DE69804119T2

DE69804119T2 - Linse mit verstellbarer brennweite

Info

Publication number: DE69804119T2
Application number: DE69804119T
Authority: DE
Inventors: Bruno Berge; Jerome Peseux
Original assignee: Universite Joseph Fourier Grenoble 1
Current assignee: Varioptic SA
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: DE69804119D1; WO1999018456A1; JP4154858B2; CA2306249A1; JP2001519539A; USRE39874E1; FR2769375A1; FR2769375B1; EP1019758B1; ES2171041T3; EP1019758A1; CA2306249C; ATE214164T1; US6369954B1

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet verstellbarer Fokuslinsen, insbesondere auf dem Gebiet flüssiger Linsen mit einem verstellbaren, elektrisch gesteuerten Fokus.
In einem Artikel von B. Berge mit dem Titel " Electrocapillarité et mouillage de films isolants par l'eau", welcher 1993 in C. R. Acad. Sci. Paris, t. 317, Serie II, Seiten 157 bis 163, veröffentlicht wurde, ist eine Vorrichtung mit einem Tropfen einer leitenden Flüssigkeit offenbart, der auf einem dielektrischen Film angeordnet ist, welcher eine flache Elektrode bedeckt. Zwischen den flüssigen Leitertropfen und die Elektrode kann eine Spannung angelegt werden. Dieser Artikel beschreibt eine theoretische Studie der Benetzungsänderung eines dielektrischen Materials bezüglich einer Leiterflüssigkeit und zeigt, daß die Benetzung bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes, welches durch die zwischen der Leiterflüssigkeit und der Elektrode existierende Spannung verursacht wird, wesentlich vergrößert wird. Dieses Phänomen wird von dem Autor als Elektrobenetzen bzw. Elektrobefeuchten bezeichnet.
Das US-Patent 5,659,330 offenbart eine Anzeigevorrichtung, bei der das Elektrobenetzungsphänomen genutzt wird, um die Form eines Tropfens einer undurchsichtigen Leiterflüssigkeit zu variieren, die auf einem Dielektrikum angeordnet ist. Dieses Dokument schlägt nicht die Nutzung als eine optische Linse vor.
Ein Artikel von Vallet, Berge und Vovelle ("Electrowetting of water and aqueous solutions on poly (ethylene terephthalate) insulating films"), welcher in Polymer, Vol. 37, Nr. 12, Seiten 2465 bis 2470, 1996, veröffentlicht wurde, beschreibt eine. Deformation eines Flüssigkeitsleitertropfens, an den eine Spannung angelegt wird. Es wird angedeutet, daß die Oberfläche des Tropfens instabil wird und Mikrotröpfchen an dem Rand des Tropfens ausgestoßen werden können, wenn die angelegte Spannung zu hoch wird.
Deshalb sind bekannte Systeme ungeeignet zum Ausbilden verstellbarer Linsen. Darüber hinaus benötigen diese Systeme eine transparente Steuerelektrode und eine Verbindung für die Elektrode, weshalb das System schwierig herzustellen oder ineffizient ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Linse zu schaffen, deren Fokus mit Hilfe des Phänomens des Elektrobenetzens als eine Funktion einer elektrischen Steuerung kontinuierlich verstellt werden kann.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Linse zu schaffen, welche einfach herzustellen ist.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Linse zu schaffen, die einfach zu nutzen ist.
Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß eine verstellbare Fokuslinse vorgeschlagen. Die verstellbare Fokuslinse umfaßt eine Kammer, die mit einer ersten Flüssigkeit gefüllt ist, einen Tropfen einer zweiten Flüssigkeit, die auf einem Abschnitt einer ersten Oberfläche einer isolierenden Wand der Kammer in Ruhe angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Flüssigkeit nicht mischbar sind, verschiedene optische Indizes und im wesentlichen die gleiche Dichte aufweisen. Die erste Flüssigkeit ist leitend. Die zweite Flüssigkeit ist isolierend. Die Linse umfaßt weiterhin Mittel zum Anlegen einer Spannung zwischen der Leiterflüssigkeit und einer Elektrode, die auf der zweiten Oberfläche der Wand angeordnet ist, und Zentriermittel zum Aufrechterhalten der Zentrierung des Tropfenrandes bei angelegter Spannung und zum Steuern der Form des Tropfenrandes.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ermöglichen die Zentriermittel eine fortdauernde Aufrechthaltung der Zentrierung des Tropfens und eine fortdauernde Überwachung der Form des Tropfenrandes, während eine variierende Spannung mit Hilfe der Mittel zum Anlegen einer Spannung angelegt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Oberfläche im wesentlich flach, wobei der Kontaktbereich kreisrund und um eine Achse zentriert ist, welche senkrecht auf der ersten Oberfläche steht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entsprechen die Zentriermittel einer zunehmenden Verdickung der zweiten Oberfläche der Wand der Kammer in Richtung zur Achse, wobei die Elektrode an die zweite Oberfläche angelegt ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung entsprechen die Zentriermittel einer radialen Verminderung der Benetzung mit der zweiten Flüssigkeit bezüglich der ersten Flüssigkeit in Richtung der Mitte des Kontaktbereichs.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung entsprechen die Zentriermittel einem radialen Gradienten der dielektrischen Konstante der Wand der Kammer auf dem Niveau des Kontaktbereichs mit der zweiten Flüssigkeit.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Oberfläche im wesentlichen flach, der Kontaktbereich kreisrund und um eine Achse zentriert, die senkrecht auf der ersten Oberfläche steht, und die Zentriermittel umfassen eine Elektrode, die einen oder mehrere kreisrunde, konzentrische, voneinander isolierte Streifen aufweist, welche um die Achse zentriert sind, wobei die kreisrunden Streifen von gesonderten Spannungsquellen mit Spannungswerten gespeist sind, die in Richtung zur Achse abnehmen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kammer zylindrisch, ist die erste Oberfläche die innere Oberfläche der Kammer, entspricht der Kontaktbereich mit der zweiten Flüssigkeit einem zylindrischen Abschnitt der Kammer, umfassen die Zentriermittel eine oder mehrere zylindrische Elektroden gleichen Durchmessers, die voneinander isoliert sind und Seite an Seite an der äußeren Oberfläche der Kammer auf einem Niveau der Grenze des Kontaktbereichs angeordnet sind, wobei die Elektroden von unterschiedlichen Spannungen mit Spannungswerten gespeist sind, die in Richtung zur Mitte des Kontaktbereichs abnehmen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Oberfläche im wesentlichen flach, ist der Kontaktbereich rechteckig und bezüglich einer Achse symmetrisch, die auf der ersten Oberfläche senkrecht steht, und die Zentriermittel umfassen eine Elektrode, die von einem oder mehreren rechteckigen, konzentrischen, voneinander isolierten Streifen gebildet ist, welche bezüglich der Achse symmetrisch sind, wobei die rechteckigen Streifen von gesonderten Spannungsquellen gespeist sind, die in Richtung zur Achse abnehmende Spannungswerte aufweisen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Wand zwei nicht-parallele Ebenen, wobei der Bereich die zwei Ebenen überbrückt.
Die vorgenannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, beispielhaften und nicht begrenzenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, verstellbaren Fokuslinse;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, verstellbaren Fokuslinse;
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, verstellbaren Fokuslinse;
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, verstellbaren Fokuslinse;
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, verstellbaren Fokuslinse; und
Fig. 6 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, verstellbaren Fokuslinse.
