf. noch durch eine Isolierschicht von dieser getrennt, was in Fig.3 zum Zwecke erhöhter Klarheit nicht dargestellt ist. Wenn die Netzwerke für Elektrode und Gegenelektrode entsprechend mit Spannung versorgt werden, so dass zwischen den E- lektroden eine anstoßende oder eine abstoßende Kraft entsteht, bewegen sich die Mesa-Beugungskörper, wie es in Fig. 3 angedeutet ist, gemäß den Gesetzen der Elektrostatik und den Kräften in einem elektrischen Feld. Mit weiterem Bezug zu Fig. 5 und 6 wird im Folgenden ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Einzelkörpers oder Mesa- Beugungskörpers näher beschrieben. In diesem Ausführungsbei- spiel ist der Mesa-Beugungskörper 36 an zwei Brückenelementen 34 A und 34 B befestigt, wobei die Brückenelemente ihrerseits auf je einem eigenen Halteelement 32 A bzw. 32 B befestigt sind. Wie Fig.6 genauer zeigt, handelt es sich um eine asymmetrische Anordnung, wie sie in Fig. 7 b) als Variante ge- zeigt ist.The contact between the bridge element 34, which is designed as an electrode, and the associated part of the connection network can preferably be made via the holding element 32 if the connection network, as is preferably arranged here in the lower region of FIG. 3, for example, just above the base support surface, in an expedient manner is electrically isolated from it. If the bridge element 34 consists of a metal or at least has a metal coating which at the same time has good electrical conductivity and good reflective properties, then the contact between the bridge elements and the connection network can be made, for example, via a through hole through the holding element 32, or alternatively it can also be on the edge seen from top to bottom in FIG. 3. The counterelectrode 38 likewise consists of conductive material and, depending on the design of the material of the base support surface 30, may also be separated from it by an insulating layer, which is not shown in FIG. 3 for the purpose of increased clarity. If the networks for the electrode and counterelectrode are supplied with voltage accordingly, so that an abutting or a repelling force arises between the electrodes, the mesa diffraction bodies, as indicated in FIG. 3, move according to the laws of electrostatics and the forces in an electrical field. With further reference to FIGS. 5 and 6, a further preferred exemplary embodiment for the configuration of an individual body or mesa diffraction body according to the invention is described in more detail below. In this exemplary embodiment, the mesa diffraction body 36 is fastened to two bridge elements 34 A and 34 B, the bridge elements in turn being fastened on their own holding elements 32 A and 32 B, respectively. As FIG. 6 shows in more detail, it is an asymmetrical arrangement, as shown as a variant in FIG. 7 b).
In diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich eine Schwenkbewegung des Mesa-Beugungskörpers 36 um eine in der Zeichenebene von Fig.5 liegende Achse, da die Brückenelemente 34 A und 34 B als leicht verwindungsfähige mechanische Elemente gefertigt werden, die ebenso wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel über Elektroden aktiviert werden. In diesem Fall wird der Mesa-Beugungskörper 36 zweckmäßiger Weise als Elektrode benutzt, und es sind zwei Gegenelektronen 38 A und 38 B vorge- sehen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Schwenkachse, siehe Fig.6 auf der Grundträgerfläche angeordnet sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann der Mesa-Beugungskörper 36 über durchgehende Löcher durch die Halteblöcke 32 A und 32 B kontaktiert werden. Es kann auch nur ein Elektrodenpaar vor- gesehen sein.In this exemplary embodiment there is a pivoting movement of the mesa diffraction body 36 about an axis lying in the plane of the drawing in FIG. 5, since the bridge elements 34 A and 34 B are manufactured as easily twistable mechanical elements which, like in the previous exemplary embodiment, are activated via electrodes , In this case, the mesa diffraction body 36 is expediently used as an electrode, and two counterelectrons 38 A and 38 B are provided, which are arranged on opposite sides of the pivot axis, see FIG. 6 on the base support surface. In this exemplary embodiment, too, the mesa diffraction body 36 can be contacted via through holes through the holding blocks 32 A and 32 B. Only one pair of electrodes can also be provided.
Weiter sollte zu den vorstehend gezeigten Ausführungsvarianten angemerkt werden, dass ein und derselbe Halteblock 32 bzw. 32 A oder 32 B nicht nur für ein Brückenelement 34, oder 34 A oder 34 B dienen kann, sondern gleich für das nächsteIn addition to the embodiment variants shown above, it should be noted that one and the same holding block 32 or 32 A or 32 B can not only serve for one bridge element 34, or 34 A or 34 B, but also for the next one
Brückenelement mit verwendet werden kann. Zu diesem Zweck erstreckt sich zweckmäßigerweise ein Brückenelement nach der einen Seite und ein Brückenelement nach der entgegengesetzten Seite des Halteelements. Mit weiterem Bezug zu Fig. 7 werden im Folgenden Ausführungsvarianten für die oben genannten Ausführungsbeispiele beschrieben.Bridge element can be used with. For this purpose, a bridge element expediently extends on one side and a bridge element on the opposite side of the holding element. With further reference to FIG. 7, embodiment variants for the above-mentioned exemplary embodiments are described below.
Fig. 7 zeigt in einer schematischen Draufsichtdarstellung weitere Einzelheiten für die relative Anordnung und Orientierung zwischen Mesa-Beugungskörper und Brückenelement gemäß Varianten A) , B) und C) entsprechend dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 und 6;7 shows a schematic top view showing further details for the relative arrangement and orientation between the mesa diffraction body and the bridge element according to variants A), B) and C) according to the exemplary embodiment from FIGS. 5 and 6;
In Fig. 7a) ist der Mesa-Beugungskörper 36 randseitig mit den Brückenelementen 34 A und 34 B verbunden. Bei dieser Ausführungsform kann nur ein einziges Elektrodenpaar auf einer Seite der Schwenkachse benutzt werden, um die Spiegelbewegung durchzuführen. Dieses Elektrodenpaar wäre dann vorteilhaft in einem gezielt vorgewählten Abstand von der Schwenkachse angeordnet, und zwar sowohl bei der Elektrode am Mesa- Beugungskörper als auch bei der Elektrode am Grundträger 30.7a), the mesa diffraction body 36 is connected at the edge to the bridge elements 34 A and 34 B. In this embodiment, only a single pair of electrodes on one side of the pivot axis can be used to perform the mirror movement. This pair of electrodes would then advantageously be arranged at a specifically preselected distance from the swivel axis, both for the electrode on the mesa diffraction body and for the electrode on the base support 30.
Bei den in Fig. 7 B und 7 C gezeigten Varianten können prinzipiell auf beiden Seiten der Schwenkachse, die durch die Brückenelemente 34 A und B gegeben ist, Elektrodenpärchen angebracht werden. Die in Fig. 7 B gezeigte Variante enthält dabei die breitesten Variationsmöglichkeiten, um eine mög- liehst umfangreiche Schwenkbewegung des Mesa-Beugungskörpers 36 zu ermöglichen. Denn wenn die Aktuationsspannung groß genug gewählt werden kann, um an dem kurzen Ende 70 wirken zu können, so kann ein großer Winkelbereich realisiert werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich der Mesa- Beugungskörper in seiner extremen Auslenkung und die Gegenelektrode berühren, für den Fall der Anziehung zwischen beiden Elementen.In the variants shown in FIGS. 7B and 7C, pairs of electrodes can in principle be attached on both sides of the swivel axis, which is given by the bridge elements 34A and B. The variant shown in FIG. 7B contains the broadest possible variations in order to enable the mesa diffraction body 36 to be pivoted as extensively as possible. Because if the actuation voltage can be chosen large enough to be able to act on the short end 70, then a large angular range can be realized without the risk that the mesa diffraction body in its extreme deflection and touch the counter electrode for the case of attraction between the two elements.
