Es sind verstellbare optische Linsen bekannt und beispielhaft in der Patentschrift DE 196 05 984 C1 beschrieben, bei der transparente Folien derart mit Flüssigkeit gefüllt werden, dass bei Erreichen eines bestimmten Druckwertes der Flüssigkeit eine sprunghafte Veränderung der Hüllenform der Folien auftritt. Nachteilig an derartigen Anordnungen ist, dass nur konstruktionsbedingte Zustände und keine stufenlosen Werte der Linse eingestellt werden können.There are known adjustable optical lenses and exemplified in the patent DE 196 05 984 C1 described in which transparent films are filled with liquid such that upon reaching a certain pressure value of the liquid, a sudden change in the shell shape of the films occurs. A disadvantage of such arrangements is that only design-related states and no stepless values of the lens can be set.
Bekannt ist weiterhin eine variable Fokussierlinse, beschrieben in dem US Patent 4,514,048 , bei dem eine flexible Linse von einer verstellbaren Vorrichtung derart umschlossen wird, dass mittels mechanischer Umfangsveränderung eine Kraftwirkung auf die Linse ausgeübt wird und somit eine mehr oder weniger gewölbte Linsenform realisiert werden kann. Als Nachteil derartiger Einrichtungen ist die bedingte Miniaturisierungsmöglichkeit verbunden mit einem hohen mechanischen Realisierungsaufwand anzuführen.Also known is a variable focusing lens, described in the U.S. Patent 4,514,048 in which a flexible lens is enclosed by an adjustable device such that by means of a mechanical change in the circumference a force is exerted on the lens and thus a more or less convex lens shape can be realized. As a disadvantage of such devices, the conditional Miniaturisierungsmöglichkeit is associated with a high mechanical implementation effort.
In der Gebrauchsmusterschrift DE 298 23 857 U1 wird eine Mikrolinse mit variabler Brennweite beschrieben, bei der eine Bohrung in einem Substrat mit zwei Membranen derart verschlossen wird, dass sich im Substrat selber ein Kanal für eine optische Flüssigkeit ausbildet und dass die Membranen mittels Druckvariation zu einer unterschiedlichen Auswölbung gebracht werden können. Nachteilig an einem derartigen Aufbau sind der hohe mechanische Aufwand und die nur begrenzte optische Variationsmöglichkeit.In the utility model DE 298 23 857 U1 describes a microlens with variable focal length, in which a hole in a substrate with two membranes is closed in such a way that forms a channel for an optical fluid in the substrate itself and that the membranes can be brought by means of pressure variation to a different bulge. A disadvantage of such a structure are the high mechanical complexity and the limited optical variation possibility.
Es sind weiterhin veränderbare optische Elemente bekannt und beispielhaft beschrieben in der Offenlegungsschrift DE 103 49 467 A1 , bei denen unter dem Einfluss einer elektrischen Spannung die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten gezielt verändert werden kann. Nachteilig an derartigen Anordnungen ist, dass diese Wirkung nur auf stark räumlich begrenzte Bereiche beschränkt ist und nur solche Variationen möglich sind, die sich auf Oberflächenspannungsänderungen zurück führen lassen.There are also known variable optical elements and exemplified in the published patent application DE 103 49 467 A1 in which under the influence of an electrical voltage, the surface tension of liquids can be selectively changed. A disadvantage of such arrangements is that this effect is limited only to highly spatially limited areas and only those variations are possible that can be attributed to surface tension changes back.
Die Offenlegungsschrift DE 2004 059 172 A1 beschreibt weiterhin ein optisches Element, am Beispiel einer Linse mit veränderbarer Fokallänge, bei dem in einem starren Behältnis zwei formflexible Medien sich berühren und die Grenzfläche der Medien in Form und Größe veränderbar sind. Nachteilig hieran ist, dass Form und Größe des Elements nur begrenzt gestaltbar sind.The publication DE 2004 059 172 A1 describes further an optical element, using the example of a lens with variable focal length, in which touch in a rigid container two flexible media and the interface of the media in shape and size can be changed. The disadvantage of this is that shape and size of the element are limited gestaltbar.
