DE102004059172A1

DE102004059172A1 - Optisches Element, optisches System sowie optisches Gerät

Info

Publication number: DE102004059172A1
Application number: DE102004059172A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Obrebski
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2005-07-21

Abstract

Es wird unter anderem ein optisches Element (10) beschrieben, beispielsweise eine Linse mit veränderlicher Fokallänge, mit einem Aufnahmebehälter (11), der ein erstes formflexibles Medium (12) sowie ein zweites formflexibles Medium (13) beinhaltet, wobei die Medien (12, 13) in dem Aufnahmebehälter (11) räumlich fixiert sind und wobei sich die beiden Medien (12, 13) an wenigstens einer Grenzfläche (14) berühren, und mit Mitteln zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche(n) (14) zwischen den beiden Medien (12, 13). Weiterhin ist vorgesehen, dass wenigstens eine Begrenzungswand (16) des Aufnahmebehälters (11) eine zumindest bereichsweise gekrümmte Innenoberfläche (17), die in den Innenraum (15) des Aufnahmebehälters (11) gerichtet ist, und/oder eine zumindest bereichsweise gekrümmte, der Innenoberfläche (17) gegenüberliegende Außenoberfläche (18) aufweist. Erfindungsgemäß weist die gekrümmte Begrenzungswand (16) einen gleichen oder ähnlich großen Brechungsindex wie das an dieser zumindest bereichsweise anliegende formflexible Medium (12) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein optisches Element gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein optisches System sowie ein optisches Gerät.

Aus dem Stand der Technik sind bereits veränderliche optische Elemente bekannt. Ein bekanntes optisches Element weist einen Tropfen einer leitenden Flüssigkeit auf, der auf einer Isolationsschicht aufgetragen ist. Die Isolationsschicht wiederum bedeckt eine flache Elektrode. Bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes, das durch eine zwischen der Leiterflüssigkeit und der Elektrode angelegte Spannung verursacht wird, kann die Benetzung wesentlich vergrößert werden. Dieses bekannte Phänomen wird auch als Elektrobenetzen (electro-wetting) bezeichnet.

Eine Umsetzung dieses Phänomens ist beispielsweise in der US-A-5,659,330 offenbart. 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.

Eine Lösung, wie das vorstehend beschriebene Prinzip des Elektrobenetzens auch im Bereich von Linsenelementen eingesetzt werden kann, ist in der DE 698 04 119 T2 beschrieben. Diese Lösung ist schematisch in 1 dargestellt und wird im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die darin geschilderte Lehre 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 ein optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge bereitgestellt. Bei der Fokallänge handelt es sich generell um den Abstand des Brennpunkts zur Ebene des optischen Elements, beispielsweise zur Linsenebene.

Das optische Element besteht aus einem Aufnahmebehälter, der eine erste, elektrisch leitfähige Flüssigkeit sowie einen Tropfen einer zweiten, isolierenden Flüssigkeit beinhaltet. Die beiden Flüssigkeiten sind nicht mischbar und im Aufnahmebehälter räumlich fixiert. Die beiden Flüssigkeiten berühren einander an einer Grenzfläche. Der Tropfen der zweiten Flüssigkeit ist konzentrisch um die optische Achse des optischen Elements herum angeordnet, wobei die optische Achse ebenfalls durch einen transparenten Bereich des Bodens des Aufnahmebehälters verläuft. Die erste, elektrisch leitfähige Flüssigkeit liegt zumindest bereichsweise an Elektroden an, die sich innerhalb des Aufnahmebehälters befinden. Darüber hinaus ist wenigstens eine weitere Elektrode vorgesehen, die außerhalb des Behälterbodens angeordnet ist. Dabei ist diese weitere Elektrode auf der dem Behälterinnenraum abgewandten Oberfläche des Behälterbodens angeordnet.

Schließlich weist das bekannte optische Element Mittel zum Ändern der Grenzfläche zwischen den Flüssigkeiten auf. Über diese Mittel kann ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt werden. Dadurch ändert sich die Benetzbarkeit der mit der ersten, leitfähigen Flüssigkeit überdeckten Fläche, so dass sich darüber auch die Form des Tropfens der zweiten, isolierenden Flüssigkeit verändert. Durch die Variation der Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten kann der Fokus des optischen Elements kontinuierlich verstellt werden.

Ähnliche Lösungen sind beispielsweise auch aus der WO 03/071335 A2 sowie der WO 03/069380 A1 bekannt.

Alle genannten Lösungen weisen jedoch einen Nachteil auf. Die Begrenzungswände des Aufnahmebehälters weisen planparallele Oberflächen auf und müssen daher eine gewisse Wand-Mindeststärke aufweisen, um ausreichend stabil zu sein. Die dabei zwangsläufig entstehenden Baugrößen sind angesichts einer immer weiter schreitenden Forderung nach Miniaturisierung des optischen Elements viel zu groß. Außerdem lassen sich die Begrenzungswände nicht oder nur sehr begrenzt für das Erreichen gezielter optischer Eigenschaften verwenden.

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 vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können. Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes optisches System sowie Gerät bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das optische Element mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, das optische System mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 32 sowie das optische Gerät mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 33. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Vorteile, Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen Element beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen System und jeweils umgekehrt. Analoges gilt für das erfindungsgemäße optische Gerät.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nunmehr gekrümmte Begrenzungswände verwendet werden, wodurch sich stabile Aufnahmebehälterformen mit gleichzeitiger Bereitstellung einer Grundbrechkraft des Aufnahmebehälters beziehungsweise von dessen Begrenzungswänden realisieren lassen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Element bereitgestellt, mit einem Aufnahmebehälter, der ein erstes formflexibles Medium sowie ein zweites formflexibles Medium beinhaltet, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter räumlich fixiert sind 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. Bei dem optischen Element weist wenigstens eine Begrenzungswand des Aufnahmebehälters eine zumindest bereichsweise gekrümmte Innenoberfläche, die in den Innenraum des Aufnahmebehälters gerichtet ist, und/oder eine zumindest bereichsweise gekrümmte, der Innenoberfläche gegenüberliegende Außenoberfläche, auf. Das optische Element ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Begrenzungswand einen gleichen oder ähnlich großen Brechungsindex wie das an dieser zumindest bereichsweise anliegende formflexible Medium aufweist.

Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen wird nunmehr zumindest eine der Begrenzungswände nicht mehr als planparallele Begrenzungswand ausgebildet, sondern eine mit wenigstens einer, zumindest bereichsweise gekrümmten Oberfläche. Dadurch lassen sich bei den erfindungsgemäßen optischen Elementen, bei gleichen oder kleineren Abmessungen wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, stabilere Gehäuse realisieren. Außerdem kann durch die gekrümmte(n) Oberfläche(n) neben den formflexiblen Medien auch eine zusätzliche Brechkraft der Gesamtanordnung zur Verfügung gestellt werden.

Darüber hinaus läßt sich bei besonderen Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen optischen Elements, die weiter unten näher beschrieben werden, zusätzlich auch die Gefahr reduzieren, dass die optischen Elemente beschädigt oder zerstört werden können, wenn beispielsweise die Oberflächenstruktur des ersten und/oder zweiten Mediums an der Grenzfläche durch Erschütterung oder dergleichen zerstört wird.

Das optische Element weist wenigstens einen Aufnahmebehälter auf, der ein erstes formflexibles Medium und ein zweites formflexibles Medium beinhaltet, die sich an einer Grenzfläche berühren. Dabei können beispielsweise formflexible Medien verwendet werden, die nicht mischbar sind. Weiterhin sind Mittel zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den Medien vorgesehen.

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 verändert können. Beispielsweise kann das erste formflexible Medium und/oder das zweite formflexible Medium eine Flüssigkeit sein. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Medium um Wasser, um Wasser mit Salzzusätzen und dergleichen handeln, während das zweite Medium als Öl ausgebildet sein kann. 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.

Wenigstens eine Begrenzungswand des Aufnahmebehälters, die den Behälterinnenraum begrenzt, soll erfindungsgemäß zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet sein. Dabei ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl oder Anordnung gekrümmter Begrenzungswände beschränkt. Dies ergibt sich je nach Ausgestaltungsform und Einsatzgebiet des optischen Elements, nach der Richtung des Strahlengangs, und dergleichen.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Aufnahmebehälter eine erste Begrenzungswand aufweist, die als gekrümmte Begrenzungswand in der wie vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet ist und an der zumindest bereichsweise das erste formflexible Medium anliegt und dass der Aufnahmebehälter eine zweite Begrenzungswand aufweist, an der zumindest bereichsweise das zweite formflexible Medium anliegt.

Durch die Auswahl geeigneter Brechungsindizes für die einzelnen Elemente des Aufnahmebehälters lassen sich die optischen Eigenschaften des optischen Elements gezielt einstellen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die gekrümmte Begrenzungswand einen gleichen oder ähnlichen Brechungsindex wie das an dieser zumindest bereichsweise anliegende formflexible Medium aufweist.

Wenn der Aufnahmebehälter wie vorstehend beschrieben ausgestaltet ist, kann die erste Begrenzungswand beispielsweise einen gleichen oder ähnlich großen Brechungsindex wie das erste formflexible Medium aufweisen. In weiterer Ausgestaltung kann die zweite Begrenzungswand einen gleichen oder ähnlich großen Brechungsindex wie das zweite formflexible Medium aufweisen. Sofern der Brechungsindex der Begrenzungswand mit dem Brechungsindex des benachbarten formflexiblen Mediums zumindest annähernd übereinstimmt, ist die Behandlung der optischen Eigenschaften einfacher.

Gemäß einer anderen Alternative kann aber auch vorgesehen sein, dass die erste Begrenzungswand und das erste formflexible Medium unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen und/oder dass die zweite Begrenzungswand und das zweite formflexible Medium unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Dann kann zusätzlich zu der Brechkraft der beiden formflexiblen Medien wenigstens eine weitere Brechkraft der Gesamtanordnung zur Verfügung gestellt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Alternative kann/können die erste Begrenzungswand und/oder das erste formflexible Medium und/oder die zweite Begrenzungswand und/oder das zweite formflexible Medium jeweils unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise dazu genutzt werden, um eine Korrektur von Aberrationen beziehungsweise Abbildungsfehlern, wie etwa der sphärischen oder chromatischen Aberration, durchzuführen.

Vorzugsweise kann die zumindest teilweise gekrümmte Begrenzungswand als Behälterdeckel des Aufnahmebehälters ausgebildet sein. Natürlich kann/können auch der Behälterboden und/oder eine oder mehrere Seitenwände des Aufnahmebehälters in dieser Weise ausgebildet sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind unterschiedliche Varianten möglich, wie die wenigstens eine Begrenzungswand gekrümmt sein kann. Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Innenoberfläche der Begrenzungswand, die in den Innenraum des Aufnahmebehälters gerichtet ist, zumindest bereichsweise gekrümmt ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die der Innenoberfläche gegenüberliegende Außenoberfläche des Aufnahmebehälters zumindest bereichsweise gekrümmt ist. Dadurch läßt sich beispielsweise eine zusätzliche Brechkraft des optischen Elements in seiner Gesamtheit realisieren. Auch sind Lösungen möglich, bei denen sowohl die Innenoberfläche als auch die Außenoberfläche der Begrenzungswand zumindest bereichsweise gekrümmt sind.