In Fig. 7 C ist der Vollständigkeit halber noch einmal der Fall der symmetrischen Aufteilung der Mesa- Beugungskörperhälften gezeigt . Mit weiterem Bezug zu Fig. 8 wird ein weiteres, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Einzelelement nach Art einer Kardanischen Lagerung bzgl. zweier voneinander im wesentlichen unabhängiger Schwenkachsen gelagert ist.For the sake of completeness, FIG. 7C shows once again the case of the symmetrical division of the mesa diffraction body halves. With further reference to FIG. 8, a further, preferred exemplary embodiment of the present invention is described, which is characterized in that an individual element is mounted in the manner of a gimbal bearing with respect to two pivot axes which are essentially independent of one another.
Fig. 8 zeigt in einer schematischen Draufsichtdarstellung auf einen Einzelkörper eine bevorzugte, weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Mesa-Beugungskörper kardanisch gelagert ist. Die Halteelemente 32 A bzw. 32 B sind in Fig. 8 dem linken bzw. rechten Rand der Darstellung zugeordnet. Von diesen Halteelementen führen die Brückenelemente 34 A und 34 B, vgl. Fig. 5 und Fig. 6 eine gemeinsame Schwenkachse bildend jeweils nach innen und treffen dort auf einen Schwenkrahmen 80. Dieser ist als Elektrode ausgebildet und kann mit einer bzw. zwei Gegenelektroden 38 A bzw. 38 B wechselwirken, vgl. die Beschreibung Fig. 5 und Fig. 6. Damit ergibt sich eine Schwenkbewegung des Schwenkrahmens 80 um die gemeinsame Schwenkachse von 34 A und 34 B. Es ist nun innerhalb des Schwenkrahmens 80 eine weitere Schwenklagerung vorgesehen, nämlich um eine Schwenkachse, die gebildet ist von einem inneren Brückenelement 84 A und einem anderen inneren Brückenelement 84 B, die jeweils den Schwenkrahmen 80 mit dem Mesa-Beugungskörper 36 oder dessen festes Auflager 86 verbinden.Fig. 8 shows a schematic plan view of an individual body of a preferred, further embodiment of the present invention, in which a mesa diffraction body is gimbaled. The holding elements 32 A and 32 B are assigned to the left or right edge of the illustration in FIG. 8. The bridge elements 34 A and 34 B lead from these holding elements, cf. 5 and FIG. 6 form a common swivel axis inwards and meet a swivel frame 80 there. This is designed as an electrode and can interact with one or two counter electrodes 38 A or 38 B, cf. the description of FIGS. 5 and 6. This results in a pivoting movement of the pivot frame 80 about the common pivot axis of 34 A and 34 B. A further pivot bearing is now provided within the pivot frame 80, namely about a pivot axis which is formed by an inner bridge element 84 A and another inner bridge element 84 B, each of which connect the swivel frame 80 to the mesa diffraction body 36 or its fixed support 86.
Mit weiterem Bezug zu Fig. 9A und 9B wird eine Variante der besonders bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 8 näher ge- zeigt und beschrieben, bei der sich die beiden Schwenkachsen nicht rechtwinklig gegenüberstehen. Des weiteren ist die Me- sa-Beugungskörperform ebenfalls nicht rechteckig, sondern besitzt eine eckenlose Außenkontur, die in der Fig. 9 beispielhaft willkürlich, hier etwa birnenförmig dargestellt ist, um zu zeigen, dass hierbei nahezu beliebige Formenschätze gewählt werden können. Dies eignet sich auch zur Herstellung von Hologrammen. Dabei ändert sich an dem eigentlichen strukturellem Aufbau der Mesa-Beugungskörperlagerung nur insoweit etwas, wie es erforderlich ist, um die geänderte Geometrie dieses unregelmäßigen Auf aus konstruktiv abzubilden. Bei- spielsweise sind die Orte der Elektroden entsprechend ange- passt, die Abstände der Halteelemente voneinander, etc.. Insoweit kann die Beschreibung des Aufbaus des Einzelkörpers mit dem rechteckig ausgebildeten, kardanisch gelagerten Mesa- Beugungskörper (Mesa) für die weiteren Details herangezogen werden. Für die geometrische Gestaltung der Mesazwischenräume zwischen den Mesa-Beugungs örpern und der Mesa-Beugungskörper selbst werden wiederum die nachfolgend beschriebenen technologischen Werkzeuge der Oberflächenmikromechanik verwendet. Dies unterscheidet diese aktuierbaren (beweglichen) Hologram- me einerseits durch den Herstellungsprozess und andererseits durch die Veränderbarkeit von konventionellen Hologrammen (K. Buse, E. Soergel, Holographie in Wissenschaft und Technik, Physik Journal, 2, Nr. 3, Seite 37 (2003) . Aus dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel der kardanischen Lage- rung mit dem inneren Auflager 86 und der dort erwähnten Möglichkeit, das Einzelelement aus der Ebene des Schwenkrahmens 80 herauszuheben, ergibt sich die Möglichkeit, die Größe des Mesa-Mesa-Beugungskörpers im wesentlichen unabhängig von der Größe seines Unterbaus, der für seine Schwenklagerung zustän- dig ist, zu dimensionieren. Wird der Abstand zwischen Unterseite Einzelelement und Oberseite Schwenkrahmen 80 groß genug gewählt, so ergeben sich allein durch einfache geometrische Überlegungen die maximal möglichen Schwenkwinkel, bis der Mesa-Beugungskörper an einem Bereich des Schwenkrahmens oder der außenstehenden Halteelemente 32 anschlägt.With further reference to FIGS. 9A and 9B, a variant of the particularly preferred embodiment according to FIG. 8 is shown and described in more detail, in which the two pivot axes are not at right angles to one another. Furthermore, the mesa diffraction body shape is also not rectangular, but has a cornerless outer contour, which is arbitrarily shown in FIG. 9 as an example, here approximately pear-shaped, to show that almost any shape treasures can be chosen here. This is also suitable for manufacturing of holograms. The actual structural design of the mesa diffraction body mounting changes only to the extent that it is necessary to constructively map the changed geometry of this irregular opening. For example, the locations of the electrodes are adapted accordingly, the spacing of the holding elements from one another, etc. In this respect, the description of the structure of the individual body with the rectangular gimbal-mounted mesa diffraction body (mesa) can be used for the further details. The technological tools of surface micromechanics described below are again used for the geometric design of the mesa spaces between the mesa diffraction bodies and the mesa diffraction bodies themselves. This distinguishes these actuatable (movable) holograms on the one hand by the manufacturing process and on the other hand by the changeability of conventional holograms (K. Buse, E. Soergel, Holography in Science and Technology, Physik Journal, 2, No. 3, page 37 (2003 The example of the gimbal bearing with the inner support 86 shown in FIG. 8 and the possibility mentioned there of lifting the individual element out of the plane of the swivel frame 80 results in the possibility of determining the size of the mesa-mesa diffraction body in the If the distance between the underside of the single element and the top of the swivel frame 80 is chosen large enough, the maximum possible swivel angle results from simple geometric considerations alone, until the mesa is reached, regardless of the size of its substructure, which is responsible for its swivel mounting - Diffraction bodies on an area of the swivel frame or the external holding elements te 32 strikes.
