WO2005040865A1 - Optical element for variable setting of the focal length on an optical device and optical device - Google Patents

Optical element for variable setting of the focal length on an optical device and optical device Download PDF

Info

Publication number
WO2005040865A1
WO2005040865A1 PCT/EP2004/011930 EP2004011930W WO2005040865A1 WO 2005040865 A1 WO2005040865 A1 WO 2005040865A1 EP 2004011930 W EP2004011930 W EP 2004011930W WO 2005040865 A1 WO2005040865 A1 WO 2005040865A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
medium
optical element
interface
element according
media
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/011930
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dr. Andreas Obrebski
Original Assignee
Carl Zeiss Surgical Gmbh
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 Surgical Gmbh filed Critical Carl Zeiss Surgical Gmbh
Publication of WO2005040865A1 publication Critical patent/WO2005040865A1/en

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

Definitions

  • Optical element for variably adjusting the focal length in an optical device and optical device
  • the present invention initially relates to an optical element for variably adjusting the focal length in an optical device according to the preamble of claim 1 and according to the preamble of claim 8. Furthermore, the invention relates to an optical device.
  • FIG. 1 Such a known solution is shown in FIG. 1.
  • the known optical element 10 has a drop 13 of a conductive liquid which is applied to an insulation layer 12.
  • the insulation layer 12 in turn covers a flat electrode 11.
  • an electrical field 14 which is caused by a voltage applied between the conductor liquid 13 and the electrode 11, the wetting can be significantly increased.
  • the drop 13 of conductor liquid in the idle state (FIG. 1a) has a considerably more compact and smaller contour than in the case of the application of a voltage (FIG. 1b).
  • This well-known phenomenon is also known as electro-wetting.
  • the optical element 20 consists of a receptacle 22 which contains a first, electrically conductive liquid 28 and a drop of a second, insulating liquid 29.
  • the two liquids 28, 29 are immiscible and spatially fixed in the receptacle 22.
  • the two liquids 28, 29 touch one another at an interface 30.
  • the drop of the second liquid 29 is arranged concentrically around the optical axis 21 of the optical element 20, the optical axis 21 likewise through a transparent region 24 of the bottom 23 of the receiving container 22 runs.
  • the second liquid 29 bears at least in regions on electrodes 25 which are located within the receptacle 22.
  • the electrodes 25 are in turn provided with an insulating layer 26.
  • the known optical element 20 has means 31 for changing the interface 30 between the liquids 28, 29.
  • An electrical field 27 can be generated between the conductive liquid 28 and the electrodes 25 via these means 31. This changes the wettability of the liquid 28, so that the shape of the drop of the second, insulating liquid 29 also changes.
  • the broken lines each representing the interface 30 between the two liquids 28, 29 .
  • the focus of the optical element can be continuously adjusted by varying the size and / or shape of the interface 30 between the two liquids 28, 29.
  • Another known solution based on the principle of "electrical wetting" is described in WO 01/069380 A1.
  • optical elements are described in which an elastic film is arranged between two liquids. The two liquids are separated by this impenetrable film. The volumes of the liquids can be varied using pumps, which changes the curvature of the film.
  • optical elements are described in which only one liquid is used at a time, which is located in a receptacle, which is covered on two sides by transparent films is limited.
  • the present invention is therefore based on the object of developing an optical element of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages described in relation to the prior art can be avoided.
  • an optical element is to be provided with which a change in the focal length in an optical device can be implemented in a simple manner with at the same time low energy consumption.
  • a correspondingly improved optical device is to be provided.
  • This object is achieved according to the invention by the optical element with the features according to independent patent claims 1 and 8, the optical device with the features according to independent patent claim 24 and the advantageous uses according to independent patent claims 25 and 26.
  • an optical element for variably adjusting the focal length is provided in an optical device, with a receptacle that contains a first flexible medium and a second flexible medium, the media being immiscible, the media in the receptacle are spatially fixed, the second medium abutting at least in regions on at least one contact surface within the receptacle and the two media touching at least one interface, and with means for changing the size and / or shape of the interface (s) between the two media ,
  • the means for changing the interface (s) are designed to act on the first and / or second medium, and that the means for changing the interface (s) are designed to generate pressure on the first and / or second medium are formed and that a medium is displaced, in particular pressed, at least at one interface in at least one preferred direction in the direction of the respective other medium.
  • the present invention is based on the teaching according to DE 698 04 119 T2, the disclosure content of which is included in the description of the present invention.
  • the means for changing the interface between the two media act on the electrically conductive medium
  • An electrical voltage changes the wettability of this electrically conductive medium, so that the contour of the electrically insulating medium can also change indirectly as a result.
  • the means for changing the interface act on the first and / or second medium in such a way that the corresponding medium is displaced by these means at the interface between the two media in at least one preferred direction in the direction of the first medium , in particular is or can be pressed.
  • this preferred direction can be, for example, the optical axis of an optical element designed as a lens element.
  • the means for changing the interface between the two media are now designed in such a way that they exert pressure on the first and / or second medium, the interface between the two media changing due to the application of the pressure.
  • Such means can be designed in a structurally simple and energy-saving manner, such means often only requiring very small control voltages.
  • the optical element according to the invention is used to variably adjust the focal length in an optical device, the focal length can be changed without the individual components of the optical device having to be moved.
  • the invention is not restricted to certain types of optical elements.
  • the optical elements are variable lens elements or other, for example electrically controllable, optical elements.
  • the optical element according to the invention is designed as a lens element, for example as a spherical lens element, cylindrical lens element and the like, or as a prism element, for example as a prism element with variable spectral splitting power, or as a mirror element, for example as a switchable mirror, or the like.
  • the optical element is particularly preferably used as a lens element with a variable focal length. Even if the invention is primarily described below on the basis of such an embodiment, it goes without saying that the invention is not restricted to this specific example.
  • the optical element initially has a receiving container which contains two different media. At least regions of individual outer walls of the container can preferably be formed from a transparent material.
  • the individual media being immiscible.
  • the invention is not limited to certain media types. It is only important that the media are flexible in form.
  • Flexible in shape in the light of the present description means that the media have no rigid surface, but that the media within the receptacle can change in shape.
  • the first medium can be water and the second medium is an oil.
  • the media are preferably at least partially transparent and can, for example, have the same or at least a similar density in order to exclude gravitational effects.
  • the two media are spatially fixed in the receptacle, the second medium bearing at least in regions on at least one contact surface within the receptacle.
  • the first medium also bears, at least in regions, on at least one contact surface within the receptacle.
  • the contact surface can be located at different locations within the receptacle, so that the invention is not restricted to certain arrangement or design variants. Some non-exclusive examples are described below.
  • the contact surface can be, for example, at least a partial area of an outer container wall, for example the container base and / or a cover element and / or at least one side wall. In the case of the latter variant, in particular an embodiment can be implemented in which the medium does not touch the bottom of the container, but only rests on the side walls.
  • configuration variants are also conceivable in which the abovementioned contact surface is at least a partial area of an intermediate layer located in the interior of the receptacle.
  • the medium abuts the contact surface of the receptacle, it is preferably formed from a transparent material, so that light entering the receptacle from the outside can radiate through the container walls and the transparent media located in the receptacle.
  • the contact surfaces are formed by at least partial areas of the side walls, this is not absolutely necessary, possibly even harmful (scattered light), so that the contact surfaces can also be formed from a non-transparent material in such a case.
  • the two media touch at an interface.
  • special means for changing the size and / or shape of the interface between these two media are provided. This means that pressure is exerted on the corresponding medium so that it can be shifted - in particular pressed - at the interface in at least one preferred direction in the direction of the other medium.
  • this preferred direction can preferably be the optical axis of the lens element.
  • the means for changing the interface (s) are designed to act on the second medium and that the second medium is displaced, in particular pressed, at least at one interface in at least one preferred direction in the direction of the first medium. will or can become. Additionally or alternatively, it is also conceivable that the means for changing the interface (s) are designed to act on the first medium and that the first medium is displaced, in particular pressed, at least at one interface in at least one preferred direction in the direction of the second medium , will or can become.
  • the two media touch at two interfaces and that a medium is shifted, in particular pressed, or pushed in at least one preferred direction in the direction of the other medium via the means for changing the interfaces at one or both interfaces can be.
  • two preferred directions - one for each interface - can be selected.
  • the preferred directions can be oriented in opposite directions.
