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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102005005933 A1
Publication typeApplication
Application numberDE200510005933
Publication date17 Aug 2006
Filing date9 Feb 2005
Priority date9 Feb 2005
Also published asEP1846782A1, US7929218, US20080310031, WO2006084653A1
Publication number0510005933, 200510005933, DE 102005005933 A1, DE 102005005933A1, DE 2005/10005933 A1, DE-A1-102005005933, DE0510005933, DE102005005933 A1, DE102005005933A1, DE2005/10005933A1, DE200510005933
InventorsManfred Dr. Dick, Jürgen Kühnert, Thomas Dr. Mohr
ApplicantCarl Zeiss Meditec Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Variable Optik Variable optics translated from German
DE 102005005933 A1
Abstract  translated from German
Eine variable Optik zum steuerbaren Beeinflussen von mit der Optik wechselwirkender elektromagnetischer Strahlung, umfassend: A variable lens for controllably influencing of interacting with the look of electromagnetic radiation, comprising:
einen Behälter (1), a container (1),
ein in dem Behälter aufgenommenes dielektrisches erstes Fluid (9 1 ), a picked-up in the container dielectric first fluid (1 9),
ein in dem Behälter aufgenommenes dielektrisches zweites Fluid (9 2 ), wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid eine Phasengrenzfläche (11) ausgebildet ist und wobei eine Dielektrizitätszahl des ersten Fluids von einer Dielektrizitätszahl des zweiten Fluids verschieden ist, a picked-up in the second fluid container dielectric (9 2), wherein between the first and the second fluid is a phase boundary (11) is formed and wherein a dielectric constant of the first fluid from a dielectric constant of the second fluid being different,
wenigstens eine erste Elektrode (15), at least one first electrode (15),
wenigstens eine zweite Elektrode (17), welche relativ zu der ersten Elektrode derart angeordnet ist, daß eine zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angelegte elektrische Spannung ein elektrisches Feld erzeugt, welches die Phasengrenzfläche (11) durchsetzt. at least one second electrode (17) disposed relative to said first electrode so that a voltage applied between the first electrode and the second electrical voltage generates an electric field that passes through the phase boundary (11).
Claims(31)  translated from German
  1. Variable Optik zum steuerbaren Beeinflussen von mit der Optik wechselwirkender elektromagnetischer Strahlung, wobei die Optik umfaßt: einen Behälter, ein in dem Behälter aufgenommenes dielektrisches erstes Fluid, ein in dem Behälter aufgenommenes dielektrisches zweites Fluid, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid eine Phasengrenzfläche ausgebildet ist und wobei eine Dielektrizitätszahl des ersten Fluids von einer Dielektrizitätszahl des zweiten Fluids verschieden ist, wenigstens eine erste Elektrode, wenigstens eine zweite Elektrode, welche relativ zu der ersten Elektrode derart angeordnet ist, daß eine zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angelegte elektrische Spannung ein elektrisches Feld erzeugt, welches die Phasengrenzfläche durchsetzt. Variable optical system for controllably influencing of interacting with the optical electromagnetic radiation, wherein the optical system comprises: a container, a picked-up in the container dielectric first fluid, a picked-up in the container dielectric second fluid being formed between the first and the second fluid is a phase interface and wherein a dielectric constant of the first fluid from a dielectric constant of the second fluid is different, at least one first electrode, at least one second electrode which is disposed relative to the first electrode such that a voltage applied between the first electrode and the second electrical voltage a electric field is generated which passes through the phase interface.
  2. Variable Optik nach Anspruch 1, wobei für Variable optical system according to claim 1, wherein for Δε = 2·|ε1 – ε2|/(ε1 + ε2) Δε = 2 · | ε1 - ε2 | / (ε1 + ε2) gilt: Δε > 0,1, wobei ε1 die Dielektrizitätszahl des ersten Fluids repräsentiert, ε2 die Dielektrizitätszahl des zweiten Fluids repräsentiert, Δε einen relativen Unterschied zwischen den Dielektrizitätszahlen des ersten und des zweiten Fluids repräsentiert. where: Δε> 0.1, the dielectric constant ε1 of the first fluid represents the permittivity ε2 of the second fluid represents Δε represents a relative difference between the dielectric constants of the first and second fluid.
  3. Variable Optik nach Anspruch 2, wobei gilt: Δε > 0,3, insbesondere Δε > 0,5, bevorzugt Δε > 0,7, besonders bevorzugt Δε > 0,9. Variable optical system according to claim 2, wherein: Δε> 0.3, in particular Δε> 0.5, preferably Δε> 0.7, more preferably Δε> 0.9.
  4. Variable Optik zum steuerbaren Beeinflussen von mit der Optik wechselwirkender elektromagnetischer Strahlung, wobei die Optik umfaßt: einen Behälter, ein in dem Behälter aufgenommenes dielektrisches erstes Fluid, ein in dem Behälter aufgenommenes elektrisch leitfähiges zweites Fluid, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid eine Phasengrenzfläche ausgebildet ist, wenigstens eine erste Elektrode, wenigstens eine zweite Elektrode, welche relativ zu der ersten Elektrode derart angeordnet ist, daß eine zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angelegte elektrische Spannung ein elektrisches Feld erzeugt, welches das erste Fluid durchsetzt, wobei der Behälter einen ersten Wandbereich umfaßt, an dem die wenigstens eine erste Elektrode angeordnet ist, wobei die Phasengrenzfläche an einem von dem ersten Wandbereich verschiedenen zweiten Wandbereich anliegt, und wobei an sämtlichen Orten, wo die Phasengrenzfläche an dem zweiten Wandbereich anliegt, dieser sich unter einem Winkel von mehr als 40° bezüglich dem ersten Wandbereich erstreckt. Variable optical system for controllably influencing of interacting with the optical electromagnetic radiation, wherein the optical system comprises: a container, a picked-up in the container dielectric first fluid, a picked-up in the container electrically conductive second fluid, wherein between the first and the second fluid is a phase interface is formed, at least one first electrode, at least one second electrode which is disposed relative to the first electrode such that a voltage applied between the first and the second electrode electrical voltage generates an electric field that passes through the first fluid, the container comprising a the first wall portion comprises, on which the first electrode is disposed at least, wherein the phase boundary is present at a different from the first wall portion second wall portion, and wherein at all places where the phase boundary surface abuts the second wall portion, this at an angle of more 40 ° with respect to the first wall portion extends.
  5. Variable Optik zum steuerbaren Beeinflussen von mit der Optik wechselwirkender elektromagnetischer Strahlung, wobei die Optik umfaßt: einen Behälter, ein in dem Behälter aufgenommenes dielektrisches erstes Fluid, ein in dem Behälter aufgenommenes elektrisch leitfähiges zweites Fluid, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid eine Phasengrenzfläche ausgebildet ist, wenigstens eine erste Elektrode, wenigstens eine zweite Elektrode, welche relativ zu der ersten Elektrode derart angeordnet ist, daß eine zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angelegte elektrische Spannung ein elektrisches Feld erzeugt, welches das erste Fluid durchsetzt, wobei der Behälter wenigstens einen für die elektromagnetische Strahlung transparenten Wandbereich umfaßt, wobei die wenigstens eine erste Elektrode an dem transparenten Wandbereich angeordnet ist. Variable optical system for controllably influencing of interacting with the optical electromagnetic radiation, wherein the optical system comprises: a container, a picked-up in the container dielectric first fluid, a picked-up in the container electrically conductive second fluid, wherein between the first and the second fluid is a phase interface is formed, at least one first electrode, at least one second electrode which is disposed relative to the first electrode such that a voltage applied between the first and the second electrode electrical voltage generates an electric field that passes through the first fluid, the container at least a transparent wall portion for the electromagnetic radiation, said first electrode to the transparent wall portion is at least arranged.
  6. Variable Optik nach Anspruch 5, wobei die Phasengrenzfläche an einem von dem ersten Wandbereich verschiedenen zweiten Wandbereich anliegt. Variable optical system according to claim 5, wherein the phase boundary is present at a different from the first wall portion second wall portion.
  7. Variable Optik zum steuerbaren Beeinflussen von mit der Optik wechselwirkender elektromagnetischer Strahlung, wobei die Optik umfaßt: einen Behälter, ein in dem Behälter aufgenommenes dielektrisches erstes Fluid, ein in dem Behälter aufgenommenes reflektives, insbesondere metallisches zweites Fluid, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid eine Phasengrenzfläche ausgebildet ist, wenigstens eine erste Elektrode, wenigstens eine zweite Elektrode, welche relativ zu der ersten Elektrode derart angeordnet ist, daß eine zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angelegte elektrische Spannung ein elektrisches Feld erzeugt, welches das erste Fluid durchsetzt. Variable optical system for controllably influencing of interacting with the optical electromagnetic radiation, wherein the optical system comprises: a container, a picked-up in the container dielectric first fluid, a picked-up in the container reflective particles, especially metallic second fluid, wherein between the first and the second fluid a phase boundary surface is formed at least one first electrode, at least one second electrode which is disposed relative to the first electrode such that a voltage applied between the first and the second electrode electrical voltage generates an electric field that passes through the first fluid.
  8. Variable Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei für Variable optical system according to one of claims 1 to 7, wherein for Δn = 2·|n1 – n2|/(n1 + n2) .DELTA.n = 2 · | n1 - n2 | / (n1 + n2) gilt: Δn > 0,01, wobei n1 die Brechzahl des ersten Fluids repräsentiert, n2 die Brechzahl des zweiten Fluids repräsentiert, Δn einen relativen Unterschied zwischen den Brechzahlen des ersten und des zweiten Fluids repräsentiert. applies: .DELTA.n> 0.01, where n1 is the refractive index of the first fluid represents the refractive index n2 of the second fluid represents .DELTA.n represents a relative difference between the refractive indices of the first and the second fluid.
  9. Variable Optik nach Anspruch 8, wobei gilt: Δn > 0,03, insbesondere Δn > 0,06, insbesondere Δn > 0,1. Variable optical system according to claim 8, wherein: .DELTA.n> 0.03, in particular .DELTA.n> 0.06, in particular .DELTA.n> 0.1.
  10. Variable Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die wenigstens eine erste Elektrode für die elektromagnetische Strahlung transparent ist. Variable optical system according to one of claims 1 to 9, wherein a first electrode for the electromagnetic radiation is at least transparent.
  11. Variable Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Fluid oder/und das zweite Fluid eine Flüssigkeit ist. Variable optical system according to any one of claims 1 to 10, wherein the first fluid and / or the second fluid is a liquid.
  12. Variable Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei für Variable optical system according to one of claims 1 to 11, wherein for Δd = 2·|d1 – d2|/(d1 + d2) .DELTA.d = 2 · | d1 - d2 | / (d1 + d2) gilt: Δd < 0,1, wobei Δd einen relativen Dichteunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid repräsentiert, d1 eine Dichte des ersten Fluids repräsentiert und d2 eine Dichte des zweiten Fluids repräsentiert. applies: .DELTA.d <0.1, wherein .DELTA.d a relative difference in density between the first and second fluid represents, d1 represents a density of the first fluid, and d2 represents a density of the second fluid.
  13. Variable Optik nach Anspruch 12, wobei gilt: Δd < 0,03, insbesondere Δd < 0,01, insbesondere Δd < 0,003. Variable optical system according to claim 12, wherein: .DELTA.d <0.03, in particular .DELTA.d <0.01, in particular .DELTA.d <0.003.
  14. Variable Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode an einander gegenüberliegenden Seiten des Behälters angeordnet sind. Variable optical system according to any one of claims 1 to 13, wherein the first electrode and the second electrode are arranged on opposite sides of the container.
  15. Variable Optik einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Phasengrenzfläche zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Variable optical system in any one of claims 1 to 14, wherein the phase boundary between the first electrode and the second electrode is arranged.
