KR101098313B1

KR101098313B1 - 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치, 이미지 센서를 포함하는 장치, 의료용 이미징 장치

Info

Publication number: KR101098313B1
Application number: KR1020057009866A
Authority: KR
Inventors: 스테인 쿠이퍼; 게르얀 에프. 아. 반 데 발레; 에드빈 엠. 볼테링크; 마르크 예이. 베. 메르텐스; 부키 예이. 핀스트라
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2011-12-26
Also published as: JP2006509263A; JP4564850B2; KR20050085249A; DE60328223D1; AU2003280124A1; ATE435436T1; WO2004051323A1; EP1579249A1; EP1579249B1; US7808717B2; KR20050085243A; US20060079728A1

Abstract

본 발명은 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치에 관한 것이다. 유체 챔버(5)는, 상이한 측면을 갖는 에지가 유체 챔버에 의해 구속되는 메니스커스(14)에 의해 분리된 2개의 상이한 유체(A, B)를 유지시킨다. 제 1 전자 습식 전극(2a)은 메니스커스 에지의 제 1 측면 상에 작용하도록 배열되고, 제 2 전자 습식 전극(2a')은 메니스커스 에지의 제 2 측면 상에 개별적으로 작용하도록 배열된다. 선택된 메니스커스 구성은 선택된 전압을 각각 제 1 및 제 2 전자 습식 전극에 제공함으로써 형성될 수 있다.

Description

전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치, 이미지 센서를 포함하는 장치, 의료용 이미징 장치{APPARATUS FOR PROVIDING A FLUID MENISCUS WITH VARIABLE CONFIGURATIONS BY MEANS OF ELECTROWETTING, APPARATUS COMPRISING AN IMAGE SENSOR, AND MEDICAL IMAGING APPARATUS}

본 발명은 가변 유체 메니스커스 구성을 형성하는 장치에 관한 것이다.

가변 메니스커스는 국제 특허 공보 WO 99/18456에 설명되어 있다. 이러한 장치에서, 렌즈는 전도성 액체로 채워지고 벽의 표면 지역(surface zone)에 절연성 비-혼합 액체 방울이 유지되는 챔버를 포함한다. 상기 방울은 소수성 층과 인접한 친수성 층의 결합에 의해 상기 지역에 위치한다. 챔버 내의 전극에 전압을 인가하면, 상기 방울의 렌즈식 상부 표면은 더 볼록해지게 된다. 일실시예에서, 소수성 및 친수성 층은 원통형 표면을 따라 배열되고, 상기 방울의 측면은 원통형 표면을 따라 축 방향으로 위치하여, 이를 통해 어떠한 전압도 인가되지 않을 때 친수성 층에 의해, 그리고 전압이 인가될 때 실린더의 측면을 따라 축 방향으로 이격된 일련의 전극에 의해 중심이 결정된다(centered).

그러한 장치를 갖는 다른 가변 메니스커스는 국제 특허 공보 WO 00/58763에 설명되어 있다. 절연 액체 방울의 중심을 결정하기 위한 제안된 수단은 조정가능한 렌즈에서 절연층으로 형성된 종-형상의 오목부(bell-mouthed recess)이다. 상기 오목부의 측면은 방울을 오목부 내에 중심을 두도록 유지하고, 방울 상의 볼록 렌즈 식 표면을 제공하도록 배열된다. 오목부의 베이스가 오목부의 측면과 동일한 물질로 이루어지기 때문에, 그러한 물질은 렌즈가 작동되는 경우 투명한 것으로 선택되어야 한다.

본 발명의 목적은, 전술한 종래의 장치와 같은 가변 메니스커스에 개선점을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 양상에 따라, 전자 습식(electrowetting)에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치가 제공되며, 상기 장치는,

유체 챔버와;

상이한 측면을 갖는 에지가 유체 챔버에 의해 구속되는 메니스커스에 의해 분리된 2개의 상이한 유체와;

메니스커스 에지의 제 1 측면 상에 작용하도록 배열된 제 1 전자 습식 전극과, 메니스커스 에지의 제 2 측면 상에 개별적으로 작용하도록 배열된 제 2 전자 습식 전극과;

선택된 메니스커스 구성을 형성하기 위해 상이한 전압을 상기 제 1 및 제 2 전자 습식 전극에 각각 제공하는 전압 제어 시스템을 포함한다.