Wenn eine entsprechende Krümmung wenigstens einer Oberfläche der Begrenzungswand vorliegt, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Dicke der gekrümmten Begrenzungswand in der Mitte geringer ist als in den Randbereichen. Die Randbereiche stellen dabei insbesondere die Übergänge der Begrenzungswand zu anderen Begrenzungswänden dar.

Vorteilhaft kann die gekrümmte Innenoberfläche der Begrenzungswand zumindest bereichsweise an die Kontur der Grenzfläche zwischen den beiden formflexiblen Medien angepaßt sein. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die gekrümmte Innenoberfläche der Begrenzungswand zumindest bereichsweise an die Kontur der Grenzfläche zwischen beiden formflexiblen Medien bei maximaler Änderung der Grenzfläche angepaßt ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die gekrümmte Innenoberfläche der Begrenzungswand zumindest bereichsweise benachbart zur Grenzfläche zwischen den beiden formflexiblen Medien bei maximaler Änderung der Grenzfläche angeordnet ist.

Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich, wenn die Krümmung auf der Innenoberfläche der Begrenzungswand ausgebildet ist, die gekrümmte Oberfläche an die (maximale) Wölbung der Grenzfläche – beispielsweise die maximale Wölbung/Ausdehnung des zweiten formflexiblen Mediums – „anschmiegen" kann, wobei jedoch bevorzugt stets ein zumindest geringer Abstand zwischen der Grenzfläche und der gekrümmten Oberfläche verbleibt, der mit einem formflexiblen Medium – beispielsweise dem ersten formflexiblen Medium – ausgefüllt ist.

Dies bedeutet, dass schon durch die Ausgestaltung des optischen Elements an sich eine Stabilisierung der flüssigen Elemente erreicht werden kann. Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, kann beim Betrieb des optischen Elements, etwa durch Erschütterungen, eine Zerstörung der Oberflächenstruktur des ersten und/oder zweiten Mediums hervorgerufen werden. Durch die besondere Ausgestaltung des optischen Elements wird nunmehr eine Stabilisierung erreicht, durch die die Oberflächenstrukturen des ersten und/oder zweiten Mediums zusammengehalten werden können, ohne dass dabei die optische Qualität des optischen Elements beeinträchtigt wird. Dadurch kann der Gefahr eines Zerfalls des ersten und/oder zweiten Mediums und einer damit einhergehenden Zerstörung entgegengewirkt werden.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das zweite formflexible Medium in Form eines oder mehrerer Tropfen ausgebildet ist. Dabei ist unter einem Tropfen generell eine kleine Mediummenge von zumindest bereichsweise kugeliger oder länglich runder Form zu verstehen.

Vorzugsweise können das erste formflexible Medium und das zweite formflexible Medium die gleiche Dichte aufweisen, um Gravitätseffekte auszuschließen.

Weiterhin können das erste formflexible Medium und das zweite formflexible Medium durchaus unterschiedliche optische Eigenschaften, beispielsweise unterschiedliche optische Indizes, aufweisen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das erste Medium und das zweite Medium unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. So ist gemäß einem vorteilhaften – nicht ausschließlichen – Beispiel vorgesehen, dass das erste Medium einen niedrigen Brechungsindex aufweist, während das zweite Medium einen hohen Brechungsindex aufweist.

Vorteilhaft kann wenigstens eine Begrenzungswand des Aufnahmebehälters zumindest bereichsweise transparent ausgebildet sein, um einen Lichtdurchtritt zu ermöglichen. Dazu kann die Begrenzungswand aus einem transparenten Material, wie beispielsweise einem transparenten Kunststoff, Glas und dergleichen ausgebildet sein.

Beispielsweise kann wenigstens eines der formflexiblen Medien zumindest bereichsweise transparent ausgebildet ist. Vorteilhaft ist jedoch vorgesehen, dass beide formflexiblen Medien zumindest teilweise transparent ausgebildet sind.

Weiterhin können zusätzlich Mittel zum Stabilisieren (Stabilisierungsmittel) der Oberflächenstruktur des ersten und/oder zweiten Mediums vorgesehen sein. Die Stabilisierungsmittel können die Oberflächenstrukturen des ersten und/oder zweiten Mediums zusammenhalten, ohne dass dabei die optische Qualität des optischen Elements beeinträchtigt wird. Dabei erfolgt die Stabilisierung vorzugsweise durch den Einsatz äußerer und/oder innerer Strukturen.

Beispielsweise können die Stabilisierungsmittel wenigstens ein Element mit einer Maschenstruktur, insbesondere mit wenigstens einer – möglicherweise elastischen – Struktur aus Fäden und/oder Bändern, oder dergleichen aufweisen. Vorteilhaft kann die Maschengröße – bei zumindest teilweise transparenten Materialien – gegen Null tendieren oder gar Null sein. Es können auch zwei oder mehr solcher Elemente vorgesehen sein. Bei der elastischen Ausgestaltung des wenigstens einen Elements handelt es sich um ein optionales Merkmal. In diesem Fall handelt es sich bei den Stabilisierungsmitteln beispielsweise um ein Stabilisierungsnetz. Das Stabilisierungsnetz kann vorteilhaft als feinmaschiges Netz aus Fäden oder Bändchen ausgebildet sein, die die Oberflächenstruktur des Mediums zusammenhalten und die optische Qualität nicht beeinträchtigen. Die einzelnen Fäden sind vorteilhaft nicht zu dick ausgebildet. Allerdings ist auch eine Dickenvariation über die gesamte Kontur möglich. Insbesondere dort, wo große Belastungen auf die Stabilisierungsmittel einwirken, wenn sich die Grenzfläche zwischen den Medien ändert, können die Fäden dicker sein als beispielsweise dort, wo eine geringere Belastung auftritt. Geeignete Materialien für die Stabilisierungsmittel sind Glasfasern, Nylon und dergleichen.