  16. Variable Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine Innenwand des Behälters einen ersten Oberflächenbereich aufweist, welcher für das erste Fluid eine größere Adhäsion aufweist als für das zweite Fluid, und wobei die Innenwand des Behälters einen zweiten Oberflächenbereich aufweist, welcher für das erste Fluid eine kleinere Adhäsion aufweist als für das zweite Fluid. Variable optical system according to any one of claims 1 to 15, wherein an inner wall of the container has a first surface area which has a greater adhesion for the first fluid than for the second fluid, and wherein the inner wall of the container has a second surface area which first for the fluid having a lower adhesion than the second fluid.
  17. Variable Optik nach Anspruch 16, wobei der erste Oberflächenbereich und der zweite Oberflächenbereich aneinander angrenzen, und die Phasengrenzfläche an wenigstens einem Teil einer Grenzlinie zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenbereich anliegt. Variable optical system according to claim 16, wherein the first surface area and second surface area adjacent to each other, and the phase boundary surface on at least part of a boundary line between the first and the second surface area is present.
  18. Variable Optik nach Anspruch 17, wobei die Grenzlinie ringförmig geschlossen ist und die Phasengrenzfläche an der Grenzlinie über deren ganzen Umfang anliegt. Variable optical system according to claim 17, wherein the boundary line is annularly closed and abuts the phase boundary surface to the boundary line on all the periphery thereof.
  19. Variable Optik nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Behälter eine erste Wand, eine der ersten Wand gegenüber liegende zweite Wand und einer zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand such erstreckende Umfangswand umfaßt, und wobei der erste Oberflächenbereich an der ersten Wand bereitgestellt ist und der zweite Oberflächenbereich an der Umfangswand bereitgestellt. Variable optical system according to one of claims 16 to 18, wherein the container comprises a first wall, one of the first wall opposite the second wall and a search between the first wall and the second wall extending peripheral wall, and wherein the first surface area on the first wall provided and the second surface area provided on the peripheral wall.
  20. Variable Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die erste Elektrode eine Mehrzahl von Teilelektroden umfaßt, welche durch isolierende Zwischenräume voneinander separiert sind. Variable optical system according to any one of claims 1 to 19, wherein the first electrode comprises a plurality of sub-electrodes which are separated from one another by insulating spaces.
  21. Variable Optik nach Anspruch 20, ferner umfassend wenigstens eine Spannungsquelle zum Einstellen von elektrischen Potentialen der Mehrzahl von Teilelektroden. Variable optical system according to claim 20, further comprising at least one voltage source for setting the electrical potentials of the plurality of partial electrodes.
  22. Variable Optik nach Anspruch 21, wobei die Spannungsquelle ein Widerstandnetzwerk umfaßt. Variable optical system according to claim 21, wherein the voltage source comprises a resistor network.
  23. Variable Optik nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der Behälter einen ersten Wandbereich, einen dem ersten Wandbereich gegenüber liegenden zweiten Wandbereich und einen zwischen dem ersten Wandbereich und dem zweiten Wandbereich sich erstreckenden Umfangswandbereich umfaßt, und wobei die erste Elektrode an dem ersten Wandbereich bereitgestellt ist und die zweite Elektrode an dem zweiten Wandbereich bereitgestellt ist. Variable optical system according to one of claims 20 to 22, wherein the container comprises a first wall area, provided a the first wall portion opposite the second wall portion and a comprises extending circumferential wall portion between the first wall portion and the second wall portion, and wherein the first electrode to the first wall portion and the second electrode is provided on the second wall portion.
  24. Variable Optik nach Anspruch 23, wobei an dem Umfangswandbereich eine dritte Elektrode bereitgestellt ist. Variable optical system according to claim 23, wherein at the circumferential wall portion of a third electrode is provided.
  25. Variable Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei der Behälter wenigstens einen für die elektromagnetische Strahlung transparenten Wandbereich umfaßt. Variable optical system according to any one of claims 1 to 24, wherein the container comprises at least one transparent wall region for the electromagnetic radiation.
  26. Variable Optik nach Anspruch 25, wobei der Behälter wenigstens einen ersten und einen zweiten für die elektromagnetische Strahlung transparenten Wandbereich umfaßt, und wobei die Phasengrenzfläche zwischen dem ersten für die Strahlung transparenten Wandbereich und dem zweiten für die Strahlung transparenten Wandbereich angeordnet ist. Variable optical system according to claim 25, wherein the container at least a first and a second transparent for the electromagnetic radiation wall portion, and wherein the phase boundary surface between the first transparent to the radiation wall portion and the second transparent for the radiation wall portion is arranged.
  27. Variable Optik nach Anspruch 26, wobei die mit der Optik wechselwirkende elektromagnetische Strahlung den ersten und den zweiten Wandbereich und die Phasengrenzfläche durchsetzt. Variable optical system according to claim 26, wherein the interacting with the optical electromagnetic radiation passes through the first and the second wall portion and the phase interface.
  28. Variable Optik nach Anspruch 25, wobei der Behälter wenigstens einen ersten und einen zweiten für die elektromagnetische Strahlung transparenten Wandbereich umfaßt, welche auf einer gleichen Seite der Phasengrenzfläche angeordnet sind. Variable optical system according to claim 25, wherein the container at least a first and a second transparent for the electromagnetic radiation wall portion comprises, which are arranged on a same side of the phase interface.
  29. Variable Optik nach Anspruch 28, wobei die mit der Optik wechselwirkende elektromagnetische Strahlung den ersten und den zweiten Wandbereich durchsetzt und von der Phasengrenzfläche reflektiert wird. Variable optical system according to claim 28, wherein the interacting with the optical electromagnetic radiation to the first and the second wall portion passes through and is reflected from the phase interface.
  30. Variable Optik nach Anspruch 25, wobei die mit der Optik wechselwirkende elektromagnetische Strahlung den wenigstens einen transparenten Wandbereich durchsetzt, von der Phasengrenzfläche reflektiert wird und dann den wenigstens einen transparenten Wandbereich erneut durchsetzt. Variable optical system according to claim 25, wherein the interacting with the optical electromagnetic radiation passes through the at least one transparent wall portion, is reflected from the phase boundary, and then passes through the at least one transparent wall region again.
  31. Variable Optik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite transparente Wandbereich ein transparentes Elektrodenarray besitzt, mit dem es gelingt, die ebene oder quasisphärische Oberfläche der variablen Optik mikrostrukturiert auszuformen. Variable optical system according to any of the preceding claims, characterized in that the first and / or second transparent wall region having a transparent electrode array, with which it is possible, the planar or quasi-spherical surface of the variable lens auszuformen microstructured.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Optik, und insbesondere eine Optik, deren Wechselwirkungseigenschaften mit elektromagnetischer Strahlung (zum Beispiel Licht inklusive IR- und/oder UV-Licht) elektrisch beeinflußbar sind. The present invention relates to a variable lens, and particularly to an optical system whose properties of interaction with electromagnetic radiation (such as light, including IR and / or UV light) are electrically influenced. Die Erfindung betrifft besonders eine variable Optik zum steuerbaren Beeinflussen der mit der Optik wechselwirkenden Strahlung. The invention particularly relates to a variable lens for controllably influencing the interacting with the optic radiation.
  • [0002] [0002]
    Aus der abbildenden Optik ist bekannt, daß die monochromatische Bildqualität durch Aberrationen höherer Ordnung negativ beeinflußt wird. From the imaging optics is known that the monochromatic image quality is negatively affected by higher order aberrations. Um diese zu beseitigen oder zu unterdrücken ist die Herstellung asphärischer Linsen oder Reflexionsoptiken bekannt geworden. In order to eliminate or suppress these became known manufacturing aspherical lenses or reflective optics. Mit monolithischen Phasenplatten kann man ebenfalls fixe Aberrationen kompensieren, um die Abbildungsgüte zu verbessern. With monolithic phase plates can also compensate fixed aberrations to improve the image quality.
  • [0003] [0003]
    Es sind variable Optiken bekannt, deren Variabilität auf einer Abstandsänderung zwischen zwei optischen Elementen beruht, solche, bei denen die Variabilität auf einer Änderung eines Brechungsindex beruht, und solche, bei denen die Variabilität auf einer Änderung einer Flächenkrümmung beruht. There are known optics variable whose variability is due to a change in distance between two optical elements, those in which the variability due to a change of a refractive index, and those in which the variability due to a change in the surface curvature. Unter den letzteren sind in neuerer Zeit besonders solche auf den Markt gelangt, bei denen die Änderung der Flächenkrümmung dadurch erreicht wird, daß der Kontaktwinkel einer Flüssigkeit zu einer Oberfläche durch Anlegen einer elektrischen Spannung beeinflußt wird. Among the latter are in particular those recently entered the market, in which the change of the surface curvature is achieved in that the contact angle of a liquid to a surface is influenced by applying an electrical voltage. Eine solche Vorrichtung wird in der übersetzten europäischen Patentschrift Such a device is in the translated European Patent DE 698 04 119 T2 DE 698 04 119 T2 beschrieben, deren Offenbarung hiermit durch Inbezugnahme vollumfänglich einbezogen ist. the disclosure of which is hereby fully incorporated by reference.
  • [0004] [0004]
    Bei bekannten variablen Optiken ist man lediglich in der Lage die dioptrische Brechkraft in großen Bereichen variabel nachzustellen (höhere Aberrationen können gemäß Stand der Technik momentan nur mit kleinen Amplituden < 10 μm zum Beispiel mit adaptiven Spiegeln oder adaptiven Flüssigkristalloptiken dynamisch korrigiert werden). In known variable optics is only one variable recreate able the dioptric power in large areas (higher aberrations of the prior art currently only be corrected with small amplitudes <10 microns, for example with adaptive mirrors or adaptive liquid crystal lenses dynamic). Die gleichzeitige Korrektur der dioptrischen Brechkraft im Bereich bis 20 D und beliebiger höherer Aberrationen mit einem optischen Element ist bisher nicht bekannt. The simultaneous correction of the dioptric power in the range up to 20 D and any higher aberrations with an optical element is not yet known.
  • [0005] [0005]
    Es hat sich herausgestellt, daß die bekannten Vorrichtungen solcher Art in zweierlei Hinsicht unzureichend sind: Einerseits erlauben sie lediglich die Beeinflussung der dioptrischen Brechkraft, was für viele Anwendungen nicht ausreicht; It has been found that the known devices of this kind are inadequate in two respects: On the one hand they allow only the influence of the dioptric power, which is not sufficient for many applications; andererseits genügt die Qualität der optischen Wirkung einer solchen Anordnung vielen Anforderungen nicht. On the other hand, the quality of the optical effect of such an arrangement does not meet many requirements.
  • [0006] [0006]
    Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Optik bereitzustellen, die vielfältiger oder/und genauer steuerbar ist. It is therefore an object of the present invention to provide a variable lens, the more diverse and / or is precisely controlled.
  • [0007] [0007]
    Dazu schlägt die Erfindung eine variable, insbesondere membranlose Optik gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor. To this end, the invention proposes a variable, in particular diaphragm-free optics according to the independent claims.
  • [0008] [0008]
    Intrinsische Ursache für die unzureichende Funktion bekannter variabler Optiken sind vor allem schwerkraft- und temperaturabhängige Einflüsse. Intrinsic reason for the inadequate function of known variable lenses are especially gravity-and temperature-dependent influences.
  • [0009] [0009]
    Fehler in der Form der Grenzfläche, die Schwerkraft und temperaturabhängig sind, lassen sich erfindungsgemäß durch eine Korrektur ausgleichen, indem ein bestimmtes Korrektur – Potential – Profil an die einzelnen Elektroden angelegt wird. Error in the shape of the interface, gravity and are temperature-dependent, can be inventively compensated by a correction by a specific correction - potential - is created profile to the individual electrodes. Das Korrekturprofil läßt sich dabei individuell und dynamisch einstellen. The correction profile can be adjusted individually and dynamically here. Mehrere Korrekturprofile können abgespeichert und einer bestimmten Applikation zugeordnet werden. Several correction profiles can be stored and assigned to a specific application.