Aufgabe der erfindungsgemäßen Lösung eines gesteuerten optischen Elements soll es demnach sein, einen im Volumen und in der Form variablen und steuerbaren Körper zu realisieren, der durch den Aufbau und die Gestaltung seiner Oberfläche variable optische Eigenschaften realisieren kann, wobei auch voneinander abweichende optische Eigenschaften in einer Einheit in vielfältiger Weise miteinander kombinierbar sein sollen. Beispielhafte Ausführungen eines derartigen gesteuerten optischen Elements sowie dessen Ansteuerung sind in den Abbildungen der 1 bis 8, sowie den darin angeführten weiteren Untergliederungen, dargestellt.The object of the inventive solution of a controlled optical element, it should therefore be to realize a variable in volume and shape variable and controllable body, which can realize variable optical properties by the structure and design of its surface, which also differing optical properties in one Unit should be combined with each other in a variety of ways. Exemplary embodiments of such a controlled optical element and its control are shown in the figures of 1 to 8th , as well as the further subdivisions cited therein.
1a stellt beispielhaft ein gesteuertes optisches Element in Ruhestellung dar. Auf einer Grundfläche 1 ist eine formvariable Deckfläche 2 angeordnet, die über einen Anschluss 3 auf der einen Seite und über eine Membrane 4 auf der zweiten Seite miteinander verbunden sind. Die Seitenteile 5 werden von einem dehnbaren Material oder ebenfalls von Membranen gebildet. Von der gesamten Komponente wird ein Volumen 6 eingeschlossen, in dem sich eine optische Flüssigkeit 7 befindet. Wird mittels des Anschlusses 3 in das Volumen 6 optische Flüssigkeit 7 eingebracht, dargestellt in der 1b., führt dies zu einer Vergrößerung des Volumens 6, was eine Streckung der Membrane 4 und der Seitenteile 5, sowie eine Lageänderung der formvariablen Deckfläche 2, zur Folge hat. Das derartig veränderbare gesteuerte optische Element ist zur Verbesserung der Anschaulichkeit nochmals in der 1c in perspektivischer Form dargestellt. 1a exemplifies a controlled optical element at rest. On a base 1 is a shape-variable cover surface 2 arranged, which have a connection 3 on one side and over a membrane 4 connected to each other on the second page. The side parts 5 are formed by a stretchable material or membranes. From the entire component becomes a volume 6 enclosed, in which an optical fluid 7 located. Is by means of the connection 3 in the volume 6 optical fluid 7 introduced, presented in the 1b ., This leads to an increase in the volume 6 , which is an extension of the membrane 4 and the side panels 5 , As well as a change in position of the shape variable top surface 2 , entails. The thus controlled variable optical element is to improve the clarity again in the 1c shown in perspective.
In der Abbildung 2, mit den Untergliederungen a bis c, wird das in 1 beispielhaft beschriebene einzelne gesteuerte optische Element in Kombination mit weiteren Elementen dargestellt, wobei in 2a eine Ruhestellung von drei derartig übereinander angeordneten gesteuerten optischen Elementen abgebildet ist. Unabhängig voneinander können die erfindungsgemäßen gesteuerten optischen Elemente, wie in 2b dargestellt, betätigt werden, was eine Vergrößerung der optischen Variabilität darstellt. Die perspektivische Abbildung einer derartigen Anordnung ist in der 2c dargestellt. Ergänzend wurde hier der Anschluss 3, für die Einspeisung der optischen Flüssigkeit 7, durch einen weiteren Anschluss 8 ergänzt, durch den, über einen gesteuerten Rücklauf, ein Kreislaufsystem für die optische Flüssigkeit 7, ggf. zur Wärmeabführung, realisierbar ist.In the picture 2 , with the subdivisions a to c, the in 1 exemplarily described single controlled optical element in combination with further elements, wherein in 2a a rest position of three such superposed controlled optical elements is shown. Independently of one another, the controlled optical elements according to the invention, as shown in FIG 2 B shown, which represents an increase in the optical variability. The perspective illustration of such an arrangement is shown in FIG 2c shown. In addition, here was the connection 3 , for feeding the optical fluid 7 , through another connection 8th complemented by, via a controlled return, a circulatory system for the optical fluid 7 , if necessary, for heat dissipation, is feasible.