Vorteilhaft können die Stabilisierungsmittel zumindest bereichsweise oder teilweise transparent ausgebildet sein. Dadurch wird die optische Qualität des optischen Elements durch die zusätzlichen Stabilisierungsmittel nicht beeinträchtigt.

Die Stabilisierungsmittel können je nach Ausgestaltungsform im ersten und/oder zweiten formflexiblen Medium angeordnet sein.

Beispielsweise können die Stabilisierungsmittel innerhalb des zweiten formflexiblen Mediums angeordnet sein. In einem solchen Fall ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Stabilisierungsmittel in einer Weise ausgebildet sind, um das zweite formflexible Medium an der/den Oberfläche(n) der Stabilisierungsmittel festzuhalten, insbesondere durch eine besondere Oberflächenbeschichtung der Stabilisierungsmittel. Beispielsweise können die Stabilisierungsmittel, etwa ein Stabilisierungsnetz, mit einem Material oberflächenbeschichtet sein, oder aus einem Material bestehen, das das zweite Medium, etwa in Form eines Öls, an der Oberfläche „festhält", wenn das Stabilisierungsnetz innerhalb des zweiten Mediums plaziert ist. Die Stabilisierungsmittel sind somit in einer Weise ausgestaltet, dass deren Oberfläche(n) für das zweite formflexible Medium benetzbar gemacht/gehalten wird.

Ebenso ist möglich, dass die Stabilisierungsmittel innerhalb des ersten formflexiblen Mediums angeordnet sind. In einem solchen Fall können die Stabilisierungsmittel beispielsweise in einer Weise ausgebildet sein, um das zweite formflexible Medium von der/den Oberfläche(n) der Stabilisierungsmittel zu verdrängen, insbesondere durch eine besondere Oberflächenbeschichtung der Stabilisierungsmittel. Beispielsweise können die Stabilisierungsmittel, etwa ein Stabilisierungsnetz, mit einem Material oberflächenbeschichtet sein, oder aus einem Material bestehen, das das zweite Medium, etwa in Form eine Öls, von der Oberfläche verdrängt, wenn das Stabilisierungsnetz außerhalb des zweiten Mediums plaziert ist. Gleichzeitig soll das andere Medium, nämlich das erste Medium, in dem sich die Stabilisierungsmittel dann befinden – etwa Wasser – nicht von den Stabilisierungsmitteln verdrängt werden.

Ebenso sind Ausführungsformen realisierbar, bei denen Stabilisierungsmittel sowohl innerhalb des ersten formflexiblen Mediums als auch innerhalb des zweiten formflexiblen Mediums angeordnet sind.

Vorteilhaft können die Stabilisierungsmittel den gleichen oder zumindest einen ähnlichen Brechungsindex aufweisen wie das formflexible Medium, in dem sie sich befinden. Wenn sich die Stabilisierungsmittel innerhalb des zweiten Mediums befinden, sollte deren Material den Brechungsindex des zweiten Mediums, etwa eines Öls oder dergleichen, haben. Wenn sich die Stabilisierungsmittel außerhalb des zweiten Mediums befinden, sollten sie vorzugsweise den Brechungsindex des ersten Mediums, beispielsweise Wasser, haben.

Vorteilhaft kann das zweite formflexible Medium zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche innerhalb des Aufnahmebehälters anliegen. Ebenso liegt natürlich auch das erste Medium zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche innerhalb des Aufnahmebehälters an.

Dabei kann sich die Anlagefläche an unterschiedlichen Orten innerhalb des Aufnahmebehälters befinden, so dass die Erfindung nicht auf bestimmte Anordnungs- beziehungsweise Ausbildungsvarianten beschränkt ist. Nachfolgend werden hierzu einige nicht ausschließliche Beispiele beschrieben. Bei der Anlagefläche kann es sich beispielsweise um zumindest einen Teilbereich einer Behälteraußenwand, etwa den Behälterboden und/oder ein Deckelelement und/oder wenigstens eine Seitenwand handeln. Bei der letztgenannten Variante ist insbesondere eine Ausgestaltung realisierbar, bei der das Medium nicht den Behälterboden berührt, sondern nur an den seitlichen Wänden anliegt. Natürlich sind auch Ausgestaltungsvarianten denkbar, bei denen es sich bei der genannten Anlagefläche um zumindest einen Teilbereich einer im Aufnahmebehälter-Innenraum befindlichen Zwischenschicht handelt. Dort, wo das Medium an der Anlagefläche des Aufnahmebehälters anliegt, ist dieses vorzugsweise aus einem transparenten Material gebildet, so dass von außen in den Aufnahmebehälter eintretendes Licht durch die Behälterwände und die im Aufnahmebehälter befindlichen transparenten Medien hindurchstrahlen kann. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem 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.

Wenn die Medien an einer transparenten Anlagefläche anliegen, beispielsweise an einer zumindest teilweise transparenten Begrenzungswand des Aufnahmebehälters, weisen diese transparenten Bereiche der Anlagefläche beziehungsweise der Behälterwand vorzugsweise die gleiche oder eine ähnliche Brechzahl wie das anliegende Medium auf. Dadurch werden gebrochene Strahlengänge und unerwünschte Reflexionen vermieden.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass ein formflexibles Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) derart in Richtung des jeweils anderen formflexiblen Mediums verschoben wird, dass sich die Krümmung wenigstens einer Grenzfläche zwischen den beiden formflexiblen Medien ändert.

Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für die Mittel zur Änderung der Grenzfläche(n) zwischen den Medien beschränkt. Nachfolgend werden hierzu einige nicht ausschließliche Beispiele angegeben.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das optische Element auf der Basis des wie weiter oben bereits beschriebenen Elektrobenetzens (Electrowetting) ausgebildet ist. Dabei wirken die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zwischen den beiden Medien auf ein elektrisch leitendes Medium ein. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird die Benetzbarkeit einer Oberfläche, an der das elektrisch leitende Medium anliegt, durch dieses elektrisch leitende Medium verändert, sodass sich dadurch indirekt auch die Kontur des elektrisch isolierenden Mediums verändern kann.