Mit Bezug zu Fig. 10, 11, 12 und 13 werden im folgenden die Effekte veranschaulicht und beschrieben, die durch systematische Verschiebung von Mesa-Beugungskörpern oder Gruppen von Mesa-Beugungskörpern, oder durch Verschwenkung der flächig ausgebildeten Mesa-Beugungskörper gemäß Figuren 3 bis 6 beschrieben:With reference to FIGS. 10, 11, 12 and 13, the effects are illustrated and described in the following, which are caused by systematic displacement of mesa diffraction bodies or groups of mesa diffraction bodies, or by pivoting the surface trained mesa diffraction body according to Figures 3 to 6 described:
Fig. 10 zeigt in einer schematischen Draufsichtdarstellung (Ausschnitt) mehrere rechteckige Mesa-Beugungskörper in einer 2-reihigen Gitteranordnung10 shows a schematic plan view (detail) of a plurality of rectangular mesa diffraction bodies in a 2-row grating arrangement
Wobei der Gitterabstand voreingestellt nur in x- Richtung, und oben die nicht aktuierte Ausgangsstellung gezeigt ist, und unten eine von mehreren realisierbaren aktuierten Stel- lungen gezeigt ist, wobei der vorher konstante Gitterabstand aufspaltet in einen vergrößerten und einen verkleinerten;The grid spacing is preset only in the x direction, and the unactuated starting position is shown at the top, and one of several feasible actuated positions is shown below, the previously constant grid spacing splitting into an enlarged and a reduced one;
Fig. 11 zeigt in einer schematischen Draufsichtdarstellung (Ausschnitt) mehrere rechteckige Mesa-Beugungskörper in einer 3-reihigen Gitteranordnung, wobei der Gitterabstand nur in x- Richtung voreingestellt ist, wobei oben die nicht aktuierte Ausgangsstellung gezeigt ist, in der Mitte eine von mehreren realisierbaren aktuierten Stellungen eines mittleren Teilbereichs gezeigt ist, wobei neun Mesa-Beugungskörper um ihre linksbündigen Längsachsen aus ihrer Ruhelage ausgelenkt sind, und die in die xy-Ebene projizierten Abstände zwischen den Elementen in diesem Bereich in x-Richtung vergrößert werden (Variation des wirksamen Gitterabstandes) . Unten sind die Mesa- Beugungskörper in einer schematischen Seitenansicht ent- lang der Papierebene der mittleren Darstellung gezeigt;11 shows a schematic plan view (detail) of a plurality of rectangular mesa diffraction bodies in a 3-row grating arrangement, the grating spacing being preset only in the x direction, the unactuated starting position being shown above, one of a plurality of realizable ones in the middle Actuated positions of a central section is shown, with nine mesa diffraction bodies are deflected from their rest position about their left-justified longitudinal axes, and the distances projected into the xy plane between the elements in this area are increased in the x direction (variation of the effective grating spacing) , The mesa diffraction bodies are shown below in a schematic side view along the paper plane of the middle representation;
Fig. 12 zeigt in einer schematischen Draufsichtdarstellung (Ausschnitt) mehrere rechteckige Mesa-Beugungskörper in einer 3-reihigen Gitteranordnung, (Gitterabstand voreingestellt nur in x-Richtung, wobei oben die nicht aktuierte Ausgangsstellung gezeigt ist, in der Mitte eine von mehreren realisierbaren aktuierten Stellungen eines mittleren Teilbereichs gezeigt ist, wobei neun Mesa-Beugungskörper lateral verschoben sind. Dabei werden die Elemente in lateraler Richtung (in der xy-12 shows a schematic plan view (detail) of a plurality of rectangular mesa diffraction bodies in a 3-row grating arrangement (grating spacing is preset only in the x direction, the unactuated starting position being shown above, in the middle one of several realizable actuating positions a central portion is shown, with nine mesa diffraction bodies are laterally displaced. The elements are moved in the lateral direction (in the xy-
Ebene) verschoben, wobei in z-Richtung eine geringfügige versetzende Bewegung vorgenommen wird, um eine Strecke, welche etwas größer als die Schichtdicke der Elemente in z-Richtung ist. Aus der Perspektive der Aufsicht (Fig. 12 Mitte) sind in der rechten Spalte 3 Elemente durch eine Bewegung in x- Richtung fast völlig unterhalb den ursprünglich linken Nachbarn verschwunden. Ferner sind in der mittleren Spalte 3 Elemente durch eine Bewegung in x-Richtung teilweise unterhalb den ursprünglich linken Nachbarn verschunden. In der linken Spalte sind 3 Elemente durch eine Bewegung in x- und y- Richtung teilweise unterhalb den ursprünglich linken Nachbarn verschunden. In Fig. 12 unten ist dies in einer schematischen Seitenansicht entlang der Papierebene der mittleren Darstel- lung abgebildet.Plane) shifted, with a slight offset movement being carried out in the z direction by a distance which is somewhat greater than the layer thickness of the elements in the z direction. From the perspective of the supervision (Fig. 12 middle) 3 elements in the right column have almost completely disappeared below the originally left neighbors by a movement in the x direction. Furthermore, in the middle column, 3 elements have partially disappeared below the originally left neighbors by moving in the x direction. In the left column, 3 elements have partially disappeared below the originally left neighbors by moving in the x and y direction. This is shown in a schematic side view along the paper plane of the middle representation in FIG. 12 below.
Fig. 13 zeigt in einer schematischen Draufsichtdarstellung (Ausschnitt) eine Gitteranordnung mit mehreren rechteckigen und linienförmigen Beugungskörpern verschiedener Größe, wobei die optisch wirksamen Flächen, welche durch Zusammenwirken mindestens eines Beugungselement gebildet werden, durch die Aktuation dieser Elemente vergrößert oder verkleinert werden kann. Verkleinert sich die optisch wirksame, zusammenhängende Fache eines Ensembles solcher Mesa-Beugungselemente, so ver- größern sich die angrenzenden Spaltflächen. Vergrößert sich die optisch wirksame, zusammenhängende Fache eines Ensembles solcher Mesa-Beugungselemente, so verkleinern sich die angrenzenden Spaltflächen.13 shows a schematic plan view (detail) of a grating arrangement with several rectangular and line-shaped diffraction bodies of different sizes, the optically effective surfaces which are formed by the interaction of at least one diffraction element being able to be enlarged or reduced by the actuation of these elements. If the optically effective, coherent fold of an ensemble of such mesa diffraction elements is reduced, the adjacent slit areas increase. If the optically effective, coherent fold of an ensemble of such mesa diffraction elements increases, then the adjacent slit surfaces decrease.
Im folgenden werden grundlegende Leitlinien für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Beugungskörpervorrichtung gegeben. Zunächst ist dabei festzustellen, dass die Basis der Herstellung übliche, im Stand der Technik bekannte Dünn- schichtherstellungsprozesse sind, bei denen dünne Schichten durch Aufdampfen, Aufschleudern, Tauchbeschichtung, Sputtern, Galvanisieren, etc. hergestellt werden, und die durch weitere lithografische Herstellungsprozesse dann kleinräumig und meist in oberflächenmikromechanischem Aufbau zu den vorher aufgebrachten Schichten strukturiert werden können, je nach dem, wie groß die Strukturen in der Fotomaske sind. Insoweit wird vollständig auf Lehrbücher verwiesen, die die vorgenannten Techniken beschreiben.The following are basic guidelines for the manufacture of a diffraction body device according to the invention. First of all, it has to be ascertained that the basis of the production is the usual thin-film production processes known in the prior art, in which thin layers are produced by vapor deposition, spin-coating, dip coating, sputtering, galvanizing, etc., and by others lithographic manufacturing processes can then be structured on a small scale and mostly in a surface micromechanical structure to the previously applied layers, depending on how large the structures in the photomask are. In this regard, reference is made entirely to textbooks that describe the aforementioned techniques.
Herstellungsverfahren auf der Basis der Oberflächenmikrome- chanik:Manufacturing process based on surface micromechanics:
Im folgenden werden die wichtigsten Herstellungsmerkmale exemplarisch für das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel erläutert wie folgt:The most important production features for the exemplary embodiment shown in FIG. 5 are explained below as follows:
I. Für eine Verwendung als Fassadenelement und zur Herstellung von Einzelmodulen quadratischer Form mit einer Kantenlänge von knapp 12,5 cm wird als Grundträgerfläche 30 eine dünne Glasscheibe als Glassubstrat mit diesen Abmessungen verwendet. Anstelle von anorganischem Glas kann auch ein an- deres transparentes Material, organische Gläser (z.B. Plexiglas), transparente Kunststoffe bzw. Polymere evtl. unter Beimischung einer Abtönfarbe verwendet werden.I. For use as a facade element and for producing single modules of square shape with an edge length of just under 12.5 cm, a thin glass pane is used as the base substrate 30 as a glass substrate with these dimensions. Instead of inorganic glass, another transparent material, organic glasses (e.g. plexiglass), transparent plastics or polymers, possibly with the addition of a tinting color, can be used.