  • an optical element for variably adjusting the focal length is provided in an optical device, with a receptacle that contains a first flexible medium and a second flexible medium, the media being immiscible, the media in the receptacle are spatially fixed and with the two media touching at an interface, and with means for changing the size and / or shape of the interface between the two media.
  • this optical element is characterized in that the second medium is enclosed on all sides by the first medium, that the means for changing the interface are designed to act on the first and / or second medium, and that the means for changing the interface are designed to generate a Pressure on the first and / or second medium are formed.
  • the second medium which advantageously has a spherical configuration in the initial state, is surrounded on all sides by the first medium.
  • the first medium can in turn be water, for example, and the second medium can advantageously be a suitable oil.
  • the two media advantageously have the same density so that the second medium is held in position within the first medium and cannot sink, that is to say that gravitational effects can be effectively excluded.
  • the means for changing the interface now exert pressure on the first and / or second medium.
  • the pressure is transferred from the first to the second medium so that it is compressed at the pressure application point, which changes the size and / or shape of the interface between the two media.
  • the second medium can be brought into an elliptical configuration from the originally spherical initial shape.
  • pressure is applied to the second medium, it will expand against the first medium so that the size and / or shape of the interface between the two media will also change in this case.
  • the means for changing the interface act on the first and / or second medium such that the curvature of the interface between the first and second medium changes.
  • the invention is not restricted to certain types of medium.
  • the first medium and / or the second medium is a liquid.
  • the first medium can be water, while the second medium is an oil.
  • the first medium can be an electrically conductive medium, while the second medium is electrically insulating.
  • the electrical conductivity of at least one of the media is no longer required in the solution according to the invention.
  • the media can also be designed in a different way. It is only important that the media are flexible in form. It is therefore also conceivable, for example, that the first medium and / or the second medium is / are in the form of a gel.
  • the second medium is in the form of a drop.
  • a drop is generally understood to mean a small amount of medium of spherical or elongated round shape, at least in some areas.
  • the first and second medium preferably have the same density.
  • the first medium and the second medium have different optical properties, for example different optical indices. It can be provided, for example, that the first medium and the second medium have different refractive indices. According to an advantageous - not exclusive - example it is provided that the first medium has a low Refractive index (refractive index), while the second medium has a high refractive index.
  • these transparent areas of the contact surface or the container wall preferably have the same or a similar refractive index as the adjacent medium. This avoids broken beam paths and unwanted reflections.
  • the first and / or second medium is spatially fixed within the receptacle.
  • the optical element is designed in the form of a lens element in which a beam path is to pass through the lens element in a defined manner.
  • the spatial fixation is preferably carried out by means of suitable fixation means.
  • the invention is not restricted to certain types of fixing agents.
  • the fixing means can be designed in the form of a special surface design of the contact surface and / or in the form of a special surface quality of the contact surface.
  • the surface is advantageously designed so that it can hold the medium in position.
  • the special surface condition can be realized, for example, by means of a special surface coating.
  • a special surface quality with regard to wettability can advantageously be provided.
  • the invention is of course not limited to the examples mentioned.
  • the media are fixed by a suitable choice of surface materials and / or local surface coatings within the receptacle, for example the wall of the receptacle.
  • the spatial fixation of the media can be done by applying a suitable, preferably fixed voltage.
  • the first medium is designed as an electrically conductive medium and the second medium as an electrically insulating medium.
  • the spatial fixation via the structural design of the walls within the receptacle, for example by providing them with suitable projections, edges, undercuts, cutouts and the like.
  • the general purpose of the fixing means is that the position of the media within the receptacle remains unchanged, so that in particular a defined beam path can be generated via the optical element.
  • an opening is provided in the contact surface of the receptacle, for example in an intermediate layer - against which the second medium lies, and that the second medium is fixed in the region of this opening.
  • the opening can in particular extend around an optical axis of the optical element, so that a light beam can pass through this opening and then through the first and second medium.
  • all the components of the optical element in question are designed to be transparent in the area of the opening.
  • the means for changing the interface are designed as mechanical means.
  • the mechanical means can be designed, for example, as a piston device or cylinder device.
  • the means for changing the interface are in the form of a controllable membrane.
  • the invention is of course also not limited to certain types of drives for the means for changing the interface.
  • the means it is possible for the means to be designed to be electrically operable. The voltages required in such a case are in the lower volt range. Such agents are therefore particularly energy-saving and cost-effective.
  • other types of drive for the means for changing the interface are also possible.
  • they are magnetically and / or electromagnetically and / or pneumatically and / or hydraulically and / or piezoelectrically actuated. The selection of the appropriate type of drive depends on the type of application and location of the optical element.
  • optical element With the optical element according to the invention, it is possible in a particularly simple and inexpensive way to implement a change in the focal length of the optical element. This can be done in a particularly simple manner by the selection of suitable parameters, for example the selection of suitable media - for example liquids - within the receptacle, the suitable design of the surfaces within the receptacle, the shape and size of the opening (s), the selection of the suitable one Angle of the interface curvature and the like.
  • suitable parameters for example the selection of suitable media - for example liquids - within the receptacle, the suitable design of the surfaces within the receptacle, the shape and size of the opening (s), the selection of the suitable one Angle of the interface curvature and the like.
  • optical elements Even if the optical element has only been described so far using two different media, it is of course also possible to use optical elements with three or more media within the receptacle, which is then designed differently in each case.
  • the design and mode of operation of such optical elements are derived in an analogous manner from what has been described above, so that reference is made to the above statements in this regard.
  • an optical device with variable focal length which has a number of optical elements. It is provided according to the invention that at least one of the optical elements is designed in a manner according to the invention as described above.
  • the invention is of course not limited to specific types optical devices limited.
  • the optical elements according to the invention can thus be used in all optical devices in which a change in the focal length is necessary. These can be, for example, video camcorders, cameras, binoculars, glasses with close and distant vision, adjustable glasses and the like.
  • Such an optical device can particularly advantageously be a microscope, in particular an operating microscope, or an endoscope.
  • an optical element as described above is therefore used in a particularly advantageous manner in an optical device with variable focal length and / or with variable spectral splitting and / or with variable beam guidance, in particular in a microscope or an endoscope, or a telescope , or a telescope, or a camera, or a camcorder, or a camera in a mobile phone, or a magnifying glass, or a head magnifier.
  • FIG. 1 shows an optical element according to a first solution known from the prior art
  • FIG. 2 shows an optical element of a further solution known from the prior art
  • Figure 3 shows a first embodiment of an optical element according to the present invention
  • Figure 4 shows a second embodiment of an optical element according to the present invention
  • Figure 5 shows a third embodiment of an optical element according to the invention
  • FIG. 6 shows yet another exemplary embodiment of an optical element according to the invention.
  • the optical elements 10, 20 shown in FIGS. 1 and 2 have already been explained in connection with the introduction to the description, so that reference is made to the corresponding statements in this regard.
  • FIGS. 3 to 6 show optical elements according to the present invention, which are to be lens elements with a variable focal length.
  • the optical elements are to be used in an optical device with variable focal length, for example in an operating microscope or an endoscope (not shown in each case).
  • the optical element 60 shown in FIG. 3 initially consists of a receptacle 62, which is delimited, among other things, by a container bottom 64 and a container lid 63 opposite this.
  • the optical axis 61 runs perpendicular to the container bottom 64, along which the beam path 65 of a light beam runs through the optical element 60.
  • the container bottom 64 and also the container lid 63 have a transparent area.
  • the entire container bottom 64 and the entire container lid 63 are formed from a transparent material.
  • both media 66, 67 are flexible in shape. Both media 66, 67 cannot be mixed with one another, have different optical properties (different refractive indices n1 and n2) and at least have a similar density. In addition, both media 66, 67 are transparent.
  • the form-flexible media 66, 67 can be liquids, for example the first medium 66 being water and the second medium 67 being oil.
  • the receptacle 62 there is an intermediate layer formed as a contact surface 68, which in turn has an opening 74.
  • the opening 74 is also formed concentrically around the optical axis 61 within the intermediate layer 68.
  • those surfaces within the receptacle 62 that are wetted with the first medium 66 are identified by a dashed line, while those surfaces that are wetted with the second medium 67 are identified by a dash-dotted line.
  • the two liquids 66, 67 are spatially fixed in the receptacle 62 by suitable means, the second liquid 67 abutting at least in regions on the intermediate layer 68 formed as a contact surface within the receptacle 62.