Das Prinzip des Elektrobenetzens über die Erzeugung eines elektrischen Feldes kann nun vorsehen, dass das erste formflexible Medium und das zweite formflexible Medium eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Das Medium mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise ein Öl, kann zwischen dem Medium mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise Wasser oder Wasser mit Zusätzen sowie wenigstens einer Elektrode angeordnet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Medium mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit auf einer Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, während auf der anderen Oberfläche des Substrats die wenigstens eine Elektrode angeordnet ist. Wenn nun ein elektrisches Feld zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem Medium mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit angelegt wird, wird dadurch die Grenzfläche zwischen den beiden formflexiblen Medien verändert.

In anderer Ausgestaltung können die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sein, wobei die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind und wobei 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. Derartige Mittel können konstruktiv einfach und in energiesparender Weise ausgestaltet werden, wobei solche Mittel häufig nur sehr kleine Steuerspannungen benötigen.

Durch diese Mittel wird erreicht, dass ein Druck auf das entsprechende Medium ausgeübt wird, so dass dieses an der Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben – insbesondere gedrückt – werden kann. Bei dieser Vorzugsrichtung kann es sich in dem Fall, in dem das optische Element als Linsenelement ausgebildet ist, vorzugsweise um die optische Achse des Linsenelements handeln. Die Änderung der Brennweite des optischen Elements und damit die Änderung der Fokallänge in einem optischen Gerät erfolgt dann quasi durch das Herausdrücken des einen Mediums in Richtung des anderen Mediums.

Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das zweite Medium ausgebildet sind und dass das zweite Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des ersten Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das erste Medium ausgebildet sind und dass das erste Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des zweiten Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.

In weiterer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass sich die beiden Medien an zwei Grenzflächen berühren und dass ein Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzflächen an einer oder beiden Grenzflächen in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann. In einem solchen Fall ist es beispielsweise auch möglich, dass zwei Vorzugsrichtungen – für jede Grenzfläche eine – gewählt werden können.

Hierbei können die Vorzugsrichtungen gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung entgegengesetzt ausgerichtet sein.

Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) derart in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird, dass sich die Krümmung wenigstens einer Grenzfläche zwischen den beiden Medien ändert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform kann das zweite formflexible Medium allseitig von dem ersten formflexiblen Medium umschlossen sein, wobei die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind und wobei die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind.

Bei dieser Lösung ist eine besondere Anlagefläche nicht erforderlich. Vielmehr ist das zweite Medium, das im Ausgangszustand vorteilhaft eine kugelartige Konfiguration aufweist, von allen Seiten von dem ersten Medium umgeben. Bei dem ersten Medium kann es sich beispielsweise wiederum um Wasser und bei dem zweiten Medium vorteilhaft um ein geeignetes Öl handeln. Die beiden Medien weisen vorteilhaft die gleiche Dichte auf, damit das zweite Medium innerhalb des ersten Mediums in Position gehalten wird und nicht absinken kann, das heißt, damit Gravitationseffekte wirksam ausgeschlossen werden können.

Die Mittel zum Ändern der Grenzfläche üben nun einen Druck auf das erste und/oder zweite Medium aus. Wenn der Druck auf das erste Medium ausgeübt wird, wird der Druck vom ersten auf das zweite Medium übertragen, so dass dieses an der Druck-Einwirkstelle komprimiert wird, was die Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den beiden Medien verändert. Beispielsweise kann das zweite Medium von der ursprünglich kugelartigen Ausgangsform in eine elliptische Konfiguration gebracht werden. Wenn der Druck auf das zweite Medium ausgeübt wird, wird sich dieses gegen das erste Medium ausdehnen, so dass sich auch in diesem Fall die Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den beiden Medien ändern wird.

Beispielsweise können die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) als mechanische Mittel ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer Kolbeneinrichtung, einer Zylindereinrichtung, und dergleichen.

In anderer Ausgestaltung können die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) beispielsweise auch in Form einer ansteuerbaren Membran ausgebildet sein.

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.

Die weiter oben bereits erwähnte räumliche Fixierung des ersten und/oder zweiten formflexiblen Mediums innerhalb des Aufnahmebehälters kann mittels geeigneter Fixiermittel erfolgen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das optische Element in Form eines Linsenelements ausgestaltet ist, bei dem ein Strahlengang definiert durch das Linsenelement hindurchlaufen soll. Die räumliche Fixierung erfolgt vorzugsweise mittels dazu geeigneter Fixiermittel. Dabei ist die Erfindung jedoch nicht auf bestimmte Typen von Fixiermitteln beschränkt. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, können die Fixiermittel in Form einer besonderen Oberflächengestaltung der Anlagefläche und/oder in Form einer besonderen Oberflächenbeschaffenheit der Anlagefläche ausgebildet sein. Die Oberfläche ist dabei vorteilhaft so gestaltet, dass sie das anliegende Medium in Position halten kann. Die besondere Oberflächenbeschaffenheit kann beispielsweise mittels einer besonderen Oberflächenbeschichtung realisiert werden. Vorteilhaft kann eine besondere Oberflächenbeschaffenheit bezüglich der Benetzbarkeit vorgesehen sein. Dabei ist die Erfindung natürlich nicht auf die genannten Beispiele beschränkt.