In der Abbildung 3, mit den weiteren Untergliederungen von a bis e, wird in beispielhafter Form die Realisierung eines gesteuerten optischen Elements, in gedoppelter Ausführung, dargestellt. 3a zeigt in der Ruhestellung jeweils Grundflächen 1 und darüber liegende Deckflächen 2, die mittels der Arbeitskammern 10 und 11 bzw. 12 und 13 Abstände zueinander aufweisen, die von den zugehörigen Seitenteilen 5, aus einem dehnbaren Material, umschlossen werden und die Volumina 6 bilden. Diese Volumina 6 stehen über die Anschlüsse 3 mit einer optischen Flüssigkeit 7 in Verbindung. Mittels der Anschlüsse 13 können die Arbeitskammern 9 bis 12 in beliebiger Form gefüllt und damit in ihrer Form verändert werden. Beispiele für Realisierungsmöglichkeiten derartiger gesteuerter optischer Elemente sind in den Abbildungen der 3b bis 3e dargestellt.In the picture 3 , with the further subdivisions of a to e, the realization of a controlled optical element, in duplicate, is shown by way of example. 3a shows in the rest position each footprint 1 and overlying top surfaces 2 by means of the working chambers 10 and 11 respectively. 12 and 13 Have distances from each other, from the associated side panels 5 , made of a stretchable material, to be enclosed and the volumes 6 form. These volumes 6 stand over the connections 3 with an optical fluid 7 in connection. By means of the connections 13 can the working chambers 9 to 12 filled in any shape and thus changed in shape. Examples of possible implementations of such controlled optical elements are shown in the figures of FIGS 3b to 3e shown.
Die Abbildung 4, mit den Untergliederungen von a bis d, stellt ein System von gesteuerten optischen Elementen dar, die in analoger Form bereits in den Abbildungen der 1 und 2 beschrieben sind. Ergänzend hierzu erfolgt die Darstellung der Anordnung eines weiteren gesteuerten optischen Elements in Form einer variablen optischen Linse. In der 4a wird die Ruhestellung des Aufbaus wieder gegeben. Die gesteuerten Prismenanordnungen sind bezüglich ihrer Formveränderung gegensinnig angeordnet. Das Linsenelement bildet den oberen Abschluss der Anordnung. In den Abbildungen der 4b bis 4d sind die sich daraus ergebenden Möglichkeiten der Variabilität dieser gesteuerten optischen Elemente, jeweils für beispielhafte Auslenkungsstände der Elemente, dargestellt. Anzufügen ist hierbei die Möglichkeit der Verwendung von optischen Flüssigkeiten 7 mit voneinander abweichenden Brechungsindizes. Auch die Betätigung mehrerer gesteuerter optischer Elemente gleichzeitig ist bei der Gesamtwirkung zu berücksichtigen.The illustration 4 , with the subdivisions of a to d, represents a system of controlled optical elements, which in analogous form already in the figures of the 1 and 2 are described. In addition thereto, the representation of the arrangement of a further controlled optical element takes the form of a variable optical lens. In the 4a the rest position of the structure is given again. The controlled prism arrangements are arranged in opposite directions with respect to their shape change. The lens element forms the upper termination of the assembly. In the pictures of the 4b to 4d are the resulting possibilities of variability of these controlled optical elements, each for exemplary deflection levels of the elements represented. Add to this is the possibility of using optical fluids 7 with divergent refractive indices. The operation of several controlled optical elements at the same time is to be considered in the overall effect.