  • the second liquid 67 is also fixed in the area of the opening 74, so that the liquid 67, which has a teardrop shape at least in the area of the interface 69 between the first and second liquids 66, 67, extends concentrically around the optical axis 61.
  • a light beam 65 entering the optical element 60 thus first passes through the transparent area of the container bottom 64, then the second liquid 67 and the opening 74 in the contact surface 68 within the receiving container 62, then the first liquid 66 and then a transparent area of the container lid 63 ,
  • the means 70 for changing the interface 69 are designed in the form of a membrane 71 which forms part of the intermediate layer 68.
  • At least one magnet or metal plate 72 is located on or in the membrane 71.
  • An electromagnet 73 can be used to act on this plate 72.
  • the plate 72 is designed as a magnetic plate, depending on the polarity, this can be attracted when the electromagnet 73 is actuated in the direction of the container bottom 64, or can be pushed off in the direction of the container lid 63. If the plate 72 is designed as a metal plate, this is either attracted or pushed off when the electromagnet 73 is actuated.
  • the means 70 for changing the interface 69 now make it possible to act directly on the liquid 67. This is done in such a way that the second liquid 67 at the interface 69 to the first liquid 66 is pressed in at least one preferred direction - in the present example in the direction of the optical axis 61 - in the direction of the first liquid 66. This is done in a particularly simple and energy-saving manner by actuating the membrane 71.
  • the membrane 71 In the initial state, the membrane 71 is in its horizontal starting position.
  • the second liquid 67 has a teardrop shape on the contact surface 68, the interface 69 between the liquids 67 and 66 having a flat curvature. This is shown by a solid line.
  • the electromagnet 73 is now actuated and the plate 72 is attracted, for example, in the direction of the container bottom 64, this leads to the membrane 71 also deflecting in the direction of the container bottom 64.
  • the second liquid 67 is pressed out through the opening 74, as a result of which the curvature of the interface 69 changes into a substantially more curved shape, which is represented by a broken line.
  • the second liquid 67 is thus pressed in the direction of the optical axis 61 in the direction of the first liquid 66, which likewise results in a change in the focal length of the optical device (not shown).
  • FIG. 4 shows another embodiment of an optical element according to the present invention, which has a further embodiment for the means for changing the interface.
  • the optical element 40 shown in FIG. 4 initially consists of a receptacle 42, which is delimited, among other things, by a container bottom 43 and a container lid opposite it.
  • the optical axis 41 runs perpendicular to the container bottom 43, along which the beam path 45 of a light beam runs through the optical element 40.
  • the container bottom 43 and also the container lid have a transparent area 44.
  • the entire container bottom 43 and the entire container lid are formed from a transparent material.
  • both media 46, 47 are not miscible with one another, have different optical properties and at least have a similar density.
  • both media 46, 47 are at least partially transparent.
  • the form-flexible media can likewise be liquids, the first medium 46, for example, being water and the second medium 47 being oil.
  • the first medium 46 lies against the container lid, which is transparent at least in some areas.
  • the medium and the transparent area of the container lid advantageously have the same refractive indices n1, so that neither broken rays nor undesired reflections can occur.
  • the transparent area 44 of the container bottom 43 and the medium 47 which bears against the transparent area 44, have identical or similar refractive indices n2.
  • the container lid and first medium 46, or container bottom 43 and second medium 47 can then be viewed as a single medium.
  • the contact surface 48 in the form of an intermediate layer, which in turn has an opening 52.
  • the opening 52 within the contact surface 48 is concentric around the optical axis 41 educated.
  • the intermediate layer can have a horizontal or an oblique orientation.
  • the two liquids 46, 47 are spatially fixed in the receiving container 42 by suitable means, the second liquid 47 resting at least in regions on the contact surface 48 of the receiving container 42.
  • the second liquid 47 is also fixed in the area of the opening 52, so that the liquid 47, which has a teardrop shape at least in the area of the interface 49 between the first and second liquids 46, 47, extends concentrically around the optical axis 41. This can be achieved, for example, by suitable shaping and / or surface coating of the contact surface 48.
  • a light beam 45 entering the optical element 40 thus first passes through the transparent area 44 of the container bottom 43, then the second liquid 47 and the opening 52 in the wall 48 of the receiving container 42, then the first liquid 46 and then a transparent area of the container lid.
  • a change in the focal length of the optical element 40 and thus a change in the focal length of the optical device is now carried out in such a way that the size and / or shape of the interface 49 - for example its curvature - between the two liquids 46, 47 is changed.
  • the means 50 for changing the interface 49 are designed in the form of a piston device 51, the piston 51 moving within a cylinder 53.
  • the means 50 for changing the interface 49 now make it possible to act directly on the liquid 47. This is done in such a way that the second liquid 47 at the interface 49 with the first liquid 46 is pressed in at least one preferred direction - in the present example in the direction of the optical axis 41 - in the direction of the first liquid. This is done in a particularly simple and energy-saving manner by actuating the piston device 51.
  • the piston device 51 In the initial state, the piston device 51 is in the initial position shown by a solid line.
  • the second liquid 47 has a teardrop shape on the wall 48, the interface 49 between the liquids 47 and 46 having a flat curvature. This is also shown by a solid line.
  • the second liquid 47 is pressed out through the opening 52, as a result of which the curvature of the interface 49 becomes a much more curved shape changes, which is represented by a dashed line.
  • the second liquid 47 is thus pressed in the direction of the optical axis 41 in the direction of the first liquid 46, which likewise results in a change in the focal length of the optical device (not shown).
  • the optical element 80 shown in FIG. 5 in turn has a receptacle 82 which is delimited by a cover element 83, a container bottom 84 and side walls 86, 87. At least in the region of the optical axis 81, along which the light beam direction 85 runs, the container bottom 82 and the container lid 83 are transparent.
  • the first flexible medium 90 has a refractive index n1
  • the flexible second medium 91 has a refractive index n2.
  • the second medium 91 does not lie against the container bottom 84 or an intermediate layer located in the receiving container 82.
  • the contact surfaces 88, 89 in the present example are designed as partial areas of the side walls 86, 87.
  • the second medium 91 is thus held on the side and not on the optical axis 81.
  • the contact surfaces 88, 89 therefore do not have to be transparent.
  • the surface is advantageous of the contact surfaces 88, 89 each designed such that the second medium 91 is held there.
  • the first medium 90 is located both above and below the second medium 91, so that the two media 90, 91 touch at two interfaces 92, 93.
  • those surfaces within the receptacle 82 that are wetted with the first medium 90 are identified by a dashed line, while those surfaces that are wetted with the second medium 91 are identified by a dash-dotted line.
  • the second medium 91 is pressed outwards, whereby the curvature of the interfaces 92, 93 change into a much more curved shape.
  • the second medium 91 is thus pressed in two oppositely oriented preferred directions in the direction of the optical axis 81 in the direction of the first medium 90, which likewise results in a change in the focal length of the optical device (not shown).
  • FIG. 6 shows yet another exemplary embodiment of an optical element 100 according to the present invention, the sub-figures a) and b) each representing different operating states.
  • the optical element 100 in turn has a receptacle 102, among other things with a container bottom 103 and a lid element 104.
  • a container bottom 103 and a lid element 104 In the present example, not only their areas around the optical axis 101 are to be made transparent. Rather, both the container bottom 103 and the cover element 104 should be transparent in their entirety.
  • the container bottom 103 has a curved surface directed into the receiving container.
  • Both the container bottom 103 and the cover element 104 have a refractive index n1 which is identical or similar to the refractive index n1 of a first medium 105 of flexible shape located in the receiving container 102.
  • the first medium 105 can be water, for example, while the container bottom 103 and the lid element 104 are made of glass, for example.
  • the receptacle 102 there is also a second flexible medium 106 with the same density as the first medium 105, but with a different refractive index n2.
  • the second medium is, for example, an oil.
  • the second medium 106 which is approximately spherical in the starting position according to FIG. 6a), is surrounded on all sides by the first medium 105. In contrast to the exemplary embodiments described above, the second medium is therefore not in contact with any contact surface. Since both media 105, 106 have the same density and the design of the container bottom 103 ensures that the second medium 106 is held in position in FIG. 6a.
  • a change in the focal length of the optical element 100 and thus a change in the focal length of the optical device now takes place in such a way that the size and / or shape of the interface 107 - for example its curvature - is changed between the two media 105, 106.
  • the means 108 for changing the interface 107 are designed in the form of a piston device 109, the piston 109 moving along its direction of displacement 110 within the receiving container 102.
  • the piston device 109 is made of a transparent material, for example of glass. Furthermore, the piston device 109 advantageously has a refractive index n1 which corresponds to, or is similar to, the refractive index n1 of the first medium 105.
  • the means 108 for changing the interface 107 now make it possible to act directly on the first medium 105 and indirectly on the second medium 106.
  • the piston device 109 In the initial state, the piston device 109 is in the initial position shown in FIG. 6a.
  • the second medium 106 has a spherical shape.
  • the piston device 109 is now actuated and is displaced along the displacement direction 110 into a second position shown in FIG. 6b, the second medium is pressed into an elliptical shape, which also results in a change in the focal length of the optical device (not shown).