  • [0010] [0010]
    Unter einem ersten Aspekt weist eine erfindungsgemäße variable Optik einen Behälter mit zwei darin aufgenommenen dielektrischen Fluiden auf, zwischen denen sich eine Phasengrenzfläche ausbildet. In a first aspect, an inventive variable lens has a container with two dielectric fluids contained therein, between which forms a phase boundary. Ferner weist die Optik wenigstens zwei Elektroden zum Anlegen einer Spannung daran auf, so daß ein elektrischen Feld aufgebaut wird, das die Phasengrenzfläche durchsetzt. Further, the lens has at least two electrodes for applying a voltage to them, so that an electric field is set up which passes through the phase interface.
  • [0011] [0011]
    Durch eine Lageveränderung der Grenzfläche auf Grund der eingestellten Spannung verändern sich in gezielter Weise die Eigenschaften der Optik. By changing the position of the interface due to the set voltage change in a specific manner the properties of the lens. Je nach der Geometrie des Behälters oder/und der Elektroden wird dadurch eine Asphärizität der Grenzfläche bereitgestellt oder eine bestehende Asphärizität reduziert oder beseitigt. Depending on the geometry of the container and / or the electrodes, an asphericity of the interface is provided by or to reduce or eliminate an existing asphericity.
  • [0012] [0012]
    Unter einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält der Behälter ein leitfähiges und ein dielektrisches Fluid, die zwischen sich eine Phasengrenzfläche ausbilden, die den Behälter entlang eines Wandbereichs berührt. According to a second aspect of the invention, the container containing a conductive and dielectric fluid that embody therebetween a phase boundary, which touches the container along a wall area. Ferner weist die Optik wenigstens zwei Elektroden zum Anlegen einer Spannung daran auf, von denen eine Elektrode in einem anderen, zu dem genannten Wandbereich gewinkelt angeordneten Wandbereich angeordnet ist. Further, the lens has at least two electrodes for applying a voltage on it, of which one electrode is arranged in another, to the said wall portion arranged angled wall portion.
  • [0013] [0013]
    Unter einem dritten Aspekt der Erfindung enthält der Behälter ein leitfähiges und ein dielektrisches Fluid, die zwischen sich eine Phasengrenzfläche ausbilden. According to a third aspect of the invention, the container containing a conductive fluid and a dielectric, which form a phase boundary between them. Ferner weist die Optik wenigstens zwei Elektroden zum Anlegen einer Spannung daran auf, von denen eine Elektrode in einem transparenten Wandbereich angeordnet ist. Further, the lens has at least two electrodes for applying a voltage on it, one of which electrode is disposed in a transparent wall portion.
  • [0014] [0014]
    Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eines der Fluide reflektiv, insbesondere eine metallische Flüssigkeit. In a further aspect of the invention, one of the fluids is reflective, in particular a metallic liquid.
  • [0015] [0015]
    Die Funktionsweise der Erfindung kann so erklärt werden, daß sich durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden in dem dielektrischen Fluid ein inhomogenes elektrisches Feld ausbildet, das eine Kraft auf dieses Fluid ausübt. The operation of the invention can be explained that forms an inhomogeneous electric field by applying a voltage to the electrodes in the dielectric fluid that exerts a force on this fluid. Die Grenzfläche verändert daraufhin ihre Lage so, daß die auf das Fluid ausgeübte Kraft durch eine durch die Oberflächenspannung der Grenzfläche bereitgestellte Gegenkraft kompensiert wird. The boundary surface then changes its position so that the force exerted on the fluid force is compensated by a provided by the surface tension of the interfacial reaction force.
  • [0016] [0016]
    Um zum Beispiel Beschleunigungs- und Lageeinflüsse zu verringern, können als Fluide Flüssigkeiten mit ähnlicher oder gleicher Dichte vorgesehen sein. In order to reduce, for example, acceleration and position effects can be provided as liquids fluids having similar or the same density.
  • [0017] [0017]
    Einander gegenüberliegende Wandbereiche des Behälters können transparente Bereiche aufweisen, durch die ein Strahlengang geführt werden kann. Opposed wall portions of the container may comprise transparent regions through which a beam can be performed. Dieser Strahlengang kann die Grenzfläche durchsetzen und/oder an ihr reflektiert werden, wobei die (Haupt-)Krümmungen der Grenzfläche durch die angelegten Spannungen beeinflußbar sind. This beam path can pass through the interface and / or reflected in it, where the (main) curvatures of the interface can be influenced by the applied voltages.
  • [0018] [0018]
    Der Strahlengang kann aber auch durch das eine Fluid begrenzt sein, indem dieses Fluid teilweise oder weitgehend intransparent ist. The beam path can also be limited by the fluid by this fluid is partially or largely transparent. In diesem Fall steht das andere, transparente Fluid mit den einander gegenüberliegenden Wandbereichen des Behälters in Kontakt, wobei das intransparente Fluid wenigstens einen der Kontaktbereiche umgibt. In this case is the other, transparent fluid with the opposed wall portions of the container in contact with the non-transparent fluid surrounding at least one of the contact regions. Die Strahlbegrenzung wird dabei hinsichtlich Form oder/und Größe durch eine an die Elektroden angelegte Spannung beeinflußt. The beam limiting is affected thereby with respect to shape and / or size by an applied voltage to the electrodes.
  • [0019] [0019]
    In ähnlicher Weise können die beiden Fluide unterschiedliche spektrale Transmissionen aufweisen. Similarly, the two fluids can have different spectral transmittances. In einem solchen Fall weist das zentrale Strahlenbündel, das nur eines der Fluide durchsetzt, bei Austritt aus dem Behälter eine andere Spektralverteilung auf als ein zirkumferentiales oder peripheres Strahlenbündel, das beide Fluide durchsetzt. In such a case, the central beam which passes through only one of the fluids, at the outlet from the container to a different spectral distribution as a zirkumferentiales or peripheral beam which passes through both fluids. Letzteres hat also eine andere Farbe als das zentrale Strahlenbündel, und ist hinsichtlich seines Anteils an der Durchtrittsfläche durch die angelegte Spannung steuerbar. The latter thus has a different color than the central beam and is controllable with respect to its interest in the passage area by the applied voltage.
  • [0020] [0020]
    Insoweit die Grenzfläche reflektiv ist, kann ein durch eine Umfangswand des Behälters einfallender Lichtstrahl nach (Total-)Reflektion an der Grenzfläche durch einen gegenüberliegenden Teil der Umfangswand wieder austreten. In that regard, the interface is reflective, an incident through a peripheral wall of the container beam according to (total) reflection on the interface by an opposite part of the circumferential wall can again escape. Hierbei wird der Ort oder/und der Winkel des Lichtaustritts durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden beeinflußt. Here, the place and / or the angle of the light emergence is affected by applying a voltage to the electrodes.
  • [0021] [0021]
    Der Behälter kann in einem parallelen Strahlengang angeordnet sein, wobei ein von einer Lichtquelle ausgehender divergenter Lichtstrahl durch eine Kollimatoroptik kollimiert wird. The container can be arranged in a parallel beam, with an outgoing from a light source divergent light beam is collimated by a collimating optics. In einem Abstand von der Grenzfläche, der der reziproken Brechkraft der Grenzfläche entspricht, resultiert dabei eine durch die an die Elektroden angelegte Spannung beeinflußbare Intensitätsverteilung des die Kammer durchsetzenden Lichts. At a distance from the interface that corresponds to the reciprocal power of the interface, thereby results in a influenced by the applied voltage to the electrodes intensity distribution of the light passing through the chamber.
  • [0022] [0022]
    Der Behälter kann auch zwischen einem Spalt, durch den zu analysierende Strahlung hindurchtritt, und einem für diese Strahlung empfindlichen Detektor angeordnet sein. The container may also be arranged between a gap, passes through the radiation to be analyzed, and a radiation detector sensitive for this. In Folge der wellenlängenabhängigen Lichtbrechung an der Grenzfläche wird der von dem Detektor registrierte Spektralbereich der zu analysierenden Strahlung variiert. In consequence of the wavelength dependent refraction of light at the interface of the registered by the detector spectral range of the radiation to be analyzed is varied.
  • [0023] [0023]
    Der Behälter kann auch in einem kollimierten Strahlengang in der Weise angeordnet sein, daß ein den Behälter durchsetzender Lichtstrahl von der Grenzfläche in eine durch das Anlegen einer Spannung an die Elektroden wählbaren Richtung geführt wird. The container may also be arranged in a collimated beam path in such a manner that the container through a light beam translated from the boundary surface is guided in a selectable by the application of a voltage to the electrode direction.
  • [0024] [0024]
    Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und den folgenden Beispielen an Hand der Figuren beschrieben. Further advantageous embodiments and aspects of the invention are described in the dependent claims and the following examples, with reference to FIGS. Hierbei zeigt It is shown
  • [0025] [0025]
    1 1 eine erfindungsgemäße variable Optik mit zwei Dielektrika, an inventive variable lens with two dielectrics,
  • [0026] [0026]
    2 2 eine erfindungsgemäße variable Optik mit zwei Dielektrika und Elektroden im Deckel- und Bodenbereich, an inventive variable lens with two dielectric and electrode in the top and bottom area,
  • [0027] [0027]
    3 3 eine variable Optik gemäß der ersten Ausführungsform mit zwei Dielektrika und einer Elektrode an der Umfangswand, a variable lens according to the first embodiment with two dielectrics and an electrode on the peripheral wall,
  • [0028] [0028]
    4 4 eine variable Optik gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einer leitfähigen Flüssigkeit und Elektroden im Deckel- und im Bodenbereich, a variable lens according to a second embodiment with a conductive liquid and electrodes in the top and the bottom area,
  • [0029] [0029]
    5 5 eine variable Optik mit einer direkt kontaktierten metallischen Flüssigkeit und einer Elektrode im Deckelbereich, a variable lens with a directly contacted metallic liquid and an electrode in the cover region,
  • [0030] [0030]
    6 6 eine weitere variable Optik mit einer total reflektierenden Grenzfläche, another variable lens with a totally reflecting interface,
  • [0031] [0031]
    7 7 eine variable Optik gemäß der dritten Ausführungsform mit einer direkt kontaktierten leitfähigen Flüssigkeit und einer Elektrode im Deckelbereich, a variable lens according to the third embodiment with a directly contacted conductive liquid and an electrode in the cover region,
  • [0032] [0032]
    8 8 eine andere variable Optik gemäß der dritten Ausführungsform mit einer direkt kontaktierten leit fähigen Flüssigkeit und einer Elektrode an der Umfangswand, another variable lens according to the third embodiment with a directly contacted leit-performance liquid and an electrode on the peripheral wall,
  • [0033] [0033]
    9 9 eine erfindungsgemäße variable Optik mit einer zusätzlichen Elektrode zur Einstellung eines Randwinkels, an inventive variable lens with an additional electrode for setting a contact angle,
  • [0034] [0034]
    10 10 eine erfindungsgemäße variable Optik mit einer Mehrzahl von Elektroden zur Einstellung eines spektral unterschiedlichen Ablenkwinkels, an inventive variable lens with a plurality of electrodes for setting a spectrally different angle of deflection;
  • [0035] [0035]
    11 11 eine erfindungsgemäße variable Optik mit einer Mehrzahl von Elektroden zur Bereitstellung eines einstellbaren Ablenkwinkels, an inventive variable lens with a plurality of electrodes for providing an adjustable angle of deflection;
  • [0036] [0036]
    12 12 eine erfindungsgemäße variable Optik mit unterschiedlich transparenten Fluiden zur Bereitstellung einer einstellbaren Blende, an inventive variable lens with different transparent fluids to provide an adjustable diaphragm,
  • [0037] [0037]
    13 13 eine erfindungsgemäße variable Optik mit unterschiedlich farbigen Fluiden zur Bereitstellung eines einstellbaren Farbfilters, an inventive variable lens with different colored fluids to provide an adjustable color filter,
  • [0038] [0038]
    14 14 eine beispielhafte Anordnung einer Mehrzahl von individuell ansteuerbaren Elektroden, und an exemplary arrangement of a plurality of individually addressable electrodes, and
  • [0039] [0039]
    15 15 einen Ausschnitt einer beispielhaften Elektrodenanordnung in einer variablen Optik gemäß der Erfindung zur Bereitstellung eines Linsenarrays. a section of an exemplary electrode assembly in a variable lens in accordance with the invention to provide a lens array.