II. In einem zweiten Schritt werden planare Elektroden 38 A bzw. 38 B sowie das zugehörige Ansteuerungsnetzwerk für die Leiterbahnen beispielsweise durch Aufdampfen von leitenden Materialien, z.B. Metallen (Aluminium,...) oder z.B. ITO (engl. indium tin oxide),oder z.B. leitfähige Polymere (Po- ly [p-Phenylen] , ... ) , ggf. durch eine galvanische Verstärkung unterstützt auf das Glassubstrat 30 aufgebracht. DieserII. In a second step, planar electrodes 38 A and 38 B and the associated control network for the conductor tracks are, for example, by vapor deposition of conductive materials, e.g. Metals (aluminum, ...) or e.g. ITO (indium tin oxide), or e.g. Conductive polymers (poly [p-phenylene], ...), optionally supported by a galvanic reinforcement, are applied to the glass substrate 30. This
Schritt kann durch Aufdampfen der elektrisch leitenden Materialien, verbunden mit üblichen lithografischen Strukturie- rungstechniken erfolgen. Bei Leitungskreuzungen werden Leitungen wie üblich durch eine isolierende Zwischenschicht von- einander getrennt. lila) . In einem dritten Schritt erfolgt das Aufbringen einerThe step can be carried out by vapor deposition of the electrically conductive materials, combined with conventional lithographic structuring techniques. In the case of line crossings, lines are separated from one another as usual by an insulating intermediate layer. purple). In a third step, one is applied
Opferschicht mit definierter Dicke, die im wesentlichen durch die Höhe der in Fig. 5 dargestellten Halteelemente 32 A und 32 B vorgegeben ist. Die Höhe der Opferschicht sollte wenigs- tens so hoch sein, dass der beabsichtigte, maximale Schwenkausschlag eines Mesa-Beugungskörpers 36 erfolgen kann, ohne dass der Mesa-Beugungskörper an die Grundplatte 30 stößt. Diese Opferschicht soll die Halteblöcke 32 A und 32 B bilden. An diesen Stellen muss sie nachfolgend erhalten bleiben, und an allen anderen Stellen wird die Opferschicht nachfolgend weggeätzt, um einen Freiraum auszubilden, der die spätere Me- sa-Beugungskörperschwenkung ermöglicht. Um eine hohe Transparenz zu gewährleisten, etwa wenn das Gitter im Durchlicht verwendet werden soll, wird die Opferschicht vorzugsweise bis auf das Glassubstrat an diesen Stellen entfernt. Dies gelingt mit heutigen technologischen Verfahren perfekt. Es sei darauf hingewiesen, dass z.B. elektrische Leitungen aus transparentem ITO, Halteblöcke aus Plexiglas und Grundplatte aus anorganischen Gläsern hergestellte werden können.Sacrificial layer with a defined thickness, which is essentially predetermined by the height of the holding elements 32 A and 32 B shown in FIG. 5. The height of the sacrificial layer should be at least so high that the intended maximum swivel deflection of a mesa diffraction body 36 can take place without the mesa diffraction body bumping against the base plate 30. This sacrificial layer is intended to form the holding blocks 32 A and 32 B. At these points, it must subsequently be preserved, and at all other points, the sacrificial layer is subsequently etched away in order to form a free space which enables the later pivoting of the brass diffraction body. In order to ensure a high level of transparency, for example if the grating is to be used in transmitted light, the sacrificial layer is preferably removed at these points except for the glass substrate. This succeeds perfectly with today's technological processes. It should be noted that e.g. electrical cables made of transparent ITO, holding blocks made of plexiglass and base plate made of inorganic glasses can be produced.
Als Materialien der Opferschicht kommen in erster Linie solche Materialien in Frage, die sich gegenüber allen anderen verwendeten Materialien selektiv ätzen lassen und die gegenüber Witterung, Feuchtigkeit und Temperaturunterschieden re- lativ unempfindlich sind, eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen und kein nennenswertes plastisches Fließen aufweisen (ohne Hysterese) . Beispielsweise kommen Materialien, etwa Polymethylmethacrylat, Siliziumdioxid oder ein UV-Fotolack in Frage, solange er sich mit einer definierten Dicke auftragen lässt.The materials of the sacrificial layer are primarily those materials which can be selectively etched compared to all other materials used and which are relatively insensitive to weather, moisture and temperature differences, have sufficient mechanical strength and have no appreciable plastic flow (without Hysteresis). For example, materials such as polymethyl methacrylate, silicon dioxide or a UV photoresist are suitable as long as it can be applied with a defined thickness.
Beispielhaft sei ferner die Materialklasse der thermotropen Hauptketten-Flüssigkristalline-Polymere genannt. Diese Materialklasse lässt sich mit bestimmten organischen Lösungsmit- teln einerseits gut lösen (Opferschichteigenschaft) und erfüllt auf der anderen Seite auch relativ hohe, mechanische Stabilitätskriterien, falls diese Materialien gleichzeitig als Teil der Halteblöcke zum Einsatz kommen.The material class of thermotropic main chain liquid crystalline polymers may also be mentioned by way of example. On the one hand, this class of material can be easily solved with certain organic solvents (sacrificial layer property) and on the other hand also fulfills relatively high, mechanical ones Stability criteria if these materials are used simultaneously as part of the holding blocks.
III. b). Alternativ zu lila) wird eine Variante angegeben, welche Halteblöcke mit erhöhter Festigkeit liefert. Im wesentlichen wird dabei der Prozessschritt lila) wie folgt ersetzt. Dazu wird ein tiefenlithographiefähiger Photolack (z.B. PMMA) aufgebracht, in welchem die Formen aller Halteblöcke durch Belichten und Entwickeln als Negativ definiert werden. Durch selektives Auffüllen beispielsweise durch galvanische Prozesse, werden stabile Halteblöcke definiert. Nachfolgend werden die weiter unten folgenden Prozessschritte IV, V, und VI angewandt, wobei der verbleibende Photolack (Opferschicht) nasschemisch entfernt wird. Ferner ist dabei der Prozessschritt II derart zu modifizieren, dass gleichzeitig zu den Elektroden auf der Grundplatte geeignete leitfähige Grundflächenschichten der Halteblöcke definiert werden, welche jeweils gerade die Form der Verbindungsfläche Halteblock/Grundplatte aufweisen. Dabei muss auf eine elektrische Isolation zwischen oberen und unteren Elektroden geachtet werden. Vorteilhaft anwendbar ist auch der Einsatz der LIGA- Technik mit kostengünstigen Abformschritten.III. b). As an alternative to purple), a variant is specified which provides holding blocks with increased strength. Process step purple) is essentially replaced as follows. For this purpose, a deep-lithography-capable photoresist (e.g. PMMA) is applied, in which the shapes of all holding blocks are defined as negative by exposure and development. Stable holding blocks are defined by selective filling, for example by means of galvanic processes. Process steps IV, V, and VI which follow below are applied, the remaining photoresist (sacrificial layer) being removed by wet chemical means. Furthermore, process step II is to be modified in such a way that, at the same time as the electrodes on the base plate, suitable conductive base layers of the holding blocks are defined, each of which has the shape of the connecting surface of the holding block / base plate. Care must be taken to ensure electrical insulation between the upper and lower electrodes. The use of LIGA technology with cost-effective molding steps can also be used with advantage.