Beispielsweise ist denkbar, dass die Fixierung der Medien durch eine geeignete Wahl der Oberflächenmaterialien und/oder lokale Oberflächenbeschichtungen innerhalb des Aufnahmebehälters, beispielsweise der Wand des Aufnahmebehälters, erfolgt. Ebenso kann die räumliche Fixierung der Medien über das Anlegen einer geeigneten, vorzugsweise festgelegten Spannung, erfolgen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das erste Medium als elektrisch leitfähiges Medium und das zweite Medium als elektrisch isolierendes Medium ausgebildet ist. Eine solche Möglichkeit ist generell in der DE 698 04 119 T2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird. Natürlich ist es auch denkbar, die räumliche Fixierung über die konstruktive Ausgestaltung der Wände innerhalb des Aufnahmebehälters zu erreichen, beispielsweise in dem diese mit geeigneten Vorsprüngen, Kanten, Hinterschneidungen, Aussparungen und dergleichen versehen sind.

Die Fixiermittel haben generell die Aufgabe, dass die Position der Medien innerhalb des Aufnahmebehälters unverändert bleibt, so dass über das optische Element insbesondere ein definierter Strahlengang erzeugt werden kann.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass in der Anlagefläche des Aufnahmebehältersbeispielsweise in einer Zwischenschicht – an der das zweite Medium anliegt, eine Öffnung vorgesehen ist, und dass das zweite Medium im Bereich dieser Öffnung fixiert ist. Die Öffnung kann sich insbesondere um eine optische Achse des optischen Elements herum erstrecken, so dass 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.