본 발명의 이러한 양상의 장치는, 광학 디바이스로서 사용될 때 상기 디바이스의 광축에 대해 회전 대칭적이지 않은 바람직한 유체 메니스커스 구성의 형성을 제공한다. 예를 들어, 광축에 대해 경사지고 및/또는 비점 수차인 구성이 제공될 수 있다. 유체 메니스커스 구성의 범위는 가변의 제어 방식으로 형성될 수 있다. 예시적인 메니스커스 구성은, 최대 3차원까지 광의 정밀한 굴절각 또는 반사각 편향을 할 수 있는 평평한 형상 및 왜곡 상의(anamorphic) 렌즈 형상을 포함한다. 메니스커스 구성은, 전극들 및 하나의 공통 전극의 구성 양단에 인가된 가변 전압 패턴의 인가 하에 정밀하고 효과적으로 형성될 수 있다. 다른 유형의 메니스커스 렌즈 구성, 예를 들어 적절한 구형 렌즈 형상 및 더 복잡한 렌즈 형상은 또한 동일한 장치 및 상이한 유형의 전압 패턴을 이용하여 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 이미지 장면의 리코딩을 위한 이미지 센서, 가변 유체 메니스커스 및 메니스커스의 형상을 변경하도록 적응된 제어기를 포함하는 장치가 제공되며, 상기 장치는, 적어도:

이미지 장면의 제 1 영역이 상기 센서쪽으로 리코딩되도록 하는, 상기 가변 유체 메니스커스의 제 1 구성과;

이미지 장면의 제 2의 상이한 영역이 상기 센서쪽으로 리코딩되도록 하는, 상기 가변 유체 메니스커스의 제 2 구성을

제공한다.

본 발명의 이러한 양상의 장치는, 타깃 이미지 장면의 고해상도 디지털 이미지가 고해상도 센서의 필요 없이 리코딩되도록 한다. 현재 이미지 리코딩 방법은 고가의 복잡한 이미징 센서의 이용을 포함한다. 본 발명의 이러한 양상은 가변 유체 메니스커스 장치를 이용하여 타깃 이미지 장면의 고해상도 디지털 이미지의 효과적이고 간단한 리코딩을 위한 새로운 수단을 제공한다.

추가적으로, 이러한 이미지 장면 리코딩 기술은 디지털 이미징을 위한 알려진 초해상도(superresolution) 방법과 비교하여 장점을 제공한다. 이것은, 효과적인 이미지 개선 알고리즘이 리코딩된 이미지 장면에 한번만 적용될 가능성을 포함하며, 개별적인 이미지 영역은 함께 이어진다(seamed). 또한, 개별적인 이미지 영역이 양호하게 이미징될 때, 전체 리코딩된 이미지를 얻는 적용된 이음 기술은 비교적 간단한 이미지 처리 단계일 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치가 제공되며, 상기 장치는,

각 상이한 유체 사이에 제 1 유체 메니스커스 및 제 2 유체 메니스커스를 형성하는 유체 세트로서, 각 유체 메니스커스는 가변 구성을 갖는, 유체 세트와;

제 1 및 제 2 유체 메니스커스의 구성을 변경하기 위해 전자 습식에 의해 액체 세트 상에서 작용하도록 배열된 전극 세트와;

상기 제 1 및 제 2 유체 메니스커스를 선택된 구성 내에 형성시키기 위해 선택된 전압을 상기 전극 세트에 제공하는 전압 제어 시스템을 포함한다.

2개의 상이한 메니스커스를 선택된 구성 내에 형성시킴으로써, 본 장치는 2단계로 방사 빔의 파면(wavefront)을 변형하는데 사용될 수 있는데, 그러한 제 1 단계는 변형이 제 1 메니스커스를 가로질러 방사빔을 통과시킴으로써 제공되고, 제 2 단계는 변형이 제 2 메니스커스를 가로질러 방사빔을 통과시킴으로써 제공되게 된다. 일실시예에서, 유체 세트는 단일 유체 챔버에 포함되고, 이 실시예에서, 액체 중 하나는 제 1 및 제 2 메니스커스 사이에 위치한 중심 공통 유체 성분을 형성하는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서, 액체 세트는 2개의 유체 챔버에 배열되고, 각 챔버는 제 1 및 제 2 메니스커스 중 하나를 포함한다. 일실시예에서, 전극은, 제 1 및 제 2 메니스커스의 구성이 독립적으로 제어가능하도록 배열되고; 다른 실시예에서, 전극은, 제 1 및 제 2 메니스커스의 구성이 서로 종속하여 제어가능하도록 배열된다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 생체 안에서(in vivo) 사용하기 위한 캡슐을 포함하는 의료용 이미징 장치가 제공되며, 상기 캡슐은 생체 안의 이미지 장면의 리코딩을 위한 이미지 센서(34), 및 가변 유체 메니스커스 장치(32)를 포함한다.