Abstract

An optical element (60) for variable setting of the focal length in an optical device is disclosed, with a housing container (62) which has a first medium (66) which is flexible in form and a second medium (67) which is flexible in form, whereby said media are non-miscible, the media are spatially located in the housing container (62), the second medium (67) at least partly rests on at least one support surface (68) within the housing container (62) and both media are in contact at at least one boundary surface (69). Means (70) for altering the size and/or the shape of the boundary surface (69) between the two media are also provided. According to the invention, the above may be achieved with a simple construction and in an energy-sparing manner, whereby the means (70) for altering the boundary surface(s) (69) is embodied to act on the first and/or second medium (66, 67), the means (70) for altering the boundary surface(s) (69) is embodied for the generation of a pressure on the first and/or second medium (66, 67) and that one medium may be displaced, in particular, pressurised by said means (70) at at least one boundary surface (69) in at least one preferred direction (61) towards the other medium.

Description

Beschreibungdescription
Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät sowie optisches GerätOptical element for variably adjusting the focal length in an optical device and optical device
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.The present invention initially relates to an optical element for variably adjusting the focal length in an optical device according to the preamble of claim 1 and according to the preamble of claim 8. Furthermore, the invention relates to an optical device.
Aus dem Stand der Technik sind bereits veränderliche optische Elemente bekannt. Eine solche bekannte Lösung ist in Figur 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 Figur 1 ergibt, weist der Tropfen 13 aus Leiterflüssigkeit im Ruhezustand (Figur 1a) eine wesentlich kompaktere und flächenmäßig kleinere Kontur auf, als dies im Falle der Beaufschlagung mit einer Spannung (Figur 1 b) der Fall ist. Dieses bekannte Phänomen wird auch als Elektrobenetzen (electro-wetting) bezeichnet.Variable optical elements are already known from the prior art. Such a known solution is shown in FIG. 1. The known optical element 10 has a drop 13 of a conductive liquid which is applied to an insulation layer 12. The insulation layer 12 in turn covers a flat electrode 11. In the presence of an electrical field 14, which is caused by a voltage applied between the conductor liquid 13 and the electrode 11, the wetting can be significantly increased. As can be seen from FIG. 1, the drop 13 of conductor liquid in the idle state (FIG. 1a) has a considerably more compact and smaller contour than in the case of the application of a voltage (FIG. 1b). This well-known phenomenon is also known as electro-wetting.
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.An implementation of this phenomenon is known for example from US-A-5, 659,330. A display device is described therein, in which individual drops of a conductor liquid are arranged on an insulation layer. Electrodes are present below this insulation layer. By selectively creating an electric field, the shape of each drop of conductor fluid can be varied, thereby creating a colored pixel of an image. However, this known solution is unsuitable for optical elements in the form of adjustable lens elements. In particular, transparent electrodes would be required for such an application, so that the optical elements as a whole would be structurally complex and cost-intensive.
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 Figur 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 Figur 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.A solution of how the type of optical elements described above can also be used in the area of lens elements is described in DE 698 04 119 T2. The invention described therein, which is also shown by way of example in FIG. 2, lies in the field of adjustable focus lenses, and there in particular in the field of liquid lenses with an adjustable, electrically controlled focus. It should be possible to use the lens element described there to continuously adjust the focus with the aid of so-called “electrical wetting”. According to this known solution, an optical element 20 for changing the focal length is provided in conjunction with FIG. 2 generally the distance of the focal point to the plane of the optical element, for example to the lens plane.
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 Figur 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. Eine andere bekannte Lösung nach dem Prinzip des „Elektrobenetzens" ist in der WO 01/069380 A1 beschrieben.The optical element 20 consists of a receptacle 22 which contains a first, electrically conductive liquid 28 and a drop of a second, insulating liquid 29. The two liquids 28, 29 are immiscible and spatially fixed in the receptacle 22. The two liquids 28, 29 touch one another at an interface 30. The drop of the second liquid 29 is arranged concentrically around the optical axis 21 of the optical element 20, the optical axis 21 likewise through a transparent region 24 of the bottom 23 of the receiving container 22 runs. The second liquid 29 bears at least in regions on electrodes 25 which are located within the receptacle 22. The electrodes 25 are in turn provided with an insulating layer 26. Finally, the known optical element 20 has means 31 for changing the interface 30 between the liquids 28, 29. An electrical field 27 can be generated between the conductive liquid 28 and the electrodes 25 via these means 31. This changes the wettability of the liquid 28, so that the shape of the drop of the second, insulating liquid 29 also changes. In the example shown in Figure 2 changes the shape of the drop of the liquid 29 in the presence of the electric field 27 from the flat shape shown in the form of a solid line to the curved shape shown in the form of a broken line, the broken lines each representing the interface 30 between the two liquids 28, 29 , The focus of the optical element can be continuously adjusted by varying the size and / or shape of the interface 30 between the two liquids 28, 29. Another known solution based on the principle of "electrical wetting" is described in WO 01/069380 A1.
Auch wenn diese bekannten optischen Elemente bereits eine vorteilhafte Ausführung eines flexiblen Linsenelements darstellen, so weisen die bekannten Lösungen 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.Even if these known optical elements already represent an advantageous embodiment of a flexible lens element, the known solutions still have some disadvantages. For example, all systems operating on the principle of "electrical wetting" require relatively high voltages in the range from 100 to 170 V in order to achieve the desired effects.
Bei anderen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen gemäß der JP 60051801 A sowie der JP 01302301A sind optische Elemente beschrieben, bei denen ein elastischer Film zwischen zwei Flüssigkeiten angeordnet ist. Die beiden Flüssigkeiten sind durch diesen undurchdringlichen Film getrennt. Über Pumpen können die Volumina der Flüssigkeiten variiert werden, wodurch sich die Wölbung des Films ändert. Bei den bekannten Lösungen gemäß der DE 19710668 A1 , der DE 298 23 857 U1 sowie der JP 61056303 A sind jeweils optische Elemente beschrieben, bei denen jeweils nur eine Flüssigkeit verwendet wird, die sich in einem Aufnahmebehältnis befindet, welches an zwei Seiten durch transparente Filme begrenzt ist.In other solutions known from the prior art according to JP 60051801 A and JP 01302301A, optical elements are described in which an elastic film is arranged between two liquids. The two liquids are separated by this impenetrable film. The volumes of the liquids can be varied using pumps, which changes the curvature of the film. In the known solutions according to DE 19710668 A1, DE 298 23 857 U1 and JP 61056303 A, optical elements are described in which only one liquid is used at a time, which is located in a receptacle, which is covered on two sides by transparent films is limited.
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.Starting from the prior art mentioned, the present invention is therefore based on the object of developing an optical element of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages described in relation to the prior art can be avoided. In particular, an optical element is to be provided with which a change in the focal length in an optical device can be implemented in a simple manner with at the same time low energy consumption. Furthermore, a correspondingly improved optical device is to be provided. This object is achieved according to the invention by the optical element with the features according to independent patent claims 1 and 8, the optical device with the features according to independent patent claim 24 and the advantageous uses according to independent patent claims 25 and 26. Further advantages, features, details, Aspects and effects of the invention result from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the optical elements according to the invention naturally also apply in connection with the optical device according to the invention and vice versa. The same applies to the uses according to the invention.
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.According to a first aspect of the invention, an optical element for variably adjusting the focal length is provided in an optical device, with a receptacle that contains a first flexible medium and a second flexible medium, the media being immiscible, the media in the receptacle are spatially fixed, the second medium abutting at least in regions on at least one contact surface within the receptacle and the two media touching at least one interface, and with means for changing the size and / or shape of the interface (s) between the two media , According to the invention, it is provided that the means for changing the interface (s) are designed to act on the first and / or second medium, and that the means for changing the interface (s) are designed to generate pressure on the first and / or second medium are formed and that a medium is displaced, in particular pressed, at least at one interface in at least one preferred direction in the direction of the respective other medium.
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.The present invention is based on the teaching according to DE 698 04 119 T2, the disclosure content of which is included in the description of the present invention. In this known solution, which works on the principle of "electrical wetting", the means for changing the interface between the two media act on the electrically conductive medium An electrical voltage changes the wettability of this electrically conductive medium, so that the contour of the electrically insulating medium can also change indirectly as a result.
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.In the solution according to the invention, on the other hand, the means for changing the interface act on the first and / or second medium in such a way that the corresponding medium is displaced by these means at the interface between the two media in at least one preferred direction in the direction of the first medium , in particular is or can be pressed. As will be described in more detail below, this preferred direction can be, for example, the optical axis of an optical element designed as a lens element.
Im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung gemäß der DE 698 04 119 T2 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.In comparison to the solution known from the prior art according to DE 698 04 119 T2, it is no longer necessary to change the size and / or the interface between the two media by applying a high voltage. For this reason, none of the media used has to be electrically conductive, which considerably improves the choice of suitable media.
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.According to the invention, the means for changing the interface between the two media are now designed in such a way that they exert pressure on the first and / or second medium, the interface between the two media changing due to the application of the pressure. Such means, of which some non-exclusive examples will be explained in the further course, can be designed in a structurally simple and energy-saving manner, such means often only requiring very small control voltages.