In der 5, in den Ausführungen von a und b, ist eine weitere Form der Realisierung eines gesteuerten optischen Elements dargestellt. Die im Material vorgeformten Ausführungen der Linsen 14, 15 und sind 16 übereinander liegend angeordnet. Mittels der Anschlüsse 3 können diese gesteuert mit einer optischen Flüssigkeit 7 befüllt werden. In 5a wird der Ruhezustand der Anordnung dargestellt. In 5b sind die Linsen 14, 15 und 16 mit der optischen Flüssigkeit 7 befüllt und haben sich entsprechend der Vorformungen der Hüllen und des gezielten Befüllungsstandes entfaltet. Mittels Variation der Menge an optischer Flüssigkeit kann auf die Gesamtfunktion, durch die Variation der Linsen 14, 15 und 16, separat Einfluss genommen werden.In the 5 In the embodiments of a and b, another form of realization of a controlled optical element is shown. The pre-formed in the material designs of the lenses 14 . 15 and are 16 arranged one above the other. By means of the connections 3 These can be controlled with an optical fluid 7 be filled. In 5a the idle state of the arrangement is shown. In 5b are the lenses 14 . 15 and 16 with the optical fluid 7 filled and have unfolded according to the preformations of the cases and the targeted filling level. By varying the amount of optical fluid can affect the overall function, through the variation of the lenses 14 . 15 and 16 , be influenced separately.
Die Abbildung 6, mit den Untergliederungen von a bis d, entspricht bis auf eine Komponente der bereits in 4 beschriebenen Funktion eines gesteuerten optischen Elements. In der benannten 6 ist die in der 4 beschriebene Linsenanordnung ersetzt durch eine Spiegelanordnung 17, deren Lage und Form in bereits beschriebener Weise variiert bzw. eingestellt werden kann.The illustration 6 , with the subdivisions from a to d, corresponds to one of the components already in 4 described function of a controlled optical element. In the named 6 is the one in the 4 described lens assembly replaced by a mirror assembly 17 whose position and shape can be varied or adjusted in the manner already described.
7 stellt eine beispielhafte Form für die Ansteuerung eines gesteuerten optischen Elements dar. Hierin ist ein gemäß 1 beschriebenes gesteuertes optisches Element mit seinem Anschluss 3 für die optische Flüssigkeit 7 mit einer Pumpe 18 verbunden, die sowohl mit einem Vorratsbehälter 19 für die optische Flüssigkeit 7 in Verbindung steht, zum anderen an einen Mikrocontroller 20, der mit einem Sensor 21 verbunden ist, angeschlossen ist. Die von einem Sensor 21 bereitgestellten Informationen zum Arbeitsverhalten der Anordnung, gemäß Soll-Ist-Vergleich, werden von einem Mikrocontroller 20 erfasst, bewertet und zur Erzeugung der Antriebssignale für die Pumpe 18 derart an diese geleitet, dass eine weitere Befüllung oder ggf. Entleerung des gesteuerten optischen Elements erfolgt. Hierin wird die optische Flüssigkeit 7 wahlweise zwischen dem gesteuerten optischen Element und dem Vorratsbehälter 19 bewegt. 7 FIG. 3 illustrates an exemplary form for driving a controlled optical element 1 described controlled optical element with its connection 3 for the optical fluid 7 with a pump 18 connected to both a storage tank 19 for the optical fluid 7 communicates, on the other hand to a microcontroller 20 that with a sensor 21 connected is connected. The one from a sensor 21 provided information on the working behavior of the arrangement, according to target-actual comparison, are provided by a microcontroller 20 detected, evaluated and used to generate the drive signals for the pump 18 directed to this, that further filling or possibly emptying of the controlled optical element takes place. Herein is the optical fluid 7 optionally between the controlled optical element and the reservoir 19 emotional.
In der Abbildung von 8 wird ergänzend zu der bereits dargestellten und beschriebenen 7 eine Erweiterung derart dargestellt, dass das gesteuerte optische Element über einen weiteren Anschluss 8 verfügt, der über ein Reglerelement 22 an einen Tauscher 23 angeschlossen ist, welcher über die Anschlüsse 24 Verbindung zu einer wärmeverarbeitenden Anlage besitzt. Tauscher 23 und Vorratsbehälter 19 bilden eine Einheit und beinhalten weiterhin den DC-Anschluss 25. Mikrocontroller 20 und Reglerelement 22 sind miteinander elektrisch verbunden. Die vom Sensor 21 generierten und vom Mikrocontroller 20 aufbereiteten Steuersignale steuern sowohl die Pumpe 18 als auch des Reglerelement 22 derart, dass das gesteuerte optische Element in die gewünschte Form gebracht wird, andererseits aber im System ständig eine Menge an optischer Flüssigkeit 7 zirkuliert. Dabei wird die im gesteuerten optischen Element aufgenommene Wärmeenergie durch die optische Flüssigkeit 7 in den Tauscher 23 geführt, dort der optischen Flüssigkeit 7 entzogen und zur Weiternutzung an den Anschlüssen 24 bereitgestellt. Mittels der DC-Anschlüsse 25 kann auf elektrolytischem Wege der Brechungsindex der optischen Flüssigkeit 7 zur Feinabstimmung des Systems verändert werden.In the picture of 8th is complementary to that already shown and described 7 an extension is shown such that the controlled optical element via a further connection 8th which has a regulator element 22 to an exchanger 23 which is connected via the connections 24 Has a connection to a heat processing plant. exchanger 23 and reservoir 19 form one unit and continue to contain the DC connection 25 , microcontroller 20 and regulator element 22 are electrically connected to each other. The from the sensor 21 generated and from the microcontroller 20 processed control signals control both the pump 18 as well as the regulator element 22 such that the controlled optical element is brought into the desired shape, but on the other hand in the system constantly a lot of optical fluid 7 circulated. In this case, the heat energy absorbed in the controlled optical element is through the optical fluid 7 in the exchanger 23 guided, there the optical fluid 7 withdrawn and for further use at the terminals 24 provided. By means of the DC connections 25 Electrolytically, the refractive index of the optical fluid can be determined 7 be changed to fine tune the system.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
11
-
GrundflächeFloor space
-
22
-
Formvariable DeckflächeShape variable top surface
-
33
-
Anschlussconnection
-
44
-
Membranemembrane
-
55
-
Seitenteileside panels
-
66
-
Volumenvolume
-
77
-
Optische FlüssigkeitOptical fluid
-
88th
-
Anschlussconnection
-
99
-
Arbeitskammerworking chamber
-
1010
-
Arbeitskammerworking chamber
-
1111
-
Arbeitskammerworking chamber
-
1212
-
Arbeitskammerworking chamber
-
1313
-
Anschlussconnection
-
1414
-
Linselens
-
1515
-
Linselens
-
16 16
-
Linselens
-
1717
-
Spiegelanordnungmirror arrangement
-
1818
-
Pumpepump
-
1919
-
Vorratsbehälterreservoir
-
2020
-
Mikrocontrollermicrocontroller
-
2121
-
Sensorsensor
-
2222
-
Reglerelementregulator element
-
2323
-
Tauscherexchanger
-
2424
-
Anschlüsseconnections
-
2525
-
DC-AnschlussDC connection
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
DE 19605984 C1 [0001] DE 19605984 C1 [0001]
-
US 4514048 [0002] US 4514048 [0002]
-
DE 29823857 U1 [0003] DE 29823857 U1 [0003]
-
DE 10349467 A1 [0004] DE 10349467 A1 [0004]
-
DE 2004059172 A1 [0005] DE 2004059172 A1 [0005]