Die Erfindung ist des Weiteren nicht auf bestimmte Einsatzgebiete für die optischen Elemente beschränkt. So ist es beispielsweise denkbar, dass es sich bei den optischen Elementen um solche zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät, etwa 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. Natürlich ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese konkreten Beispiele beschränkt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein optisches System bereitgestellt, aufweisend wenigstens ein wie vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes optisches Element. Bei einem solchen optischen System kann es sich beispielsweise um eine Anordnung von optischen Elementen, beispielsweise eine Anordnung von variablen Linsenelementen oder dergleichen handeln.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein optisches Gerät bereitgestellt, aufweisend wenigstens ein wie vorstehend beschriebenes optisches Element oder ein wie vorstehend beschriebenes optisches System. 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 Fernrohr, oder ein Mikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, oder ein Endoskop handeln.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein optisches Element in Form einer Linse mit veränderlicher Fokallänge, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist;
2 ein optisches Element in Form einer Linse mit veränderlicher Fokallänge gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
3 ein optisches Element in Form einer Linse mit veränderlicher Fokallänge gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und
4 ein optisches Element in Form einer Linse mit veränderlicher Fokallänge gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
In 1 ist ein optisches Element 10 in Form einer Linse mit veränderlicher Fokallänge (Variolinse) dargestellt, wie es aus dem Stand der Technik gemäß der DE 698 04 119 T2 bekannt ist.
Das optische Element 10 besteht aus einem Aufnahmebehälter 11 mit einem Behälterinnenraum 15, welcher durch eine erste Begrenzungswand 16 in Form eines Behälterdeckel, einen Behälterboden 21 sowie Seitenwände 19, 20 begrenzt ist.
Der Aufnahmebehälter 11 beinhaltet ein erstes, elektrisch leitfähiges formflexibles Medium 12 in Form einer Flüssigkeit, sowie einen Tropfen eines zweiten, isolierenden formflexiblen Mediums in Form einer Flüssigkeit. Beim ersten formflexiblen Medium 12 handelt es sich beispielsweise um Wasser, während es sich bei dem zweiten formflexiblen Medium 13 beispielsweise um ein Öl handeln kann. Die beiden Flüssigkeiten 12, 13 sind nicht mischbar und im Aufnahmebehälter 11 räumlich fixiert. Die beiden Flüssigkeiten 12, 13 berühren einander an einer Grenzfläche 14. Der Tropfen der zweiten Flüssigkeit 13 ist konzentrisch um die optische Achse 23 des optischen Elements 10 herum angeordnet, wobei die optische Achse 23 ebenfalls durch einen transparenten Bereich des Behälterbodens 21 sowie des Behälterdeckels 16 des Aufnahmebehälters 11 verläuft.
Die erste Flüssigkeit 12 liegt zumindest bereichsweise an Elektroden an, die sich innerhalb des Aufnahmebehälters 11 befinden. Die zweite Flüssigkeit 13 liegt zumindest bereichsweise an einer Anlagefläche 22 an, die sich innerhalb des Aufnahmebehälters 11 befindet und im Behälterinnenraum 15 eine Art Zwischenschicht bildet. Unterhalb der Anlagefläche 22, das heißt auf der der zweiten Flüssigkeit 13 abgewandten Oberfläche ist wenigstens eine weitere Elektrode angeordnet. Die Elektroden bilden Bestandteile von Mitteln zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche 14 zwischen den Flüssigkeiten 12, 13.
Über diese Mittel kann weiterhin ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt werden. Dadurch ändert sich die Benetzbarkeit der Anlagefläche 22 in Bezug auf die erste Flüssigkeit 12, so dass sich darüber auch die Form des Tropfens der zweiten, isolierenden Flüssigkeit 13 verändert. Durch die Variation der Größe und/oder Form der Grenzfläche 14 zwischen den beiden Flüssigkeiten 12, 13 kann der Fokus des optischen Elements 10 kontinuierlich verstellt werden.
In dem in 1 dargestellten Beispiel sollen der Behälterdeckel 16 in seinem transparenten Bereich und die erste Flüssigkeit 12 einen gleichen oder zumindest ähnlichen Brechungsindex n1 aufweisen, während die zweite Flüssigkeit 13 und der Behälterboden 21 in seinem transparenten Bereich einen gleichen oder zumindest ähnlichen Brechungsindex n2 aufweisen. Die beiden Brechungsindizes n1 und n2 sollen unterschiedlich sein.
Das in 1 dargestellte, aus dem Stand der Technik bekannte optische Element 10 weist jedoch einen Nachteil auf. Die Begrenzungswände des Aufnahmebehälters 11, beispielsweise die Begrenzungswand 16, weisen planparallele Oberflächen auf und müssen daher eine gewisse Wand-Mindeststärke aufweisen, um ausreichend stabil zu sein. Die dabei zwangsläufig entstehenden Baugrößen sind angesichts einer immer weiterschreitenden Forderung nach Miniaturisierung des optischen Elements viel zu groß. Außerdem lassen sich die Begrenzungswände nicht oder nur sehr begrenzt für das Erreichen gezielter optischer Eigenschaften verwenden.
Um diesen Nachteil zu umgehen, ist in 2 ein optisches Element 10 dargestellt, bei dem wenigstens eine Begrenzungswand, im vorliegenden Beispiel der Behälterdeckel 16, eine zumindest bereichsweise gekrümmte Kontur aufweist.
Der Grundaufbau des optischen Elements 10 entspricht im wesentlichen dem in 1 dargestellten optischen Element 10, so dass bezüglich des allgemeinen Aufbaus auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen und verwiesen wird.
Im Unterschied zu 1 weist das optische Element 10 aus 2 einen Behälterdeckel 16 auf, dessen Innenoberfläche 17 gekrümmt ist. Dabei ist die Dicke des Behälterdeckels in der Mitte, das heißt im Bereich der optischen Achse 23, geringer als an den Rändern, wo der Behälterdeckel in die Seitenwände 19, 20 übergeht.
Dabei ist die gekrümmte Innenoberfläche 17 des Behälterdeckels 16 zumindest bereichsweise an die Kontur der Grenzfläche 14 zwischen den beiden Flüssigkeiten, insbesondere bei einer maximalen Änderung der Grenzfläche, angepaßt. In den Figurenbeispielen sind die Abstände zwischen den Grenzflächen 14 und den Innenoberflächen 17 der Behälterdeckel 16 der besseren Übersicht halber jeweils sehr groß dargestellt. In Wirklichkeit befindet sich die Flüssigkeit 13 jedoch viel näher an der Innenoberfläche 17, ohne diese jedoch zu berühren. Es soll immer ein zumindest dünner Film an Flüssigkeit 12 zwischen der Innenoberfläche 17 und der zweiten Flüssigkeit 13 bestehen.
Durch die Krümmung der Innenoberfläche 17 kann das optische Element 10, bei gleichen oder kleineren Abmessungen als das in 1 dargestellte optische Element 10, wesentlich stabiler ausgestaltet werden. Durch die Tatsache, dass sich die Innenoberfläche 17 an die Grenzfläche 14 zwischen den beiden Flüssigkeiten 12, 13, fast „anschmiegt", kann im Bereich des optischen Elements 10 auch eine Stabilität erreicht werden, die einer Zerstörung der Oberflächenstruktur der tropfenförmigen zweiten Flüssigkeit 13, insbesondere bei Erschütterungen, entgegenwirkt. In der Mitte des optischen Elements 10 muss nur noch für eine Dichtigkeit der Anordnung gesorgt werden.
Der Brechungsindex n1 des Behälterdeckels 16, beispielsweise in Form einer Glasplatte, sollte mit dem Brechungsindex n1 der benachbarten ersten Flüssigkeit 12 übereinstimmen. Ebenso sollte der Brechungsindex n2 des Behälterbodens 21 mit dem Brechungsindex n2 der benachbarten zweiten Flüssigkeit 13 übereinstimmen, wodurch die Behandlung der optischen Eigenschaften vereinfacht wird.
Ebenso kann auch die Außenoberfläche 18 des Behälterdeckels 16 gekrümmt ausgestaltet sei, wie dies in 3 dargestellt ist. Das in 3 dargestellte optische Element 10 entspricht ansonsten dem in 2 dargestellten optischen Element 10, so dass auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Durch die Krümmung sowohl der Außenoberfläche 18 als auch der Innenoberfläche 17 kann eine zusätzliche Brechkraft des gesamten optischen Elements 10 zur Verfügung gestellt werden.
In 4 schließlich ist ein optisches Element 10 dargestellt, das von seinem Aufbau her demjenigen optischen Element 10 aus 3 entspricht, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zu den 2 und 3 verwiesen wird. Im Unterschied zu den zuvor geschilderten Beispielen weisen die optischen Komponenten gemäß 4 jedoch jeweils unterschiedliche Brechungsindizes n auf. Die Flüssigkeit 12 soll wiederum den Brechungsindex n1 und die Flüssigkeit 13 den Brechungsindex n2 aufweisen. Die Brechungsindizes der begrenzenden Wände soll sich jedoch von denen der Flüssigkeiten unterschieden. Der zur Flüssigkeit 12 benachbarte Behälterdeckel 16 soll einen Brechungsindex n3 aufweisen, und der zur Flüssigkeit 13 benachbarte Behälterboden 21 soll einen Brechungsindex n4 aufweisen.
Dadurch kann noch eine weitere, zusätzliche Brechkraft des gesamten optischen Elements 10 zur Verfügung gestellt werden. Durch die geschickte Auswahl der Brechungsindizes – insbesondere der Brechungsindizes n3 und n4 – bei dem in 4 dargestellten optischen Element 10 kann beispielsweise die chromatische und/oder sphärische Aberration des optischen Elements 10 selbst korrigiert werden

10: optisches Element
11: Aufnahmebehälter
12: erstes formflexibles Medium
13: zweites formflexibles Medium
14: Grenzfläche zwischen den formflexiblen Medien
15: Behälterinnenraum
17: Innenoberfläche
18: Außenoberfläche
19: Seitenwand
20: Seitenwand
21: Behälterboden
22: Anlagefläche
23: optische Achse