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.If the optical element according to the invention is used to variably adjust the focal length in an optical device, the focal length can be changed without the individual components of the optical device having to be moved. In principle, the invention is not restricted to certain types of optical elements. For example, it is conceivable that the optical elements are variable lens elements or other, for example electrically controllable, optical elements. For example, it can be provided that the optical element according to the invention is designed as a lens element, for example as a spherical lens element, cylindrical lens element and the like, or as a prism element, for example as a prism element with variable spectral splitting power, or as a mirror element, for example as a switchable mirror, or the like. However, the optical element is particularly preferably used as a lens element with a variable focal length. Even if the invention is primarily described below on the basis of such an embodiment, it goes without saying that the invention is not restricted to this specific example.
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.According to the invention, the optical element initially has a receiving container which contains two different media. At least regions of individual outer walls of the container can preferably be formed from a transparent material.
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.There are two flexible media within the receptacle, the individual media being immiscible. Basically, the invention is not limited to certain media types. It is only important that the media are flexible in form. "Flexible in shape" in the light of the present description means that the media have no rigid surface, but that the media within the receptacle can change in shape. For example, but not exclusively, the first medium can be water and the second medium is an oil.
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.The media are preferably at least partially transparent and can, for example, have the same or at least a similar density in order to exclude gravitational effects. The two media are spatially fixed in the receptacle, the second medium bearing at least in regions on at least one contact surface within the receptacle. Likewise, of course, the first medium also bears, at least in regions, on at least one contact surface within the receptacle.
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.The contact surface can be located at different locations within the receptacle, so that the invention is not restricted to certain arrangement or design variants. Some non-exclusive examples are described below. The contact surface can be, for example, at least a partial area of an outer container wall, for example the container base and / or a cover element and / or at least one side wall. In the case of the latter variant, in particular an embodiment can be implemented in which the medium does not touch the bottom of the container, but only rests on the side walls. Of course, configuration variants are also conceivable in which the abovementioned contact surface is at least a partial area of an intermediate layer located in the interior of the receptacle. Where the medium abuts the contact surface of the receptacle, it is preferably formed from a transparent material, so that light entering the receptacle from the outside can radiate through the container walls and the transparent media located in the receptacle. In an embodiment in which the contact surfaces are formed by at least partial areas of the side walls, this is not absolutely necessary, possibly even harmful (scattered light), so that the contact surfaces can also be formed from a non-transparent material in such a case.
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.According to the invention, it is further provided that the two media touch at an interface. In order to change the focal length of the optical element, special means for changing the size and / or shape of the interface between these two media are provided. This means that pressure is exerted on the corresponding medium so that it can be shifted - in particular pressed - at the interface in at least one preferred direction in the direction of the other medium. In the case in which the optical element is designed as a lens element, this preferred direction can preferably be the optical axis of the lens element. The change in the focal length of the optical element and thus the change in the focal length in an optical device then takes place, as it were, by pressing out one medium in the direction of the other medium.
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.It can be provided, for example, that the means for changing the interface (s) are designed to act on the second medium and that the second medium is displaced, in particular pressed, at least at one interface in at least one preferred direction in the direction of the first medium. will or can become. Additionally or alternatively, it is also conceivable that the means for changing the interface (s) are designed to act on the first medium and that the first medium is displaced, in particular pressed, at least at one interface in at least one preferred direction in the direction of the second medium , will or can become.
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.In a further refinement, it can also be provided that the two media touch at two interfaces and that a medium is shifted, in particular pressed, or pushed in at least one preferred direction in the direction of the other medium via the means for changing the interfaces at one or both interfaces can be. In such a case, it is also possible, for example, that two preferred directions - one for each interface - can be selected. According to an advantageous development, the preferred directions can be oriented in opposite directions.
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.It can advantageously be provided that a medium is shifted, in particular pressed, in the direction of the other medium via the means for changing the interface (s) in such a way that the curvature of at least one interface between the two media changes. According to a second aspect of the invention, an optical element for variably adjusting the focal length is provided in an optical device, with a receptacle that contains a first flexible medium and a second flexible medium, the media being immiscible, the media in the receptacle are spatially fixed and with the two media touching at an interface, and with means for changing the size and / or shape of the interface between the two media. According to the invention, this optical element is characterized in that the second medium is enclosed on all sides by the first medium, that the means for changing the interface are designed to act on the first and / or second medium, and that the means for changing the interface are designed to generate a Pressure on the first and / or second medium are formed.
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.A special contact surface is not required with this solution. Rather, the second medium, which advantageously has a spherical configuration in the initial state, is surrounded on all sides by the first medium. The first medium can in turn be water, for example, and the second medium can advantageously be a suitable oil. The two media advantageously have the same density so that the second medium is held in position within the first medium and cannot sink, that is to say that gravitational effects can be effectively excluded.
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.The means for changing the interface now exert pressure on the first and / or second medium. When pressure is applied to the first medium, the pressure is transferred from the first to the second medium so that it is compressed at the pressure application point, which changes the size and / or shape of the interface between the two media. For example, the second medium can be brought into an elliptical configuration from the originally spherical initial shape. When pressure is applied to the second medium, it will expand against the first medium so that the size and / or shape of the interface between the two media will also change in this case. It can advantageously be provided that the means for changing the interface act on the first and / or second medium such that the curvature of the interface between the first and second medium changes.
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.As already explained above, the invention is not restricted to certain types of medium. For example, it can be provided that the first medium and / or the second medium is a liquid. For example, the first medium can be water, while the second medium is an oil. Of course, other types of media are also possible. Likewise, as described in DE 698 04 119 T2, the first medium can be an electrically conductive medium, while the second medium is electrically insulating. However, the electrical conductivity of at least one of the media is no longer required in the solution according to the invention.
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.Of course, the media can also be designed in a different way. It is only important that the media are flexible in form. It is therefore also conceivable, for example, that the first medium and / or the second medium is / are in the form of a gel.
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.It can advantageously be provided that the second medium is in the form of a drop. A drop is generally understood to mean a small amount of medium of spherical or elongated round shape, at least in some areas.
Bevorzugt weisen - wie oben schon ausgeführt - das erste und zweite Medium die gleiche Dichte auf.As already stated above, the first and second medium preferably have the same density.
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.In a further embodiment it can be provided that the first medium and the second medium have different optical properties, for example different optical indices. It can be provided, for example, that the first medium and the second medium have different refractive indices. According to an advantageous - not exclusive - example it is provided that the first medium has a low Refractive index (refractive index), while the second medium has a high refractive index.
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.If the media abut a transparent contact surface, for example on an at least partially transparent wall of the receptacle, these transparent areas of the contact surface or the container wall preferably have the same or a similar refractive index as the adjacent medium. This avoids broken beam paths and unwanted reflections.
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.It is advantageously provided that the first and / or second medium is spatially fixed within the receptacle. This is particularly important if the optical element is designed in the form of a lens element in which a beam path is to pass through the lens element in a defined manner. The spatial fixation is preferably carried out by means of suitable fixation means. However, the invention is not restricted to certain types of fixing agents. For example, but not exclusively, the fixing means can be designed in the form of a special surface design of the contact surface and / or in the form of a special surface quality of the contact surface. The surface is advantageously designed so that it can hold the medium in position. The special surface condition can be realized, for example, by means of a special surface coating. A special surface quality with regard to wettability can advantageously be provided. The invention is of course not limited to the examples mentioned.
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.For example, it is conceivable that the media are fixed by a suitable choice of surface materials and / or local surface coatings within the receptacle, for example the wall of the receptacle. Likewise, the spatial fixation of the media can be done by applying a suitable, preferably fixed voltage. In this case, it is advantageous if the first medium is designed as an electrically conductive medium and the second medium as an electrically insulating medium. Such a possibility is generally described in DE 698 04 119 T2, the disclosure content of which insofar as is included in the description of the present invention. Of course, it is also conceivable to achieve the spatial fixation via the structural design of the walls within the receptacle, for example by providing them with suitable projections, edges, undercuts, cutouts and the like.
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.The general purpose of the fixing means is that the position of the media within the receptacle remains unchanged, so that in particular a defined beam path can be generated via the optical element.