IV. In einem weiteren Herstellungsschritt wird eine Schicht aufgebracht, die die Mesa-Beugungskörper oder gemäß einer besonderen Ausführungsvariante die optischen Filter, und die Brückenelemente 34 A und B mit ihren Halteschichten auf den Halteelementen 32 A und B bildet. Als Material kommt beispielsweise eine Metallschicht beispielsweise aus Aluminium oder eine dielektrische Mehrfachschicht mit einer äußeren e- lektrisch leitfähigen aber transparenten Schicht (z.B. ITO) oder eine Polymerschicht mit stark reflektierenden und leitfähigen Eigenschaften in Frage.IV. In a further production step, a layer is applied which forms the mesa diffraction bodies or, according to a special embodiment variant, the optical filters, and the bridge elements 34 A and B with their holding layers on the holding elements 32 A and B. A metal layer made of aluminum, for example, or a dielectric multilayer with an outer, electrically conductive but transparent layer (e.g. ITO) or a polymer layer with highly reflective and conductive properties can be considered as the material.
In einem kostengünstigen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die leitende Schicht über die Mesa-Beugungskörper, die Ver- bindungsbrücken und über die Halteschichten, und dient gleichzeitig als Elektrode (vor allem auf den Mesa-In a cost-effective exemplary embodiment, the conductive layer extends over the mesa diffraction bodies, which bridges and over the holding layers, and also serves as an electrode (especially on the mesa
Beugungskörperflachen) , als Leiterbahn (vor allem auf denDiffraction surfaces), as a conductor track (especially on the
Verbindungsbrücken) und als Halteschichten auf den Halteele- menten.Connecting bridges) and as holding layers on the holding elements.
V. In einem weiteren Schritt werden vorzugsweise am Rand eines jeden Einzelmoduls umlaufende Abstandhalter aufgebracht, beispielsweise aus dem selben Material wie die vorgenannte Opferschicht, um in einem weiteren (späteren) Schritt das Anbringen einer äußeren Schutzschicht bewirken zu können, die sich flächig über die gesamte Modulfläche erstreckt, um eine hermetische Versiegelung gegen Staub und Feuchtigkeit sowie einen Spannungsschutz zu realisieren. Diese Schutzschicht kann beispielsweise auf die vorgenannten Abstandhalter, die besonders bevorzugt als umlaufende Randbegrenzung vorliegt, durch Kleben aufgebracht werden.V. In a further step, circumferential spacers are preferably applied to the edge of each individual module, for example made of the same material as the aforementioned sacrificial layer, in order to be able to effect the application of an outer protective layer in a further (later) step, which is flat over the entire Module surface extends to realize a hermetic sealing against dust and moisture as well as a voltage protection. This protective layer can be applied, for example, to the aforementioned spacers, which is particularly preferably in the form of a peripheral edge, by gluing.
VI. In einem nächsten Schritt wird die vertikale Strukturie- rung vorgenommen, indem ein Ätzvorgang senkrecht zur Grundplatte 30 hin vorgenommen wird. Anschließend werden selektiv die oben beschriebenen Teile der Opferschicht entfernt, wobei die Verbindungsbrücken und Mesa-Beugungskörper entstehen.VI. In a next step, the vertical structuring is carried out by performing an etching process perpendicular to the base plate 30. The parts of the sacrificial layer described above are then selectively removed, producing the connecting bridges and mesa diffraction bodies.
VII. In einem weiteren Schritt werden die Anschlussstecker für den elektrischen Anschluss der Einzelmodule untereinander, siehe zurück zu Fig. 2, für die elektrischen Kontakte 24 und die mechanischen Verbindungen 22 aufgebracht und fest mit dem Modulrahmen bzw. leitend für den elektrischen Kontakt mit dem Ansteuerungsnetzwerk verbunden.VII. In a further step, the connection plugs for the electrical connection of the individual modules to one another, see back to FIG. 2, for the electrical contacts 24 and the mechanical connections 22 are applied and fixed to the module frame or conductively for the electrical contact with the control network connected.
Ebenso wird der oben bei der Beschreibung von Fig. 1 erwähnte Kommunikationssensor 16 mit der dafür vorgesehenen Stelle am Ansteuerungsnetzwerk kontaktiert und die oben erwähnte An- schlusskontaktierung für die Gleichspannungsversorgungsleitung 20 mit einem geeignet vorgesehenen Anschlussstecker 21 an vorzugsweise nur einem Modul vorgesehen, beispielsweise dem Einzelmodul 12, das später einer der Ecken der Fensterfläche zuordnet wird.Likewise, the communication sensor 16 mentioned above in the description of FIG. 1 is contacted with the location on the control network provided for this purpose, and the above-mentioned connection contact for the DC voltage supply line 20 is made with a suitably provided connector plug 21 preferably provided on only one module, for example the individual module 12, which is later assigned to one of the corners of the window area.
Optional kann je nach späterer Verwendung des so gefertigten Moduls noch ein hermetischer Abdichtungslack über den gesamten Randbereich des Moduls gebracht werden, damit das Modulinnere einen langzeitstabilen, verwitterungsresistenten Zustand behält.Optionally, depending on the later use of the module manufactured in this way, a hermetic sealing lacquer can be applied over the entire edge area of the module, so that the interior of the module maintains a long-term stable, weather-resistant state.
Dann werden die somit hergestellten Module zusammengesteckt, wie es in Fig. 2 skizziert ist, bis ein Panel mit der gewünschten Größe gebildet ist. Beispielsweise kann bei einer Einzelmodulgröße von 12,5 cm x 12,5 cm ein Raster von 8 x 8 Einzelmodulen zusammengesteckt werden, um ein zusammenhängendes Panel mit 1 qm Fläche zu erhalten. Die Einzelmodule 12 haben zu diesem Zweck in vorteilhafter Weise auch geeignet steckbare Einrastverbindungen 22 A und B an den übrigen Kanten, die in Fig. 2 nicht gezeigt sind. Dabei können die Ein- rastverbindungen in Querrichtung auch eines anderen Typs sein - beispielsweise eine L-förmige Rastung - im Vergleich zu dem Typ der Längsrichtung wie in Fig. 2 gezeigt, um das Zusammenstecken zu vereinfachen.The modules thus produced are then plugged together, as is sketched in FIG. 2, until a panel of the desired size is formed. For example, with a single module size of 12.5 cm x 12.5 cm, a grid of 8 x 8 individual modules can be put together in order to obtain a coherent panel with a surface area of 1 square meter. For this purpose, the individual modules 12 advantageously also have suitably pluggable snap-in connections 22 A and B on the other edges, which are not shown in FIG. 2. The snap-in connections in the transverse direction can also be of another type - for example an L-shaped catch - compared to the type of the longitudinal direction as shown in FIG. 2, in order to simplify the plugging together.
In optionaler Weise kann dieses gesamte Panel nun noch auf einen weiteren Träger 15 aufgebracht werden, wofür beispielsweise eine weitere Glasscheibe in Frage kommt. Dies würde sich besonders dann empfehlen, wenn eine erhöhte mechanische Stabilität des gesamten Panels erforderlich sein sollte.In an optional manner, this entire panel can now be applied to a further carrier 15, for which a further glass pane can be used, for example. This would be particularly recommended if increased mechanical stability of the entire panel was required.