  • [0040] [0040]
    In der In the 1 1 ist eine variable Optik dargestellt, bei der eine Kammer is a variable lens shown in which a chamber 1 1 einen Bodenbereich a bottom portion 3 3 , einen Randbereich , An edge region 5 5 und einen Deckelbereich and a lid portion 7 7 aufweist. has. Die Kammer The board 1 1 enthält zwei dielektrische Fluide contains two dielectric fluids 9 1 9 1 und and 9 2 9 2 , mit Dichten d 1 bzw. With densities d 1 and d 2 , Dielektrizitätszahlen ε 1 bzw. d 2, dielectric constant ε 1 and ε 2 und Brechungsindizes n 1 bzw. ε 2 and refractive indices n 1 and n 2 . n. 2 Die beiden Fluide bilden wegen ihrer begrenzten Misch barkeit eine (Phasen-) Grenzfläche The two fluids form due to their limited availability mixing a (phase) interface 11 11 zwischen sich aus. between off. Dabei können beide Fluide im jeweils anderen Fluid in geringem Maße löslich sein. Both fluids each other fluid may be soluble to a small extent. Die Grenzfläche The interface 11 11 wird durch einen Umfangsbereich is a peripheral region 13 13 begrenzt, der Teil der Kammer limited, the part of the chamber 1 1 ist. is. Außerdem weisen die beiden Fluide In addition, the two fluids 9 1 9 1 und and 9 2 9 2 Adhäsionen zu dem Oberflächenmaterial des Umfangsbereichs Adhesions to the surface material of the peripheral region 13 13 sowie Kohäsionen auf, aus welchen ein Randwinkel α 0 zwischen der Oberfläche des Umfangsbereichs cohesions, as well as on, from which a contact angle α 0 between the surface of the peripheral portion 13 13 und der Grenzfläche and the interface 11 11 resultiert. results.
  • [0041] [0041]
    Ferner weist die Kammer Furthermore, the chamber 1 1 Elektroden Electrodes 15 15 , . 17 17 auf, die in diesem Beispiel an dem Deckelbereich , which in this example, on the cover area 7 7 und dem Bodenbereich and the bottom portion 3 3 angeordnet sind. are arranged. In diesem Beispiel ist die Kammer In this example, the chamber 1 1 zylindrisch, die Elektrode cylindrical, the electrode 15 15 besteht aus mehreren konzentrischen, ringförmigen Einzelelektroden, und die Elektrode consists of a plurality of concentric annular individual electrodes, and the electrode 17 17 ist transparent und bedeckt den Boden is transparent and covers the ground 3 3 . , Zusätzlich ist eine um die Kammer herum angeordnete Steuerelektrode In addition, one disposed around the chamber control electrode 18 18 vorgesehen. provided. Die Kammer kann alternativ auch quaderförmig sein, oder/und die Elektroden können jeweils streifenförmig oder polygonal sein. The chamber can alternatively also be cuboid, or / and the electrodes can each be strip-shaped or polygonal. Es können auch jeweils mehrere Elektroden vorgesehen sein. It can also be provided in each case a plurality of electrodes. Ferner können die Elektroden, sofern an einem von einem Lichtstrahl (siehe unten) durchsetzten Teil der Kammerwand angeordnet und deshalb transparent, zum Beispiel aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) gefertigt sein. Furthermore, the electrodes provided disposed at one of a light beam (see below) penetrated part of the chamber wall and are therefore transparent, for example made of indium-tin-oxide (ITO) may be generated.
  • [0042] [0042]
    Bevorzugte ITO-Schichten haben, je nach gewünschtem Widerstand, eine Dicke von etwa 15 bis 310 nm und sind bevorzugt von der Unterlage, also vom Deckel, durch eine SiO 2 -Schicht von 20 bis 70 nm Dicke getrennt. Preferred ITO layers, depending on the desired resistance, a thickness of about 15 to 310 nm and are preferably from the base, that is from the lid, by an SiO 2 layer of 20 to 70 nm thick separated. Solche Schichten haben einen Transmissionsgrad von mehr als 80%. Such layers have a transmittance of more than 80%. Es ist bevorzugt, wenn benachbarte transparente Elektroden durch einen Bereich eines ebenfalls transparenten, aber isolierenden Materials getrennt sind, das vorzugsweise einen gleichen oder ähnlichen Brechungsindex wie das Elektrodenmaterial aufweist, um Laufzeitunterschiede zu reduzieren. It is preferred that adjacent transparent electrodes are separated by an area of a likewise transparent, but the insulating material, which preferably has an identical or similar refractive index as the electrode material in order to reduce delay time differences. Um verzer rende Einflüsse der Elektrodenzuleitungen zu reduzieren, kann ferner eine gitterförmige Masseelektrode zwischen dem oberen Abdeckglas und den Steuerelektroden angeordnet sein, so daß die Feldlinien lokal in den Gitteröffnungen gebündelt sind. In order to reduce influences of the electrode leads verzer Rende, further comprising a lattice-like ground electrode between the upper cover glass and the control electrodes may be disposed so that the field lines are locally bundled in grid openings.
  • [0043] [0043]
    Die Elektroden sind an von einem Steuercomputer regelbare Spannungsquellen The electrodes are connected to a control computer of controllable voltage sources 19 19 angeschlossen, so daß sich bei Anlegen einer Spannung in den dielektrischen Fluiden connected so that upon application of a voltage in the dielectric fluids 9 1 9 1 und and 9 2 9 2 jeweils ein elektrisches Feld aufbaut. each an electric field builds up. In Folge der Elektrodengeometrie oder/und der gekrümmten Grenzfläche zwischen Dielektrika mit verschiedenen Dielektrizitätszahlen ist das aufgebaute elektrische Feld inhomogen sowie unstetig an der Grenzfläche und bewirkt daher eine Kraft auf die Dielektrika und ihre Grenzfläche. As a result of electrode geometry or / and of the curved interface between dielectrics with different dielectric constants, the electric field is built up inhomogeneously and discontinuous at the interface and therefore causes a force on the dielectrics and their interface. Dadurch wird die Grenzfläche verformt, so daß auf Grund der Oberflächenspannung eine Gegenkraft auftritt. Characterized the interface is deformed, so that due to the surface tension of a counter-force occurs. Die Grenzfläche nimmt im Gleichgewicht eine solche Form an, daß Kraft und Gegenkraft einander kompensieren. The boundary surface in equilibrium assumes a shape such that force and counterforce compensate each other. Geeignete Dielektrika sind beispielsweise Wasser (ε ≈ 80,4) und ein Kohlenwasserstoffgemisch ähnlicher Dichte (ε ≈ 2,2). Suitable dielectrics include water (ε ≈ 80.4) and a mixture of hydrocarbons of similar density (ε ≈ 2.2).
  • [0044] [0044]
    Die Kammer The board 1 1 wirkt zusammen mit den in ihr enthaltenen Fluiden für ein den transparenten Deckel- interacts with the fluids contained in it for a transparent lid 5 5 und Bodenbereich and floor area 3 3 durchsetzendes Strahlbündel by releasing beam 2 2 wie eine Linse, deren Wirkung je nach dem Unterschied in den Brechungsindizes n 1 bzw. such as a lens, the effect depending on the difference in the refractive indices n 1 and n 2 sowie je nach der Grenzflächenkrümmung sammelnd oder zerstreuend ist. n 2, and in the interfacial curvature collecting or scattering. Im dargestellten Beispiel ist die Grenzfläche In the illustrated example, the interface 11 11 für ein von oben einfallendes Strahlbündel for a beam incident from above 2 2 konvex, und der Brechungsindex des zweiten Fluids ist höher als der des ersten Fluids, so daß eine sammelnde Wirkung eintritt. convex, and the refractive index of the second fluid is higher than that of the first fluid so that a collective effect. Wenn eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, verändert sich die Form der Grenzfläche, und die Sammelwirkung der Flüssigkeitslinse wird je nach Höhe der Spannung mehr oder weniger beeinflußt. When a voltage is applied to the electrodes, the shape of the interface is changed and the collection efficiency of the liquid lens is influenced more or less depending on the level of the voltage. Da der Randwinkel α in diesem Beispiel unbeeinflußt, und die Zylindersymmetrie der Anordnung gewahrt bleibt, besteht der spannungsabhängige Einfluß hauptsächlich in einer Abflachung oder Ausbeulung der Grenzfläche im mittleren Bereich (in Since the edge angle α unaffected in this example, and the cylindrical symmetry of the arrangement remains intact, the voltage-dependent effect is mainly in a flattening or bulging of the boundary surface in the center area (in 1 1 durch Pfeile angedeutet), begleitet von einer Verschiebung eines peripheren Bereichs der Grenzfläche in gegenläufiger Richtung, weil das Volumen der Fluide weitestgehend gleich bleibt (abgesehen von Elektrostriktion). indicated by arrows), accompanied by a displacement of a peripheral portion of the interface in the opposite direction, because the volume of fluids as far as possible remains equal (apart from electrostriction). Wenn die beiden Fluide praktisch dichtegleich sind (d 1 ≈ d 2 ), resultiert im spannungslosen Fall eine nahezu perfekt sphärische Grenzfläche (Minimalfläche), so daß eine angelegte Spannung eine bestimmte, radialsymmetrische Asphärizität bewirkt. If the two fluids have nearly the same density (d 1 d ≈ 2), resulting in a voltage is a nearly perfectly spherical boundary surface (minimum area) so that an applied voltage causes a certain radially symmetrical asphericity. Sind die Fluide nicht dichtegleich, so daß die Grenzfläche im spannungslosen Fall nicht sphärisch ist, kann die Asphärizität durch eine geeignete angelegte Spannung reduziert werden. The fluids are not the same density, so that the interface in dead case is not spherical, the asphericity can be reduced by a suitable voltage applied.
  • [0045] [0045]
    In einer Variante der oben beschriebenen Optik ist wenigstens eine der Elektroden, beispielsweise die an dem Deckelbereich angeordnete, nicht ring- oder kreisförmig, sondern aus einer Vielzahl von einander kreuzenden, jeweils im Wesentlichen linearen Elektroden gebildet. In a variant of the optics described above, at least one of the electrodes, for example, arranged on the cover area, not annular or circular, but of a plurality of intersecting, in each case substantially linear electrodes is formed. Eine beispielhafte Anordnung ist in An exemplary arrangement is shown in 14 14 dargestellt. shown. An die Elektroden sind jeweils individuell einstellbare Spannungen angelegt. The electrodes are individually adjustable voltages are applied. Durch geeignete, symmetrische Wahl der Spannungen resultiert eine annähernd torische Verzerrung der Grenzfläche, wobei die Orientierung der Hauptachsen durch das Spannungsverhältnis der einander kreuzenden Elektroden gegeben ist. By suitable choice of the symmetrical voltages results in an approximate toric distortion of the interface, wherein the orientation of the main axes is given by the voltages of the mutually crossing electrodes. Eine asymmetrische Spannungsverteilung resultiert in einer lateralen Verschiebung der Grenzfläche relativ zur Lage der optischen Achse im Nullfeldfall. An asymmetric stress distribution results in a lateral displacement of the interface relative to the position of the optical axis in zero field case. Wenn die Engstellen If the constrictions 83 83 der Elektroden the electrodes 41 41 einen hinreichend großen elektrischen Widerstand aufweisen, bewirkt eine an ihre beiden Enden have a sufficiently high electrical resistance, a potential at their two ends 43 43 , . 45 45 angelegte Potentialdifferenz einen Stromfluß durch die Elektroden applied potential difference a current flow through the electrodes 41 41 mit ihren flächigen und daher besser leitenden Teilstücken their two-dimensional and therefore better conducting sections 81 81 , und damit einen stufenförmigen Spannungsabfall entlang ihrer Längs erstreckung. And thus a stepped voltage drop along its length. Damit kann für jedes Teilstück Thus, for each section 81 81 der von einer solchen Elektrodenanordnung the of such an electrode arrangement 16 16 bedeckten Fläche ein elektrisches Potential weitgehend frei eingestellt werden. covered surface electric potential are largely freely adjusted. Wird durch eine solche Vielzahl von Elektroden ein Potentialmuster bereitgestellt, so wird dadurch die Grenzfläche in entsprechender Weise verformt. Is a potential pattern provided by such a plurality of electrodes, so a result, the boundary surface is deformed in a corresponding manner. Daraus resultiert im weiteren Verlauf des durchtretenden Lichtstrahls This results in the further course of the transmitted light beam 2 2 für jeden Querschnitt, abhängig vom Abstand von der Optik, ein im Wesentlichen frei formbares Intensitätsmuster. for each section, depending on the distance from the optic, a substantially free moldable intensity pattern.