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.It can advantageously be provided that an opening is provided in the contact surface of the receptacle, for example in an intermediate layer - against which the second medium lies, and that the second medium is fixed in the region of this opening. The opening can in particular extend around an optical axis of the optical element, so that a light beam can pass through this opening and then through the first and second medium. In particular, all the components of the optical element in question are designed to be transparent in the area of the opening.
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.As has already been explained above, the invention is not restricted to certain configurations for the means for changing the interface. Some non-exclusive examples are described in more detail below.
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.For example, it is conceivable that the means for changing the interface are designed as mechanical means. In such a case, the mechanical means can be designed, for example, as a piston device or cylinder device.
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.In a further embodiment, it is also conceivable that the means for changing the interface are in the form of a controllable membrane. The invention is of course also not limited to certain types of drives for the means for changing the interface. For example, it is possible for the means to be designed to be electrically operable. The voltages required in such a case are in the lower volt range. Such agents are therefore particularly energy-saving and cost-effective. Of course, other types of drive for the means for changing the interface are also possible. For example, it is conceivable that they are magnetically and / or electromagnetically and / or pneumatically and / or hydraulically and / or piezoelectrically actuated. The selection of the appropriate type of drive depends on the type of application and location of the optical element.
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.With the optical element according to the invention, it is possible in a particularly simple and inexpensive way to implement a change in the focal length of the optical element. This can be done in a particularly simple manner by the selection of suitable parameters, for example the selection of suitable media - for example liquids - within the receptacle, the suitable design of the surfaces within the receptacle, the shape and size of the opening (s), the selection of the suitable one Angle of the interface curvature and the like.
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.Even if the optical element has only been described so far using two different media, it is of course also possible to use optical elements with three or more media within the receptacle, which is then designed differently in each case. The design and mode of operation of such optical elements are derived in an analogous manner from what has been described above, so that reference is made to the above statements in this regard.
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.According to the third aspect of the invention, there is provided an optical device with variable focal length, which has a number of optical elements. It is provided according to the invention that at least one of the optical elements is designed in a manner according to the invention as described above. The invention is of course not limited to specific types optical devices limited. The optical elements according to the invention can thus be used in all optical devices in which a change in the focal length is necessary. These can be, for example, video camcorders, cameras, binoculars, glasses with close and distant vision, adjustable glasses and the like. Such an optical device can particularly advantageously be a microscope, in particular an operating microscope, or an endoscope.
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.According to a further aspect of the invention, an optical element as described above is therefore used in a particularly advantageous manner in an optical device with variable focal length and / or with variable spectral splitting and / or with variable beam guidance, in particular in a microscope or an endoscope, or a telescope , or a telescope, or a camera, or a camcorder, or a camera in a mobile phone, or a magnifying glass, or a head magnifier.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 ein optisches Element gemäß einer ersten aus dem Stand der Technik bekannten Lösung; Figur 2 ein optisches Element einer weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Lösung; Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung; Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung; Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements; und Figur 6 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements. Die in den Figuren 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.1 shows an optical element according to a first solution known from the prior art; FIG. 2 shows an optical element of a further solution known from the prior art; Figure 3 shows a first embodiment of an optical element according to the present invention; Figure 4 shows a second embodiment of an optical element according to the present invention; Figure 5 shows a third embodiment of an optical element according to the invention; and FIG. 6 shows yet another exemplary embodiment of an optical element according to the invention. The optical elements 10, 20 shown in FIGS. 1 and 2 have already been explained in connection with the introduction to the description, so that reference is made to the corresponding statements in this regard.
In den Figuren 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 veränderlicher Fokallänge, beispielsweise in einem Operationsmikroskop oder einem Endoskop (jeweils nicht dargestellt) eingesetzt werden.FIGS. 3 to 6 show optical elements according to the present invention, which are to be lens elements with a variable focal length. The optical elements are to be used in an optical device with variable focal length, for example in an operating microscope or an endoscope (not shown in each case).
Das in Figur 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.The optical element 60 shown in FIG. 3 initially consists of a receptacle 62, which is delimited, among other things, by a container bottom 64 and a container lid 63 opposite this. The optical axis 61 runs perpendicular to the container bottom 64, along which the beam path 65 of a light beam runs through the optical element 60.
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.At least in an area around the optical axis 61, the container bottom 64 and also the container lid 63 have a transparent area. Of course, it is also conceivable that the entire container bottom 64 and the entire container lid 63 are formed from a transparent material.
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.Inside the receptacle 62 there are two different media 66, 67, each of which is flexible in shape. Both media 66, 67 cannot be mixed with one another, have different optical properties (different refractive indices n1 and n2) and at least have a similar density. In addition, both media 66, 67 are transparent. In the present exemplary embodiment, the form-flexible media 66, 67 can be liquids, for example the first medium 66 being water and the second medium 67 being oil.
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.Within the receptacle 62 there is an intermediate layer formed as a contact surface 68, which in turn has an opening 74. Just like the transparent area of the container bottom 64, the opening 74 is also formed concentrically around the optical axis 61 within the intermediate layer 68.
Bei dem in Figur 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.In the example shown in FIG. 3, those surfaces within the receptacle 62 that are wetted with the first medium 66 are identified by a dashed line, while those surfaces that are wetted with the second medium 67 are identified by a dash-dotted line.
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.The two liquids 66, 67 are spatially fixed in the receptacle 62 by suitable means, the second liquid 67 abutting at least in regions on the intermediate layer 68 formed as a contact surface within the receptacle 62. The second liquid 67 is also fixed in the area of the opening 74, so that the liquid 67, which has a teardrop shape at least in the area of the interface 69 between the first and second liquids 66, 67, extends concentrically around the optical axis 61.
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.A light beam 65 entering the optical element 60 thus first passes through the transparent area of the container bottom 64, then the second liquid 67 and the opening 74 in the contact surface 68 within the receiving container 62, then the first liquid 66 and then a transparent area of the container lid 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.A change in the focal length of the optical element 60 and thus a change in the focal length of the optical device now takes place in such a way that the size and / or shape of the interface 69 - for example its curvature - between the two liquids 66, 67 is changed. This takes place via appropriately designed means 70. In the present exemplary embodiment, the means 70 for changing the interface 69 are designed in the form of a membrane 71 which forms part of the intermediate layer 68. At least one magnet or metal plate 72 is located on or in the membrane 71. An electromagnet 73 can be used to act on this plate 72. If the plate 72 is designed as a magnetic plate, depending on the polarity, this can be attracted when the electromagnet 73 is actuated in the direction of the container bottom 64, or can be pushed off in the direction of the container lid 63. If the plate 72 is designed as a metal plate, this is either attracted or pushed off when the electromagnet 73 is actuated.
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.The means 70 for changing the interface 69 now make it possible to act directly on the liquid 67. This is done in such a way that the second liquid 67 at the interface 69 to the first liquid 66 is pressed in at least one preferred direction - in the present example in the direction of the optical axis 61 - in the direction of the first liquid 66. This is done in a particularly simple and energy-saving manner by actuating the membrane 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.In the initial state, the membrane 71 is in its horizontal starting position. The second liquid 67 has a teardrop shape on the contact surface 68, the interface 69 between the liquids 67 and 66 having a flat curvature. This is shown by a solid line.
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.If the electromagnet 73 is now actuated and the plate 72 is attracted, for example, in the direction of the container bottom 64, this leads to the membrane 71 also deflecting in the direction of the container bottom 64. As a result, the second liquid 67 is pressed out through the opening 74, as a result of which the curvature of the interface 69 changes into a substantially more curved shape, which is represented by a broken line. The second liquid 67 is thus pressed in the direction of the optical axis 61 in the direction of the first liquid 66, which likewise results in a change in the focal length of the optical device (not shown).
In Figur 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 Figur 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.FIG. 4 shows another embodiment of an optical element according to the present invention, which has a further embodiment for the means for changing the interface. The optical element 40 shown in FIG. 4 initially consists of a receptacle 42, which is delimited, among other things, by a container bottom 43 and a container lid opposite it. The optical axis 41 runs perpendicular to the container bottom 43, along which the beam path 45 of a light beam runs through the optical element 40. At least in an area around the optical axis 41, the container bottom 43 and also the container lid have a transparent area 44. Of course, it is also conceivable that the entire container bottom 43 and the entire container lid are formed from a transparent material.
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.There are two different flexible media 46, 47 within the receptacle 42. Both media 46, 47 are not miscible with one another, have different optical properties and at least have a similar density. In addition, both media 46, 47 are at least partially transparent. In the present exemplary embodiment, the form-flexible media can likewise be liquids, the first medium 46, for example, being water and the second medium 47 being oil.