가변 유체 메니스커스 장치는 렌즈 및/또는 편향기일 수 있다. 편향기로서 장치의 동작을 위해, 의료용 이미징 장치는 적어도:

생체 안의 이미지 장면을 상기 이미지 센서 상으로 이미징하기 위한 가변 유체 메니스커스의 제 1 구성과;

생체 안의 상이한 제 2 이미지 장면을 상기 이미지 센서 상으로 이미징하기 위한 가변 유체 메니스커스의 제 2 구성을

제공하기 위해 상기 장치의 가변 유체 메니스커스의 형상을 변경하도록 적응된 제어기를 구비하는 것이 바람직하다.

이러한 장치에서, 캡슐은 컴팩트한 저 전력 소모의 경량 모듈에서 연속적인 가변 초점 및/또는 가변 방향 이미징 기능을 가질 수 있다.

본 발명의 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 예로서 주어진, 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 다양한 집속 스테이지(focusing stage)에서 가변 왜곡 상의 렌즈 형상의 장치를 간략하게 도시한 횡단면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 가변 왜곡 상의 렌즈 형상의 장치에 사용하기 위한 전극 구성을 위에서 본 단면도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 가변 왜곡 상의 렌즈 형상의 장치에 사용하기 위한 대안적인 전극 구성을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 가변 왜곡 상의 렌즈 형상의 장치에 사용하기 위한 추가로 대안적인 전극 구성을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 전극 구성 양단에 인가된 전압을 도시한 그래프.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따라 굴절 광 편향에 적합한 액체 메니스커스 장치를 간략하게 도시한 횡단면도.

도 11은 본 발명에 따라, 굴절 광 편향에 적합한 유체 메니스커스 장치를 간략하게 도시한 횡단면도.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 광빔을 편향 및 집속시킬 수 있는 유체 메니스커스 장치를 도시한 단면도.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따라 모자이크(masaicing) 방법을 이용하여 구성된 캡쳐된 이미지 장면을 도시한 도면.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 배열된 캡슐 카메라를 대략적으로 도시 한 단면도.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 가변 왜곡 상의 메니스커스 렌즈 형상을 형성하는 장치를 도시한 개략적인 횡단면도이다. 이 실시예에서의 장치는, 복수의 전자 습식 전극의 원통형 장치를 포함하는 가변 초점 왜곡 상의 메니스커스 렌즈인데, 상기 복수의 전자 습식 전극은, 다음의 모든 실시예에서, 장치가 예를 들어 카메라에 사용되는 경우, 광원이 예를 들어 이미지 장면으로 대체될 수 있다는 것이 주지되어야 하지만, 예를 들어 반도체 레이저와 같은 적합한 광원(3)에 의해 제공된 광 빔의 광 축(1)에 이격되어 나란히 배열되는 측면 벽(sidewall) 세그먼트 전극으로 불린다. 렌즈의 구조 및 기능에 대한 설명은 후술된다.

도 4는 이러한 실시예에서 렌즈의 광축(1)에 대한 복수의 세그먼트 전극의 구성을 광축(1)에 수직으로 취한 단면도를 도시한다. 측면 벽 세그먼트 전극은 라벨(2a 및 2a', 2b 및 2b' 등)이 붙여진 예에 의해 예시된 쌍으로 그룹화된다. 한 쌍의 각 멤버는 광축(1)의 대향측 상에서 다른 멤버에 평행하게 놓인다. 전압 제어 회로(미도시)는 변하는 전압 패턴을 세그먼트 전극(2)에 인가하기 위해 전극 구성에 연결된다.

유체 접촉층(10)을 따른 세그먼트 전극(2)의 배열은 2개의 유체를 포함하는 유체 챔버(5)를 형성하기 위해 전면 요소(4) 및 후면 요소(6)에 의해 밀봉된 튜브를 형성한다. 이 예에서, 전면 요소(4) 및 후면 요소(6)는 각각 투명하다.