  • [0046] [0046]
    Die Elektroden können andererseits auch konzentrisch, aber sektoriert angeordnet sein, so daß verschiedene Sektoren mit unterschiedlichen Spannungen angesteuert werden können. The electrodes may be on the other hand also concentrically, but sectored be arranged so that different sectors with different voltages can be controlled. Hierdurch wird die Grenzfläche seitlich verlagert, falls einander gegenüberliegende Sektoren gegenläufig angesteuert werden, oder zum Beispiel oval verzerrt. In this way the interface is displaced laterally, if opposing sectors are driven in opposite directions, or distorted, for example, oval.
  • [0047] [0047]
    Die Abstände benachbarter transparenter Strukturen liegen bevorzugt im Bereich 5 μm–100 μm, können aber auch ab 2 μm bzw. bis zu 400 μm betragen. The distances between adjacent transparent structures preferably in the range 5 .mu.m-100 .mu.m, but can also be from 2 microns and up to 400 microns. Die Gesamtzahl der Elektrodenstreifen beträgt wenigstens 10 bis 40, kann aber je nach Anwendung auch bis zu 1000 oder sogar 4000 betragen. The total number of electrode strips is at least 10 to 40, but may, depending on the application, up to 1000 or even 4000, respectively. Die Ansteuerung erfolgt beispielsweise digital, zum Beispiel mit ca. 1000 Stufen, wobei sowohl positive als auch negative Spannungs-Vorzeichen möglich sind. Activation is for instance digital, for example, with 1000 levels, with both positive and negative voltages are possible. Die Spannungswechsel erfolgen bevorzugt innerhalb weniger (zum Beispiel 3) Millisekunden. The voltage changes occur within preferably less (for example 3) milliseconds. Die erzeugte Feldstärke liegt lokal im Bereich bis zu 1000 V/m, bevorzugt bis zu 400 V/m; The field strength is generated locally in the region up to 1000 V / m, preferably up to 400 V / m; dabei treten Feldgradienten, also örtliche Variationen der Feldstärke, im Bereich bis zu etwa 10 kV/cm 2 , insbesondere bis zu etwa 10 kV/m 2 auf. In this case, contact field gradient, that is local variations in the field strength in the range up to about 10 kV / cm 2, in particular up to about 10 kV / m 2.
  • [0048] [0048]
    Die Anordnung der Elektrodenstrukturen kann rasterförmig oder, für den Ausgleich spezieller optische Fehler, kreis- oder ellipsenförmig sein. The arrangement of electrode structures can be grid-like or, for compensating special optical errors, circular or elliptical.
  • [0049] [0049]
    Für eine dauerhafte Aufprägung einer bestimmten Feldverteilung können die Elektroden durch separierte, bevorzugt transparente Ladungsinseln nach Art eines Flash-Speichers gebildet sein, die eine bestimmte Ladungsverteilung einmalig aufgeprägt bekommen und die diese Ladungsverteilung über längere Zeit beibehalten. For permanent application of a certain field distribution, the electrodes may be formed by separated, preferably transparent charging islands on the type of flash memory, which get imprinted a specific charge distribution once and retain this charge distribution over time.
  • [0050] [0050]
    In den im Folgenden dargestellten Varianten sind der Struktur oder/und Funktion nach entsprechende Komponenten mit gleichen Ziffern, aber zwecks Unterscheidung mit zusätzlichen Kleinbuchstaben bezeichnet. In the variants shown in the following, the structure and / or function according to corresponding components with the same digits, but in order to distinguish labeled with additional lowercase.
  • [0051] [0051]
    In der In the 2 2 ist eine Anordnung, dargestellt, bei der der Umfangsbereich An arrangement is shown in which the peripheral area 13a 13a einer der Elektroden one of the electrodes 17a 17a gegenüberliegt; opposite; der Spannungssteuerteil entspricht dabei dem in the voltage control part corresponds to the in 1 1 dargestellten. shown. Wegen der unterschiedlichen Dielektrizitätszahlen der beiden Fluide Due to the different dielectric constants of the two fluids 9a 1 9a 1 und and 9a 2 9a 2 ist die Feldstärke, und damit die Feldliniendichte einerseits, sowie die Feldlinienrichtung andererseits in den beiden Fluiden unterschiedlich, so daß wiederum eine Kraft auf die Grenzfläche is the field strength, and thus the field line density on the one hand, and the field line direction on the other hand in the two fluids are different, that in turn exerts a force on the interface 11a 11a zwischen den Fluiden between the fluids 9a 1 9a 1 und and 9a 2 9a 2 ausgeübt wird. is applied. Durch Wahl unterschiedlicher Potentiale an den Elektroden By selecting different potentials at the electrodes 15a 15a kann die Grenzfläche weitgehend frei geformt werden. the interface can be largely free-formed.
  • [0052] [0052]
    In der in In the in 3 3 dargestellten Anordnung ist eine ringförmige Elektrode arrangement shown is an annular electrode 17b 17b am Bodenbereich at the bottom portion 1b 1b angeordnet, während eine Gegenelektrode arranged as a counter electrode 15b 15b am Randbereich at the edge region 3b 3b angeordnet ist. is arranged. Im dargestellten Beispiel liegt der dem Umfangsbereich In the example shown is of the peripheral region 13b 13b benachbarte Grenzflächenrand in dem Randbereich adjacent boundary edge in the edge region 3b 3b der Gegenelektrode the counter electrode 15b 15b gegenüber. with respect to. Wiederum ist dies ein Bereich hoher Feldstärke (angedeutet durch gestrichelte Feldlinien), und wegen der gewinkelten Anordnung der Elektroden Again, this is an area of high field strength (indicated by dashed field lines), and because of the angled arrangement of the electrodes 15b 15b und and 17b 17b zueinander ist auch die Feldinhomogenität hoch. each other and the field inhomogeneity is high. In diesem Beispiel wird also die Form der Grenzfläche eben falls durch die an die Elektroden In this example, the shape of the interface just by appropriate to the electrodes 15b 15b und and 17b 17b angelegte Spannung beeinflußt. applied voltage influences.
  • [0053] [0053]
    In allen diesen Varianten und Ausführungsformen ist es bevorzugt, wenn das dichtere Fluid unten angeordnet ist, unabhängig davon, ob der Boden- oder der Deckelbereich unten angeordnet ist. In all these variants and embodiments, it is preferred if the denser fluid is arranged at the bottom, regardless of whether the bottom or the cover region is arranged below. Wenn der Dichteunterschied zwischen den Fluiden hinreichend klein ist, insbesondere der relative Dichteunterschied Δd = 2·|d 1 – d 2 |/(d 1 + d 2 ) kleiner als 0,1 ist, kann die variable Optik auch schräg zur Schwerkraftrichtung, oder mit dem nur geringfügig dichteren Fluid oben angeordnet sein. If the difference in density between the fluids is sufficiently small, in particular the relative density difference .DELTA.d = 2 · | d 1 - d 2 | / (d 1 + d 2) is less than 0.1, the variable lens also obliquely to the direction of gravity, or be with the only slightly denser fluid disposed above. Gleichbedeutend mit der Schwerkraftrichtung kann in einigen Anwendungen eine Beschleunigungsrichtung sein. Equivalent to the direction of gravity may in some applications an acceleration direction.
  • [0054] [0054]
    Unter Dielektrika werden im Rahmen dieser Anmeldung solche Substanzen verstanden, deren Leitfähigkeit Null oder so klein ist, daß für sie eine reelle statische Dielektrizitätskonstante angegeben werden kann, insbesondere kleiner als 1 S/m, vorzugsweise 0,1 S/m, bzw. ihr spezifischer elektrischer Widerstand größer ist als 1 Ω·m, vorzugsweise 10 Ω·m. Under dielectrics are understood to be those substances in the context of this application, the conductivity is zero or small enough for them a real static dielectric constant can be specified, in particular less than 1 S / m, preferably 0.1 S / m, and its specific electrical resistance greater than 1 Ω · m, preferably 10 Ω · m. Solche Fluide, deren spezifischer elektrischer Widerstand kleiner ist als 1 Ω·m, bzw. deren Leitfähigkeit größer ist als 1 S/m, werden im Rahmen dieser Anmeldung als leitfähig betrachtet; Such fluids, whose specific electrical resistance is less than 1 Ω · m, and the conductivity of which is greater than 1 S / m, are considered within the scope of this application as conductive; dazu gehören zum Beispiel hinreichend konzentrierte wäßrige Salzlösungen. This information can include, for example, sufficiently concentrated aqueous salt solutions. Bei Verwendung von Salzlösungen ist es bevorzugt, zur Vermeidung von Elektrolyseeffekten statt einer Gleichspannung eine niederfrequente Wechselspannung, zum Beispiel im Frequenzbereich unterhalb 10000 Hz, bevorzugt von 100 bis 2000 Hz, zu verwenden. In use of salt solutions it is preferred to avoid electrolytic effects rather than a DC voltage into a low-frequency alternating voltage, for example in the frequency range below 10000 Hz, preferably from 100 to 2000 Hz for use.
  • [0055] [0055]
    In der in In the in 4 4 dargestellten Anordnung ist eine solche leitfähige Flüssigkeit arrangement shown is such a conductive liquid 9c 2 9c 2 unter einem dielektrischen Fluid under a dielectric fluid 9c 1 9c 1 angeordnet; arranged; im Übrigen ist die Struktur dieser variablen Optik ähnlich der in Moreover, the structure of this variable lens is similar in 2 2 gezeigten. shown. Da die Flüssigkeit Since the liquid 9c 2 9c 2 leitfähig ist – es handelt sich beispielsweise um eine 20%ige wäßrige LiCl-Lösung oder Na 2 CrO 4 -Lösung – stellt ihre Oberfläche, also auch ihre Grenzfläche zu dem dielektrischen Fluid is conductive - it is, for example, a 20% aqueous solution of LiCl or Na 2 CrO 4 solution - makes its surface, including its interface with the dielectric fluid 9c 1 9c 1 – beispielsweise ein Phenylmethylsiloxan-Gemisch mit einem Zusatz von Kohlenstofftetrabromid, dessen Dichte gleich der Dichte der Salzlösung ist – eine Äquipotentialfläche dar, auf der die elektrischen Feldlinien senkrecht stehen. - For example, a phenyl methyl siloxane mixture with an addition of carbon tetrabromide, the density of which is equal to the density of the salt solution - represents an equipotential surface on which the electric field lines are perpendicular. Das bedeutet, daß das in dem dielektrischen Fluid This means that in the dielectric fluid 9c 1 9c 1 durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden by applying a voltage to the electrodes 15c 15c , . 17c 17c aufgebaute Feld inhomogen ist. structured field is inhomogeneous. Außerdem erzeugt die angelegte Spannung einen Ladungsüberschuß in dem Teil der leitfähigen Flüssigkeit, die der Elektrode In addition, the applied voltage generates a charge surplus in the part of the conductive fluid, the electrode 17c 17c gegenüberliegt. opposite. Durch die so unter Einschluß des dazwischenliegenden Teils des Bodenbereichs By so including the intermediate portion of the bottom portion 3c 3c entstehende Kapazität stellt sich ein neuer, spannungsabhängiger Randwinkel α zwischen der Grenzfläche resulting capacity provides a new, voltage-dependent contact angle α between the interface 11c 11c und der Oberfläche des Bodenbereichs ein. and a surface of the bottom portion. Eine Änderung des Randwinkels, bei gleichbleibendem Volumen der Fluide, bedeutet auch eine Änderung der Grenzflächenform, zum Beispiel eine Abflachung. A change of the contact angle, at constant volume of the fluids, means a change in the interface shape, for example a flattened portion. Da die Brechungsindizes der Fluide verschieden sind, ändern sich dem zu Folge auch die optischen Eigenschaften der Optik mit der Spannung; Since the refractive indices of the fluids are different, the sequence to the optical characteristics of the optics change to the voltage; im Beispiel einer Abflachung der Grenzfläche nimmt die Brechkraft der Grenzfläche in the example of a flattening of the interface increases, the refractive power of the interface 11c 11c ab. from. Hinsichtlich einer möglichst genauen Einstellbarkeit der Grenzflächenkrümmung ist es bevorzugt, wenn die Kammerwand wenigstens in der Umgebung des Umfangsbereichs in einer Weise ausgebildet ist, die eine Randwinkelhysterese δα begrenzt, vorzugsweise auf 2° oder weniger (δα ≤ 2°). With respect to an accurate adjustability as possible curvature of the boundary surface, it is preferable if the chamber wall is formed at least in the vicinity of the peripheral portion in a manner which defines a contact angle hysteresis δα, preferably at 2 ° or less (δα ≤ 2 °).
  • [0056] [0056]
    In den beschriebenen Ausführungsformen und Varianten sind Boden- und Deckelbereich der Kammer plan und zueinander parallel; In the described embodiments and variants bottom and top portion of the chamber are flat and parallel to each other; in einer bevorzugten Ausführungsform können sie aber auch einzeln oder beide eine konkave oder insbesondere eine konvexe Form aufweisen. In a preferred embodiment, but they may also, or both, have a concave or a convex shape in particular. Im letzteren Fall kann auf den Randbereich verzichtet werden, indem Boden- und Deckelbe reich der Kammer im direkten Kontakt stehen und zusammen eine plankonvexe oder bikonvexe Linsenform bilden. In the latter case may be waived on the edge of the area that bottom and lid area of the chamber in direct contact with each and together form a plano-convex or biconvex lens shape. In besonderen Anwendungsfällen können Boden- und Deckelbereich der Kammer plan und zueinander gewinkelt angeordnet sein, wobei sie eine prismatische Form bilden. In special cases, the bottom and top of the chamber may be placed flat and angled to each other, forming a prismatic shape. In speziellen Fällen können die Boden- und Deckelbereiche aus optisch transparenten Materialen mit optischer Wirkung bestehen. In special cases, the bottom and top portions of optically transparent materials can be made with an optical effect. Die Boden- und Deckelbereiche können plan, konvex, konkav, asphärisch oder mit einer diffraktiv wirkenden Struktur ausgeführt sein. The bottom and top portions may planar, convex, concave, aspherical or be provided with a diffractive structure acting. Somit wird eine gewünschte refraktive und diffraktive Wirkung erzielt. Thus, a desired refractive and diffractive effect is achieved. Die transparenten Elektroden werden auf die ebenen bzw. gekrümmten Oberflächen aufgebracht. The transparent electrodes are applied to the flat or curved surfaces. In diesen Fällen resultiert eine optische Wirkung schon aus der Krümmung der Außenflächen der Fluide, oder ihrer Neigung gegeneinander. In these cases an optical effect just from the curvature of the outer surfaces of the fluids or their slope results against each other. Hinzu kommt die variable optische Wirkung der durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden beeinflußbaren Grenzfläche. In addition, the variable optical effect of which can be influenced by applying a voltage to the electrode interface.
  • [0057] [0057]
    Ferner können Deckel-, Boden- und ggf. Randbereich aus verschiedenen, insbesondere dielektrischen Materialien bestehen, oder in unterschiedlicher Weise oberflächenbearbeitet sein. Furthermore, top, bottom and possibly edge region of different, in particular dielectric materials may exist or be surface treated in different ways. Sie können insbesondere bezüglich der in der Kammer enthaltenen Fluide verschiedene Adhäsion (Benetzungsstärke) und damit Randwinkel aufweisen. In particular they may have with respect to the fluids contained in the chamber different adhesion (wetting strength) and thus the contact angle. Es können auch Bereiche unterschiedlicher Adhäsion in einem oder mehreren dieser Bereiche vorgesehen sein, in beispielsweise konzentrischer Anordnung um eine optische Achse, um die Zentrierung der Fluide um diese Achse zu fördern. It is also possible areas of different adhesion, in one or more of these areas may be provided, for example, in a concentric arrangement about an optical axis, to promote the centering of the fluids around this axis. Es ist besonders bevorzugt, wenn das in Kontakt zu dem Deckelbereich angeordnete Fluid zu dessen Oberfläche eine höhere Adhäsion als zur Oberfläche des Bodenbereichs aufweist, oder/und das in Kontakt zu dem Bodenbereich angeordnete Fluid zu dessen Oberfläche eine höhere Adhäsion als zur Oberfläche des Deckelbereichs aufweist. It is particularly preferred if the contact with the cover area disposed fluid to the surface thereof has a higher adhesion than to the surface of the bottom portion, or / and in contact with the bottom portion arranged fluid has a higher adhesion than to the surface of the lid portion to the surface thereof , Bei einer Anordnung wie in In an arrangement as in 2 2 oder or 4 4 ist es bevorzugt, wenn das in Kontakt zu dem Randbereich angeordnete Fluid zu dessen Oberfläche eine höhere Adhäsion als zur Oberfläche des Bodenbereichs aufweist. it is preferable if the in contact with the edge region arranged fluid has a higher adhesion than to the surface of the bottom portion to the surface thereof. Diese Anordnungen fördern jeweils die Stabilität der Grenzfläche. These assemblies each promote the stability of the interface.
  • [0058] [0058]
    In der in In the in 5 5 dargestellten Ausführungsform ist die Grenzfläche embodiment illustrated, the interface 11d 11d reflektiv, so daß Boden- oder Deckelbereich der variablen Optik von einem an der Grenzfläche reflective, so that the area of the base or lid of a variable lens at the interface 11d 11d reflektierten Lichtstrahl nicht durchsetzt werden. reflected light beam will not be penetrated. In der dargestellten Ausführungsform ist das untere der Fluide In the illustrated embodiment, the bottom of the fluids 9d 2 9d 2 eine metallische Flüssigkeit, an deren Grenzfläche a metallic liquid at their interface 11d 11d der einfallende Lichtstrahl the incident light beam 2d 2d im Wesentlichen reflektiert wird. is reflected substantially. Die Grenzfläche The interface 11d 11d wirkt somit als durch die an die Elektroden angelegte Spannung justierbarer Spiegel. thus acts as a by the voltage applied to the electrode voltage adjustable mirror.
  • [0059] [0059]
    Geeignete metallische Flüssigkeiten sind beispielsweise Quecksilber, Gallium-Aluminium-Legierungen und Natrium-Kalium-Legierungen, wobei letzteren insbesondere Cäsium zugesetzt sein kann. Suitable metallic liquids, for example, mercury, gallium-aluminum alloys and sodium-potassium alloys, with the latter particularly cesium can be added. Eine Legierung aus 78 at% K und 22 at% Na schmilzt bei –12,6°C und hat eine Dichte von 0,73 g/cm 3 . An alloy of 78 at% and 22 at% K Na melts at -12.6 ° C and has a density of 0.73 g / cm 3. Mit einem geeigneten Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch als dielektrischem Fluid kann leicht Dichtegleichheit eingestellt werden. With a suitable hydrocarbon or hydrocarbon mixture as dielectric fluid easily equal densities can be adjusted. Beispielsweise ist die Dichte von n-Dekan ebenfalls 0,73 g/cm 3 (Schmelzpunkt –29,7°C), die von n-Undekan ist 0,74 g/cm 3 (Schmelzpunkt –25,6°C). For example, the density of n-decane likewise 0.73 g / cm 3 (mp -29.7 ° C), which is of n-undecane 0.74 g / cm 3 (mp -25.6 ° C). Geeignet ist auch Kerosin, das je nach Provenienz eine etwas höhere Dichte und einen etwas höheren Schmelzpunkt hat; Kerosene is also suitable, depending on provenance, has a slightly higher density and a slightly higher melting point; ein Zusatz von Cäsium in geeigneter Menge zu der Alkalimetall-Legierung erniedrigt deren Schmelzpunkt weiter und erhöht ihre Dichte entsprechend der Dichte des Kerosins. an addition of cesium in an appropriate amount to the alkali metal alloy further decreases the melting point and increases its density according to the density of the kerosene. Wegen der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Alkalimetall-Legierungen ist die Reflektivität ihrer Grenzfläche zu einem Kohlenwasserstoffgemisch) hoch. Because of the high electrical conductivity of alkali metal alloys, the reflectivity their interface is up to a hydrocarbon mixture).
  • [0060] [0060]
    Auch die Grenzfläche zwischen nicht-metallischen Fluiden ist, sofern deren Brechungsindizes unterschiedlich sind, zu einem gewissen Grad reflektiv. Also, the interface between non-metallic fluid is provided that their refractive indices are different, reflective to a certain degree. Für einige Anwendungen, beispielsweise Strahlführungs-Kontrollzwecke, ist ein geringer Reflektionsgrad ausreichend. For some applications, such as beam steering control purposes, a low degree of reflection is sufficient. Besonders große Reflektivität wird an der Grenzfläche eines optisch dichteren zu einem optisch dünneren Medium beobachtet (siehe Particularly high reflectivity is observed at the interface of an optically denser medium to an optically thinner (see 6 6 ), sofern der Einfallswinkel zum Einfallslot hinreichend groß ist (Totalreflexion). ) If the angle of incidence to the normal line is sufficiently large (total reflection). Beispielsweise ist eines der Fluide, For example, one of the fluids, 9e 2 9e 2 , eine 20%ige wäßrige LiCl-Lösung mit einer Dichte von 1,12 g/cm 3 und einem Brechungsindex von 1,38; , A 20% aqueous LiCl solution with a density of 1.12 g / cm 3 and a refractive index of 1.38; das andere Fluid, the other fluid, 9e 1 9e 1 , ist eine Lösung von einigen Prozent Kohlenstofftetrabromid in einer Phenylmethylsiloxan-Mischung, mit gleicher Dichte wie die wäßrige Lösung, und einem Brechungsindex von etwa 1,55. Is a solution of a few percent of carbon tetrabromide in a mixture phenylmethylsiloxane, with the same density as the aqueous solution, and a refractive index of about 1.55. Aus dem Verhältnis dieser Brechungsindizes resultiert ein Grenzwinkel der Totalreflexion von knapp 63°; From the ratio of the refractive indices results in a critical angle of total reflection of nearly 63 °; dh ein Lichtstrahl, der unter einem Einfallswinkel von 63° oder höher auf die Grenzfläche organische/wäßrige Phase trifft, wird zu 100% reflektiert. that is, a light beam which impinges at an higher incidence angle of 63 ° or to the interface organic / aqueous phase, is reflected at 100%. Der Bereich um das Einfallslot The area around the axis of incidence 4e 4e herum wird dabei nicht von dem Lichtstrahl is around not by the light beam 2e 2e durchsetzt, so daß in diesem Bereich intransparente Elektroden interspersed, so that in this region opaque electrodes 15e 15e an dem Deckelbereich on the cover area 7e 7e der Kammer the chamber 1e 1e angeordnet werden können. can be arranged. Diese Elektroden These electrodes 15e 15e befinden sich in unmittelbarer Nähe zu der Grenzfläche are located in close proximity to the interface 11e 11e auf der Seite der dielektrischen (organischen) Phase, und das von ihnen erzeugte Feld wirkt also besonders effektiv auf die Grenzfläche on the dielectric (organic) phase, and the side of the field generated by them thus acts particularly effective on the interface 11e 11e ein. a. Es ist bevorzugt, den reflektierten Lichtstrahl durch den Randbereich It is preferred, the reflected light beam through the edge region 5e 5e der Kammer the chamber 1e 1e zu führen, da dies einen kompakteren Aufbau ermöglicht. to lead, because it allows a more compact design. Dieser Randbereich This border 5e 5e ist bevorzugt so ausgebildet, daß der eintretende und reflektierte, austretende Lichtstrahl gegenüberliegende Teile des Randbereichs so durchsetzen, daß Effekte durch Lichtbrechung minimiert sind. is preferably designed so that the incoming and reflected, emitted light beam opposite parts of the edge region prevail so that effects are minimized by refraction. Der Teil des Randbereichs The part of the edge region 5e'' 5e '' für den austretenden Lichtstrahl kann dabei in Richtung des Einfallslots gekrümmt ausgebildet sein. for the exiting light beam can be curved in the direction of the normal line.
  • [0061] [0061]
    In den In the 7 7 und and 8 8 ist jeweils eine nicht-metallische, aber leitfähige Flüssigkeit, beispielsweise eine wäßrige LiCl-Lösung, mit einer dielektrischen Flüssigkeit überschichtet. is a non-metallic, but conductive liquid, for example an aqueous LiCl solution, overcoated with a dielectric liquid in each case. Da die dielektrische Flüssigkeit in diesem Fall einen größeren Brechungsindex hat als die wäßrige Lösung, hat die Optik in dem dargestellten Fall eines konvexen Meniskus zerstreuende Wirkung auf den durchtretenden Lichtstrahl Since the dielectric fluid, in this case a larger refractive index than the aqueous solution, the appearance in the illustrated case of a convex meniscus has diffusing effect on the light beam passing through 2f 2f . , Die wäßrige Lösung ist durch eine Elektrode The aqueous solution is by an electrode 17f 17f direkt (galvanisch) kontaktiert. directly (galvanic) contacts. Mittels entfernt von und insbesondere geneigt zu dem Umfangsbereich Agent from and especially inclined toward the peripheral region 13f 13f angeordnete Gegenelektroden arranged counter electrodes 15f 15f kann wiederum ein inhomogenes elektrisches Feld in der dielektrischen Flüssigkeit aufgebaut werden. may in turn be built up in the dielectric fluid, an inhomogeneous electric field. Die Grenzfläche stellt wiederum eine Äquipotentialfläche dar, deren Potential durch die angelegte Spannung gegeben ist. The interface in turn represents an equipotential surface whose potential is given by the applied voltage. Der Randwinkel α ist im Wesentlichen durch die Oberflächen-Beschaffenheit des Umfangsbereichs The contact angle α is mainly due to the surface texture of the peripheral region 13f 13f und die Adhäsions- und Kohäsionseigenschaften der beiden Flüssigkeiten and the adhesive and cohesive properties of the two liquids 9f 1 9f 1 und and 9f 2 9f 2 festgelegt. set. Der galvanische Kontakt kann in einer Variante auch durch einen wenigstens teilweise metallisierten Bodenbereich bereitgestellt sein. The electrical contact can be provided in a variant by an at least partially metallized floor area.
  • [0062] [0062]
    Um auch den Randwinkel α beeinflussen zu können, ist in der Anordnung der To be able to influence the contact angle α is in the arrangement of the 9 9 in dem Umfangsbereich in the peripheral region 13g 13g eine die Flüssigkeit nicht kontaktierende Elektrode a liquid non-contact electrode 18g 18g vorgesehen. provided. Im Übrigen entspricht diese Anordnung derjenigen der Moreover, this arrangement corresponds to that of the 7 7 . , Durch die an die Elektrode Due to the to the electrode 18g 18g angelegte Spannung tritt an ihrer der leitfähigen, auf anderem Potential liegenden Flüssigkeit gegenüberliegenden Oberfläche ein Ladungsüberschuß auf, der sich in einem ebensolchen Ladungsüberschuß mit entgegengesetztem Vorzeichen in der leitfähigen Flüssigkeit widerspiegelt. applied voltage occurs on its opposite the conductive surfaces lying on other potential liquid surface to a charge excess, which is reflected in another such excess charge of opposite sign in the conductive liquid. Zusammen bilden die geladenen Schichten mit dem dazwischenliegenden Teil des Bodenbereichs der Kammer einen spannungsabhängig geladenen Kondensator. Together the charged layers with the intermediate part of the bottom portion of the chamber a voltage-dependent charged capacitor. Die Energie dieses Kondensators variiert je nach Lage des Umfangsbereichs relativ zu der Elektrode The energy of this capacitor varies depending on the location of the peripheral portion relative to the electrode 18g 18g , woraus eine Kraft auf die Grenzfläche und eine spannungs abhängige Variation des Randwinkels resultiert. , Resulting in a force on the interface, and a voltage-dependent variation of the contact angle results. Mit der an die Elektrode With the electrode 18g 18g angelegten Spannung ist also der Randwinkel einstellbar, und damit die Krümmung der Grenzfläche. applied voltage is thus the edge angle can be adjusted, and thus the curvature of the interface. Die gegenüberliegenden Elektroden The opposed electrodes 15g 15g erzeugen zusätzlich ein inhomogenes Feld in der dielektrischen Flüssigkeit, das eine weitere Beeinflussung der Grenzflächenform erlaubt. additionally generate an inhomogeneous field in the dielectric liquid, which allows further influencing of the interface shape.
  • [0063] [0063]
    Die Grenzfläche zwischen den zwei Fluiden hat, sofern diese unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, in der Regel eine spektral unterschiedliche Strahlablenkung zur Folge. The interface between the two fluids has, provided that these different refractive indices, generally a spectrally different beam deflection result. In dem der Auftreffwinkel eines zu analysierenden Lichtstrahls In which the angle of incidence of a light beam to be analyzed 2h 2h durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden by applying a voltage to the electrodes 15h 15h , . 17h 17h einer variablen Optik nach a variable lens after 10 10 beeinflußt wird, werden auch unterschiedliche spektrale Komponenten des Lichtstrahls in unterschiedlichem Maß abgelenkt. is affected, even different spectral components of the light beam can be deflected to varying degrees. Jedes lichtempfindliche Element eines im Bereich des abgelenkten Lichtstrahls angeordneten Detektors Each light-sensitive element of which is arranged in the region of the deflected light beam detector 21h 21h registriert also je nach angelegter Spannung eine andere spektrale Komponente des analysierten Lichts. Thus registered, depending on the applied voltage a different spectral component of the analyzed light. Durch eine derartige Anordnung wird also ein Spektrometer realisiert. By such an arrangement, therefore, a spectrometer is realized.
  • [0064] [0064]
    In einem Fall, in dem die spektrale Zusammensetzung keine Rolle spielt, zum Beispiel bei einem aus einer entsprechenden Lichtquelle In a case in which the spectral composition is irrelevant, for example when a light source of a corresponding 25i 25i austretenden nahezu monochromatischen Laserstrahl, wird durch eine Anordnung nach leaving nearly monochromatic laser beam after by an arrangement 11 11 der einfallende Lichtstrahl the incident light beam 2i 2i gemäß der anliegenden Spannung abgelenkt, bzw. bei senkrechtem Einfall nicht abgelenkt. deflected according to the applied voltage, and not be distracted at normal incidence. In diesem Fall ist die Kammergeometrie quaderförmig, das heißt der Umfangsbereich In this case the chamber geometry is cuboid, that is, the peripheral area 5i 5i besteht aus vier Rechtecken. consists of four rectangles. An jedem Rechteck ist eine individuell ansteuerbare Elektrode At each rectangle is individually addressable electrode 18i' 18i ' , . 18i'' 18i '' angeordnet, so daß die in der Kammer enthaltenen Fluide arranged so that the fluids contained within the chamber 9i 1 9i 1 , . 9i 2 9i 2 einem quer zur Einfallsrichtung des Lichtstrahls a transversely to the direction of incidence of the light beam 2i 2i orientierten elektrischen Feld ausgesetzt werden können. oriented electric field can be suspended. Dadurch wird die Grenzfläche Thereby, the interface 11i 11i asymmetrisch zur optischen Achse asymmetrically to the optical axis 23i 23i geneigt (gestrichelt angedeutet indicated by dashed lines inclined ( 11i' 11i ' ), woraus eine durch die angelegten Spannungen einstellbare Ablenkung in einer oder beiden zur Strahlrichtung senkrechten Richtungen resultiert. ), Resulting in an adjusted by the applied voltages deflection in one or both directions perpendicular to the beam direction results. Diese Anordnung eignet sich also dazu, einen einfallenden Lichtstrahl (oder Infrarot-Strahl) in einer oder zwei zueinander senkrechten Richtungen einstellbar abzulenken. This arrangement is thus suitable to an incident light beam (or infrared beam) adjustable deflect in one or two mutually perpendicular directions. Im letzteren Fall kann die Ablenkung durch in den zwei zueinander senkrechten Richtungen unterschiedlich schnell sägezahnartig variierende, in ihrer Periode vorzugsweise kommensurable Spannungen in Form einer zeilenweisen Ablenkung erfolgen. In the latter case, the deflection can be performed by each other in the two perpendicular directions at different speeds varying in a sawtooth, preferably in their period commensurate voltages in the form of a line-wise deflection.
  • [0065] [0065]
    Mit einer rasterförmigen Elektrodenstruktur wie oben beschrieben können in einer Variante auch aus dem einfallenden Lichtstrahl Can with a grid-shaped electrode structure as described above in a variant also from the incident light beam 2i 2i mehrere abgelenkte Teillichtstrahlen gebildet werden, indem in verschiedenen Rastern der Elektrodenstruktur verschieden ablenkende Felder erzeugt werden. more deflected light beam elements are formed by different deflecting fields are produced in different grids of the electrode structure.
  • [0066] [0066]
    In der Anordnung der Fluide nach According to the arrangement of the fluids 12 12 kontaktiert eines der Fluide contacted by one of the fluids 9j 2 9y 2 sowohl den Deckelbereich both the lid area 7j 7y wie den Bodenbereich as the bottom area 3j 3y mittig, während das andere Fluid in the middle, while the other fluid 9j 1 9y 1 nur den Deckelbereich only the cover region 7j 7y peripher, sowie Teile des Randbereichs peripherally, as well as parts of the edge region 5j 5y berührt. touches. Dieses periphere Fluid This peripheral fluid 9j 1 9y 1 hat einen wesentlich geringeren Transmissionsgrad für einen auf die Optik auftreffenden, durch eine Kollimatoroptik has a much lower transmittance for an incident on the optics through a collimator optics 27j 27j parallelisierten Strahl collimated beam 2j 2j . , In dieser Anordnung treten zwei Umfangsbereiche In this arrangement, pits two peripheral regions 13j' 13j ' , . 13j'' 13j '' auf, einer am Randbereich, der andere am Deckelbereich. to one at the edge region, the other on the lid portion. Deckel- und Bodenbereich könnten auch vertauscht sein. Top and bottom area may also be reversed. Eine Beeinflussung der Grenzfläche An influence of the interface 11j 11j , und insbesondere ihres Randwinkels α in einem dieser Bereiche, hat eine Durchmesserveränderung des Kontaktbereichs , And in particular its contact angle α in one of these areas has a diameter change of the contact area 12j 12j des transparenteren Fluids zu dem Deckel- bzw. Bodenbereich zur Folge. the transparent fluid to the cover or base range for the result. Eine Veränderung der an die Elektroden angelegten Spannungen bewirkt also eine Intensitätsveränderung in dem durchtretenden Strahl A change in the voltages applied to the electrodes thus causing a change in the intensity of the penetrating beam 2j' 2j ' . , Durch eine solche Anordnung wird damit eine einstellbare Blendenwirkung realisiert. With such an arrangement, an adjustable diaphragm effect is thus realized. Da der Transmissionsgrad an dem Umfangsbereich Since the transmission factor at the peripheral portion 13j' 13j ' nicht sprung artig, sondern wegen des von 90° verschiedenen Randwinkels allmählich radial variiert (siehe das schematische Intensitätsdiagramm in not abruptly, but because of other than 90 ° contact angle gradually varies radially (see the schematic diagram in intensity 12 12 ), besitzt eine solche Blende neben der Einstellbarkeit auch die Eigenschaft verringerter Beugungseffekte. ), Such a screen next to the adjustability of the property reduced diffraction effects.