Alternativ können die Verbindungsbrücken, Mesa-Beugungskörper und Halteblöcke aus ursprünglich flächigen Elementen aufgestellt werden (siehe z.B. M.H. Kiang, et al . IEEE Phot . Tech- nol. Lett. 8, 1707 (1996). Die erfindungsgemäße Mesa-Beugungskörperanordnung kann, soviel wird dem Fachmann auf dem Gebiet der Dünnschichtherstellung und Mikrostrukturierung klar sein, auf vielen verschiedenen Wegen hergestellt werden. Charakteristisch, für das er- findungsgemäße Herstellungsverfahren ist daher lediglich die Verwendung solcher Materialen, die ein vernünftiges Preis/ Leistungsverhältnis für eine großflächige Verwendung im Fenster oder Fassadenbereich zulassen, und die Anpassung des lithographischen Prozesses an die relativ kleinen Abmessungen der Mesa-Beugungskörper.Alternatively, the connecting bridges, mesa diffraction bodies and holding blocks can be set up from originally flat elements (see, for example, MH Kiang, et al. IEEE Phot. Technology. Lett. 8, 1707 (1996). The mesa diffraction body arrangement according to the invention can, as will be clear to the person skilled in the field of thin-film production and microstructuring, be produced in many different ways. Characteristic of the manufacturing method according to the invention is therefore only the use of those materials which allow a reasonable price / performance ratio for large-area use in the window or facade area, and the adaptation of the lithographic process to the relatively small dimensions of the mesa diffraction bodies.
Desweiteren ist es vorteilhaft, vorzugsweise das erfindungsgemäße Gesamtsystem so auszulegen, dass es in einem Niedervoltbereich von weniger als etwa 60 Volt betrieben werden kann. Diese Vorgabe ist bei der Formgebung der Einzelkörper, also für Halteelement 32, Brückenelement 34 und Einzelelement 36 hinsichtlich der zu konstruierenden Hebelkräfte zu berücksichtigen, damit die benötigten Aktuationsspannumgen bei der Implementierung durch elektrostatische Anziehungskräfte nicht zu hoch werden.Furthermore, it is advantageous to preferably design the overall system according to the invention in such a way that it can be operated in a low-voltage range of less than approximately 60 volts. This specification is to be taken into account in the shaping of the individual bodies, that is to say for holding element 32, bridge element 34 and individual element 36, with regard to the leverage forces to be constructed, so that the actuation voltage amounts required during implementation by electrostatic attractive forces do not become too high.
Eine geringe außentemperaturbedingte Variation der Mesa- Beugungskörperkrümmungen ruft dabei noch periodische Farbverschiebungen über längere Zeiträume hervor.A slight variation of the mesa diffraction body curvatures due to outside temperature still causes periodic color shifts over longer periods of time.
Die Farbe wird dabei im Falle von Amplitudengittern durch die Dimensionen aller Elemente und das Tastverhältnis zwischen Spaltflächen und absorbierenden oder streuenden Flächenanteilen bestimmt. Farbvariationen des Beugungsmusters ergeben sich dann durch Variation des Tastverhältnisses durch Variation der Anstellwinkel von Beugungsflächen der Mesa- Beugungskörpern, oder durch laterales Verschieben der Beugungskörper in bestimmten Gruppen, relativ zu anderen Gruppen. Folgende Winkelbereiche werden als typisch für bestimmte Verwendungen genannt, wie folgt: Bei Werbeflächen, bei denen nur eine Drehachse erforderlich ist, kann ein Effekt bereits bei einer Schwenkwinkelveränderung von etwa 2 Grad erzielt werden, bei „Kunst am Bau", d.h. einer ästhetischen Farbgestaltung für Gebäudefassaden kann bereits mit einem Winkel von einem Grad ein sichtbarer Erfolg erzielt werden, wobei intensivere Effekte erst bei größeren Winkeln auftreten. Bei lateraler Verschiebung hängt der Effekt von der jeweiligen Anordnung ab, mit der das Tastverhältnis verändert wird.In the case of amplitude gratings, the color is determined by the dimensions of all elements and the pulse duty factor between gap surfaces and absorbing or scattering surface components. Color variations of the diffraction pattern then result from variation of the pulse duty factor through variation of the angle of attack of diffraction surfaces of the mesa diffraction bodies, or through lateral displacement of the diffraction bodies in certain groups, relative to other groups. The following angular ranges are mentioned as typical for certain uses, as follows: For advertising spaces where only an axis of rotation is required, an effect can already be achieved with a change in the swivel angle of approximately 2 degrees, with "art in construction", ie aesthetic color design for building facades, visible results can be achieved with an angle of only one degree, with more intensive effects only occur at larger angles. With lateral displacement, the effect depends on the particular arrangement with which the pulse duty factor is changed.
Der einschlägige Fachmann auf dem jeweiligen Gebiet der oben skizzierten, unterschiedlichen Verwendungen für die erfindungsgemäßen Mesa-Beugungskörperarrays wird erkennen, dass ein Gesamtsystem gemäß der Erfindung vorteilhaft mit weiterer Sensorik betrieben werden kann, die dann für die jeweilige Verwendung spezifisch ausgewählt wird. Beispielsweise kann bei allen Verwendunigen im Zusammenhang mit Solarstrahlung in vorteilhafter Weise ein Sonnenstandssensor und optional ein zusätzliches weiteres Sensorsystem eingesetzt werden, das die Wolkenverteilung und/oder die Helligkeitsverteilung im senso- risch erfassten Halbraum, oder direkt am Himmel erfasst.The relevant expert in the respective field of the different uses outlined above for the mesa diffraction body arrays according to the invention will recognize that an overall system according to the invention can advantageously be operated with further sensors, which are then specifically selected for the respective use. For example, for all uses in connection with solar radiation, a sun position sensor and optionally an additional further sensor system can advantageously be used, which detects the cloud distribution and / or the brightness distribution in the sensor-detected half-space, or directly in the sky.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifi- zierbar.Although the present invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted to these but can be modified in many ways.
So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung je nach Wahl der Ausführung und der Materialart der Grundträgerfläche 30 eher flexibel als „Beugungsfolie", oder eher fester, ggf. stärker und damit plattenähnlich ausgeführt sein.Thus, depending on the design and the type of material of the base support surface 30, the device according to the invention can be designed to be more flexible than “diffraction foil”, or more solid, possibly stronger and thus plate-like.
Beispielsweise kann die Dimensionierung der Fläche der Einzelmodule an Herstellungsanlagen angepasst werden, die bereits existieren und vorher zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen (IC-) Bauteilen, Festplatten im Computerbereich, etc, verwendet wurden. Weiter kann auch die dem Einzelkörper zugeordnete Elektrode integral mit diesem ausgebildet sein, wenn dieser aus elektrisch leitfähigem Material besteht.For example, the dimensioning of the area of the individual modules can be adapted to manufacturing systems that already exist and were previously used to manufacture integrated circuits (IC) components, hard disks in the computer area, etc. Furthermore, the electrode assigned to the individual body can also be formed integrally with the latter if the latter consists of electrically conductive material.
Beispielsweise können die der Lichtquelle zugewandten Flächen der Einzelkörper 31 auch verspiegelt sein. Dann wird neben der Beugung des Lichts zumindest ein Teil des eintreffenden Lichts wieder reflektiert, was einen besonderen, selten gese- henen optischen Effekt bewirkt.For example, the surfaces of the individual bodies 31 facing the light source can also be mirrored. Then, in addition to the diffraction of the light, at least part of the incoming light is reflected again, which has a special, rarely seen optical effect.
Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche im wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge miteinander, kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind.Finally, the features of the subclaims can be combined essentially freely with one another and not through the sequence in the claims provided they are independent of one another.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich Gitter in zwei Klassen einteilen lassen: Reflexionsgitter und Transmissionsgitter. In beiden Fällen wird weiter unterteilt, je nach dem, ob Pha- senunterschiede oder Amplitudenunterschiede involviert sind. Demnach gibt es Phasentransmissionsgitter, Phasenreflexionsgitter, Amplitudentransmissionsgitter und Amplitudenreflexionsgitter. Dies ist in Fig. 14 dargestellt. Exemplarisch und zum Wecke einer erhöhten Klarheit der Darstellung der eigent- liehen Erfindung, wurde im Text in den meisten Fällen das Amplitudenreflexionsgitter zu Grunde gelegt. Dem Fachmann wird es jedoch nicht schwer fallen, den eigentlichen, erfindungsgemäßen Sachverhalt entsprechend auf die anderen, erwähnten Gittertypen zu übertragen.It should be noted that gratings can be divided into two classes: reflection gratings and transmission gratings. In both cases, further subdivisions are made depending on whether phase differences or amplitude differences are involved. Accordingly, there are phase transmission gratings, phase reflection gratings, amplitude transmission gratings and amplitude reflection gratings. This is shown in Fig. 14. As an example and in order to increase the clarity of the presentation of the actual invention, the amplitude reflection grating was used in most cases in the text. However, it will not be difficult for the person skilled in the art to transfer the actual facts according to the invention to the other grating types mentioned.