이 실시예에서, 2개의 유체는, 실리콘 오일 또는 알칸(alkane)과 같은 비전 도성 비-극성의 제 1 액체(A), 및 수용성 식염수와 같은 전기적 전도성 극성의 제 2 액체(B)의 형태인 2개의 비-혼합 액체로 이루어진다. 2개의 액체는 바람직하게 동일한 밀도를 갖도록 배열되어, 렌즈는 배향(orientation)과 독립적으로, 즉 2개의 액체 사이의 중력 효과에 의존하지 않고도 작용한다. 이것은 제 1 및 제 2 액체 성분(constituent)의 적절한 선택에 의해 달성될 수 있다.

액체(A)에 사용된 오일의 선택에 따라, 이 오일의 굴절률은 1.25와 2.00 사이에서 변할 수 있다. 이와 마찬가지로, 액체(B)가 수용성 식염수인 경우, 굴절률은 첨가된 소금량에 따라 1.33과 1.60 사이에서 변할 수 있다. 더 높은 굴절률이 예를 들어 에틸렌 글리콜과 같은 대안적인 전도성 액체를 이용하여 달성될 수 있음이 주지되어야 한다. 이 실시예에서 유체는, 제 1 액체(A)가 제 2 액체(B)보다 더 높은 굴절률을 갖도록 선택된다.

측면 벽 세그먼트 전극은, 예를 들어 금속과 같은 전도성 물질로부터 형성되고, 예를 들어 파릴렌(parylene)으로 형성된 절연층(8)으로 코팅된다. 각 개별적인 세그먼트 전극은 인접한 전극에 대해 또한 절연된다. 세그먼트 전극의 배열에 의해 설명된 원통형 내부 표면은 연속적으로 균일한 두께를 갖는 유체 접촉층(10)으로 코팅되고, 이것은 유체 챔버의 원통형 벽과의 메니스커스의 접촉각에서의 히스테리시스를 감소시킨다. 유체 접촉층은 DuPont^TM에 의해 제작된 절연성 Teflon^TM AF1600과 같은 비결정질 플루오르화 탄소로부터 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 유체에 의한 유체 접촉층의 습식 능력(wettability)은, 전압이 인가되지 않을 때 유체 접 촉층(10)과의 메니스커스(14)의 양쪽 교차면 상에서 실질적으로 동일하다. 대안적으로, 절연층 및 유체 접촉층은 Teflon AF1600의 단일의 연속적이고 균일한 두께 층을 간단히 포함할 수 있다.

이 예에서 환형(annular shape)인 공통 종단 벽(endwall) 전극(12)은 이 경우에 후면 요소에 인접한 유체 챔버의 일단부에 배열된다. 종단 벽 전극(12)은 유체 챔버에서 적어도 하나의 부분과 함께 배열되어, 전극은 제 2 액체(B) 상에서 작용한다.

이 실시예에서 2개의 액체(A 및 B)는 메니스커스(14)에 의해 분리된 2개의 유동체(fluid body)로 분리하는 경향을 갖기 위한 비-혼합 액체이다. 메니스커스(14)는 유체 접촉층(10)과 접촉 상태에 있는 하나의 연속적인 에지를 갖는다. 측면 벽 및 종단 벽 전극 사이에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 유체 접촉층은 제 2 액체(B)보다 제 1 액체(A)에 대해 더 높은 습식 능력을 갖는다. 전자 습식으로 인해, 제 2 액체(B)에 의한 습식 능력은 측면 벽 세그먼트 전극(2)과 종단 벽 전극(12) 사이에서의 전압의 인가 하에 변하는데, 이것은 그 에지{유체 접촉층(10)과 2개의 액체(A 및 B) 사이의 접촉 라인}에서 메니스커스의 접촉각을 변경시키는 경향이 있다. 이에 따라 메니스커스의 형상은 각 세그먼트 전극(2)에서 인가된 전압에 따라 가변적이다.

도 1 내지 도 3은, 측면 벽 세그먼트 전극(2)이 동일하게 인가된 전압과 병렬로 구동되어, 메니스커스가 여러 가지 상이하게 회전 대칭적인 대략 구형 렌즈 형상을 채택하는 경우를 도시한다. 나중에, 제어된 패턴에서 상이한 전압 레벨을 상이한 전극에 인가하는 것이 가변 왜곡 상의 렌즈 형상을 생성하기 위해 어떻게 사용되는지에 대해 설명될 것이다.