  • [0067] [0067]
    In der in In the in 13 13 dargestellten Variante der Anordnung nach variant of the arrangement shown 12 12 sind die Transmissionsgrade nicht, oder nicht nur integral verschieden, sondern vor allem in spektralen Teilbereichen verschieden; are not the transmittances, or not only integrally different, but especially in spectral subregions different; also T 1 (λ) ≠ T 2 (λ), wobei λ die Wellenlänge des Lichtes repräsentiert und T(λ) den spektralen Transmissionsgrad. Thus, T 1 (λ) ≠ T 2 (λ), where λ represents the wavelength of light, and T (λ) the spectral transmittance. Beispielsweise absorbiert eines der Fluide, For example, one of the fluids absorbed, 9k 2 9k 2 , vorwiegend im blauen und ultravioletten Spektralbereich (sieht also gelb-orange aus), das andere, Mainly in the blue and ultraviolet spectral range (that looks yellow-orange from), the other, 9k 1 9k 1 , vorwiegend im roten und infraroten Spektralbereich (sieht also grünlich aus). , Primarily in the red and infrared spectral range (that looks greenish off). Die Veränderung der anliegenden Spannungen hat dann zur Folge, daß sich die Filterwirkung der durchstrahlten Fluide auf den durchtretenden Strahl The change of the applied voltages has then the consequence that the filter effect of the penetrated fluid to the penetrating beam 2k' 2k ' ändert (siehe in changes (see, 13 13 dargestellte schematische Spektren); shown schematically spectra); das heißt, diese Anordnung realisiert ein einstellbares Farbfilter. That is, this arrangement realizes an adjustable color filter.
  • [0068] [0068]
    Um in dieser Variante unerwünschte Brechungseffekte zu minimieren, kann es in dieser Anwendung vorteilhaft sein, Fluide mit möglichst ähnlichen Brechungsindizes n 1 und n 2 , aber verschiedener Farbe zu wählen. In order to minimize undesirable diffraction effects in this variant, it may be advantageous in this application to select fluids with similar possible refractive indices n 1 and n 2, but of different color. Durch einen der Kammer nachgeordneten physikalischen Strahlenteiler, zum Beispiel in Form eines zentral angeordneten, zur Richtung des durchtretenden Strahls geneigten Fangspiegels (nicht dargestellt), kann zudem der zentrale Strahlteil von dem peripheren Strahlteil separiert werden. Through one of the chamber downstream physical beam splitter, for example in the form of a centrally disposed, inclined to the direction of the beam passing through the secondary mirror (not shown), also the central beam part can be separated from the peripheral beam portion.
  • [0069] [0069]
    Weitere Anwendungen ergeben sich auf dem Gebiet der Ophthalmologie, indem zum Beispiel mit der gemäß der Erfindung frei formbaren Grenzfläche ein Ausgleich von Augenfehlern erfolgt. Further applications arise in the field of ophthalmology, for example by using the free-form according to the invention interfacial process equalizes eye defects. Die Beobachtung, Vermessung und Dokumentation des Auges sowie die Applikation von Therapiestrahlung in das Auge mittels ophthalmologischen Diagnose- und Therapiegeräten kann somit wesentlich verbessert werden. The observation, measurement and documentation of the eye and the application of radiation therapy in the eye by means of ophthalmological diagnostic and therapeutic devices can thus be significantly improved. Eine vorteilhafte Ausführung ist die Realisierung einer hochauflösenden Funduskamera. An advantageous embodiment is the realization of a high resolution fundus camera. Die mikrostrukturierte Ausformung des Elektrodenschemas ist so gestaltet, daß höhere Aberrationen des optischen Elements gezielt dynamisch und variabel eingestellt werden können. The microstructured molding of the electrode scheme is designed so that higher aberrations of the optical element can be selectively adjusted dynamically and variable. Im Sonderfall einer ebenen Grundstruktur ist damit die Herstellung dynamisch variabler refraktiver Mikrooptiken gegeben. In the special case of a flat basic structure thus ensuring the production dynamically variable refractive micro-optics.
  • [0070] [0070]
    Die frei formbare Grenzfläche ermöglicht auch den Ersatz von mechanischen Fokussierungen, Objektivrevolvern und Filter-Schwenkeinrichtungen, zum Beispiel in Funduskameras und Spaltlampen. The free-form interface also enables the replacement of mechanical internal focusing lens turrets and filter pivot devices, for example, in fundus cameras and slit lamps. Bei letzteren ist es mit einem frei formbaren Strahlprofil möglich, beispielsweise eine ophthalmologische Beleuchtung mit individuell einstellbarem Profil zu realisieren. The latter is possible with a free-form beam profile, for example, to realize an ophthalmological illumination with individually adjustable profile. Ferner ist es in einer anderen Anwendung dank des einstellbaren Strahlprofils möglich, die Aushärtung von flüssigen Kunststoffen individuell zu steuern. It is also possible in another application thanks to the adjustable beam profile to control the curing of liquid plastics individually.
  • [0071] [0071]
    Weiterhin kann mit einer ophthalmologischen Ausführung gemäß Furthermore, according to an ophthalmological execution 11 11 ein Diagnose- oder Therapiestrahl rasterförmig abgelenkt und in das Auge appliziert werden. a diagnostic or therapeutic beam can be deflected and applied in grid form in the eye. Eine vorteilhafte Ausführung eines Diagnosegerätes unter Verwendung der Variablen Optik ist die Realisierung einer Scanning-Funduskamera. An advantageous embodiment of a diagnostic device using the variable lens produces a scanning fundus camera. Eine vorteilhafte Ausführung eines Therapiegerätes unter Verwendung der variablen Optik ist die Realisierung eines strahlgeführten Lasers zur Ablation von Gewebeteilen des Auges. An advantageous embodiment of a therapeutic device using the variable lens produces a beam-guided laser for ablation of tissues of the eye.
  • [0072] [0072]
    In dem in der In the 15 15 gezeigten Beispiel sind eine Vielzahl von Elektroden example shown a plurality of electrodes 15m 15m alternierend so angesteuert, daß ein gewellte Grenzfläche alternately driven so that a corrugated interface 11m' 11m ' bzw. and 11m'' 11m '' resultiert. results. Die Periodizität der Grenzflächenwellung, und damit der Abstand a' bzw. a'' von zugehörigen Fokuspunkten The periodicity of the boundary surface waviness, and thus the distance a 'and a' 'of the associated focal points 31m' 31m ' bzw. and 31m'' 31m '' in der jeweiligen Fokusebene in the respective focal plane 29m' 29m ' bzw. and 29m'' 29m '' , wird durch die Periodizität der Ansteuerung (nicht dargestellt) bestimmt. , (Not shown) by the periodicity of activation determined. Die Amplitude der Grenzflächenwellung, und damit der Abstand f' bzw. f'' der jeweiligen Fokusebene von der variablen Optik im, wird von der Höhe der angelegten Spannungsdifferenzen bestimmt. The amplitude of the boundary surface waviness, and thus the distance f 'and f' the respective focal plane of the optics in the variable is determined by the magnitude of the applied voltage differences.
  • [0073] [0073]
    Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, ein variables reguläres oder statistisches Linsenarray mit steuerbarer Brennweite der Einzellinsen und variabler Linsendurchmesser (Auflösung des Arrays) zu realisieren, beispielsweise für einen dynamischen, variablen Shack-Hartmann-Sensor. With such an arrangement, it is possible to realize a variable regulatable or static lens array with controllable focal length of the individual lenses and variable lens diameter (array resolution), for example for a dynamic variable Shack-Hartmann sensor.
  • [0074] [0074]
    Durch die erfindungsgemäße variable Optik ist es möglich geworden, mit der Auflösung der Elektrodenanordnung Aberrationen höherer Ordnung auf die dioptrische Grundkorrektur der Wellenfront aufzuprägen. The inventive variable lens it has become possible to emboss with the dissolution of the electrode arrangement higher order aberrations to the dioptric base correction of the wavefront. Dabei kann die Ansteuerung strukturiert erfolgen und an den Zernike Polynomen ausgerichtet sein, welche mathematisch zur Beschreibung von Abbildungsfehlern (Aberrationen) höherer Ordnung dienen. Activation can be done structured and aligned to the Zernike polynomials, which mathematically describe aberrations (aberrations) are of higher order.
  • [0075] [0075]
    Mit dieser neuartigen variablen Optik ist man daher in der Lage, mit einem optischen Element eine nahezu beliebige Korrektur der Wellenfront dynamisch einzustellen. With this new variable lens you are therefore able to dynamically adjust an optical element almost any correction of the wavefront.
  • [0076] [0076]
    Die variable Optik läßt sich in beliebige optische Systeme einbringen; The variable lens can be added in any optical systems; zum Beispiel als Teil eines Zoomsystem einer Kamera. for example, as part of a system of a camera zoom. Dabei kann man bei einer gegebenen Fokussierung (zum Beispiel Sphäre = 10 dpt.) durch Modifikation der sphärischen Oberfläche eine ideale Asphäre oder aberrationskorrigierte Linse für die konkreten Abbildungsgeometrie einstellen, um eine optimale Abbildungsqualität zu erzielen. In this case, one can at a given focus (for example, sphere = 10 dpt.) Adjusted by modification of the spherical surface or aspherical surface is an ideal aberration-corrected lens for the specific imaging geometry in order to achieve an optimum image quality. Dies ist infolge der dynamischen und variablen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Optik für beliebige Abbildungsgeometrien einstellbar. This is adjustable due to the dynamic and variable properties of the lens according to the invention for any imaging geometries.
  • [0077] [0077]
    Zusammengefaßt stellt die Erfindung ein variables optisches Element bereit, dessen Variabilität wenigstens teilweise auf dem Einfluß eines elektrischen Feldes auf die Grenzfläche eines dielektrischen Fluids zu einem anderen Fluid beruht. In summary, the invention provides a variable optical element provides whose variability on the influence of an electric field based at least partially on the boundary surface of a dielectric fluid to another fluid.
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Classifications
International ClassificationG02B3/14, G02B1/06, G01J9/00, G02B26/00
Cooperative ClassificationG01J3/12, G02B3/0075, G02B3/0012, G02B5/005, G02B26/005, G02B26/00, G01J3/0205, G01J3/02, G02B3/14, G02B26/0883, G02B27/0025
European ClassificationG02B26/00L, G02B26/00L1, G01J3/02B, G02B26/00, G02B5/00D, G01J3/02, G02B3/14, G01J3/12, G02B27/00K, G02B26/08R2, G02B3/00A1, G02B3/00A5
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17 Aug 2006OM8Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
19 Apr 2012R012Request for examination validly filed
Effective date: 20120202
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