Claims

Optisches Element (10), mit einem Aufnahmebehälter (11), der ein erstes formflexibles Medium (12) sowie ein zweites formflexibles Medium (13) beinhaltet, wobei die Medien (12, 13) in dem Aufnahmebehälter (11) räumlich fixiert sind und wobei sich die beiden Medien (12, 13) an wenigstens einer Grenzfläche (14) berühren, und mit Mitteln zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche(n) (14) zwischen den beiden Medien (12, 13), wobei wenigstens eine Begrenzungswand (16) des Aufnahmebehälters (11) eine zumindest bereichsweise gekrümmte Innenoberfläche (17), die in den Innenraum (15) des Aufnahmebehälters (11) gerichtet ist, und/oder eine zumindest bereichsweise gekrümmte, der Innenoberfläche (17) gegenüberliegende Außenoberfläche (18), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Begrenzungswand (16) einen gleichen oder ähnlich großen Brechungsindex wie das an dieser zumindest bereichsweise anliegende formflexible Medium (12) aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise gekrümmte Begrenzungswand (16) als Behälterdeckel des Aufnahmebehälters (11) ausgebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der gekrümmten Begrenzungswand (16) in der Mitte geringer ist als in den Randbereichen.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Innenoberfläche (17) der Begrenzungswand (16) zumindest bereichsweise an die Kontur der Grenzfläche (14) zwischen den beiden formflexiblen Medien (12, 13) angepaßt ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Innenoberfläche (17) der Begrenzungswand (16) zumindest bereichsweise an die Kontur der Grenzfläche (14) zwischen beiden formflexiblen Medien (12, 13) bei maximaler Änderung der Grenzfläche (14) angepaßt ist.
Optisches Element nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Innenoberfläche (17) der Begrenzungswand (16) zumindest bereichsweise benachbart zur Grenzfläche (14) zwischen den beiden formflexiblen Medien (12, 13) bei maximaler Änderung der Grenzfläche (14) angeordnet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite formflexible Medium (13) in Form eines oder mehrerer Tropfen ausgebildet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste formflexible Medium (12) und das zweite formflexible Medium (13) die gleiche Dichte aufweisen.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste formflexible Medium (12) und das zweite formflexible Medium (13) unterschiedliche optische Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Brechungsindizes, aufweisen.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter (11) eine erste Begrenzungswand (16) aufweist, die als gekrümmte Begrenzungswand nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und an der zumindest bereichsweise das erste formflexible Medium (12) anliegt und dass der Aufnahmebehälter (11) eine zweite Begrenzungswand (21) aufweist, an der zumindest bereichsweise das zweite formflexible Medium (13) anliegt.
Optisches Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Begrenzungswand (16) einen gleichen oder ähnlich großen Brechungsindex wie das erste formflexible Medium (12) aufweist.
Optisches Element nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Begrenzungswand (21) einen gleichen oder ähnlich großen Brechungsindex wie das zweite formflexible Medium (13) aufweist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Begrenzungswand des Aufnahmebehälters (11) zumindest bereichsweise transparent ausgebildet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der formflexiblen Medien (12, 13) zumindest bereichsweise transparent ausgebildet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die formflexiblen Medien (12, 13) nicht mischbar sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Stabilisieren (Stabilisierungsmittel) der Oberflächenstruktur des ersten und/oder zweiten Mediums (12, 13) vorgesehen sind.
Optisches Element nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsmittel wenigstens ein Element mit einer Maschenstruktur, insbesondere mit einer Struktur aus Fäden und/oder Bändern, aufweisen.
Optisches Element nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsmittel zumindest bereichsweise oder teilweise transparent ausgebildet sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Stabilisierungsmittel innerhalb des ersten formflexiblen Mediums (12) und/oder innerhalb des zweiten formflexiblen Mediums (13) angeordnet sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite formflexible Medium (13) zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche (22) innerhalb des Aufnahmebehälters (11) anliegt.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das erste formflexible Medium (12) und/oder das zweite formflexible Medium (13) als Flüssigkeit oder gelartig ausgebildet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein formflexibles Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) derart in Richtung des jeweils anderen formflexiblen Mediums verschoben wird, dass sich die Krümmung wenigstens einer Grenzfläche (14) zwischen den beiden formflexiblen Medien ändert.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (10) auf der Basis des Elektrobenetzens (Electrowetting) ausgebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das erste formflexible Medium (12) und das zweite formflexible Medium (13) eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, dass das Medium (13) mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Medium (12) mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit und wenigstens einer Elektrode angeordnet ist und dass durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem Medium (12) mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit die Grenzfläche (14) zwischen den beiden formflexiblen Medien (12, 13) verändert wird.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium (12, 13) ausgebildet sind, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium (12, 13) ausgebildet sind und dass ein Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche (14) in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite formflexible Medium (13) allseitig von dem ersten formflexiblen Medium (12) umschlossen ist, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium (12, 13) ausgebildet sind und dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium (12, 13) ausgebildet sind.
Optisches Element nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (23) zum Ändern der Grenzfläche(n) als mechanische Mittel ausgebildet sind.
Optisches Element nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel als Kolbeneinrichtung oder Zylindereinrichtung ausgebildet sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) in Form einer ansteuerbaren Membran ausgebildet sind.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Fixierung des ersten und/oder zweiten formflexiblen Mediums (12, 13) innerhalb des Aufnahmebehälters (11) mittels Fixiermitteln erfolgt.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als optisches Element (10) zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät, insbesondere als Linsenelement oder Prismenelement oder Spiegelelement, ausgebildet ist.
Optisches System, aufweisend wenigstens ein optisches Element (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 31.
Optisches Gerät, aufweisend wenigstens ein optisches Element (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 31 oder ein optisches System nach Anspruch 32.