이제 도 1을 참조하면, 예를 들어 0V와 20V 사이의 저전압(V₁)이 측면 벽 세그먼트 전극(2)과 종단 벽 전극 사이에 인가될 때, 메니스커스는 제 1의 오목한 메니스커스 형상을 채택한다. 이러한 구성에서, 액체(B)에서 측정된, 메니스커스와 유체 접촉층(10) 사이의 초기 접촉각(θ₁)은 예를 들어 대략 140°이다. 제 2 액체(B)보다 제 1 액체(A)의 더 높은 굴절률로 인해, 여기서 메니스커스 렌즈라 불리는 메니스커스에 의해 형성된 렌즈는 이러한 구성에서 비교적 높은 음의 배율을 갖는다.

메니스커스 형상의 오목함을 감소시키기 위해, 측면 벽 세그먼트 전극(2)과 종단 벽 전극(12) 사이에 더 높은 크기의 전압이 인가된다. 이제 도 2를 참조하면, 절연층의 두께에 따라 예를 들어 20V와 150V 사이의 중간 전압(V₂)이 전극 사이에 인가될 때, 메니스커스는 도 1의 메니스커스와 비교하여 증가된 곡률 반경을 갖는 제 2 오목 메니스커스 형상을 채택한다. 이러한 구성에서, 제 1 액체(A)와 유체 접촉층(10) 사이의 중간 접촉각(θ₂)은 예를 들어 대략 100°이다. 제 2 액체(B)보다 제 1 액체(A)의 더 높은 굴절률로 인해, 이러한 구성에서의 메니스커스 렌즈는 비교적 낮은 음의 배율을 갖는다.

볼록 메니스커스 형상을 제작하기 위해, 측면 벽 세그먼트 전극(2)과 종단 벽 전극(12) 사이에 더 높은 크기의 전압이 인가된다. 이제 도 3을 참조하면, 전극 사이에 비교적 높은 전압(V₃), 예를 들어 150V 내지 200V가 인가될 때, 메니스커스는, 메니스커스가 볼록 메니스커스 형상을 채택한다. 이러한 구성에서, 제 1 액체(A)와 유체 접촉층(10) 사이의 최대 접촉각(θ₃)은 예를 들어 대략 60°이다. 제 2 액체(B)보다 제 1 액체(A)의 더 높은 굴절률로 인해, 이러한 구성에서 메니스커스는 양의 배율을 갖는다.

따라서, 인가된 전압의 변동을 통해, 여러 상이한 대략 구형 메니스커스 렌즈 형상이 하나의 측면 벽 세그먼트 전극 쌍의 평면에서 생성될 수 있다.

일반적으로, 왜곡 상의 렌즈는 일반적으로 직교되고 축 방향으로 분리되는 2개의 초점 라인에서 인입하는 광선을 집속시킨다. 왜곡 상의 렌즈는, 광축에 수직인 평면에 배열된 일반적으로 2개의 직교 축(그 중 하나는 원통 축으로 언급된다)에서 초점 배율 또는 배율(magnification)의 상이한 값을 나타낸다. 이러한 초점 특성은 광 상태 '비점 수차'를 특징으로 한다. 왜곡 상의 렌즈 형상은 대략 원통형 및 대략 구-원통형(sphero-cylindrical) 특징의 형상을 포함한다.

각 측면 벽 세그먼트 전극 쌍(2a 및 2a', 2b 및 2b' 등) 및 종단 벽 전극(12) 양단에 개별적이고 상이한 전압을 인가함으로써, 왜곡 상의 메니스커스 렌즈 형상은 비점 수차의 변하는 초점 배율 및/또는 변하는 양 및 유형으로 형성될 수 있다. 인가된 전압은 메니스커스 렌즈 원주의 방향으로 측면 벽 세그먼트 전극 사이에서 점진적으로 변한다. 평균적으로 인가된 전압은 초점 배율에 관련되는 한편, 가장 큰 전압 변동은 원통 값(cylindrical value)에 관련된다.

