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Die Erfindung betrifft das Halten
eines Flüssigkeitstropfens
in einer vorgegebenen Position auf einer festen Oberfläche und
spezieller das Zentrieren eines solchen Tropfens.
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Aus verschiedenen Gründen kann
es wünschenswert
sein, einen Tropfen, der sich auf einer Oberfläche befindet, präzise zu
einer vorgegebenen Achse zu zentrieren. Eine bekannte Art, dies
zu erreichen, besteht in der Veränderung
der Benetzbarkeit der Oberfläche
mit dem Flüssigkeitstropfen
um die Achse herum.
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1 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht eines Flüssigkeitstropfens 2 auf
einer Oberfläche 4. Die
Oberfläche 4 wurde
in einem kreisförmigen
Bereich C1, der um eine Achse O zentriert ist, bearbeitet. Die Bearbeitung
des Bereiches C1 erfolgt derart, daß ihre Benetzbarkeit in Bezug
auf den Flüssigkeitstropfen 2 stark
ist. Dadurch halten Kapillarkräfte
den Tropfen 2 zur Achse O zentriert.
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Eine Verbesserung dieser Oberflächenbearbeitung,
die nicht gezeigt ist, besteht in der Erzeugung von mehreren konzentrischen
Kreisbereichen um die Achse O herum. Die Bearbeitung dieser Bereiche
erfolgt derart, daß je
näher der
Bereich bei der Achse O liegt, desto größer ist seine Benetzbarkeit
in Bezug auf den Flüssigkeitstropfen 2.
Diese Verbesserung ermöglicht
das Zentrieren des Tropfens 2 für verschiedene Kontaktwinkel.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es möglich ist, diesen Winkel zu
verändern,
z. B. mittels einer elektrischen Spannung. Diese Oberflächenbearbeitung
kann jedoch schwierig und teuer in ihrer Ausführung sein.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
einen Tropfen auf einer Oberfläche
zu zentrieren, ohne die Benetzbarkeit der Oberfläche zu modifizieren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die
Erfindung ein Verfahren zum Zentrieren eines Flüssigkeitstropfens um eine vorgegebene
Achse bei einer gegebenen Position einer Oberfläche vor, das darin besteht,
bei dieser Position eine konisch erweiterte oder ausgestellte (flared)
Vertiefung zu bilden, so daß bei jedem
Punkt der Kontaktgrenze zwischen dem Tropfen und der Vertiefung
diese Vertiefung eine Krümmung
aufweist, die kleiner oder entgegengesetzt der eines Kreises ist,
welcher die Oberfläche
der Vertiefung bei diesem Punkt sowie bei einem Punkt dieser Oberfläche, der
symmetrischen in bezug auf die Zentrierachse ist, berührt. (Der
Begriff „konisch
erweitert" ist nicht
auf eine Konusform in engem Sinne beschränkt, sondern umfaßt jede
konusähnlich
ausgestellte Form; Anmerkung des Übersetzers).
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Gemäß einer Ausführung der
Erfindung hat die konisch erweiterte Vertiefung die Form eines Kegelstumpfs,
der eine zu dieser Oberfläche
senkrechte Achse aufweist.
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Gemäß einer Ausführung der
Erfindung hat die konisch erweiterte Vertiefung die Form eines oberen
mittleren Teils eines Torus, der eine zur Oberfläche senkrechte Achse aufweist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der
Erfindung wird ein Verfahren zum Zentrieren eines Flüssigkeitstropfens
um eine vorgegebene Achse auf der Außenfläche einer konvexen Oberfläche vorgesehen,
das darin besteht, dieser Oberfläche
bei jedem Punkte der Kontaktgrenze zu dem Tropfen eine Form zu verleihen,
so daß diese
Oberfläche
eine Krümmung
hat, die größer als
die eines Kreises ist, der diese Oberfläche bei diesem Punkt und bei
einem Punkt dieser Oberfläche,
der symmetrischen in bezug auf die Zentrierachse ist, berührt.
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Gemäß einer Ausführung der
Erfindung wird die konvexe Oberfläche durch Drehung eines Kreisbogens,
der einen kleineren Radius hat als der berührende Kreis, um diese Achse
gebildet.
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Die Erfindung sieht auch eine Linse
mit variabler Brennweite vor, welche das obige Verfahren umsetzt,
mit einer Wand aus einem isolierenden Material, einem Tropfen aus
einer ersten isolierenden Flüssigkeit,
der auf einem Bereich einer ersten Oberfläche der Wand angeordnet ist,
einer zweiten leitenden Flüssigkeit,
welche die erste Oberfläche
und den Tropfen bedeckt, wobei die erste und die zweite Flüssigkeit
nicht mischbar sind und unterschiedliche optische Brechungsindizes
und im wesentlichen die gleiche Dichte haben, und mit Mitteln zum
Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der leitenden Flüssigkeit
und einer Elektrode, die auf der zweiten Oberfläche der Wand angeordnet ist,
wobei der Tropfen in einer konisch erweiterten Vertiefung der Wand
angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführung der
Erfindung besteht die Elektrode aus einem Metallblech, die konisch
erweiterte Vertiefung ist ein Kegelstumpf, der durch Ziehen des
Metallblechs gebildet ist und der zu einer Achse zentriert ist,
welche senkrecht zur ersten Oberfläche ist, wobei am Boden der
Vertiefung ein zentriertes Loch gestanzt ist, und die Wand aus dem isolierenden
Material ein transparenter Kunststoffilm ist, der auf die Elektrode
und die Wände
der Vertiefung plattiert ist und das Loch überdeckt.
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Gemäß einer Ausführung der
Erfindung besteht die Elektrode aus einem Metallblech, die konisch
erweiterte Vertiefung ist ein Kegelstumpf, der durch Bearbeiten
des Metallblechs gebildet ist und der zu einer zur ersten Oberfläche senkrechten
Achse zentriert ist, wobei am Boden der Vertiefung ein zentriertes
Loch gestanzt ist, und wobei die Wand aus dem isolierenden Material
aus einem transparenten Kunststoff gebildet ist, der auf die Elektrode
und die Wände
des Lochs plattiert ist und das Loch bedeckt.
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Die obigen Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung spezieller
Ausführungen,
ohne Beschränkung
hierauf, in Verbindung mit den Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten
beschrieben. In den Figuren zeigt:
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1,
die bereits beschrieben wurde, eine geschnittene Seitenansicht einer
Einrichtung zum Zentrieren eines Tropfens gemäß dem Stand der Technik;
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2 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht eines Flüssigkeitstropfens, der auf
einer flachen Oberfläche
liegt;
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3 bis
7 zeigen geschnittene Seitenansichten eines Flüssigkeitstropfens, der in einer
konisch erweiterten Vertiefung einer Oberfläche angeordnet ist;
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8 bis
10 zeigen geschnittene Seitenansichten eines Flüssigkeitstropfens, der an einem Ende
eines Stabes zum Greifen des Flüssigkeitstropfens
angeordnet ist;
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11 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht einer Anwendung der Erfindung für das Zentrieren
eines transparenten Flüssigkeitstropfens,
der als eine Linse verwendet wird; und 12 zeigt eine geschnittene Seitenansicht
einer alternativen Ausführung
der 11.
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Dieselben Elemente wurden in den
folgenden Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Insbesondere
bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Flüssigkeitstropfen mit klei nen
Abmessungen, dessen Position auf einer Oberfläche im wesentlichen durch Kapillarkräfte (die
Oberflächenspannung)
bestimmt wird. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Oberfläche, deren
Benetzbarkeit in bezug auf den Flüssigkeitstropfen 2 konstant
ist.
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2 zeigt
eine ebene Oberfläche 4,
die von einer Achse O geschnitten wird, welche senkrecht zu dieser
Oberfläche
ist. Wenn ein Flüssigkeitstropfen bei
einer Position A, die um die Achse O zentriert ist, aufgebracht
werden soll, indem er z. B. von einem den Tropfen fassenden Stab
abgegeben wird, ist die Wahrscheinlichkeit, dies mit Genauigkeit
zu erreichen, klein, und der Tropfen bleibt, wo er abgesetzt wurde,
z. B. bei einer Position B.
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Wie in 3 gezeigt,
hat der Erfinder zur Lösung
des Problems der Zentrierung eines Tropfens 2 in bezug
auf eine Achse O zunächst
daran gedacht, den Tropfen 2 in eine Vertiefung zu setzen,
die in der Oberfläche 4 ausgebildet
ist, wobei diese Vertiefung die Form einer kugelförmigen Kappe
hat, die in bezug auf die Achse O symmetrisch ist. Jede Position
des Tropfens 2 in der Vertiefung 6 erschien jedoch
stabil zu sein. Wenn somit der Tropfen 2 bei einer Position 4,
die um die Achse 0 zentriert ist, abgesetzt werden soll,
ist die Wahrscheinlichkeit, dies mit Präzision zu erreichen, wie im
Falle der ebenen Oberfläche 4 gering,
weil der Tropfen dort bleibt, wo er abgelegt wurde, z. B. bei der
Position B.
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Der Erfinder hat daher zunächst die
Idee, einen Tropfen mit Hilfe einer Vertiefung zu zentrieren, verworfen.
Die Patentanmeldung FR-A-2 769 375 derselben Anmelderin beschreibt
daher eine Flüssigkeitslinse
mit variabler Brennweite, die durch einen Flüssigkeitstropfen gebildet wird,
der auf die Oberfläche
eines Festkörpers
aufgebracht wird und durch die in bezug auf 1 beschriebenen Mittel zu einer Achse
zentriert wird. Diese Anmeldung beschreibt ferner eine elektromagnetische
Einrichtung zum Verformen des Tropfens, während er auf der Achse zentriert
gehalten wird.
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Andererseits beschreibt diese Patentanmeldung
eine Flüssigkeitslinse
mit variabler Brennweite, die durch einen Tropfen gebildet wird,
der in einem Rohr enthalten ist und durch Kapillarkräfte zu der Rohrachse
zentriert gehalten wird. Es erscheint daher, daß ein Tropfen 2 zu
einer Achse O zentriert werden kann, indem er in eine zylindrische
Vertiefung der Oberfläche 4 gebracht
wird, welche zu dieser Achse zentriert ist. Es ist jedoch schwierig,
einen Flüssigkeitstropfen
in einer solchen zylindrischen Vertiefung abzusetzen und gleichzeitig
zu verhindern, daß am Boden
des Tropfens eine Blase zurückbleibt.
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Der Erfinder hat dann systematisch
untersucht, welche Art von Vertiefung, die zu einer Achse 0 zentriert
ist, eine einfache Zentrierung eines Flüssigkeitstropfens zu dieser
Achse erlaubt.
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4 bis 7 zeigen jeweils eine geschnittene Seitenansicht
eines Flüssigkeitstropfens,
der in einer konisch erweiterten oder ausgestellten Vertiefung 6 abgesetzt
wurde, welche zu einer Achse O zentriert ist und in einer Oberfläche 4 ausgebildet
ist. Für
eine Position A des Tropfens 2, die zu der Achse O zentriert
ist, bezeichnet CP1 je einen beliebigen Punkt der Kontaktgrenze
zwischen dem Tropfen 2 und der Oberfläche der Vertiefung 6.
Der Kreis, dessen Zentrum auf der Achse O liegt und der eine Tangente
an die Oberfläche
der Vertiefung sowohl bei dem Punkt CP 1 als auch bei einem symmetrischen
Punkt CP2 bildet, wird Tangentenkreis TC genannt.
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4 zeigt
einen Flüssigkeitstropfen,
der in einer Vertiefung 6 abgesetzt ist, die durch Drehung eines
Kreisbogens um die Achse O gebildet ist, wobei der Kreisbogen einen
kleineren Radius hat als der vorhergehende Kreis TC. Bei jedem Punkt
CP1 der Kontaktgrenze zwischen der Oberfläche der Vertiefung und dem
Tropfen ist daher die Oberflächenkrümmung der
Vertiefung größer als
die des Kreises TC.
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5 zeigt
einen Flüssigkeitstropfen,
der in einer Vertiefung 6 abgesetzt ist, die durch Drehung eines
Segments um die Achse O gebildet ist. Die Vertiefung 6 ist
ein Kegelstumpf. Bei jedem Punkt CP1 der Kontaktgrenze zu dem Tropfen
ist daher die Oberflächenkrümmung der
Vertiefung 6 null, kleiner als die des Tangentenkreises
TC.
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6 zeigt
einen Flüssigkeitstropfen,
der in einer Vertiefung 6 abgesetzt ist, die durch Drehung eines
Kreisbogens, der größer ist
als der des vorhergehenden Kreises TC, um die Achse O gebildet ist. Bei
jedem Punkt CP1 der Kontaktgrenze zu dem Tropfen ist daher die Oberflächenkrümmung der
Vertiefung kleiner als die des Tangentenkreises TC.
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7 zeigt
einen Flüssigkeitstropfen 2,
der in einer Vertiefung 6 abgesetzt ist, welche durch Drehung
eines Kreisbogens mit einer Krümmung,
die der des Tangentenkreises TC entgegengesetzt, um die Achse O
gebildet wird. Die Vertiefung 6 entspricht dem mittleren
oberen Teil eines Torus. Bei jedem Punkt CP1 der Kontaktgrenze zu
dem Tropfen ist die Oberflächenkrümmung der
Vertiefung 6 der Krümmung
des Tangentenkreises TC entgegengesetzt.
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Der Erfinder hat gezeigt, daß für einen
Tropfen 2, der in einer konisch erweiterten Vertiefung 6 abgesetzt
ist, welche um eine Achse O zentriert ist, die Oberflächenkrümmung der
Vertiefung 6 bei jedem Punkt CP1 der Kontaktgrenze zu dem
Tropfen bestimmt, ob eine Position A des Tropfens, die zu der Achse
O zentriert ist, eine Gleichgewichtsposition ist.
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Wenn somit, wie in den 5, 6 und 7,
die Krümmung
bei jedem Punkt CP1 kleiner als oder invertiert zu der des Tangentenkreises
TC ist, wird ein Tropfen, der in einer solchen Vertiefung abgesetzt wird,
auf natürliche
Weise eine Position A einnehmen, die zu der Achse O zentriert ist.
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Wenn andererseits, wie in 4, die Krümmung bei
jedem Punkt CP1 größer ist
als die des Tangentenkreises TC, ist eine Position A des Tropfens,
die zu der Achse O zentriert ist, besonders instabil und kann nicht
aufrecht erhalten werden. Ein Tropfen, der in einer solchen Vertiefung
abgesetzt wird, nimmt auf natürliche
Weise eine nicht zentrierte Position B in Bezug auf die Achse O
ein.
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Wenn schließlich, wie in 3, die Krümmung bei jedem Punkt CP1 gleich
der des Tangentenkreises TC ist, ist jede Position des Tropfens
stabil, und ein in einer solchen Vertiefung bei einer nicht zentrierten
Position B abgesetzter Tropfen wird diese Position beibehalten.
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Die Erfindung sieht somit ein Verfahren
zum Zentrieren eines Tropfens gemäß dem ersten Anspruch vor.
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Es sollte beachtet werden, daß nur die
Kontaktgrenze zwischen dem Tropfen und der Oberfläche der
Vertiefung zählt.
Die Form der Vertiefung ist nicht wichtig; und sie kann flach, konvex
oder konkav sein.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der
Erfindung wird eine konvexe Oberfläche mit gleichmäßiger Benetzbarkeit,
die um eine Achse O zentriert ist, in Betracht gezogen, auf der
ein Flüssigkeitstropfen in
einer Position A, die um die Achse O zentriert ist, abgesetzt wird.
Der zuvor beschriebene Punkt CP1 und der Tangentenkreis TC werden
wiederum betrachtet.
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8 bis 10 sind geschnittene Seitenansichten
eines Flüssigkeitstropfens 14,
der auf einer konvexen Oberfläche 16 abgesetzt
wird, die zu einer Achse O zentriert ist.
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8 zeigt
den Fall, daß die
konvexe Oberfläche
kugelförmig
ist. Die Oberfläche
der Kugel 16 ist bei jedem Punkt CP1 der Kontaktgrenze
zu dem Tropfen 16 immer durch den Tangentenkreis TC bestimmt.
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Im Falle der 9 ist die konvexe Oberfläche konisch.
Die „Krümmung" der konischen Oberfläche 16 bei
jedem Punkt CP1 der Kontaktgrenze zu dem Tropfen 14 ist
immer kleiner als die des Tangentenkreises TC.
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Im Falle der 10 wird die konvexe Oberfläche durch
Drehung eines Kreisbogens mit einem kleineren Radius als dem des
Tangentenkreises TC um die Achse O gebildet. Die Oberflächenkrümmung bei
jedem Punkt CP1 der Kontaktgrenze zu dem Tropfen 14 ist
größer als
die des Tangentenkreises TC.
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Der Erfinder hat gezeigt, daß für einen
Punkt 14, der auf einer konvexen Oberfläche 16, die zu einer
Achse O zentriert ist, abgesetzt wird, die Krümmung bei jedem Punkt CP1 der
Kontaktgrenze zu dem Tropfen bestimmt, ob eine Position A des Tropfens,
die zu der Achse O zentriert ist, eine Gleichgewichtsposition ist
oder nicht.
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Wenn somit, wie in 10, die Krümmung bei jedem Punkt CP1 größer ist
als die des Tangentenkreises TC, nimmt ein Tropfen, der auf einer
solchen Oberfläche
abgesetzt wird, auf natürliche
Weise eine Position A ein, die um die Achse O zentriert ist.
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Wenn jedoch, wie im Falle der 9, die Krümmung bei
jedem Punkt CP kleiner ist als die des Tangentenkreises TC, ist
die Position A des Tropfens, welche um die Achse O zentriert ist,
instabil. Ein auf einer solchen Oberfläche abgesetzter Tropfen nimmt
auf natürliche
Weise eine Position B ein, die in Bezug auf die Achse O nicht zentriert
ist.
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Wenn schließlich, wie in 8, die Krümmung bei jedem Punkt CP1 gleich
der des Tangentenkreises TC ist, ist jede Position des Tropfens
stabil, und ein Tropfen, der bei einer nicht zentrierten Position
B abgesetzt wird, bleibt in dieser Position.
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Die Erfindung sieht somit ein Verfahren
zum Zentrieren eines Tropfens auf einer konvexen Oberfläche vor,
das darin besteht, bei jedem Punkt CP1 der Kontaktgrenze mit dem
Tropfen der Oberfläche eine
Krümmung
zu verleihen, die größer ist
als die des Tangentenkreises TC.
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Gemäß einer Anwendung dieses Verfahrens bildet
die konvexe Oberfläche 16 das
Ende eines Stabes 18 zum Greifen eines Tropfens 14.
Für bestimmte
chemische oder biologische Verarbeitungsschritte ist es tatsächlich wünschenswert,
Stäbe zum Greifen
von Tropfen zur Verfügung
zu haben, welche eine präzise
und zuverlässige
Handhabung von Flüssigkeitstropfen
erlauben. Ein Stab zum Greifen von Tropfen, dessen Ende gemäß der Erfindung
ausgebildet ist, ermöglicht
es, präzise
zentrierte Tropfen zu übergeben.
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Eine Anwendung der Erfindung zum
Ausbilden einer Einrichtung zum Zentrieren eines Flüssigkeitstropfens,
der als eine optische Linse verwendet wird, ist im folgenden beschrieben.
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11 zeigt
eine vereinfachte Schnittdarstellung einer solchen Flüssigkeitslinse
mit variabler Brennweite, die in einer dielektrischen Einfassung 4 ausgebildet
ist, welche mit einer leitenden Flüssigkeit 8 gefüllt ist.
Das Dielektrikum 4 hat natürliche eine geringere Benetzbarkeit
in Bezug auf die leitende Flüssigkeit
B. Eine untere Oberfläche
einer Wand der Einfassung 4 umfaßt eine Vertiefung 6,
die um eine Achse O zentriert ist, welche zu dieser Wand senkrecht
ist. Die Vertiefung 6 ist ein Kegelstumpf gemäß der Erfindung,
wie der in 5 gezeigte.
Ein Tropfen einer isolierenden Flüssigkeit 2 wird in
der Vertiefung 6 abgesetzt. Wie zuvor gezeigt, nimmt der
isolierende Flüssigkeitstropfen 2 auf
natürliche
Weise eine Position A ein, die um die Achse O zentriert ist. Die isolierende
Flüssigkeit 2 und
die leitende Flüssigkeit 8 sind
beide transparent, nicht mischbar, haben unterschiedliche optische
Brechungsindizes und haben im wesentlichen dieselbe Dichte. Die
Dioptrie, die zwischen den Flüssigkeiten 8 und 2 gebildet
ist, bildet eine Oberfläche
einer Flüssigkeitslinse,
deren optischen Achse die Achse O ist und deren andere Oberfläche der
Kontaktfläche
zwischen dem Tropfen und dem Boden der Vertiefung bildet. Eine Elektrode 10, die
ein Loch 11 in der Nähe
der Achse O aufweist, wird auf die Außenfläche der dielektrischen Einfassung 4 aufgebracht.
Eine Elektrode 12 ist in Kontakt mit der leitenden Flüssigkeit
B. Die Elektrode 12 kann in die Flüssigkeit 8 eingetaucht
sein oder eine leitende Ablagerung sein, die auf einer Innenwand
der Einfassung 4 gebildet ist. Eine Spannungsquelle (nicht gezeigt)
erlaubt das Anlegen einer Spannung V zwischen den Elektroden 10 und 12.
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Die Spannung V kann von 0 Volt bis
zu einer maximalen Spannung, die abhängig von den verwendeten Materialien
ist, erhöht
werden. Wenn die Spannung zunimmt, verformt sich der isolierende
Flüssigkeitstropfen 2,
bis er eine Grenzposition erreicht (die mit dem Bezugszeichen B
bezeichnet ist). Während sich
der Tropfen 2 von seiner Position A in seine Position B
verformt, ändert
sich die Brennweite der Flüssigkeitslinse.
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Es sollte beachtet werden, daß aufgrund
der Tatsache, daß der
Tropfen 2 aus einer isolierenden Flüssigkeit ist, keine Mikrotropfen
an seinem Umfang auftreten, wenn die Spannung V hoch ist, wobei
dies anders wäre,
wenn der Tropfen eine leitende Flüssigkeit wäre.
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Die konische Form der Vertiefung 6 ist
so ausgebildet, daß unabhängig von
der Form des Tropfens 2, welchen sie enthält, die
Krümmung
ihrer Oberfläche
bei jedem Kontaktpunkt zwischen der Grenzfläche des Tropfens und der Oberfläche kleiner ist
als die eines Tangentenkreises TC, der diesen Punkt schneidet. Gemäß eines
Aspekts der Erfindung ist daher die Vertiefung 6 so ausgebildet,
daß der
Tropfen 2 während
seiner gesamten Verformung von der Position A in die Position B
kontinuierlich zur Achse O zentriert bleibt. Auf diese Weise wird
Flüssigkeitslinse
mit einer präzise
feststehenden optischen Achse und einer sich mit der Spannung V ändernden
Brennweite erhalten.
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Man sollte beachten, daß die Vertiefung 6 gemäß der Erfindung,
welche die kontinuierliche Zentrierung des Flüssigkeitstropfens 2 sicherstellt, relativ
leicht realisiert werden kann, und daß sie vorteilhaft die elektromagnetische
Zentriereinrichtung oder die Zentriereinrichtung durch Bearbeitung
der Oberfläche,
welche in der obengenannten französischen Patentanmeldung beschrieben
sind, ersetzt.
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Als Spannung V wird vorzugsweise
eine Wechselspannung verwendet, um den Aufbau elektrischer Lasten über der
Dicke des Materials 4, auf dessen Oberfläche der
Tropfen 2 abgesetzt wird, zu vermeiden.
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Als ein Beispiel kann mit Salz beladenes Wasser
(Mineralwasser oder anderes) oder jede organische oder nicht organische
Flüssigkeit,
die leitend ist oder durch Hinzufügen ionischer Komponenten leitend
gemacht werden kann, als leitende Flüssigkeit 8 verwendet
werden. Als isolierende Flüssigkeit
kann Öl,
ein Alkan oder eine Mischung aus Alkanen, möglicherweise halogeniert, oder
jede andere isolierende Flüssigkeit,
die mit der leitenden Flüssigkeit 8 nicht mischbar
ist, verwendet werden. Die dielektrische Wand 4 kann eine
Glasplatte oder eine Überlagerung
aus fluoriniertem Polymer, Epoxydharz und Polyethylen sein. Die
Elektrode 10 kann durch Metallablagerung gebildet sein.
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12 zeigt
eine vereinfachte Schnittdarstellung einer alternativen Ausführung der
Flüssigkeitslinse
mit variabler Brennweite gemäß 11. Dieselben Bezugszeichen
bezeichnen dieselben Elemente in den 11 und 12. In dieser Ausführung kann
die Elektrode 10 ein Metallblech sein, in welchem die Vertiefung 6 durch
Prägen
gebildet ist. Sie kann auch eine Metallwand sein, in welcher die
Vertiefung durch Oberflächenbearbeitung
und anschließendes
Polieren ausgebildet ist. Die Wand 4 ist dann z. B. ein
dünner,
transparenter Kunststoffilm, der flach gegen die Elektrode 10 zu
liegen kommt und ein Loch 11 abdeckt. Dieser Kunststoffilm
kann z. B. durch Thermoformen geglättet werden.
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In dem Anwendungsbeispiel der 12 hat der Tropfen 2 einen
Ruhedurchmesser von ungefähr 1
bis 5 mm. Die leitende Flüssigkeit 8 und
die isolierende Flüssigkeit
des Tropfens 2 haben im wesentlichen dieselbe Dichte, und
der Tropfen 2 hat die Form einer kugelförmigen Kappe. In Ruhe (Position
A) schließt
der Rand des Tropfens 2 ein Winkel von ungefähr 45 Grad
mit der Oberfläche
der Vertiefung ein, wenn letztere ein Konus mit einer Steigung von
45 Grad ist. In seiner Grenzposition (Position B) schließt der Rand
des Tropfens 2 einen Winkel von ungefähr 90 Grad mit der Oberfläche der
Einfassung 4 ein. Die beschriebene Einrichtung verwendet
als eine leitende Flüssigkeit 8 Salzwasser
mit einem Brechungsindex von 1,35 und als isolierende Flüssigkeit
des Tropfens 2 Öl
mit einem Brechungsindex von 1,45, woraus sich ungefähr 30 Dioptrin
Fokusvariation für eine
angelegte Spannung von 250 V und eine Energieaufnahme von einigen
wenigen mW gibt. Die Frequenz der Wechselspannung liegt in diesem
Fall im Bereich zwischen 100 und 10.000 Hz, wobei ihre Periode wesentlicher
kleiner ist als die Systemantwortzeit von ungefähr einigen Hundertstel Sekunden.
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Die Linse mit variabler Brennweite
gemäß der Erfindung
kann eine Größe im Bereich
von einigen hundert μm
und einigen zehn mm haben, und sie kann insbesondere auf dem Gebiet
der Optoelektronik, Endoskopie, Abbildungs- und Visualisierungssysteme
eingesetzt werden.
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Die Erfindung kann selbstverständlich zahlreiche
Alternativen und Modifikationen erfahren, welche sich dem Fachmann
ergeben. Insbesondere wurde die vorliegende Beschreibung in Bezug
auf Vertiefungen gemacht, die einen kreisförmigen Querschnitt haben, d.h.
die durch Drehung um eine Achse O gebildet werden. Es können jedoch
langgestreckte Vertiefungen mit der Form z. B. einen kleinen Kanals vorgesehen
werden. In diesem Fall können
die 5 bis 7 so betrachtet werden, als
wenn sie die Querschnittsdarstellung eines Kanals zeigen, wobei
die Achse O die Symmetrieebene dieses Kanals darstellt.
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Andererseits ist in 11 eine Vertiefung 6 mit einem
flachen Boden gezeigt, die in einer plan-konvexen Linse resultiert.
Es wurde gezeigt, daß die
Form des Bodens der Vertiefung 6 seine Eigenschaften zum
Zentrieren des Tropfens 2 nicht beeinflußt. Die
konvexe oder Miniskus-Linsen können daher
auf einfache Weise geformt werden, indem die Krümmung des Bodens der Vertiefung 6 verändert wird.
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Andererseits wurde in den 11 und 12 auch eine Ausführung einer Linse mit variabler Brennweite
gezeigt, die eine konische Vertiefung wie die der 5 verwendet, die Erfindung kann jedoch auf
einfache Weise auf Linsen mit variabler Brennweite angewendet werden,
die eine anders geformte Vertiefung gemäß der Erfindung verwenden.
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Schließlich kann eine Einrichtung
mit einem Netz aus Gruppen getrennt gesteuerter Linsen mit variabler
Brennweite gebildet werden, wobei die Linsen rot, grün und blau
sind und z. B. in einem „Alles oder
Nichts"-Modus arbeiten,
so daß Licht,
das von einer einzigen weißen
Lichtquelle stammt, hindurchgelassen wird oder blockiert wird, wodurch
ein beleuchteter Farbbildschirm gebildet wird, der sehr groß und kostengünstig sein
kann.