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.The first medium 46 lies against the container lid, which is transparent at least in some areas. The medium and the transparent area of the container lid advantageously have the same refractive indices n1, so that neither broken rays nor undesired reflections can occur. Likewise, therefore, the transparent area 44 of the container bottom 43 and the medium 47, which bears against the transparent area 44, have identical or similar refractive indices n2. The container lid and first medium 46, or container bottom 43 and second medium 47 can then be viewed as a single medium.
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.Within the receptacle 42 there is a contact surface 48 in the form of an intermediate layer, which in turn has an opening 52. Like the transparent area 44 of the container bottom 43, the opening 52 within the contact surface 48 is concentric around the optical axis 41 educated. Depending on the design, the intermediate layer can have a horizontal or an oblique orientation.
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.The two liquids 46, 47 are spatially fixed in the receiving container 42 by suitable means, the second liquid 47 resting at least in regions on the contact surface 48 of the receiving container 42. The second liquid 47 is also fixed in the area of the opening 52, so that the liquid 47, which has a teardrop shape at least in the area of the interface 49 between the first and second liquids 46, 47, extends concentrically around the optical axis 41. This can be achieved, for example, by suitable shaping and / or surface coating of the contact surface 48.
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.A light beam 45 entering the optical element 40 thus first passes through the transparent area 44 of the container bottom 43, then the second liquid 47 and the opening 52 in the wall 48 of the receiving container 42, then the first liquid 46 and then a transparent area of the container lid.
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.A change in the focal length of the optical element 40 and thus a change in the focal length of the optical device is now carried out in such a way that the size and / or shape of the interface 49 - for example its curvature - between the two liquids 46, 47 is changed. This is done using appropriately designed means 50. In the present exemplary embodiment, the means 50 for changing the interface 49 are designed in the form of a piston device 51, the piston 51 moving within a cylinder 53.
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.The means 50 for changing the interface 49 now make it possible to act directly on the liquid 47. This is done in such a way that the second liquid 47 at the interface 49 with the first liquid 46 is pressed in at least one preferred direction - in the present example in the direction of the optical axis 41 - in the direction of the first liquid. This is done in a particularly simple and energy-saving manner by actuating the piston device 51. In the initial state, the piston device 51 is in the initial position shown by a solid line. The second liquid 47 has a teardrop shape on the wall 48, the interface 49 between the liquids 47 and 46 having a flat curvature. This is also shown by a solid line.
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.If the piston device 51 is now actuated and displaced into a second position represented by the dashed line, for which only a small control voltage is required, the second liquid 47 is pressed out through the opening 52, as a result of which the curvature of the interface 49 becomes a much more curved shape changes, which is represented by a dashed line. The second liquid 47 is thus pressed in the direction of the optical axis 41 in the direction of the first liquid 46, which likewise results in a change in the focal length of the optical device (not shown).
Das in Figur 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.The optical element 80 shown in FIG. 5 in turn has a receptacle 82 which is delimited by a cover element 83, a container bottom 84 and side walls 86, 87. At least in the region of the optical axis 81, along which the light beam direction 85 runs, the container bottom 82 and the container lid 83 are transparent.
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.In the receptacle 82 there are two flexible media 90, 91 with the same density but different optical properties. In the present example, the first flexible medium 90 has a refractive index n1, while the flexible second medium 91 has a refractive index n2. In contrast to the exemplary embodiments described above, the second medium 91 does not lie against the container bottom 84 or an intermediate layer located in the receiving container 82.
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.Rather, the contact surfaces 88, 89 in the present example are designed as partial areas of the side walls 86, 87. The second medium 91 is thus held on the side and not on the optical axis 81. The contact surfaces 88, 89 therefore do not have to be transparent. The surface is advantageous of the contact surfaces 88, 89 each designed such that the second medium 91 is held there.
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.The first medium 90 is located both above and below the second medium 91, so that the two media 90, 91 touch at two interfaces 92, 93.
Bei dem in Figur 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.In the example shown in FIG. 5, those surfaces within the receptacle 82 that are wetted with the first medium 90 are identified by a dashed line, while those surfaces that are wetted with the second medium 91 are identified by a dash-dotted line.
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.If means for changing the interfaces are not shown, the second medium 91 is pressed outwards, whereby the curvature of the interfaces 92, 93 change into a much more curved shape. The second medium 91 is thus pressed in two oppositely oriented preferred directions in the direction of the optical axis 81 in the direction of the first medium 90, which likewise results in a change in the focal length of the optical device (not shown).
In Figur 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.Finally, FIG. 6 shows yet another exemplary embodiment of an optical element 100 according to the present invention, the sub-figures a) and b) each representing different operating states.
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.The optical element 100 in turn has a receptacle 102, among other things with a container bottom 103 and a lid element 104. In the present example, not only their areas around the optical axis 101 are to be made transparent. Rather, both the container bottom 103 and the cover element 104 should be transparent in their entirety. In addition, the container bottom 103 has a curved surface directed into the receiving container. Both the container bottom 103 and the cover element 104 have a refractive index n1 which is identical or similar to the refractive index n1 of a first medium 105 of flexible shape located in the receiving container 102. The first medium 105 can be water, for example, while the container bottom 103 and the lid element 104 are made of glass, for example.
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 Figur 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 Figur 6a in Position gehalten wird.In the receptacle 102 there is also a second flexible medium 106 with the same density as the first medium 105, but with a different refractive index n2. The second medium is, for example, an oil. The second medium 106, which is approximately spherical in the starting position according to FIG. 6a), is surrounded on all sides by the first medium 105. In contrast to the exemplary embodiments described above, the second medium is therefore not in contact with any contact surface. Since both media 105, 106 have the same density and the design of the container bottom 103 ensures that the second medium 106 is held in position in FIG. 6a.
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.A change in the focal length of the optical element 100 and thus a change in the focal length of the optical device now takes place in such a way that the size and / or shape of the interface 107 - for example its curvature - is changed between the two media 105, 106. This takes place via appropriately designed means 108. In the present exemplary embodiment, the means 108 for changing the interface 107 are designed in the form of a piston device 109, the piston 109 moving along its direction of displacement 110 within the receiving container 102.
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.For this reason, the piston device 109 is made of a transparent material, for example of glass. Furthermore, the piston device 109 advantageously has a refractive index n1 which corresponds to, or is similar to, the refractive index n1 of the first medium 105.
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 Figur 6a dargestellten Ausgangsstellung. Das zweite Medium 106 weist eine Kugelform auf.The means 108 for changing the interface 107 now make it possible to act directly on the first medium 105 and indirectly on the second medium 106. In the initial state, the piston device 109 is in the initial position shown in FIG. 6a. The second medium 106 has a spherical shape.
Wenn nun die Kolbeneinrichtung 109 betätigt und entlang der Verschieberichtung 110 in eine in Figur 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. If the piston device 109 is now actuated and is displaced along the displacement direction 110 into a second position shown in FIG. 6b, the second medium is pressed into an elliptical shape, which also results in a change in the focal length of the optical device (not shown).
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Optisches Element10 optical element
11 Elektrode11 electrode
12 Isolationsschicht12 insulation layer
13 Tropfen leitender Flüssigkeit13 drops of conductive liquid
14 elektrisches Feld14 electric field
20 optisches Element20 optical element
21 optische Achse21 optical axis
22 Aufnahmebehälter22 receptacles
23 Behälterboden23 container bottom
24 transparenter Bereich des Behälterbodens24 transparent area of the container bottom
25 Elektrode25 electrode
26 isolierende Schicht26 insulating layer
27 elektrisches Feld27 electric field
28 erste Flüssigkeit (elektrisch leitend)28 first liquid (electrically conductive)
29 zweite Flüssigkeit (elektrisch isolierend)29 second liquid (electrically insulating)
30 Grenzfläche zwischen den Flüssigkeiten30 interface between the liquids
31 Mittel zum Ändern der Grenzfläche31 Means for changing the interface
40 optisches Element40 optical element
41 optische Achse41 optical axis
42 Aufnahmebehälter42 receptacles
43 Behälterboden43 tank bottom
44 transparenter Bereich des Behälterbodens44 transparent area of the container bottom
45 Lichtstrahlrichtung45 direction of light beam
46 erstes formflexibles Medium46 first flexible medium
47 zweites formflexibles Medium47 second flexible medium
48 Anlagefläche (Zwischenfläche)48 contact surface (intermediate surface)
49 Grenzfläche zwischen den Medien49 Media interface
50 Mittel zum Ändern der Grenzfläche Kolbeneinrichtung50 means for changing the interface piston device
Öffnungopening
Zylindercylinder
optisches Element optische Achseoptical element optical axis
Aufnahmebehälterreceptacle
Behälterdeckelcontainer lid
Behälterbodencontainer bottom
Lichtstrahlrichtung erstes formflexibles Medium zweites formflexibles MediumDirection of light beam first shape-flexible medium second shape-flexible medium
Anlagefläche (Zwischenschicht)Contact surface (intermediate layer)
Grenzfläche zwischen den MedienInterface between the media
Mittel zum Ändern der GrenzflächeMeans for changing the interface
Membranmembrane
PlättchenTile
Elektromagnetelectromagnet
Öffnungopening
optisches Element optische Achseoptical element optical axis
Aufnahmebehälterreceptacle
Behälterdeckelcontainer lid
Behälterbodencontainer bottom
LichtstrahlrichtungBeam direction
BehälterseitenwandContainer sidewall
BehälterseitenwandContainer sidewall
Anlageflächecontact surface
Anlagefläche erstes formflexibles Medium zweites formflexibles MediumContact surface of first flexible medium, second flexible medium
Grenzfläche zwischen den Medien 93 Grenzfläche zwischen den MedienInterface between the media 93 Interface between the media
100 optisches Element100 optical element
101 optische Achse101 optical axis
102 Aufnahmebehälter102 receptacles
103 Behälterboden103 tank bottom
104 Behälterdeckel104 container lid
105 erstes formflexibles Medium105 first flexible medium
106 zweites formflexibles Medium106 second flexible medium
107 Grenzfläche zwischen den Medien107 Interface between the media
108 Mittel zum Ändern der Grenzfläche108 Means for changing the interface
109 Kolbeneinrichtung109 piston device
110 Verschieberichtung der Kolbeneinrichtung 110 Direction of displacement of the piston device