In diesem Zusammenhang steht das Wort „Reflexion" hierin nicht zwingend für spiegelnde Elemente. Es deutet darauf hin, dass das Beugungsmuster auf derselben Seite des Gitters beobachtet wird, auf der auch das Licht einfällt (vergl. Fig. 14). Die Elemente müssen lediglich streuenden Charakter aufweisen. Bei Transmissionsgittern wird das Beugungsmuster auf der anderen Seite des Gitters beobachtet, von der das Licht einfällt (Fig. 14) .In this context, the word "reflection" here does not necessarily mean reflective elements. It indicates that the diffraction pattern is observed on the same side of the grating on which the light is incident (see FIG. 14). The elements only have to In the case of transmission gratings, the diffraction pattern is based on observed on the other side of the grating from which the light is incident (Fig. 14).
Amplitudentransmissionsgitter weisen lichtundurchlässige Ele- mente 97 und lichtdurchlässige Elemente 96 auf. Amplitudenreflexionsgitter weisen lichtstreuende (in Sonderfällen reflektierende) Elemente 94 und lichtdurchlässige (bzw. lichtabsorbierende) Elemente 95 auf. In einem Ausführungsbeispiel können dies Mesa (Rippen, Stege) und Mesazwischenräume (Spalte, Furchen) sein. Phasentransmissionsgitter weisen mindestens zwei verschiedene lichtdurchlässige Elemente auf, welche sich darin unterscheiden, dass zwischen benachbarten Elementen eine Phasenverschiebung des Lichtes entsteht. In einem Ausführungsbeispiel können dies Glasmesa 92 und fluidgefüllte Me- sazwischenräume 93 sein. Phasenreflexionsgitter weisen mindestens zwei verschiedene lichtstreuende bzw. lichtreflektierende Elemente auf, welche sich darin unterscheiden, dass zwischen benachbarten Elementen eine Phasenverschiebung des Lichtes entsteht. In einem Ausführungsbeispiel können die Me- sa 99 und die Böden der Mesazwischenräume 98 aus oberflächen- verspiegeltem Glas bestehen. Der Phasenunterschied resultiert allein aus der Höhendifferenz zwischen Mesazwischenräumen und Mesa, der Wellenlänge, den Ein- und Ausfallswinkeln und dem Brechungsindex des fluiden Mediums in den Mesazwischenräumen. In Fig. 14 wird die Aktuierbarkeit der Mesa-Elemente und der Mesa-Zwischenräume aus Gründen höherer Übersichtlichkeit nicht dargestellt und nur eine massive Gitterstruktur 'gezeigt .Amplitude transmission gratings have opaque elements 97 and translucent elements 96. Amplitude reflection gratings have light-scattering (in special cases reflecting) elements 94 and light-transmitting (or light-absorbing) elements 95. In one exemplary embodiment, these can be mesa (ribs, webs) and mesa spaces (gaps, furrows). Phase transmission gratings have at least two different translucent elements, which differ in that a phase shift of the light occurs between adjacent elements. In one exemplary embodiment, these can be glass mesa 92 and fluid-filled mesa spaces 93. Phase reflection gratings have at least two different light-scattering or light-reflecting elements, which differ in that a phase shift of the light occurs between adjacent elements. In one exemplary embodiment, the mesa 99 and the bottoms of the mesa spaces 98 can consist of surface-mirrored glass. The phase difference results solely from the height difference between the mesa spaces and the mesa, the wavelength, the angles of incidence and reflection and the refractive index of the fluid medium in the mesa spaces. In Fig. 14, the actuability of the mesa elements and the mesa gaps is not shown for reasons of greater clarity and only a massive lattice structure is shown.
Weitere Anwendungen können für Gebäuderäume realisiert werden, wenn ein steuerbares Transmissionsgitter in den Fensterflächen eingesetzt wird: beispielsweise maßgeschneiderte Raumfarbenvariationen an den Raumwänden und Raumdecken, Projektionsdisplays für Projektionen an Wände und Decken, Pro- jektionen von Kunstobjekten an Raumflächen oder Inventar, Projektionen beispielsweise berühmter Gemälde an Wandflächen, und dergleichen Anwendungen mehr.Further applications can be realized for building rooms if a controllable transmission grille is used in the window surfaces: for example, customized room color variations on the room walls and ceilings, projection displays for projections on walls and ceilings, projections of art objects on room surfaces or inventory, For example, projections of famous paintings on wall surfaces, and the like.
Wenn die Grundträgerfläche nicht eben sein soll, sondern eine beliebig gekrümmte Form aufweisen soll, beispielsweise, um sie der individuellen Form von PKW-Karosserieteilen anzupassen, so kann es zweckmäßig sein, die erfindungsgemäße Beugungsvorrichtung 12 auf einer dickenangepassten Folie herzustellen als Grundträger 30 herzustellen, um die erforderliche Flexibilität zu gewährleisten. Individuell gekrümmte Module können dann an geeigneter Stelle in den Fertigungsprozess bei de Karosseriebearbeitung, insbesondere während der Lackierung, eingegliedert werden. If the base support surface is not to be flat, but rather has an arbitrarily curved shape, for example in order to adapt it to the individual shape of car body parts, it may be expedient to produce the diffraction device 12 according to the invention on a thickness-adapted film as base support 30 in order to to ensure the necessary flexibility. Individually curved modules can then be integrated at a suitable point in the manufacturing process during bodywork processing, especially during painting.

Claims

Beugungsfolie mit 2-dimensionaler GitteranordnungPATENTANSPRÜCHE Diffraction foil with a 2-dimensional grating arrangement
1. Beugungsvorrichtung (12) für die zweidimensionale Beugung von Lichtstrahlen mit einer Mehrzahl von mit einer gemeinsamen Grundträgerfläche (30) verbundenen Einzelkörpern (31) r wobei die Einzelkörper so angeordnet und zueinander beabstan- det sind, dass sie als Beugungszentren für die Lichtstrahlen wirken, und wobei die Einzelkörper Strukturelemente aus einem Dünnschichtherstellungsprozess sind, gekennzeichnet dadurch, dass ein Einzelelement (36) als Teil eines Einzelkörpers (31) re- lativ zur Grundträgerfläche (30) beweglich für einen auf ein Einzelelement oder auf Gruppen von Einzelelementen gemeinsam wirkenden Aktuationsmechanismus gelagert ist, um den wirksamen Gitterabstand zwischen benachbarten Einzelkörpern oder Einzelelementen zu variieren.1. diffraction device (12) for the two-dimensional diffraction of light beams with a plurality of individual bodies (31) r connected to a common base support surface (30) r , the individual bodies being arranged and spaced from one another such that they act as diffraction centers for the light beams, and wherein the individual bodies are structural elements from a thin-film production process, characterized in that an individual element (36) as part of an individual body (31) is mounted to be movable relative to the base support surface (30) for an actuation mechanism acting jointly on an individual element or on groups of individual elements in order to vary the effective grid spacing between adjacent individual bodies or individual elements.
2. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Aktuationsmechanismus eine vorgegebene Anzahl von Kammaktuato- ren enthält.2. Device according to the preceding claim, wherein the actuation mechanism contains a predetermined number of comb actuators.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Aktuationsmechanismus auf elektrostatischen Kräften beruht.3. Device according to claim 1 or 2, wherein the actuation mechanism is based on electrostatic forces.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei ein Aktuationsmechanismus zur lateralen Verschiebung von Einzelkörpern (31) oder Einzelelementen (36) , oder Gruppen davon (31, 36) vorgesehen ist, um den wirksamen Gitterabstand zwischen benachbarten Einzelkörpern oder Einzelelementen in einer ersten Richtung zu variieren.4. The device according to claim 1 to 3, wherein an actuation mechanism for the lateral displacement of individual bodies (31) or individual elements (36), or groups thereof (31, 36) is provided to the effective grid spacing between adjacent individual bodies or individual elements in a first direction to vary.
5. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei ein Aktuationsmechanismus zur lateralen Verschiebung von Einzelkör- pern (31) oder Einzelelementen (36) , oder Gruppen davon (31,5. The device according to the preceding claim, wherein an actuation mechanism for the lateral displacement of single-body pern (31) or individual elements (36), or groups thereof (31,
36) vorgesehen ist, um den wirksamen Gitterabstand zwischen benachbarten Einzelkörpern oder Einzelelementen zusätzlich in einer zweiten Richtung zu variieren.36) is provided in order to additionally vary the effective grid spacing between adjacent individual bodies or individual elements in a second direction.
6. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist.6. The device according to the preceding claim, wherein the second direction is oriented perpendicular to the first direction.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einzelelemente (36) flächig geformt sind und an fest mit der Grundträgerfläche (30) oder einem Kaπvmaktuator verbundenen Haltelementen (32) gelagert sind, wobei die Lagerung eine Bewegung der Einzelelemente (36) durch einen elektrostatischen Aktuationsmecha- nismus erlaubt.7. The device according to claim 2, wherein the individual elements (36) are flat and are mounted on fixed to the base support surface (30) or a Kaπvmaaktuator holding elements (32), the storage movement of the individual elements (36) by an electrostatic actuation mecha - nism allowed.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei a) das Material für die Grundträgerfläche (30) vorgewählt ist aus der Gruppe : organische oder anorganische Gläser, Kunststoffe, insbesonde- re Polymere, Metalle, bl) das Material für die Einzelkörper (31) so gewählt ist, dass es als Opferschicht in einem Ätzprozess selektiv zu einem der vorgewählten Materialien geeignet ist, oder b2) das Material für die Einzelkörper (31) so gewählt ist, dass es selektives Wachstum erlaubt, insbesondere durch Anwenden von Galvanik in tiefenlithographisch geformtem Polymethylmethacrylat (PMMA) .8. Device according to one of the preceding claims, wherein a) the material for the base support surface (30) is selected from the group: organic or inorganic glasses, plastics, in particular polymers, metals, bl) the material for the individual body (31) is selected such that it is suitable as a sacrificial layer in an etching process, selectively for one of the selected materials, or b2) the material for the individual bodies (31) is selected such that it allows selective growth, in particular by applying electroplating in depth-lithographically shaped polymethyl methacrylate (PMMA).
9. Vorrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei sie Verbindungselemente (22, 24) enthält, mit denen sie mit anderen Vorrichtungen (12) der gleichen Art randseitig verbunden werden kann.9. The device (12) according to claim 1, wherein it contains connecting elements (22, 24) with which it can be edge-connected to other devices (12) of the same type.
10. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei sie steckbare Verbindungselemente (22, 24) enthält, wobei die Verbindungselemente neben der mechanischen Verbindung auch eine elektrische Steckverbindung zwischen Vorrichtungen gleicher Art enthalten.10. The device according to the preceding claim, wherein it contains plug-in connecting elements (22, 24), wherein the In addition to the mechanical connection, connecting elements also contain an electrical plug connection between devices of the same type.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einzelkörper (31) oder die Einzelelemente (36) in regelmäßiger Matrixform aus parallelen Zeilen und parallelen Spalten angeordnet sind.11. Device according to one of the preceding claims, wherein the individual body (31) or the individual elements (36) are arranged in a regular matrix form from parallel rows and parallel columns.
12. Panel (15) enthaltend eine Vorrichtung (12) oder eine12. Panel (15) containing a device (12) or
Mehrzahl von Vorrichtungen (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche.A plurality of devices (12) according to any one of the preceding claims.
13. Panel (15) nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, weiter enthaltend einen Stromversorgungsanschluß (21) und eine Einrichtung (16) zum Empfangen von Steuerbefehlen von einem Steuergerät (18).13. Panel (15) according to one of the two preceding claims, further comprising a power supply connection (21) and a device (16) for receiving control commands from a control device (18).
14. System zur Gestaltung von Gebäudefassaden, enthaltend ein oder mehrere Panel (15) nach dem vorstehenden Anspruch, ein14. System for the design of building facades, comprising one or more panels (15) according to the preceding claim
Steuergerät (18) zum Steuern der des wirksamen Gitterabstandes zwischen benachbarten Einzelkörpern (31) oder Ednzele en- ten (36) des Panels (15), sowie eine Einrichtung zum Übertragen von Steuersignalen an das Panel (15).Control device (18) for controlling the effective grid spacing between adjacent individual bodies (31) or Ednzele ends (36) of the panel (15), and a device for transmitting control signals to the panel (15).
15. Lithographisches Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (12) nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch dass a) das Material für die Grundträgerfläche (30) vorgewählt ist aus der Gruppe : organische oder anorganische Gläser, Kunststoffe, insbesondere Polymere, Metalle, bl) das Material für die Einzelkörper (31) so gewählt ist, dass es als Opferschicht in einem Ätzprozess selektiv zu einem der vorgewählten Materialien geeignet ist, oder b2) das Material für die Einzelkörper (31) so gewählt ist, dass es selektives Wachstum erlaubt, insbesondere durch An- wenden von Galvanik in tiefenlithographisch geformtem Polymethylmethacrylat (PMMA) .15. A lithographic method for producing a device (12) according to claim 1 to 11, characterized in that a) the material for the base support surface (30) is selected from the group: organic or inorganic glasses, plastics, in particular polymers, metals, bl) the material for the individual bodies (31) is selected such that it is suitable as a sacrificial layer in an etching process selectively for one of the selected materials, or b2) the material for the individual bodies (31) is selected such that it allows selective growth, in particular by arrival apply electroplating in deep lithographically shaped polymethyl methacrylate (PMMA).
16. Verwendung einer Vorrichtung (12) nach einem der vorste- henden Ansprüche 1 bis 11, oder eines Panels (15) nach Anspruch 12 oder 13, oder eines Systems nach Anspruch 14 zur Gestaltung von Gebäudefassaden einschließlich deren Fenstern oder von Wänden.16. Use of a device (12) according to one of the preceding claims 1 to 11, or a panel (15) according to claim 12 or 13, or a system according to claim 14 for the design of building facades including their windows or walls.
17. Verwendung einer Vorrichtung (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 11, oder eines Panels (15) nach Anspruch 12 oder 13, oder eines Systems nach Anspruch 14 zur Gestaltung von Flächen, insbesondere von Karosserieteilen von mobilen Systemen, einschließlich deren Fenstern.17. Use of a device (12) according to any one of the preceding claims 1 to 11, or a panel (15) according to claim 12 or 13, or a system according to claim 14 for the design of surfaces, in particular body parts of mobile systems, including their windows ,
18. Verwendung einer Vorrichtung (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 11, oder eines Panels (15) nach Anspruch 12 oder 13, oder eines Systems nach Anspruch 14 als Dekorationsobjekt zur Erzielung von Farbeffekten. 18. Use of a device (12) according to one of the preceding claims 1 to 11, or a panel (15) according to claim 12 or 13, or a system according to claim 14 as a decorative object for achieving color effects.
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