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer verstellbaren Fokusflüssigkeitslinse nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein Tropfen einer isolierenden Flüssigkeit 11 ist auf der inneren Oberfläche einer Wand einer dielektrischen Kammer 12 angeordnet, die mit einer Leiterflüssigkeit 13 gefüllt ist. Die isolierende Flüssigkeit 11 und die Leiterflüssigkeit 13 sind beide transparent und nicht mischbar, haben verschiedene optische Indizes und im wesentlichen die gleiche Dichte. Das Dielektrikum 12 weist naturgemäß eine niedrige Benetzung bezüglich der Leiterflüssigkeit 13 auf. Eine Oberflächenbehandlung 14 sichert eine hohe Benetzung der Wand der dielektrischen Kammer bezüglich der Leiterflüssigkeit 13 und umgibt den Kontaktbereich 15 zwischen dem isolierenden Flüssigkeitstropfen 11 und der Wand der Kammer 12. Die Oberflächenbehandlung 14 hält die Positionierung des Tropfens 11 aufrecht und verhindert, daß sich die isolierende Flüssigkeit über den gewünschten Kontaktbereich hinaus ausbreitet. Wenn das System in Ruhe ist, nimmt der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 naturgemäß die Form an, die mit A bezeichnet ist. "O" bezeichnet die Achse, welche senkrecht auf dem Kontaktbereich 15 steht und durch die Mitte des Kontaktbereichs 15 geht. In Ruhe ist der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 um die Achse O zentriert, welche die optische Achse der Vorrichtung bildet. Die Elemente der Vorrichtung, welche benachbart zu der Achse O angeordnet sind, sind transparent. Eine Elektrode 16, welche Licht in der Nähe der Achse O durchläßt, ist an der äußeren Oberfläche der Wand der dielektrischen Kammer 12 angeordnet, auf welcher der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 sich befindet. Eine Elektrode 17 kontaktiert die Leiterflüssigkeit 13. Die Elektrode 17 kann in die Flüssigkeit 13 eingetaucht oder eine auf einer inneren Wand der Kammer 12 ausgebildete Leiterablagerung sein.
Wenn zwischen den Elektroden 16 und 17 ein Spannung V aufgebaut wird, entsteht ein elektrisches Feld, welches gemäß dem oben erwähnten Prinzip des Elektrobenetzens die Benetzung des Bereichs 15 bezüglich der Leiterflüssigkeit 13 vergrößert. Als Folge hiervon bewegt sich die Leiterflüssigkeit 13 und deformiert den isolierenden Flüssigkeitstropfen 11. Auf diese Art und Weise wird eine Variation des Fokus der Linse erreicht.
Es ist jedoch wahrscheinlich, daß sich die Mitte des Tropfens bezüglich der Achse O während der Deformation bewegt. Darüber hinaus ist es wahrscheinlich, daß der Umriß der Kontaktfläche seine kreisrunde Form während der Deformation des Tropfens verliert. Es ist ein Aspekt der Erfindung, die Kreisform des Tropfens und seine Konzentrizität bezüglich der Achse O während seiner Formveränderungen mittels des Erzeugens eines elektrischen Feldes, welches sich radial in Richtung zur Mitte des Bereichs 15 vermindert, aufrecht zu erhalten.
Um dieses zu vermeiden, sind nach einem Aspekt der Erfindung Zentriermittel für den Tropfen 11 zusätzlich vorgesehen. Beispiele für solche Zentriermittel sind in den Ausführungsformen zwei bis sechs gezeigt, welche im folgenden beschrieben werden.
Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer verstellbaren Fokusflüssigkeitslinse nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Elemente, wie der Tropfen 11, die Achse O, die Kammer 12, der Flüssigkeitsleiter 13, die Oberflächenbehandlung 14, der Kontaktbereich 15 und die Elektrode 17, sind die gleichen wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Die Stellungen A und B entsprechen ebenfalls der Ruhestellung des Tropfens 11 bzw. der Grenz-/Toleranzstellung des Tropfens 11. Bei dieser zweiten Ausführungsform umfassen die Zentriermittel die Erzeugung eines elektrischen Feldes, welches in Richtung zur Mitte des Bereichs 15 radial abnimmt. Zu diesem Zweck ist eine Elektrode 26 vorgesehen, welche eine Oberfläche aufweist, die von der Oberfläche des Bereichs 15 bei Annäherung zur Achse O zunehmend abweicht. Eine solche Elektrode 26 kann beispielsweise mit Hilfe des Ablagerns eines Metallfilms bzw. einer Metallschicht auf den Seitenwänden eines Kegels erhalten werden, der um die Achse O zentriert ist und auf der äußeren Oberfläche der Wand der Kammer 12 ausgebildet ist, auf welcher der Tropfen 11 angeordnet ist. Eine alternative Ausführungsform kann vorsehen, eine Metallschicht auf der Oberfläche eines transparenten, dielektrischen Harztropfens auszubilden, der um die Achse O zentriert ist und auf der äußeren Oberfläche der Wand der Kammer 12 angeordnet ist, auf welcher der Tropfen 11 sich befindet. Die Spitze des Harztropfens ist in der Nähe der Achse O geebnet, um Licht durchzulassen.
Die Spannung V kann von 0 Volt auf eine maximale Spannung erhöht werden, welche von den genutzten Materialien abhängt. Wenn die maximale Spannung erreicht ist, erreicht der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 eine Grenz-/Toleranzstellung (mit Bezugszeichen B bezeichnet). Wenn die Spannung V kontinuierlich zwischen 0 Volt und deren maximalem Wert variiert wird, verändert der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 seine Form fortdauernd zwischen den Stellungen A und B. Es wird darauf hingewiesen, daß der Tropfen 11 aus einer isolierenden Flüssigkeit im Gegensatz zu dem Fall, bei dem der Tropfen aus einer Leiterflüssigkeit ist (vgl. den oben erwähnten Artikel von Vallet, Berge und Vovelle), an seinem Rand keine Mikrotröpfchen erzeugt, wenn die Spannung hoch ist.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer verstellbaren Fokusflüssigkeitslinse nach einem dritten Aspekt der Erfindung. Elemente, wie der Tropfen 11, die Achse O, die Kammer 12, die Leiterflüssigkeit 13, die Oberflächenbehandlung 14, der Kontaktbereich 15 und die Elektrode 17, sind die gleichen wie die bei der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform. Die Stellungen A und B entsprechen ebenfalls der Ruhestellung des Tropfens 11 bzw. der Grenzstellung des Tropfens 11.
Bei der dritten Ausführungsform ist auf der äußeren Oberfläche der Wand der Kammer 12 eine Gruppe mit drei kreisrunden, konzentrischen Elektroden 35, 36 und 37 angeordnet, die voneinander isoliert sind, wobei O die Achse ist. Eine Spannung kann zwischen jede der Elektroden 35, 36 und 37 und die Elektrode 17 angelegt werden; beispielhaft sind Spannungen V1, V2 und V3 gezeigt, die jeweils variieren können. Die Spannungen werden zu jeder Zeit mit abfallenden Werten zur Achse O so gewählt, daß das mittels der an den Elektroden 35, 36 und 37 angelegten Spannungen erzeugte, elektrische Feld in Richtung zur Mitte des Bereichs 15 radial abnimmt. Wenn die Spannungen V1, V2 und V3 kontinuierlich zwischen 0 Volt und ihrem Maximalwert variieren, verändert der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 fortdauernd seine Form zwischen seiner Ruhestellung A und seiner Grenzstellung B.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform dieser dritten Ausführungsform kann jede Elektrode 35, 36 und 37 mittels eines Schalters entweder mit einer gleichen Spannungsquelle V oder Erde verbunden sein. Für eine konstante Spannung V wird die Form des Tropfens 11 dann mit Hilfe des Variierens der Anzahl von Elektroden verändert, an welche eine Spannung angelegt ist. In diesem Fall ist die Fokusverstellung diskret und nicht kontinuierlich. Auf diese Art und Weise können für die von dem Tropfen 11 gebildete Linse nur bestimmte, vorbestimmte Fokusse erreicht werden. Der Vorteil besteht in diesem Fall aber darin, daß die Spannungssteuerung relativ einfach zu implementieren ist.
Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer verstellbaren Fokusflüssigkeitslinse nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Elemente, wie der Tropfen 11, die Achse O, die Leiterflüssigkeit 13, die Oberflächenbehandlung 14, der Kontaktbereich 15 und die Elektroden 16 und 17, sind die gleichen wie bei der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform. Die Stellungen A und B entsprechen ebenfalls der Ruhestellung des Tropfens 11 bzw. der Grenzstellung des Tropfens 11.
Bei dieser vierten Ausführungsform umfaßt die Wand der dielektrischen Kammer 52, auf welcher der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 angeordnet ist, einen kreisrunden, dielektrischen Bereich 53, der um die Achse O Licht durchläßt. Der Bereich 53 weist bezüglich der Leiterflüssigkeit 13 bei Fehlen einer Oberflächenbehandlung 14 eine geringe Benetzung auf. Der Bereich 53 wurde so behandelt, daß seine dielektrische Konstante radial und kontinuierlich in Richtung zur Achse O variiert und daß das mittels der Spannung V erzeugte, elektrische Feld einen Gradienten aufweist, welcher in Richtung zur Achse O auf dem Kontaktbereich 15 radial abnimmt. Wenn die Spannung V kontinuierlich zwischen 0 Volt und ihrem maximalen Wert variiert wird, verändert der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 seine Form kontinuierlich zwischen seiner Ruhestellung A und seiner Grenzstellung B.
Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer verstellbaren Fokusflüssigkeitslinse nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Elemente, wie der Tropfen 11, die Achse O, die dielektrische Kammer 12, die Leiterflüssigkeit 13, der Kontaktbereich 15 und die Elektroden 16 und 17, sind die gleichen wie bei der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform. Die Stellungen A und B entsprechen ebenfalls der Ruhestellung des Tropfens 11 bzw. der Grenzstellung des Tropfens 11.
Bei dieser fünften Ausführungsform ist die Oberfläche der Wand der dielektrischen Kammer 12, auf welcher der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 angeordnet ist, in verschiedenen Bereichen 14, 65, 66 und 67 so behandelt, daß die Benetzung der Bereiche 14, 65, 66 und 67 bezüglich der Leiterflüssigkeit 13 in Richtung zur Achse O radial abnimmt. Eine Spannung V kann zwischen den Elektroden 16 und 17 angelegt werden. Das mittels der Spannung V erzeugte, elektrische Feld vergrößert die Benetzung der Bereiche 14, 65, 66 und 67, hält aber den anfänglichen Benetzungsgradienten aufrecht. Wenn die Spannung V zwischen 0 Volt und ihrem maximalen Wert variiert, ändert sich die Form des isolierenden Flüssigkeitstropfens 11 kontinuierlich zwischen seiner Ruhestellung A und seiner Grenzstellung B.
Fig. 6 zeigt eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der eine isolierende Flüssigkeit 11 den Bodenabschnitt einer zylindrischen, dielektrischen Kammer ausfüllt und von einer Leiterflüssigkeit 13 bedeckt ist. Die Kammer ist mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Die Materialien, aus denen sich die Elemente 11, 12 und 13 zusammensetzen, sind die gleichen wie die bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
Eine Oberflächenbehandlung 14 sichert eine hohe Benetzung der inneren Wand der Kammer 12 bezüglich der Leiterflüssigkeit 13 und ist über den Kontaktbereich 15 zwischen der Flüssigkeit 11 und der inneren Oberfläche der Kammer 12 ausgebildet. Die Oberflächenbehandlung 14 erlaubt es, daß die Stellung der Flüssigkeit 11 aufrechterhalten wird, um ein Ausbreiten dieser Flüssigkeit über die Kontaktfläche hinaus zu vermeiden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird nur der obere Abschnitt der Flüssigkeit 11 betrachtet und wird, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform, als "Tropfen 11" bezeichnet. Wenn das System in Ruhe ist, nimmt der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 naturgemäß die Form an, die mit dem Bezugszeichen A bezeichnet ist. Die Achse O ist die Achse der Kammer 12. In Ruhe ist der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 um die Achse O zentriert, welche die optische Achse der Vorrichtung bildet. Mehrere Elektroden 75, 76, 77, 78; 79 sind entlang der äußeren Wand der dielektrischen Kammer 12 in der Nähe des Kontaktbereichs 15 angeordnet: Die Elektroden 75, 76, 77, 78, 79 sind voneinander isoliert. Eine Spannung V wird zwischen der Elektrode 75 und einer Elektrode 17 aufgebaut, die mit der Leiterflüssigkeit 13 in Kontakt steht. Die Elektroden 76, 77, 78, 79 sind durch einen kapazitiven Einfluß vorgespannt, wenn die Spannung V- aufgebaut ist. An der Wand 12 fällt das mit Hilfe der Spannung V erzeugte, elektrische Feld gemäß einem Längsgradienten von der Elektrode 75 in Richtung zur Elektrode 79 ab. Wenn die Spannung V zunimmt, bewegt sich die Leiterflüssigkeit 13 und deformiert den isolierenden Flüssigkeitstropfen 11. Auf diese Art und Weise wird eine Variation des Fokus der Linse erreicht. Der oben erwähnte, elektrische Feldgradient sichert, daß der Tropfen dauerhaft bezüglich der Achse O radialsymmetrisch ist. Wenn sich die Spannung V zwischen 0 Volt und ihrem maximalen Wert ändert, variiert der isolierende Flüssigkeitstropfen 11 kontinuierlich zwischen seiner Ruhestellung A und seiner Grenzstellung B. Der Fachmann ist in der Lage, die in den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung auftretenden Merkmale zu kombinieren.
Darüber hinaus sind verschiedene Alternativen der Erfindung möglich, welche sich für den Fachmann ergeben.
Die Oberfläche der dielektrischen Kammer 12 in Fig. 1 kann konkav oder konvex sein, um in Ruhe einen speziellen Dioptriewert zu erhalten.
Der Kontaktbereich zwischen dem isolierenden Flüssigkeitstropfen und der dielektrischen Kammer kann behandelt werden, um bezüglich der isolierenden Flüssigkeit eine hohe Benetzung aufzuweisen, so daß die Positionierung des isolierenden Flüssigkeitstropfens vereinfacht ist.
Im Fall einer dielektrischen Kammer, die naturgemäß eine hohe Benetzung bezüglich der Leiterflüssigkeit aufweist, kann der Kontaktbereich mit Hilfe einer Oberflächenbehandlung ausgebildet werden, die angepaßt ist, um ihn bezüglich der Leiterflüssigkeit mit einer niedrigen Benetzung auszustatten.
Die Oberflächenbehandlung 14 kann das Ablagern oder das Aufkleben eines Films bzw. einer Schicht eines Materials mit einer hohen Benetzung bezüglich der Leiterflüssigkeit 13 umfassen.
Die Elektrode 16 nach Fig. 1 kann durch eine Leiterflüssigkeit ersetzt werden, die mit der äußeren Oberfläche der Kammer 12 in Kontakt steht, wobei die Spannung V dann zwischen dieser Leiterflüssigkeit und der Flüssigkeit 13 aufgebaut wird.
Es ist möglich, eine Vorrichtung mit einer Anordnung zu realisieren, die aus Gruppen mit drei getrennt gesteuerten, verstellbaren Fokuslinsen gebildet ist, die beispielsweise rot, grün und blau gefärbt sind, in einer Binärbetriebsart betrieben werden und Licht, was von einer einzigen weißen Lichtquelle ausgeht, durchlassen oder blockieren, so daß ein leuchtender Farbschirm gebildet ist, welcher große Ausmaße aufweist und kostengünstig ist.
Es ist möglich, eine Vorrichtung zu realisieren, bei der die oben erwähnten Zentriermittel nicht länger zum kreisrunden Aufrechterhalten des Tropfens 11 bei all seinen Deformationen, im Gegensatz dazu aber genutzt werden, um einen Übergang des Tropfens aus einer Ruhestellung, die beispielsweise mit Hilfe der Form der Oberflächenbehandlung 14 bestimmt wird, in eine Betriebsform zu bringen, die beispielsweise mittels des Umrisses der Elektrode 16 bestimmt wird. Es wird auf diese Art und Weise möglich, mit. Hilfe einer Oberflächenbehandlung 14 mit rechteckiger Form und zentrierenden Elektroden 16 mit rechteckigem Umriß eine verstellbare, zylindrische Fokuslinse zu schaffen.
Es ist möglich, die Erfindung auf eine Vorrichtung anzuwenden, die mehr als eine Wand der Kammer 12 überbrückt, wobei der Tropfen 11 beispielsweise in einem Winkel oder einer Ecke der Kammer 12 angeordnet ist. Gemäß dieser Alternative würde eine Elektrode auf dem Niveau des Kontaktbereichs selbstverständlich auf der Rückfläche jeder Wand in Kontakt mit dem Tropfen 11 angeordnet werden. Mit Hilfe einer solchen Alternative wäre es möglich, ein verstellbares Ablenk- bzw. Umlenkprisma zu schaffen.
Als. Leiterflüssigkeit 13 kann beispielsweise Wasser mit eingebrachten Salzen (mineralische oder andere) oder irgendeine andere Flüssigkeit, organisch oder nicht, genutzt werden, welche leitend ist oder mit Hilfe des Zusetzen ionischer Komponenten leitend gemacht wird. Als eine isolierende Flüssigkeit 11 kann Öl, ein Alkan oder eine Mischung von Alkanen, möglicherweise halogenierte, oder irgendeine andere isolierende Flüssigkeit genutzt werden, welche mit der Leiterflüssigkeit 13 nicht mischbar ist. Die Kammer 12 kann von einer Glasplatte gebildet sein, die mit Silan behandelt ist oder mit einer Dünnbeschichtung eines fluorinierten Polymers oder eines Sandwiches eines fluorinierten Polymers, Epoxyharzes, Polyethylens bedeckt ist.
Die Spannung V ist vorzugsweise alternierend, um das Akkumulieren elektrischer Ladungen auf der Oberfläche, auf welcher der Tropfen 11 angeordnet ist, durch das Material zu vermeiden.
Bei der beispielhaften Ausführungsform nach Fig. 1 weist der Tropfen 11 einen Ruhedurchmesser von etwa 6 mm auf. Die Leiterflüssigkeit 13 und die isolierende Flüssigkeit des Tropfens 12 weisen im wesentlichen die gleiche Dichte auf, so daß der Tropfen 12 eine Halbkugelform hat. Wenn der Rand in Ruhe ist (Stellung A), weist der Rand des Tropfens 11 etwa einen Winkel von 45º zu der Oberfläche der Kammer 12 auf. In seiner Grenzstellung (Stellung B) weist der Rand des Tropfens 11 einen Winkel von etwa 90º zu der Oberfläche der Kammer 12 auf. Bei der Nutzung von Salzwasser mit einem optischen Index von 1,35 als Leiterflüssigkeit. 13 und von Öl mit einem optischen Index von 1,45 für die isolierende Flüssigkeit des Tropfens 11 erreicht die beschriebene Vorrichtung etwa 40 Dioptrien für die Fokusvariation bei einer angelegten Spannung von 250 Volt und einer elektrischen Leistung von einigen mW. Die Frequenz der alternierenden Spannung liegt in diesem Fall zwischen 50 und 10.000 Hz, wobei die Periode wesentlich kleiner als die Antwortzeit des Systems ist, welche einige Hundertstel Sekunden beträgt.
Die erfindungsgemäße, verstellbare Fokuslinse kann eine Größe zwischen einigen Zehntel um und einigen Zehntel mm aufweisen und kann insbesondere auf dem Gebiet optoelektronischer Systeme und der Endoskopie angewendet werden.

Claims

1. Verstellbare Fokuslinse mit einer Kammer (12), die mit einer ersten Flüssigkeit (13) gefüllt ist, wobei ein Tropfen einer zweiten Flüssigkeit (11) in einem Bereich einer ersten Oberfläche einer isolierenden Wand der Kammer in Ruhe angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Flüssigkeit nicht mischbar sind und unterschiedliche optische Indizes sowie im wesentlichen dieselbe Dichte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeit leitend ist; daß die zweite Flüssigkeit isolierend ist; und daß Mittel zum Anlegen einer Spannung zwischen der leitenden Flüssigkeit und einer Elektrode (16, 26, 35-37, 75-79), die auf der zweiten Oberfläche der Wand angeordnet ist, und Zentriermittel zum Aufrechterhalten der Zentrierung des Tropfenrandes bei angelegter Spannung sowie zum Steuern der Form des Tropfenrandes vorgesehen sind.

2. Fokuslinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriermittel eine fortdauernde Aufrechterhaltung der Zentrierung des Tropfens und eine fortdauernde Überwachung der Form des Tropfenrandes erlauben, während eine variierende Spannung mit Hilfe der Mittel zum Anlegen einer Spannung angelegt wird.

3. Fokuslinse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche im wesentlichen flach ist, wobei der Kontaktbereich (15) kreisrund und um eine Achse (O) zentriert ist, welche senkrecht zu der ersten Oberfläche steht.

4. Fokuslinse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriermittel einer zunehmenden Verdickung der zweiten Oberfläche der Wand der Kammer in Richtung der Achse entsprechen, wobei die Elelektrode (26) an die zweite Oberfläche angelegt ist.

5. Fokuslinse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriermittel einer radialen Verminderung der Benetzung durch die zweite Flüssigkeit bezüglich der ersten Flüssigkeit (13) in Richtung auf die Mitte des Kontaktbereichs (15) entsprechen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriermittel einen radialen Gradienten der dielektrischen Konstante der Wand der Kammer (53) auf dem Niveau des Kontaktbereichs (15) mit der zweiten Flüssigkeit entsprechen.

7. Fokuslinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche im wesentlichen flach ist, der Kontaktbereich (15) kreisrund und zentriert um eine Achse (O) ist, die senkrecht zur ersten Oberfläche ist, und daß die Zentriermittel eine Elektrode umfassen, die einen oder mehrere kreisrunde, konzentrische, voneinander isolierte Streifen (35-37) aufweist, die um die Achse zentriert sind, wobei die kreisrunden Streifen von gesonderten Spannungsquellen mit Spannungswerten gespeist sind, die in Richtung der Achse abnehmen.

8. Fokuslinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer zylindrisch ist, die erste Oberfläche die innere Oberfläche der Kammer ist, der Kontaktbereich mit der zweiten Flüssigkeit einem zylindrischen Abschnitt der Kammer entspricht, die Zentriermittel eine oder mehrere zylindrische, voneinander isolierte Elektroden gleichen Durchmessers umfassen, die Seite an Seite an der äußeren Oberfläche der Kammer auf einem Niveau der Grenze des Kontaktbereichs angeordnet sind, wobei die Elektroden von unterschiedlichen Spannungen mit Spannungswerten gespeist sind, die in Richtung zur Mitte des Kontaktbereichs abnehmen.

9. Fokuslinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche im wesentlichen flach ist, der Kontaktbereich (15) rechteckig und bezüglich einer Achse (O) symmetrisch ist, die senkrecht zur ersten Oberfläche steht, und daß die Zentriermittel eine Elektrode umfassen, die von einem oder mehreren rechteckigen, konzentrischen, voneinander isolierten Streifen gebildet ist, die bezüglich der Achse (O) symmetrisch sind, wobei die rechteckigen Streifen von gesonderten Spannungsquellen gespeist sind, die in Richtung der Achse abnehmende Spannungswerte aufweisen.

10. Fokuslinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand zwei nicht- parallele Ebenen aufweist, wobei der Bereich die zwei Ebenen überbrückt.