Claims

Patentansprüche claims
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.1. Optical element for variably adjusting the focal length in an optical device, with a receptacle (22, 42, 62, 82), which has a first flexible medium (28, 46, 66, 90) and a second flexible medium (29, 47 , 67, 91), the media being immiscible, the media being spatially fixed in the receptacle (22, 42, 62, 82), the second medium (29, 47, 67, 91) being at least in regions at least a contact surface (23, 48, 68, 88, 89) rests within the receptacle (22, 42, 62, 82) and the two media touch at least one interface (30, 49, 69, 92, 93), and with means (31, 50, 70) for changing the size and / or shape of the interface (s) (30, 49, 69, 92, 93) between the two media, characterized in that the means (50, 70) for Changing the interface (s) (49, 69, 92, 93) to act on the first and / or second medium are designed so that the means (50, 70) for changing n of the interface (s) (49, 69, 92, 93) are designed to generate a pressure on the first and / or second medium and that a medium via these means (50, 70) at at least one interface (49, 69, 92, 93) in at least one preferred direction (41, 61, 81) in the direction of the other medium, in particular pressed, pushed or can be.
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.2. Optical element according to claim 1, characterized in that the means (50, 70) for changing the interface (s) (49, 69, 92, 93) are designed to act on the second medium (47, 67, 91) and that the second medium (47, 67, 91) via these means (50, 70) at at least one interface (49, 69, 92, 93) in at least one preferred direction (41, 61, 81) in the direction of the first medium ( 46, 66, 90) moved, in particular pressed, is or can be.
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.3. Optical element according to claim 1 or 2, characterized in that the means (50, 70) for changing the interface (s) (49, 69, 92, 93) for acting on the first medium (46, 66, 99) are trained and that that first medium (46, 66, 90) via these means (50, 70) at at least one interface (49, 69, 92, 93) in at least one preferred direction (41, 61, 81) in the direction of the second medium (47, 67 , 91) moved, in particular pressed, is or can be.
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.4. Optical element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the two media touch at two interfaces (92, 93) and that a medium via the means for changing the interfaces (92, 93) at one or both interfaces (92, 93) in at least one preferred direction (81) in the direction of the other medium, in particular pressed, pushed or can be.
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.5. Optical element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the contact surface (88, 89) within the receiving container (42, 62, 82) as at least a partial area of a cover element (63, 83) and / or a base element ( 44, 64, 84) and / or at least one side wall (86, 87).
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.6. Optical element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the contact surface (48, 68) within the receptacle (42, 62) is formed as at least a partial area of an intermediate surface arranged within the receptacle (42, 62).
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.7. Optical element according to one of claims 1 to 6, characterized in that a medium is displaced via the means (50, 70) for changing the interface (s) (49, 69, 92, 93) in the direction of the other medium the curvature of at least one interface (49, 69, 92, 93) between the two media changes.
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.8. Optical element for variably adjusting the focal length in an optical device, with a receptacle (102) which contains a first flexible medium (105) and a second flexible medium (106), the media being immiscible, the media being in the Receiving containers (102) are spatially fixed and the two media touch at an interface (107), and with means (108) for changing the size and / or shape of the interface (107) between the two media, characterized in that the second medium (106) is enclosed on all sides by the first medium (105) that the means (108) for changing the interface (107) are designed to act on the first and / or second medium (105, 106) and that the means (108) for changing the interface (107) to generate a pressure on the first and / or second medium (105, 106).
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.9. Optical element according to claim 8, characterized in that the means (108) for changing the interface (107) act on the first and / or second medium (105, 106) such that the curvature of the interface (107) between the first (105) and second (106) medium.
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.10. Optical element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first medium (46, 66, 90, 105) and / or the second medium (47, 67, 91, 106) is a liquid.
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.11. Optical element according to one of claims 1 to 10, characterized in that the first medium (46, 66, 90, 105) and / or the second medium (47, 67, 91, 106) is gel-like.
12. Optisches Element nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium (47, 67, 91 , 106) in Form eines Tropfens ausgebildet ist.12. Optical element according to claim 10 or 11, characterized in that the second medium (47, 67, 91, 106) is designed in the form of a drop.
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.13. Optical element according to one of claims 1 to 12, characterized in that the first medium (46, 66, 90, 105) and the second medium (47, 67, 91, 106) have the same density.
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. 14. Optical element according to one of claims 1 to 13, characterized in that the first medium (46, 66, 90, 105) and the second medium (47, 67, 91, 106) have different optical properties.
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.15. Optical element according to claim 14, characterized in that the first medium (46, 66, 90, 105) and the second medium (47, 67, 91, 106) have different refractive indices.
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.16. Optical element according to one of claims 1 to 15, characterized in that the spatial fixation of the first (46, 66, 90, 105) and / or second (47, 67, 91, 106) medium within the receiving container (42, 62, 82, 102) by means of fixing means.
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.17. Optical element according to claim 16, characterized in that the fixing means in the form of a special surface design of the contact surface (48, -68, 88, 89) and / or in the form of a special surface quality of the contact surface (48, 68, 88, 89) are trained.
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.18. Optical element according to one of claims 1 to 17, characterized in that in the contact surface (48, 68) of the receptacle (42, 62) on which the second medium (47, 67) rests, an opening (52, 74 ) is provided and that the second medium (47, 67) is fixed in the region of the opening (52, 74).
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.19. Optical element according to one of claims 1 to 18, characterized in that the means (50, 108) for changing the interface (49, 107) are designed as mechanical means.
20. Optisches Element nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel als Kolbeneinrichtung (51 , 109) oder Zylindereinrichtung ausgebildet sind.20. Optical element according to claim 19, characterized in that the mechanical means are designed as a piston device (51, 109) or cylinder device.
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. 21. Optical element according to one of claims 1 to 20, characterized in that the means (70) for changing the interface (69) are in the form of a controllable membrane (71).
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.22. Optical element according to one of claims 1 to 21, characterized in that the means (50, 70, 108) for changing the interface (s) (49, 69, 92, 93, 107) electrically and / or magnetically and / or can be actuated electromagnetically and / or pneumatically and / or hydraulically and / or piezoelectrically.
23. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Linsenelement oder Prismenelement oder Spiegelelement ausgebildet ist.23. Optical element according to one of claims 1 to 22, characterized in that it is designed as a lens element or prism element or mirror element.
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.24. Optical device with variable focal length, comprising a number of optical elements, characterized in that at least one of the optical elements (40, 60, 80, 100) is designed according to one of claims 1 to 23.
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.25. Use of an optical element (40, 60, 80, 100) according to one of claims 1 to 23 in an optical device with variable focal length and / or with variable spectral splitting and / or with variable beam guidance.
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. 26. Use of an optical element (40, 60, 80, 100) according to one of claims 1 to 23 in a microscope, or an endoscope, or a telescope, or a telescope, or a camera, or a camcorder, or a camera in a cell phone, or a magnifying glass, or a head magnifying glass.
PCT/EP2004/011930 2003-10-23 2004-10-21 Optical element for variable setting of the focal length on an optical device and optical device WO2005040865A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003149467 DE10349467A1 (en) 2003-10-23 2003-10-23 Optical element for variably adjusting the focal length in an optical device and optical device
DE10349467.7 2003-10-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005040865A1 true WO2005040865A1 (en) 2005-05-06

Family

ID=34484961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/011930 WO2005040865A1 (en) 2003-10-23 2004-10-21 Optical element for variable setting of the focal length on an optical device and optical device

Country Status (2)

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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2427283B (en) * 2004-04-01 2007-11-28 1 Ltd Variable focal length lens
US7725016B2 (en) 2005-11-01 2010-05-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Liquid zoom lens

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011113066A1 (en) 2011-09-09 2013-03-14 Rainer Schmidt Controlled optical element is filled with optical liquid and has volume that is formed from base surface and shape-variable top surface and is additionally contains side parts and membrane

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3410153A1 (en) * 1983-03-21 1985-02-07 Helmut 2420 Eutin Krueger-Beuster Panhydraulic, optical system
DE19710668A1 (en) * 1997-03-14 1998-09-17 Robert Seidel Variable lens system e.g. for endoscope zoom lens
US5864128A (en) * 1991-10-15 1999-01-26 Geo Labs, Inc. Lens with variable focal length
WO2003069380A1 (en) * 2002-02-14 2003-08-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Variable focus lens
WO2004077126A1 (en) * 2003-02-25 2004-09-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Objective lens for optical disk recording/reproducing device comprising variable lens formed by the interface of two immiscible fluids
WO2004099845A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrowetting module
WO2004102253A1 (en) * 2003-05-14 2004-11-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Variable shape lens

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6051801A (en) * 1983-08-31 1985-03-23 Nec Corp Variable focus lens
JPS6156303A (en) * 1984-08-28 1986-03-22 Nec Home Electronics Ltd Lens unit
JPH01302301A (en) * 1988-05-31 1989-12-06 Asahi Optical Co Ltd Liquid enclosing optical element
DE29823897U1 (en) * 1998-09-28 2000-03-16 Waeschke Ulf Device for pumping cryogenic liquids

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3410153A1 (en) * 1983-03-21 1985-02-07 Helmut 2420 Eutin Krueger-Beuster Panhydraulic, optical system
US5864128A (en) * 1991-10-15 1999-01-26 Geo Labs, Inc. Lens with variable focal length
DE19710668A1 (en) * 1997-03-14 1998-09-17 Robert Seidel Variable lens system e.g. for endoscope zoom lens
WO2003069380A1 (en) * 2002-02-14 2003-08-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Variable focus lens
WO2004077126A1 (en) * 2003-02-25 2004-09-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Objective lens for optical disk recording/reproducing device comprising variable lens formed by the interface of two immiscible fluids
WO2004099845A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrowetting module
WO2004102253A1 (en) * 2003-05-14 2004-11-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Variable shape lens

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2427283B (en) * 2004-04-01 2007-11-28 1 Ltd Variable focal length lens
US7725016B2 (en) 2005-11-01 2010-05-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Liquid zoom lens

Also Published As

Publication number Publication date
DE10349467A1 (en) 2005-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006049425A1 (en) Liquid zoom lens comprises autofocus lens system and zoom lens system comprising insulating liquid layer between two electrolyte layers, lens being mounted between insulating layer and one electrolyte layer
DE60303701T2 (en) Zoom lens and electronic imaging device equipped therewith
DE102006049426A1 (en) Liquid zoom lens comprises autofocus lens system and zoom lens system comprising insulating liquid layer between two electrolyte layers, lens being mounted between insulating layer and one electrolyte layer
DE19910375C2 (en) Optical switch and modular switching system made of optical switching elements
DE60310037T2 (en) LENS WITH VARIABLE FOCUS
CN100434940C (en) Zoom optical system
DE3300226A1 (en) VARIO LENS
WO2008142156A2 (en) Directionally controlled illumination unit for autostereoscopic displays
EP1846782A1 (en) Variable lens
DE102009003069A1 (en) 3D display with controllable visibility tracker
DE102006003136A1 (en) Zoom lens system and camera with selbigem
EP2837957B1 (en) Fluid lens for the controlled adjustment of a predetermined focal length
DE2719505A1 (en) OPTICAL DISPLAY UNIT WITH ELECTRICALLY CONTROLLED DISPLAY POSITIONS
DE10014696A1 (en) Variable focal length objective system has movable and fixed sub-groups that maintain first and second mutual separations in first and second variation regions
WO2005085930A1 (en) Adaptive optical element comprising a polymer actuator
DE102010033427A1 (en) Endoscope with adjustable viewing direction
DE102013102496A1 (en) camera module
WO2012034723A1 (en) Wide range zoom system
DE102014110961A1 (en) data glasses
DE19537307C2 (en) zoom lens
EP0906586A1 (en) Phase-modulating microstructures for highly integrated surface light modulators
DE602005002041T2 (en) ELECTRIC wetting DISPLAY ELEMENT
DE102007051521A1 (en) Dynamic Waveform Unit
DE102009000724A1 (en) Device for deflecting light rays
DE3534596A1 (en) AFOCAL OPTICAL SYSTEM WITH VARIABLE MAGNIFICATION

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase