DE10349467A1 - Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät sowie optisches Gerät - Google Patents

Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät sowie optisches Gerät Download PDF

Info

Publication number
DE10349467A1
DE10349467A1 DE2003149467 DE10349467A DE10349467A1 DE 10349467 A1 DE10349467 A1 DE 10349467A1 DE 2003149467 DE2003149467 DE 2003149467 DE 10349467 A DE10349467 A DE 10349467A DE 10349467 A1 DE10349467 A1 DE 10349467A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
medium
optical element
interface
media
element according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2003149467
Other languages
English (en)
Inventor
Andreas Dr. Obrebski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Surgical GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss AG filed Critical Carl Zeiss AG
Priority to DE2003149467 priority Critical patent/DE10349467A1/de
Priority to PCT/EP2004/011930 priority patent/WO2005040865A1/de
Publication of DE10349467A1 publication Critical patent/DE10349467A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G02B26/005Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid based on electrowetting
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/12Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length

Abstract

Es wird ein optisches Element (60) zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät beschrieben, mit einem Aufnahmebehälter (62), der ein erstes formflexibles Medium (66) sowie ein zweites formflexibles Medium (67) beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter (62) räumlich fixiert sind, wobei das zweite Medium (67) zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche (68) innerhalb des Aufnahmebehälters (62) anliegt und wobei sich die beiden Medien an wenigstens einer Grenzfläche (69) berühren. Weiterhin sind Mittel (70) zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche (69) zwischen den beiden Medien vorgesehen. Um dies in einer konstruktiv einfachen und energiesparenden Weise zu realisieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Mittel (70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (69) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium (66, 67) ausgebildet sind, dass die Mittel (70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (69) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium (66, 67) ausgebildet sind und dass das Medium über diese Mittel (70) an wenigstens einer Grenzfläche (69) in zumindest einer Vorzugsrichtung (61) in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8. Weiterhin betrifft die Erfindung ein optisches Gerät.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits veränderliche optische Elemente bekannt. Eine solche bekannte Lösung ist in 1 dargestellt. Das bekannte optische Element 10 weist einen Tropfen 13 einer leitenden Flüssigkeit auf, der auf einer Isolationsschicht 12 aufgetragen ist. Die Isolationsschicht 12 wiederum bedeckt eine flache Elektrode 11. Bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes 14, das durch eine zwischen der Leiterflüssigkeit 13 und der Elektrode 11 angelegte Spannung verursacht wird, kann die Benetzung wesentlich vergrößert werden. Wie sich aus 1 ergibt, weist der Tropfen 13 aus Leiterflüssigkeit im Ruhezustand (1a) eine wesentlich kompaktere und flächenmäßig kleinere Kontur auf, als dies im Falle der Beaufschlagung mit einer Spannung (1b) der Fall ist. Dieses bekannte Phänomen wird auch als Elektrobenetzen (electro-wetting) bezeichnet.
  • Eine Umsetzung dieses Phänomens ist beispielsweise aus der US-A-5,659,330 bekannt. Darin wird eine Anzeigeeinrichtung beschrieben, bei der einzelne Tropfen einer Leiterflüssigkeit auf einer Isolationsschicht angeordnet sind. Unterhalb dieser Isolationsschicht sind Elektroden vorhanden. Durch die selektive Erzeugung eines elektrischen Feldes kann die Form eines jeden Tropfens der Leiterflüssigkeit variiert werden, wodurch ein farbiges Pixel eines Bildes erzeugt wird.
  • Diese bekannte Lösung ist jedoch für optische Elemente in Form von verstellbaren Linsenelementen ungeeignet. Insbesondere wären für einen solchen Einsatz transparente Elektroden erforderlich, sodass die optischen Elemente in ihrer Gesamtheit konstruktiv aufwendig und kostenintensiv wären.
  • Eine Lösung, wie die vorstehend beschriebene Art optischer Elemente auch im Bereich von Linsenelementen eingesetzt werden kann, ist in der DE 698 04 119 T2 beschrieben. Die darin geschilderte Erfindung, die beispielhaft auch in 2 dargestellt ist, liegt auf dem Gebiet verstellbarer Fokuslinsen, und dort insbesondere auf dem Gebiet flüssiger Linsen mit einem verstellbaren, elektrisch gesteuerten Fokus. Dabei soll es mit dem dort beschriebenen Linsenelement möglich sein, den Fokus mit Hilfe des sogenannten „Elektrobenetzens" kontinuierlich zu verstellen. Gemäß dieser bekannten Lösung wird in Verbindung mit 2 ein optisches Element 20 zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge bereitgestellt. Bei der Fokallänge handelt es sich generell um den Abstand des Brennpunkts zur Ebene des optischen Elements, beispielsweise zur Linsenebene.
  • Das optische Element 20 besteht aus einem Aufnahmebehälter 22, der eine erste, elektrisch leitfähige Flüssigkeit 28 sowie einen Tropfen einer zweiten, isolierenden Flüssigkeit 29 beinhaltet. Die beiden Flüssigkeiten 28, 29 sind nicht mischbar und im Aufnahmebehälter 22 räumlich fixiert. Die beiden Flüssigkeiten 28, 29 berühren einander an einer Grenzfläche 30. Der Tropfen der zweiten Flüssigkeit 29 ist konzentrisch um die optische Achse 21 des optischen Elements 20 herum angeordnet, wobei die optische Achse 21 ebenfalls durch einen transparenten Bereich 24 des Bodens 23 des Aufnahmebehälters 22 verläuft. Die zweite Flüssigkeit 29 liegt zumindest bereichsweise an Elektroden 25 an, die sich innerhalb des Aufnahmebehälters 22 befinden. Die Elektroden 25 wiederum sind mit einer isolierenden Schicht 26 versehen. Schließlich weist das bekannte optische Element 20 Mittel 31 zum Ändern der Grenzfläche 30 zwischen den Flüssigkeiten 28, 29 auf. Über diese Mittel 31 kann ein elektrisches Feld 27 zwischen der leitenden Flüssigkeit 28 und den Elektroden 25 erzeugt werden. Dadurch ändert sich die Benetzbarkeit der Flüssigkeit 28, sodass sich darüber auch die Form des Tropfens der zweiten, isolierenden Flüssigkeit 29 verändert. In dem in 2 dargestellten Beispiel ändert sich die Form des Tropfens der Flüssigkeit 29 bei Anwesenheit des elektrischen Feldes 27 von der in Form einer durchgezogenen Linie dargestellten flachen Form hin zu der in Form einer gestrichelt dargestellten gewölbten Form, wobei die Strichlinien jeweils die Grenzfläche 30 zwischen den beiden Flüssigkeiten 28, 29 darstellen. Durch die Variation der Größe und/oder Form der Grenzfläche 30 zwischen den beiden Flüssigkeiten 28, 29 kann der Fokus des optischen Elements kontinuierlich verstellt werden.
  • Auch wenn dieses bekannte optische Element bereits eine vorteilhafte Ausführung eines flexiblen Linsenelements darstellt, so weist die bekannte Lösung doch noch einige Nachteile auf. So benötigen beispielsweise alle nach dem Prinzip des „Elektrobenetzens" arbeitenden Systeme relativ hohe Spannungen bis in den Bereich von 100 bis 170 V, um die gewünschten Effekte zu erzielen.
  • Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Element der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die zum Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermieden werden können. Insbesondere soll ein optisches Element bereitgestellt werden, mit dem auf einfache Weise bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch eine Änderung der fokalen Länge in einem optischen Gerät realisierbar ist. Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes optisches Gerät bereitgestellt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das optische Element mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 8, das optische Gerät mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 24 sowie die vorteilhaften Verwendungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 25 und 26. Weitere Vorteile, Merkmale, Details, Aspekte und Effekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen optischen Elementen beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen Gerät und jeweils umgekehrt. Analoges gilt für die erfindungsgemäßen Verwendungen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät bereitgestellt, mit einem Aufnahmebehälter, der ein erstes formflexibles Medium sowie ein zweites formflexibles Medium beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter räumlich fixiert sind, wobei das zweite Medium zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche innerhalb des Aufnahmebehälters anliegt und wobei sich die beiden Medien an wenigstens einer Grenzfläche berühren, und mit Mitteln zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche(n) zwischen den beiden Medien. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind und dass ein Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung geht dabei von der Lehre gemäß der DE 698 04 119 T2 aus, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird. Bei dieser bekannten Lösung, die nach dem Prinzip des „Elektrobenetzens" arbeitet, wirken die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zwischen den beiden Medien auf das elektrisch leitende Medium ein. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird die Benetzbarkeit dieses elektrisch leitenden Mediums verändert, sodass sich dadurch indirekt auch die Kontur des elektrisch isolierenden Mediums verändern kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung hingegen wirken die Mittel zum Ändern der Grenzfläche in solch einer Weise auf das erste und/oder zweite Medium ein, dass das entsprechende Medium über diese Mittel an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des ersten Mediums verschoben, insbesondere gedrückt wird oder werden kann. Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, kann es sich bei dieser Vorzugsrichtung beispielsweise um die optische Achse eines als Linsenelement ausgebildeten optischen Elements handeln.
  • Im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ist es nunmehr nicht mehr erforderlich, die Änderung der Größe und/oder der Grenzfläche zwischen den beiden Medien durch das Anlegen einer hohen Spannung zu bewirken. Aus diesem Grund muss keines der verwendeten Medien mehr elektrisch leitfähig sein, was die Auswahlmöglichkeit an geeigneten Medien erheblich verbessert.
  • Erfindungsgemäß sind die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zwischen den beiden Medien nunmehr in einer Weise ausgebildet, dass diese einen Druck auf das erste und/oder zweite Medium ausüben, wobei sich die Grenzfläche zwischen den beiden Medien durch die Ausübung des Drucks verändert. Derartige Mittel, zu denen im weiteren Verlauf einige nicht ausschließliche Beispiele erläutert werden, können konstruktiv einfach und in energiesparender Weise ausgestaltet werden, wobei solche Mittel häufig nur sehr kleine Steuerspannungen benötigen.
  • Wenn das erfindungsgemäße optische Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät eingesetzt wird, kann die Änderung der Fokallänge erfolgen, ohne dass die einzelnen Komponenten des optischen Geräts bewegt werden müssten.
  • Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten optischer Elemente beschränkt. So ist es beispielsweise denkbar, dass es sich bei den optischen Elementen um variable Linsenelemente oder andere, beispielsweise elektrisch ansteuerbare optische Elemente handelt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße optische Element als Linsenelement, beispielsweise als sphärisches Linsenelement, Zylinder-Linsenelement und dergleichen, oder als Prismenelement, beispielsweise als Prismenelement mit variablen spektralen Aufspaltungsvermögen, oder als Spiegelelement, etwa als schaltbarer Spiegel, oder dergleichen ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird das optische Element jedoch als Linsenelement mit variabler Brennweite eingesetzt. Auch wenn die Erfindung nachfolgend in erster Linie anhand einer solchen Ausgestaltungsform beschrieben wird, so ist es doch selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses konkrete Beispiel beschränkt ist.
  • Erfindungsgemäß weist das optische Element zunächst einen Aufnahmebehälter auf, der zwei unterschiedliche Medien beinhaltet. Dabei können zumindest Bereiche einzelner Außenwände des Behälters vorzugsweise aus einem transparenten Material gebildet sein.
  • Innerhalb des Aufnahmebehälters befinden sich zwei formflexible Medien, wobei die einzelnen Medien nicht mischbar sind. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Medientypen beschränkt. Wichtig ist lediglich, dass die Medien formflexibel sind. „Formflexibel" bedeutet im Lichte der vorliegenden Beschreibung, dass die Medien keine starre Oberfläche aufweisen, sondern dass sich die Medien innerhalb des Aufnahmebehälters in ihrer Form verändern können. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, kann es sich bei dem ersten Medium um Wasser und bei dem zweiten Medium um ein Öl handeln.
  • Die Medien sind vorzugsweise zumindest teilweise transparent und können beispielsweise die gleiche oder zumindest eine ähnliche Dichte aufweisen, um Gravitationseffekte auszuschließen.
  • Die beiden Medien sind im Aufnahmebehälter räumlich fixiert, wobei das zweite Medium zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche innerhalb des Aufnahmebehälters anliegt. Ebenso liegt natürlich auch das erste Medium zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche innerhalb des Aufnahmebehälters an.
  • Dabei kann sich die Anlagefläche an unterschiedlichen Orten innerhalb des Aufnahmebehälters befinden, so dass die Erfindung nicht auf bestimmte Anordnungs- beziehungsweise Ausbildungsvarianten beschränkt ist. Nachfolgend werden hierzu einige nicht ausschließliche Beispiele beschrieben. Bei der Anlagefläche kann es sich beispielsweise um zumindest einen Teilbereich einer Behälteraußenwand, etwa den Behälterboden und/oder ein Deckelelement und/oder wenigstens eine Seitenwand handeln. Bei der letztgenannten Variante ist insbesondere eine Ausgestaltung realisierbar, bei der das Medium nicht den Behälterboden berührt, sondern nur an den seitlichen Wänden anliegt. Natürlich sind auch Ausgestaltungsvarianten denkbar, bei denen es sich bei der genannten Anlagefläche um zumindest einen Teilbereich einer im Aufnahmebehälter-Innenraum befindlichen Zwischenschicht handelt. Dort, wo das Medium an der Anlagefläche des Aufnahmebehälters anliegt, ist dieses vorzugsweise aus einem transparenten Material gebildet, sodass von außen in den Aufnahmebehälter eintretendes Licht durch die Behälterwände und die im Aufnahmebehälter befindlichen transparenten Medien hindurchstrahlen kann. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei denen die Anlageflächen durch zumindest Teilbereiche der Seitenwände gebildet werden, ist dies nicht unbedingt erforderlich, eventuell sogar schädlich (Streulicht), so dass die Anlageflächen in einem solchen Fall auch aus einem nicht transparenten Material gebildet sein können.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass sich die beiden Medien an einer Grenzfläche berühren. Um nun die Brennweite des optischen Elements zu verändern, sind besondere Mittel zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen diesen beiden Medien vorgesehen.