도 7은 왜곡 상의 렌즈 형상을 제작하도록 인가된 전압의 패턴에서 전압의 상대값의 그래프를 도시한다. 전극에서 인가된 전압의 임의의 상대값은, 광축(65)에 대해 전극의 중심의 각위치에 대응하는 적절한 각위치에서 2개의 라인(64, 66) 사이에 방사 거리를 취함으로써 결정될 수 있다. 다음 설명에서, 각위치는 도 5a를 이용하여 설명된 세그먼트 전극의 배열의 원주 주위의 위치에 대응한다. 그래프는, 유체 메니스커스 렌즈의 광축에 수직인 단면도에 대응하여, 이러한 전압의 변동의 수직축 상의 플롯(plot)을 도시한다. 그래프는 서로 수직으로 배열된 제 1 축(60) 및 제 2 축(62)을 도시한다. 제 1 축(60)은 메니스커스 형상의 원통축에 대응한다. 원형 원주 라인(64)은 광축에 대해 세그먼트 전극(30)(도 7에는 미도시)의 중심의 가능한 모든 위치를 나타내는데 사용된다. 서로 수직인 직사각형 세그먼트 전극의 2쌍의 중심에 대응하는 위치가 도시되고; 이 경우에 각각 68 및 70은 각각 축(60 및 62)을 따라 놓인다.

인가된 전압 라인(66)은 전극 장치의 원주 라인(64) 상의 한 포인트에 대응하는 인가된 전압 값을 상대적으로 도시한다. 도면에서, 인가된 전압 라인(66) 상의 포인트와 원주 라인(64) 상의 대응하는 포인트 사이의 방사 거리는 상대적으로 인가된 전압을 나타내고, 공통 방사 라인은 어느 한 축(60 또는 62) 중 하나의 축으로부터의 특정 각에 놓인다. 예로서, 이것은 도 7에 도시되며, 여기서 라벨(72)은 인가된 전압 라인(66) 상의 포인트를 나타내고, 라벨(74)은 원주 라인(64) 상의 대응하는 포인트를 나타낸다. 이들 양쪽 포인트는 이 경우에 축(62)으로부터 각도(θ)로 공통 방사 라인(76)을 따라 놓인다.

인가된 전압 라인(66) 상의 포인트와 원주 라인(64) 상의 대응하는 포인트 사이의 방사 거리가 더 커질수록, 상대적으로 인가된 전압이 더 커진다. 예를 들어, 도 6이 도시된 바와 같이, 비교적 높은 전압은 위치(70)로 표시된 세그먼트 전극 쌍 양단에 인가되는 반면, 비교적 낮은 전압은 위치(68)로 표시된 세그먼트 전극 쌍 양단에 인가된다. 위치(70)로 표시된 세그먼트 전극 쌍의 부재와 위치(68)로 표시된 세그먼트 전극 쌍의 부재 사이에 배열된 각각의 중간 세그먼트 전극(30) 각각 양단에 인가된 전압은 점차 감소한다.

측면 벽 세그먼트 전극 및 종단 벽 전극의 쌍 사이의 인가된 전압의 패턴의 적절한 수단, 예를 들어 상호 동작되는 인가된 전압 제어기에 의한 전자 회전은 왜곡 상의 렌즈의 원통 축의 정확한 각 위치가 얻어지도록 한다.

이 실시예에서, 각 세그먼트 전극의 폭은 전극의 원통형 장치의 내부 직경의 절반 미만, 바람직하게는 1/8 미만이다. 이것은 충분한 세그먼트 전극, 바람직하게 16개 또는 그 이상의 세그먼트 전극의 이용을 수반하여, 유체 챔버의 원통형 벽 사이의 메니스커스 접촉 각의 별도 스텝에 의해 야기된 상당한 효과의 관찰이 메니스커스 렌즈의 중심에서 감소되게 한다.

도 5는 렌즈의 광 축에 수직으로 취한 평면 단면도로서, 왜곡 상의 메니스커스 렌즈 형상을 제작하기 위한 대안적인 전자 습식 전극 구성을 도시한다. 4개의 직사각형 세그먼트 전극(41, 42, 43, 44)은 평행한 세로 에지를 갖는 정사각형 구성 렌즈의 광 축(45)에 대해 이격되어, 정사각형 동봉물(enclosure)을 형성한다. 이 실시예에서, 대향하는 세그먼트 전극(41 및 43)은 한 쌍으로 배열되고, 42 및 43은 한 쌍으로 배열된다. 세그먼트 전극의 내부 표면은, 예를 들어 Teflon^TMAF16000으로 형성된 연속적이고 균일한 두께를 갖는 전기적 절연 유체 접촉 층(46)으로 덮이며, 이 층은 메니스커스 에지를 억압한다.