  • Durch diese Mittel wird erreicht, dass ein Druck auf das entsprechende Medium ausgeübt wird, sodass dieses an der Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben – insbesondere gedrückt – werden kann. Bei dieser Vorzugsrichtung kann es sich in dem Fall, in dem das optische Element als Linsenelement ausgebildet ist, vorzugsweise um die optische Achse des Linsenelements handeln. Die Änderung der Brennweite des optischen Elements und damit die Änderung der Fokallänge in einem optischen Gerät erfolgt dann quasi durch das Herausdrücken des einen Mediums in Richtung des anderen Mediums.
  • Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das zweite Medium ausgebildet sind und dass das zweite Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des ersten Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das erste Medium ausgebildet sind und dass das erste Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des zweiten Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.
  • In weiterer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass sich die beiden Medien an zwei Grenzflächen berühren und dass ein Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzflächen an einer oder beiden Grenzflächen in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann. In einem solchen Fall ist es beispielsweise auch möglich, dass zwei Vorzugsrichtungen – für jede Grenzfläche eine – gewählt werden können. Hierbei können die Vorzugsrichtungen gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung entgegengesetzt ausgerichtet sein.
  • Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) derart in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird, dass sich die Krümmung wenigstens einer Grenzfläche zwischen den beiden Medien ändert.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät bereitgestellt, mit einem Aufnahmebehälter, der ein erstes formflexibles Medium sowie ein zweites formflexibles Medium beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter räumlich fixiert sind und wobei sich die beiden Medien an einer Grenzfläche berühren, und mit Mitteln zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den beiden Medien. Dieses optische Element ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium allseitig von dem ersten Medium umschlossen ist, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind und dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind.
  • Bei dieser Lösung ist eine besondere Anlagefläche nicht erforderlich. Vielmehr ist das zweite Medium, das im Ausgangszustand vorteilhaft eine kugelartige Konfiguration aufweist, von allen Seiten von dem ersten Medium umgeben. Bei dem ersten Medium kann es sich beispielsweise wiederum um Wasser und bei dem zweiten Medium vorteilhaft um ein geeignetes Öl handeln. Die beiden Medien weisen vorteilhaft die gleiche Dichte ab, damit das zweite Medium innerhalb des ersten Mediums in Position gehalten wird und nicht absinken kann, das heißt, damit Gravitationseffekte wirksam ausgeschlossen werden können.
  • Die Mittel zum Ändern der Grenzfläche üben nun einen Druck auf das erste und/oder zweite Medium aus. Wenn der Druck auf das erste Medium ausgeübt wird, wird der Druck vom ersten auf das zweite Medium übertragen, so dass dieses an der Druck-Einwirkstelle komprimiert wird, was die Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den beiden Medien verändert. Beispielsweise kann das zweite Medium von der ursprünglich kugelartigen Ausgangsform in eine elliptische Konfiguration gebracht werden. Wenn der Druck auf das zweite Medium ausgeübt wird, wird sich dieses gegen das erste Medium ausdehnen, so dass sich auch in diesem Fall die Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den beiden Medien ändern wird.
  • Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche derart auf das erste und/oder zweite Medium einwirken, dass sich die Krümmung der Grenzfläche zwischen dem ersten und zweiten Medium ändert.
  • Wie weiter oben bereits erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf bestimmte Mediumtypen beschränkt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erste Medium und/oder das zweite Medium eine Flüssigkeit ist. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Medium um Wasser handeln, während das zweite Medium als Öl ausgebildet ist. Natürlich sind auch andere Medientypen möglich. Ebenso kann, wie in der DE 698 04 119 T2 beschrieben, das erste Medium ein elektrisch leitendes Medium sein, während das zweite Medium elektrisch isolierend ist. Allerdings ist die elektrische Leitfähigkeit zumindest eines der Medien bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr erforderlich.
  • Natürlich können die Medien auch in anderer Weise ausgebildet sein. Wichtig ist lediglich, dass die Medien formflexibel sind. Daher ist es beispielsweise auch denkbar, dass das erste Medium und/oder das zweite Medium gelartig ausgebildet ist/sind.
  • Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das zweite Medium in Form eines Tropfens ausgebildet ist. Dabei ist unter einem Tropfen generell eine kleine Mediummenge von zumindest bereichsweise kugeliger oder länglich runder Form zu verstehen.
  • Bevorzugt weisen – wie oben schon ausgeführt – das erste und zweite Medium die gleiche Dichte auf.
  • In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das erste Medium und das zweite Medium unterschiedliche optische Eigenschaften, beispielsweise unterschiedliche optische Indizes, aufweisen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das erste Medium und das zweite Medium unterschiedliche Brechungszahlen aufweisen. So ist gemäß einem vorteilhaften – nicht ausschließlichen – Beispiel vorgesehen, dass das erste Medium eine niedrige Brechzahl (Brechungsindex) aufweist, während das zweite Medium eine hohe Brechzahl aufweist.
  • Wenn die Medien an einer transparenten Anlagefläche anliegen, beispielsweise an einer zumindest teilweise transparenten Wandung des Aufnahmebehälters, weisen diese transparenten Bereiche der Anlagefläche beziehungsweise der Behälterwand vorzugsweise die gleiche oder eine ähnliche Brechzahl wie das anliegende Medium auf. Dadurch werden gebrochene Strahlengänge und unerwünschte Reflexionen vermieden.
  • Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das erste und/oder zweite Medium innerhalb des Aufnahmebehälters räumlich fixiert ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das optische Element in Form eines Linsenelements ausgestaltet ist, bei dem ein Strahlengang definiert durch das Linsenelement hindurchlaufen soll. Die räumliche Fixierung erfolgt vorzugsweise mittels dazu geeigneter Fixiermittel. Dabei ist die Erfindung jedoch nicht auf bestimmte Typen von Fixiermitteln beschränkt. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, können die Fixiermittel in Form einer besonderen Oberflächengestaltung der Anlagefläche und/oder in Form einer besonderen Oberflächenbeschaffenheit der Anlagefläche ausgebildet sein. Die Oberfläche ist dabei vorteilhaft so gestaltet, dass sie das anliegende Medium in Position halten kann. Die besondere Oberflächenbeschaffenheit kann beispielsweise mittels einer besonderen Oberflächenbeschichtung realisiert werden. Vorteilhaft kann eine besondere Oberflächenbeschaffenheit bezüglich der Benetzbarkeit vorgesehen sein. Dabei ist die Erfindung natürlich nicht auf die genannten Beispiele beschränkt.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass die Fixierung der Medien durch eine geeignete Wahl der Oberflächenmaterialien und/oder lokale Oberflächenbeschichtungen innerhalb des Aufnahmebehälters, beispielsweise der Wand des Aufnahmebehälters, erfolgt. Ebenso kann die räumliche Fixierung der Medien über das Anlegen einer geeigneten, vorzugsweise festgelegten Spannung, erfolgen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das erste Medium als elektrisch leitfähiges Medium und das zweite Medium als elektrisch isolierendes Medium ausgebildet ist. Eine solche Möglichkeit ist generell in der DE 698 04 119 T2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird. Natürlich ist es auch denkbar, die räumliche Fixierung über die konstruktive Ausgestaltung der Wände innerhalb des Aufnahmebehälters zu erreichen, beispielsweise in dem diese mit geeigneten Vorsprüngen, Kanten, Hinterschneidungen, Aussparungen und dergleichen versehen sind.
  • Die Fixiermittel haben generell die Aufgabe, dass die Position der Medien innerhalb des Aufnahmebehälters unverändert bleibt, sodass über das optische Element insbesondere ein definierter Strahlengang erzeugt werden kann.
  • Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass in der Anlagefläche des Aufnahmebehältersbeispielsweise in einer Zwischenschicht – an der das zweite Medium anliegt, eine Öffnung vorgesehen ist, und dass das zweite Medium im Bereich dieser Öffnung fixiert ist. Die Öffnung kann sich insbesondere um eine optische Achse des optischen Elements herum erstrecken, sodass ein Lichtstrahl durch diese Öffnung und anschließend durch das erste und zweite Medium hindurchtreten kann. Insbesondere sind im Bereich der Öffnung dazu alle in Frage kommenden Komponenten des optischen Elements transparent ausgebildet.
  • Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für die Mittel zum Ändern der Grenzfläche beschränkt. Nachfolgend werden hierzu einige nicht ausschließliche Beispiele näher beschrieben.
  • So ist es beispielsweise denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche als mechanische Mittel ausgebildet sind. In einem solchen Fall können die mechanischen Mittel beispielsweise als Kolbeneinrichtung oder Zylindereinrichtung ausgebildet sein.
  • In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche in Form einer ansteuerbaren Membran ausgebildet sind.
  • Dabei ist die Erfindung selbstverständlich ebenfalls nicht auf bestimmte Antriebsarten für die Mittel zum Ändern der Grenzfläche beschränkt. So ist es etwa möglich, dass die Mittel elektrisch betätigbar ausgebildet sind. Die in einem solchen Fall benötigten Spannungen liegen im unteren Voltbereich. Daher sind solche Mittel besonders energiesparend und kosteneffizient einsetzbar. Selbstverständlich sind auch andere Antriebsarten für die Mittel zum Ändern der Grenzfläche möglich. So ist es beispielsweise denkbar, dass diese magnetisch und/oder elektromagnetisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder piezoelektrisch betätigbar ausgebildet sind. Die Auswahl der jeweils geeigneten Antriebsart ergibt sich je nach Anwendungsart und Einsatzort des optischen Elements.
  • Mit dem erfindungsgemäßen optischen Element wird es auf besonders einfache und kostengünstige Weise möglich, eine Änderung der Brennweite des optischen Elements zu realisieren. Dabei kann dies in besonders einfacher Weise durch die Auswahl geeigneter Parameter erfolgen, beispielsweise die Auswahl geeigneter Medien – etwa Flüssigkeiten – innerhalb des Aufnahmebehälters, die geeignete Ausgestaltung der Oberflächen innerhalb des Aufnahmebehälters, die Form und Größe der Öffnung(en), die Auswahl des geeigneten Winkels der Grenzflächenkrümmung und dergleichen.
  • Auch wenn das optische Element bisher nur unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Medien beschrieben worden ist, so sind selbstverständlich auch optische Elemente möglich, mit drei oder mehr Medien innerhalb des Aufnahmebehälters, wobei diese dann insbesondere jeweils unterschiedlich ausgebildet ist. Die Ausgestaltung und Funktionsweise derartiger optischer Elemente ergibt sich in analoger Weise aus dem zuvor Beschriebenen, so dass diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen und verwiesen wird.
  • Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Gerät mit veränderlicher Fokallänge bereitgestellt, das eine Anzahl optischer Elemente aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass wenigstens eines der optischen Elemente in einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Weise ausgebildet ist. Dabei ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf bestimmte Typen optischer Geräte beschränkt. So können die erfindungsgemäßen optischen Elemente bei allen optischen Geräten eingesetzt werden, bei denen eine Änderung der Fokallänge notwendig ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Video-Camcorder, Kameras, Ferngläser, Brillen mit Nah- und Fernsicht, anpassbare Brillen und dergleichen handeln. Besonders vorteilhaft kann es sich bei einem solchen optischen Gerät um ein Mikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, oder ein Endoskop handeln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein wie vorstehend beschriebenes optisches Element daher in besonders vorteilhafter Weise in einem optischen Gerät mit veränderlicher Fokallänge und/oder mit veränderlicher spektraler Aufspaltung und/oder mit veränderlicher Strahlführung, insbesondere in einem Mikroskop oder einem Endoskop, oder einem Fernrohr, oder einem Teleskop, oder einer Kamera, oder einem Camcorder, oder einer Kamera in einem Mobiltelefon, oder einer Lupe, oder einer Kopflupe, verwendet.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein optisches Element gemäß einer ersten aus dem Stand der Technik bekannten Lösung;
  • 2 ein optisches Element einer weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Lösung;
  • 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements; und
  • 6 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements.
  • Die in den 1 und 2 dargestellten optischen Elemente 10, 20 sind bereits im Zusammenhang mit der Beschreibungseinleitung erläutert worden, sodass diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.
  • In den 3 bis 6 sind optische Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei denen es sich um Linsenelemente mit veränderlicher Brennweite handeln soll. Die optischen Elemente sollen in einem optischen Gerät mit veränderlichen Fokallänge, beispielsweise in einem Operationsmikroskop oder einem Endoskop (jeweils nicht dargestellt) eingesetzt werden.
  • Das in 3 dargestellte optische Element 60 besteht zunächst aus einem Aufnahmebehälter 62, der unter anderem durch einen Behälterboden 64 und einem diesem gegenüberliegenden Behälterdeckel 63 begrenzt ist. Senkrecht zum Behälterboden 64 verläuft die optische Achse 61, entlang derer der Strahlengang 65 eines Lichtstrahls durch das optische Element 60 hindurch verläuft.
  • Zumindest in einem Bereich um die optische Achse 61 herum weist der Behälterboden 64 und ebenso der Behälterdeckel 63 einen transparenten Bereich auf. Natürlich ist es auch denkbar, dass der gesamte Behälterboden 64 und der gesamte Behälterdeckel 63 aus einem transparenten Material gebildet sind.
  • Innerhalb des Aufnahmebehälters 62 befinden sich zwei unterschiedliche, jeweils formflexible Medien 66, 67. Beide Medien 66, 67 sind nicht mit einander mischbar, weisen unterschiedliche optische Eigenschaften (unterschiedliche Brechzahlen n1 und n2) auf und verfügen zumindest über eine ähnliche Dichte. Darüber hinaus sind beide Medien 66, 67 transparent. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann es sich bei den formflexiblen Medien 66, 67 um Flüssigkeiten handeln, wobei beispielsweise das erste Medium 66 als Wasser und das zweite Medium 67 als Öl ausgebildet sein kann.
  • Innerhalb des Aufnahmebehälters 62 befindet sich in diesem eine als Anlagefläche 68 ausgebildete Zwischenschicht, die wiederum über eine Öffnung 74 verfügt. Ebenso wie der transparente Bereich des Behälterbodens 64 ist auch die Öffnung 74 innerhalb der Zwischenschicht 68 konzentrisch um die optische Achse 61 herum ausgebildet.
  • Bei dem in 3 dargestellten Beispiel sind solche Oberflächen innerhalb des Aufnahmebehälters 62, die mit dem ersten Medium 66 benetzt werden, durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet, während diejenigen Oberflächen, die mit dem zweiten Medium 67 benetzt werden, durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet sind.
  • Die beiden Flüssigkeiten 66, 67 sind über geeignete Mittel im Aufnahmebehälter 62 räumlich fixiert, wobei die zweite Flüssigkeit 67 zumindest bereichsweise an der als Anlagefläche ausgebildeten Zwischenschicht 68 innerhalb des Aufnahmebehälters 62 anliegt. Dabei ist die zweite Flüssigkeit 67 ebenfalls im Bereich der Öffnung 74 fixiert, sodass sich die Flüssigkeit 67, die zumindest im Bereich der Grenzfläche 69 zwischen der ersten und zweiten Flüssigkeit 66, 67 eine Tropfenform aufweist, konzentrisch um die optische Achse 61 herum erstreckt.
  • Ein in das optische Element 60 eintretender Lichtstrahl 65 durchläuft somit zunächst den transparenten Bereich des Behälterbodens 64, anschließend die zweite Flüssigkeit 67 sowie die Öffnung 74 in der Anlagefläche 68 innerhalb des Aufnahmebehälters 62, dann die erste Flüssigkeit 66 und anschließend einen transparenten Bereich des Behälterdeckels 63.
  • Eine Veränderung der Brennweite des optischen Elements 60 und damit eine Veränderung der fokalen Länge des optischen Geräts erfolgt nun in einer Weise, das die Größe und/oder Form der Grenzfläche 69 – zum Beispiel deren Krümmung – zwischen den beiden Flüssigkeiten 66, 67 verändert wird. Dies erfolgt über entsprechend ausgestaltete Mittel 70. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Mittel 70 zum Ändern der Grenzfläche 69 in Form einer Membran 71 ausgebildet, die einen Teil der Zwischenschicht 68 bildet. An oder in der Membran 71 befindet sich wenigstens ein Magnet- oder Metallplättchen 72. Auf dieses Plättchen 72 kann mittels eines Elektromagneten 73 eingewirkt werden.
  • Wenn das Plättchen 72 als Magnetplättchen ausgebildet ist, kann dieses, je nach Polung, bei Betätigung des Elektromagneten 73 in Richtung des Behälterbodens 64 angezogen, oder aber in Richtung des Behälterdeckels 63 abgestoßen werden. Wenn das Plättchen 72 als Metallplättchen ausgebildet ist, wird dieses bei Betätigung des Elektromagneten 73 entweder angezogen, oder abgestoßen.
  • Durch die Mittel 70 zum Ändern der Grenzfläche 69 ist es nunmehr möglich, auf die Flüssigkeit 67 direkt einzuwirken. Dies geschieht in einer Weise, das die zweite Flüssigkeit 67 an der Grenzfläche 69 zur ersten Flüssigkeit 66 in zumindest einer Vorzugsrichtung – im vorliegenden Beispiel in Richtung der optischen Achse 61 – in Richtung der ersten Flüssigkeit 66 gedrückt wird. Dies erfolgt in besonders einfacher und energiesparender Weise durch eine Betätigung der Membran 71.
  • Im Ausgangszustand befindet sich die Membran 71 in ihrer waagerechten Ausgangsstellung. Die zweite Flüssigkeit 67 weist auf der Anlagefläche 68 eine Tropfenform auf, wobei die Grenzfläche 69 zwischen den Flüssigkeiten 67 und 66 eine flache Krümmung aufweist. Dies ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
  • Wenn nun der Elektromagnet 73 betätigt wird und das Plättchen 72 beispielsweise in Richtung des Behälterbodens 64 angezogen wird, führt dies dazu, dass sich auch die Membran 71 in Richtung des Behälterbodens 64 auslenkt. Dadurch wird die zweite Flüssigkeit 67 durch die Öffnung 74 herausgedrückt, wodurch sich die Krümmung der Grenzfläche 69 in eine wesentlich gewölbtere Form ändert, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die zweite Flüssigkeit 67 wird somit in Richtung der optischen Achse 61 in Richtung der ersten Flüssigkeit 66 gedrückt, wodurch sich ebenfalls eine Änderung der Fokallänge des optischen Geräts (nicht dargestellt) ergibt.
  • In 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches eine weitere Ausgestaltungsform für die Mittel zum Ändern der Grenzfläche aufweist.
  • Das in 4 dargestellte optische Element 40 besteht zunächst wiederum aus einem Aufnahmebehälter 42, der unter anderem durch einen Behälterboden 43 und einen diesem gegenüberliegenden Behälterdeckel begrenzt ist. Senkrecht zum Behälterboden 43 verläuft die optische Achse 41, entlang derer der Strahlengang 45 eines Lichtstrahls durch das optische Element 40 hindurch verläuft. Zumindest in einem Bereich um die optische Achse 41 herum weist der Behälterboden 43 und ebenso der Behälterdeckel einen transparenten Bereich 44 auf. Natürlich ist es auch denkbar, dass der gesamte Behälterboden 43 und der gesamte Behälterdeckel aus einem transparenten Material gebildet sind.
  • Innerhalb des Aufnahmebehälters 42 befinden sich zwei unterschiedliche formflexible Medien 46, 47. Beide Medien 46, 47 sind nicht mit einander mischbar, weisen unterschiedliche optische Eigenschaften auf und verfügen zumindest über eine ähnliche Dichte. Darüber hinaus sind beide Medien 46, 47 zumindest teilweise transparent. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann es sich bei den formflexiblen Medien ebenfalls um Flüssigkeiten handeln, wobei beispielsweise das erste Medium 46 als Wasser und das zweite Medium 47 als Öl ausgebildet sein kann.
  • Das erste Medium 46 liegt unter anderem an dem zumindest bereichsweise transparenten Behälterdeckel an. Vorteilhaft weisen das Medium und der transparente Bereich des Behälterdeckels gleiche Brechungszahlen n1 auf, so dass weder gebrochene Strahlen, noch unerwünschte Reflexionen entstehen können. Ebenso weisen deshalb auch der transparente Bereich 44 des Behälterbodens 43 und das Medium 47, das an dem transparenten Bereich 44 anliegt, identische oder ähnliche Brechzahlen n2 auf. Behälterdeckel und erstes Medium 46, beziehungsweise Behälterboden 43 und zweites Medium 47 können dann jeweils wie ein einziges Medium betrachtet werden.
  • Innerhalb des Aufnahmebehälters 42 befindet sich in diesem eine Anlagefläche 48 in Form einer Zwischenschicht, die wiederum über eine Öffnung 52 verfügt. Ebenso wie der transparente Bereich 44 des Behälterbodens 43 ist auch die Öffnung 52 innerhalb der Anlagefläche 48 konzentrisch um die optische Achse 41 herum ausgebildet. Die Zwischenschicht kann je nach Ausgestaltungsform eine waagerechte oder aber auch eine schräge Ausrichtung haben.
  • Die beiden Flüssigkeiten 46, 47 sind über geeignete Mittel im Aufnahmebehälter 42 räumlich fixiert, wobei die zweite Flüssigkeit 47 zumindest bereichsweise an der Anlagefläche 48 des Aufnahmebehälters 42 anliegt. Dabei ist die zweite Flüssigkeit 47 ebenfalls im Bereich der Öffnung 52 fixiert, sodass sich die Flüssigkeit 47, die zumindest im Bereich der Grenzfläche 49 zwischen der ersten und zweiten Flüssigkeit 46, 47 eine Tropfenform aufweist, konzentrisch um die optische Achse 41 herum erstreckt. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Formgebung und/oder Oberflächenbeschichtung der Anlagefläche 48 realisiert werden.
  • Ein in das optische Element 40 eintretender Lichtstrahl 45 durchläuft somit zunächst den transparenten Bereich 44 des Behälterbodens 43, anschließend die zweite Flüssigkeit 47 sowie die Öffnung 52 in der Wand 48 des Aufnahmebehälters 42, dann die erste Flüssigkeit 46 und anschließend einen transparenten Bereich des Behälterdeckels.
  • Eine Veränderung der Brennweite des optischen Elements 40 und damit eine Veränderung der fokalen Länge des optischen Geräts erfolgt nun in einer Weise, das die Größe und/oder Form der Grenzfläche 49 – zum Beispiel deren Krümmung – zwischen den beiden Flüssigkeiten 46, 47 verändert wird. Dies erfolgt über entsprechend ausgestaltete Mittel 50. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Mittel 50 zum Ändern der Grenzfläche 49 in Form einer Kolbeneinrichtung 51 ausgebildet, wobei sich der Kolben 51 innerhalb eines Zylinders 53 bewegt.
  • Durch die Mittel 50 zum Ändern der Grenzfläche 49 ist es nunmehr möglich, auf die Flüssigkeit 47 direkt einzuwirken. Dies geschieht in einer Weise, das die zweite Flüssigkeit 47 an der Grenzfläche 49 zur ersten Flüssigkeit 46 in zumindest einer Vorzugsrichtung – im vorliegenden Beispiel in Richtung der optischen Achse 41 – in Richtung der ersten Flüssigkeit gedrückt wird. Dies erfolgt in besonders einfacher und energiesparender Weise durch eine Betätigung der Kolbeneinrichtung 51.
  • Im Ausgangszustand befindet sich die Kolbeneinrichtung 51 in der mittels einer durchgezogenen Linie dargestellten Ausgangsstellung. Die zweite Flüssigkeit 47 weist auf der Wand 48 eine Tropfenform auf, wobei die Grenzfläche 49 zwischen den Flüssigkeiten 47 und 46 eine flache Krümmung aufweist. Dies ist ebenfalls durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
  • Wenn nun die Kolbeneinrichtung 51 betätigt und in eine durch die gestrichelte Linie dargestellte zweite Position verschoben wird, wozu lediglich eine geringe Steuerspannung erforderlich ist, wird die zweite Flüssigkeit 47 durch die Öffnung 52 herausgedrückt, wodurch sich die Krümmung der Grenzfläche 49 in eine wesentlich gewölbtere Form ändert, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die zweite Flüssigkeit 47 wird somit in Richtung der optischen Achse 41 in Richtung der ersten Flüssigkeit 46 gedrückt, wodurch sich ebenfalls eine Änderung der Fokallänge des optischen Geräts (nicht dargestellt) ergibt.
  • Das in 5 dargestellte optische Element 80 verfügt wiederum über einen Aufnahmebehälter 82, der durch ein Deckelelement 83, einen Behälterboden 84 sowie Seitenwände 86, 87 begrenzt ist. Zumindest im Bereich der optischen Achse 81, entlang derer die Lichtstrahlrichtung 85 verläuft, sind der Behälterboden 82 und der Behälterdeckel 83 transparent ausgebildet.
  • In dem Aufnahmebehälter 82 befinden sich zwei formflexible Medien 90, 91 mit gleicher Dichte, aber unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Im vorliegenden Beispiel hat das erste formflexible Medium 90 eine Brechzahl n1, während das formflexible zweite Medium 91 eine Brechzahl n2 hat. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt das zweite Medium 91 nicht am Behälterboden 84 oder einer im Aufnahmebehälter 82 befindlichen Zwischenschicht an.
  • Vielmehr sind die Anlageflächen 88, 89 im vorliegenden Beispiel als Teilbereiche der Seitenwände 86, 87 ausgebildet. Das zweite Medium 91 wird somit seitlich festgehalten, und nicht auf der optischen Achse 81. Die Anlageflächen 88, 89 müssen daher auch nicht transparent ausgebildet sein. Vorteilhaft ist die Oberfläche der Anlageflächen 88, 89 jeweils derart gestaltet, dass das zweite Medium 91 dort festgehalten wird.
  • Das erste Medium 90 befindet sich sowohl oberhalb als auch unterhalb des zweiten Mediums 91, so dass sich die beiden Medien 90, 91 an zwei Grenzflächen 92, 93 berühren.
  • Bei dem in 5 dargestellten Beispiel sind solche Oberflächen innerhalb des Aufnahmebehälters 82, die mit dem ersten Medium 90 benetzt werden, durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet, während diejenigen Oberflächen, die mit dem zweiten Medium 91 benetzt werden, durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet sind.
  • Wenn nun nicht näher dargestellte Mittel zum Ändern der Grenzflächen betätigt werden, wird das zweite Medium 91 nach außen gedrückt, wodurch sich die Krümmung der Grenzflächen 92, 93 in eine wesentlich gewölbtere Form ändern. Das zweite Medium 91 wird somit in zwei entgegengesetzt ausgerichtete Vorzugsrichtungen in Richtung der optischen Achse 81 in Richtung des ersten Medium 90 gedrückt, wodurch sich ebenfalls eine Änderung der Fokallänge des optischen Geräts (nicht dargestellt) ergibt.
  • In 6 ist schließlich noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Elements 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Teilfiguren a) und b) jeweils unterschiedliche Betriebszustände darstellen.
  • Das optische Element 100 verfügt wiederum über einen Aufnahmebehälter 102, unter anderem mit einem Behälterboden 103 und einem Deckelelement 104. Im vorliegenden Beispiel sollen nicht nur deren Bereiche um die optische Achse 101 herum transparent ausgebildet sein. Vielmehr sollen sowohl der Behälterboden 103 als auch das Deckelement 104 in ihrer Gesamtheit transparent ausgebildet sein. Hinzu kommt, dass der Behälterboden 103 einen in den Aufnahmebehälter hinein gerichtete, gekrümmte Oberfläche aufweist.
  • Sowohl der Behälterboden 103 als auch das Deckelelement 104 weisen eine Brechzahl n1 auf, die identisch oder ähnlich mit der Brechzahl n1 eines ersten, im Aufnahmebehälter 102 befindlichen formflexiblen Mediums 105 ist. Bei dem ersten Medium 105 kann es sich beispielsweise um Wasser handeln, während der Behälterboden 103 und das Deckelelement 104 beispielsweise aus Glas gefertigt sind.
  • Im Aufnahmebehälter 102 befindet sich weiterhin ein zweites formflexibles Medium 106 mit gleicher Dichte wie das erste Medium 105, aber mit einer anderen Brechzahl n2. Bei dem zweiten Medium handelt es sich beispielsweise um ein Öl. Das zweite Medium 106, das in der Ausgangsposition gemäß 6a) in etwa eine Kugelform aufweist, ist allseitig vom ersten Medium 105 umgeben. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt das zweite Medium somit an keinerlei Anlagefläche an. Da beide Medien 105, 106 die gleiche Dichte haben und durch die Ausgestaltung des Behälterbodens 103 ist sichergestellt, dass das zweite Medium 106 in der 6a in Position gehalten wird.
  • Eine Veränderung der Brennweite des optischen Elements 100 und damit eine Veränderung der fokalen Länge des optischen Geräts erfolgt nun in einer Weise, das die Größe und/oder Form der Grenzfläche 107 – zum Beispiel deren Krümmung – zwischen den beiden Medien 105, 106 verändert wird. Dies erfolgt über entsprechend ausgestaltete Mittel 108. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Mittel 108 zum Ändern der Grenzfläche 107 in Form einer Kolbeneinrichtung 109 ausgebildet, wobei sich der Kolben 109 entlang seiner Verschieberichtung 110 innerhalb des Aufnahmebehälters 102 bewegt.
  • Aus diesem Grund ist die Kolbeneinrichtung 109 aus einem transparenten Material gefertigt, beispielsweise aus Glas. Weiterhin weist die Kolbeneinrichtung 109 vorteilhaft eine Brechzahl n1 auf, die der Brechzahl n1 des ersten Mediums 105 entspricht, oder aber ähnlich zu dieser ist.
  • Durch die Mittel 108 zum Ändern der Grenzfläche 107 ist es nunmehr möglich, auf das erste Medium 105 direkt, und auf das zweite Medium 106 indirekt einzuwirken. Im Ausgangszustand befindet sich die Kolbeneinrichtung 109 in der in 6a dargestellten Ausgangsstellung. Das zweite Medium 106 weist eine Kugelform auf.
  • Wenn nun die Kolbeneinrichtung 109 betätigt und entlang der Verschieberichtung 110 in eine in 6b dargestellte zweite Position verschoben wird, wird das zweite Medium in eine elliptische Form gedrückt, wodurch sich ebenfalls eine Änderung der Fokallänge des optischen Geräts (nicht dargestellt) ergibt.

Claims (26)

  1. Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät, mit einem Aufnahmebehälter (22, 42, 62, 82), der ein erstes formflexibles Medium (28, 46, 66, 90) sowie ein zweites formflexibles Medium (29, 47, 67, 91) beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter (22, 42, 62, 82) räumlich fixiert sind, wobei das zweite Medium (29, 47, 67, 91) zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche (23, 48, 68, 88, 89) innerhalb des Aufnahmebehälters (22, 42, 62, 82) anliegt und wobei sich die beiden Medien an wenigstens einer Grenzfläche (30, 49, 69, 92, 93) berühren, und mit Mitteln (31, 50, 70) zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche(n) (30, 49, 69, 92, 93) zwischen den beiden Medien, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind, dass die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind und dass ein Medium über diese Mittel (50, 70) an wenigstens einer Grenzfläche (49, 69, 92, 93) in zumindest einer Vorzugsrichtung (41, 61, 81) in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.
  2. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) zur Einwirkung auf das zweite Medium (47, 67, 91) ausgebildet sind und dass das zweite Medium (47, 67, 91) über diese Mittel (50, 70) an wenigstens einer Grenzfläche (49, 69, 92, 93) in zumindest einer Vorzugsrichtung (41, 61, 81) in Richtung des ersten Mediums (46, 66, 90) verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.
  3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) zur Einwirkung auf das erste Medium (46, 66, 99) ausgebildet sind und dass das erste Medium (46, 66, 90) über diese Mittel (50, 70) an wenigstens einer Grenzfläche (49, 69, 92, 93) in zumindest einer Vorzugsrichtung (41, 61, 81) in Richtung des zweiten Mediums (47, 67, 91) verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.
  4. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Medien an zwei Grenzflächen (92, 93) berühren und dass ein Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzflächen (92, 93) an einer oder beiden Grenzflächen (92, 93) in zumindest einer Vorzugsrichtung (81) in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.
  5. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (88, 89) innerhalb des Aufnahmebehälters (42, 62, 82) als zumindest ein Teilbereich eines Deckelements (63, 83) und/oder eines Bodenelements (44, 64, 84) und/oder wenigstens einer Seitenwand (86, 87) ausgebildet ist.
  6. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (48, 68) innerhalb des Aufnahmebehälters (42, 62) als zumindest ein Teilbereich einer innerhalb des Aufnahmebehälters (42, 62) angeordneten Zwischenfläche ausgebildet ist.
  7. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Medium über die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) derart in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben wird, dass sich die Krümmung wenigstens einer Grenzfläche (49, 69, 92, 93) zwischen den beiden Medien ändert.
  8. Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät, mit einem Aufnahmebehälter (102), der ein erstes formflexibles Medium (105) sowie ein zweites formflexibles Medium (106) beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter (102) räumlich fixiert sind und wobei sich die beiden Medien an einer Grenzfläche (107) berühren, und mit Mitteln (108) zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche (107) zwischen den beiden Medien, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium (106) allseitig von dem ersten Medium (105) umschlossen ist, dass die Mittel (108) zum Ändern der Grenzfläche (107) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium (105, 106) ausgebildet sind und dass die Mittel (108) zum Ändern der Grenzfläche (107) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium (105, 106) ausgebildet sind.
  9. Optisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (108) zum Ändern der Grenzfläche (107) derart auf das erste und/oder zweite Medium (105, 106) einwirken, dass sich die Krümmung der Grenzfläche (107) zwischen dem ersten (105) und zweiten (106) Medium ändert.
  10. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und/oder das zweite Medium (47, 67, 91, 106) eine Flüssigkeit ist.
  11. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und/oder das zweite Medium (47, 67, 91, 106) gelartig ausgebildet ist.
  12. Optisches Element nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium (47, 67, 91, 106) in Form eines Tropfens ausgebildet ist.
  13. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und das zweite Medium (47, 67, 91, 106) die gleiche Dichte aufweisen.
  14. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und das zweite Medium (47, 67, 91, 106) unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen.
  15. Optisches Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und das zweite Medium (47, 67, 91, 106) unterschiedliche Brechungszahlen aufweisen.
  16. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Fixierung des ersten (46, 66, 90, 105) und/oder zweiten (47, 67, 91, 106) Mediums innerhalb des Aufnahmebehälters (42, 62, 82, 102) mittels Fixiermitteln erfolgt.
  17. Optisches Element nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel in Form einer besonderen Oberflächengestaltung der Anlagefläche (48, 68, 88, 89) und/oder in Form einer besonderen Oberflächenbeschaffenheit der Anlagefläche (48, 68, 88, 89) ausgebildet sind.
  18. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlagefläche (48, 68) des Aufnahmebehälters (42, 62), an der das zweite Medium (47, 67) anliegt, eine Öffnung (52, 74) vorgesehen ist und dass das zweite Medium (47, 67) im Bereich der Öffnung (52, 74) fixiert ist.
  19. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 108) zum Ändern der Grenzfläche (49, 107) als mechanische Mittel ausgebildet sind.
  20. Optisches Element nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel als Kolbeneinrichtung (51, 109) oder Zylindereinrichtung ausgebildet sind.
  21. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (70) zum Ändern der Grenzfläche (69) in Form einer ansteuerbaren Membran (71) ausgebildet sind.
  22. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 70, 108) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93, 107) elektrisch und/oder magnetisch und/oder elektromagnetisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder piezoelektrisch betätigbar ausgebildet sind.
  23. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Linsenelement oder Prismenelement oder Spiegelelement ausgebildet ist.
  24. Optisches Gerät mit veränderlicher Fokallänge, aufweisend eine Anzahl optischer Elemente, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der optischen Elemente (40, 60, 80, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 ausgebildet ist.
  25. Verwendung eines optischen Elements (40, 60, 80, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 in einem optischen Gerät mit veränderlicher Fokallänge und/oder mit veränderlicher spektraler Aufspaltung und/oder mit veränderlicher Strahlführung.
  26. Verwendung eines optischen Elements (40, 60, 80, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 in einem Mikroskop, oder einem Endoskop, oder einem Fernrohr, oder einem Teleskop, oder einer Kamera, oder einem Camcorder, oder einer Kamera in einem Mobiltelefon, oder einer Lupe, oder einer Kopflupe.
DE2003149467 2003-10-23 2003-10-23 Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät sowie optisches Gerät Withdrawn DE10349467A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003149467 DE10349467A1 (de) 2003-10-23 2003-10-23 Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät sowie optisches Gerät
PCT/EP2004/011930 WO2005040865A1 (de) 2003-10-23 2004-10-21 Optisches element zum veränderbaren einstellen der fokallänge in einem optischen gerät sowie optisches gerät

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003149467 DE10349467A1 (de) 2003-10-23 2003-10-23 Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät sowie optisches Gerät

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10349467A1 true DE10349467A1 (de) 2005-06-02

Family

ID=34484961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2003149467 Withdrawn DE10349467A1 (de) 2003-10-23 2003-10-23 Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät sowie optisches Gerät

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10349467A1 (de)
WO (1) WO2005040865A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7725016B2 (en) 2005-11-01 2010-05-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Liquid zoom lens
DE102011113066A1 (de) 2011-09-09 2013-03-14 Rainer Schmidt Gesteuertes optisches Element

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0407414D0 (en) * 2004-04-01 2004-05-05 1 Ltd Variable focal length lens

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6051801A (ja) * 1983-08-31 1985-03-23 Nec Corp 可変焦点レンズ
JPS6156303A (ja) * 1984-08-28 1986-03-22 Nec Home Electronics Ltd レンズユニツト
JPH01302301A (ja) * 1988-05-31 1989-12-06 Asahi Optical Co Ltd 液体封入光学素子
DE19710668A1 (de) * 1997-03-14 1998-09-17 Robert Seidel Variable optische Systeme
DE29823897U1 (de) * 1998-09-28 2000-03-16 Waeschke Ulf Einrichtung zur Förderung kryogener Flüssigkeiten
WO2003069380A1 (en) * 2002-02-14 2003-08-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Variable focus lens

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3410153C2 (de) * 1983-03-21 1985-10-17 Helmut 2420 Eutin Krueger-Beuster Optisches System mit Flüssigkeitslinsen
US5864128A (en) * 1991-10-15 1999-01-26 Geo Labs, Inc. Lens with variable focal length
US20060158971A1 (en) * 2003-02-25 2006-07-20 Hendriks Bernardus Hendrikus W Objective lens for optical disk recording/reproducing device comprising variable lens formed by the interface of two immiscible fluids
EP1623263B1 (de) * 2003-05-06 2012-10-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Elektrowetting module
CN100374900C (zh) * 2003-05-14 2008-03-12 皇家飞利浦电子股份有限公司 可变形状透镜

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6051801A (ja) * 1983-08-31 1985-03-23 Nec Corp 可変焦点レンズ
JPS6156303A (ja) * 1984-08-28 1986-03-22 Nec Home Electronics Ltd レンズユニツト
JPH01302301A (ja) * 1988-05-31 1989-12-06 Asahi Optical Co Ltd 液体封入光学素子
DE19710668A1 (de) * 1997-03-14 1998-09-17 Robert Seidel Variable optische Systeme
DE29823897U1 (de) * 1998-09-28 2000-03-16 Waeschke Ulf Einrichtung zur Förderung kryogener Flüssigkeiten
WO2003069380A1 (en) * 2002-02-14 2003-08-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Variable focus lens

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7725016B2 (en) 2005-11-01 2010-05-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Liquid zoom lens
DE102011113066A1 (de) 2011-09-09 2013-03-14 Rainer Schmidt Gesteuertes optisches Element

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005040865A1 (de) 2005-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2156248B1 (de) Holographisches rekonstruktionssystem mit einer optischen wellennachführung
EP3225021B1 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung, abbildungssystem und verfahren zum bereitstellen einer multiaperturabbildungsvorrichtung
EP1062537B1 (de) Optischer schalter und modulares schaltsystem aus optischen schaltelementen
EP1667612B1 (de) Fokussionsfähige künstliche linse für ein auge
WO2017029375A1 (de) Vorrichtung mit einer multikanalabbildungsvorrichtung und verfahren zum herstellen derselben
WO2008142156A2 (de) Richtungsgesteuerte beleuchtungseinheit für autostereoskopische displays
DE102006003136A1 (de) Zoomobjektivsystem und Kamera mit selbigem
DE102006049425A1 (de) Flüssigkeitszoomlinse
DE102006049426A1 (de) Flüssigkeitszoomlinse
DE102014107432B3 (de) Optisches Gerät zur Erzeugung von Bildern mit räumlichem Eindruck
DE102017208709B3 (de) Multiaperturabbildungsvorrrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer Multiaperturabbildungsvorrichtung
DE10359733A1 (de) Afokales Zoomsystem
DE102009000724A1 (de) Vorrichtung zum Ablenken von Lichtstrahlen
WO2019052952A2 (de) Multiaperturabbildungsvorrichtung mit geringer bauhöhe und umschaltbarer blickrichtung, abbildungssystem und verfahren zum bereitstellen einer multiaperturabbildungsvorrichtung
DE10349467A1 (de) Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät sowie optisches Gerät
WO2005124421A1 (de) Beleuchtungseinrichtung für ein mikroskop mit einer anordnung von kleinstlichtquellen und einer linse mit variablem fokus
DE10358906B4 (de) Optisches Element, optisches System sowie optisches Gerät
DE102004059172A1 (de) Optisches Element, optisches System sowie optisches Gerät
WO2016055336A1 (de) Mikroskop mit aperturbegrenzer
DE19856108B4 (de) Makrolinsensystem
DE10360995B4 (de) Longitudinales, elektromagnetisches, optisches Verriegelungsrelais
DE102009059094A1 (de) Räumlicher Lichtmodulator mit Elektrobenetzungszellen
DE10201835A1 (de) Optische Vergrösserungseinrichtung zur Abstandsvariation
DE102007028402A1 (de) Mikroskop und Klemmschutzvorrichtung für ein Mikroskop
DE102005043870A1 (de) Mikroskop mit Fokussiereinrichtung zur Beobachtung von Tiefenstrukturen an Objekten

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: CARL ZEISS SURGICAL GMBH, 73447 OBERKOCHEN, DE

8130 Withdrawal
8170 Reinstatement of the former position
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110502