이제 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하여, 도 4에 도시된 세그먼트 전극의 구성을 4개의 세그먼트 전극의 대안적인 구성으로 대체하면, 전압 패턴은 제 1 실시예에서 환형 전극(12)과 유사한 종단 벽 전극과 측면 벽 세그먼트 전극 사이에 인가될 수 있다. 세그먼트 전극 쌍에 대한 상이하게 인가된 전압의 조합을 통해, 대략 원통형이거나 구-원통형인 왜곡 상의 메니스커스 렌즈 형상은 각 개별적인 세그먼트 전극 벽과 메니스커스 렌즈 사이의 상이한 접촉 각으로 달성될 수 있다.

이 실시예에서, 렌즈 회전 메커니즘은, 왜곡 상의 메니스커스 렌즈의 원통 축이 광 축(45)에 대해 자동으로 그리고 기계적으로 회전될 수 있도록 제공된다. 이것은 가변 왜곡 상의 렌즈가 정확히 각도적으로 위치되도록 한다.

도 7은 이전의 실시예에 설명된 바와 같이 이 실시예에 적용될 수 있는 인가된 전극 전압의 패턴에 대한 일례를 도시한다. 이러한 특정한 실시예에서, 구성의 세그먼트 전극의 2쌍(41과 43, 42와 44)은 각도 위치에서 각각 도면 참조 번호(68과 68', 70과 70')에 대응한다.

도 6은 렌즈의 광 축에 수직인 평면 단면도로서, 왜곡 상의 렌즈 형상을 제작하기 위한 추가로 대안적인 왜곡 상의 전극 구성을 도시한다. 이러한 전극 구성은 감소된 광수차를 갖는 렌즈 형상을 달성하는데 사용된다.

본 발명의 다른 실시예의 전술한 대안적인 전극 구성에서와 같이, 이 실시예에서의 세그먼트 전극(52)은 예를 들어 금속과 같은 전도성 물질로부터 형성된다. 전극 배열에 의해 설명된 동봉물의 내부 표면은 예를 들어 Teflon^TMAF16000으로 형성된 연속적이고 균일한 두께를 갖는 전기적 절연 유체 접촉 층(58)으로 덮이며, 이 층은 메니스커스 에지를 억압한다. 세그먼트 전극(52)은 동봉물을 한정하기 위해 평행한 세로 에지를 갖는 광 축(50)에 대해 이격된다. 이 예에서, 개별적인 세그먼트 전극(52)은 광 축(50)에 대해 원통형 동봉물을 형성하도록 배열된다. 각 개별적인 전극의 세로 에지는 전기적 저항 막(56)에 의해 인접한 전극의 평행하고 인접한 세로 에지에 연결된다. 막(56)이 전극(52)보다 덜 전도성을 갖는다는 것이 인식되어야 한다. 측면 벽을 따라 각 세그먼트 전극(52)의 폭은 바람직하게는 동일하고, 저항 막(56)에 의해 연결된 개별적인 세그먼트 전극의 2개의 인접한 세로 에지 사이의 거리보다 더 작다.

인접한 전극 사이의 저항 막(56)의 폭을 따라, 개별적인 변화와 대조적으로 전극의 2개의 인가된 전압 사이의 전압이 점진적으로 변화한다. 그 결과, 유체 메니스커스와 유체 접촉 층(58) 사이의 접촉 각은 저항 막(56)의 폭을 따라 점차 변화한다. 접촉 각은 세그먼트 전극(52)의 폭을 따라 일정하게 유지된다. 그러나, 저항 막(56)에 의해 연결된 개별적인 세그먼트 전극의 인접한 세로 에지 사이의 거리에 대해 세그먼트 전극의 더 작은 폭은 유체의 에지를 따라 접촉 각의 불연속적인 변동을 더 감소시키는데 도움이 된다. 이러한 인자는 메니스커스 렌즈의 광수차가 감소되는 것을 보장한다.

이제 도 5 및 도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 세그먼트 전극의 구성을 이러한 대안적인 세그먼트 전극 구성으로 대체함으로써, 동작 방법은 전술한 대안적인 전극 구성에 설명된 것과 대부분 유사하다.

왜곡 상의 메니스커스 렌즈 형상은 대항하는 세그먼트 전극의 쌍 양단의 상이하게 인가된 전압과 종단 벽 전극의 조합에 의해 달성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 이전의 2개의 실시예에 설명된 바와 같이, 세그먼트 전극 양단의 인가된 전압의 패턴은 본 명세서에 도시된 바와 같이 광 축(50)에 대해 각도상 이격하면서 변할 수 있다. 전극(52)의 수는 4 또는 그 이상 중 임의의 수일 수 있다. 더욱이, 광 축(50)에 대해 왜곡 상의 메니스커스 렌즈의 정확한 각도상 위치 지정은 세그먼트 전극 및 종단 벽 전극의 쌍 양단의 인가된 전압의 패턴의 광 축(50)에 대한 회전에 의해 달성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 굴절 광 편향에 적합한 유체 메니스커스 구성의 횡단면도를 도시한다. 이 실시예는 다양한 관점에서 이전 실시예와 유사하고, 도 1, 도 2 및 도 3에 기재된 요소와 유사한 요소가 100만큼 증가된 도면 번호와 함께 도 8에 제공되고, 이전 설명은 여기에 적용되도록 취해진다. 측면 벽 세그먼트 전극(141 및 143)은 도 5에 도시된 전극(41 및 43)과 유사하고, 이에 따라 또한 도면 번호가 100만큼 증가된다. 이 실시예에서, 측면 벽 세그먼트 전극의 제 2 쌍이 존재한다(미도시). 이러한 제 2 전극 쌍의 전극은 도 5의 전극(42 및 44)과 유사하므로, 142 및 144로 번호가 매겨진다. 단면으로 볼 때, 이러한 제 2 전극 쌍 은 도 5에 도시된 전극 쌍(41, 43과 42, 44)의 배열과 유사한 배열로 제 1 전극 쌍(141 및 143)에 수직으로 위치한다. 이들 전극에 대한 이전 설명은 여기에 적용되도록 취해져야 한다.

종단 벽 전극(112) 및 측면 벽 전극(141) 양단의 인가된 전압(V₄)은 액체(A)와 유체 접촉 층(110) 사이에 유체 접촉 각(θ₄), 예를 들어 60°를 초래한다. 유사하게, 종단 벽 전극(112) 및 측면 벽 전극(143) 양단의 인가된 전압(V₅)은 유체 접촉 각(θ₅)을 초래한다. 이 실시예에서, 인가된 전압(V₄, V₅)은 접촉 각(θ₄ 및 θ₅)의 합이 180°와 같도록 선택된다. 이러한 조건은, 종단 벽 전극과 함께 양쪽 측면 벽 전극(142 및 144) 양단의 인가된 전압(여기서 V₆ 및 V₇로 지칭됨)이 서로 실질적으로 동일하고, 유체 접촉 각(θ₆ 및 θ₇)이 각각 90°가 되도록 적절한 값을 가질 때 액체(A 및 B) 사이의 평평한 유체 메니스커스(80)를 초래한다.

광원(103)으로부터의 제 1 광 축(101)에 대한 인입 광 빔은, 제 2 광 축(82)에 대해 존재하는 광 빔을 발생시키기 위해 평평한 유체 메니스커스(80)에 의해 측면 벽 전극(141 및 143)에 수직인 방향으로 1차원으로 편향된다. 제 1 광 축 및 제 2 광 축은 편향각(φ₁)만큼 서로 관련된다. 편향각(φ₁)은, 접촉 각(θ₄ 및 θ₅)의 합이 계속해서 180°와 같다면, 인가된 전극 전압(V₄, V₅)의 변동에 의해 변경될 수 있다.

인가된 전압(V₄, V₅)을 서로 교환시킴으로써, φ₁의 음의 편향각은 동일한 각 평면에서 제 1 광 축(101)으로부터의 제 2 광 축(82) 사이에 얻어진다. 예로서, 유체 접촉 각(φ₁)의 가장 작은 가능한 값은 대략 60°이다. 액체(A)가 1.60의 굴절률을 갖는, 예를 들어 변형된 실리콘 오일이고, 액체(B)가 1.33의 굴절률을 갖는 물이면, 편향각(φ₁)의 최대값은 대략 9°이다. 이러한 작은 각은 광 빔의 정밀한 편향이 얻어지도록 한다. 또한 대략 9°인 편향각(φ₁)의 음의 값과 조합하여, 총 편향각(φ₁)(미도시)은 광의 인입 빔에 대해 대략 18°와 같다.

더욱이, 이 실시예에서, 편향각(φ₁)의 평면에 수직인 평면에서 인입 광 빔의 추가로 1차원 편향은 각각 종단 벽 전극(112) 및 측면 벽 전극(142 또는 144)(미도시) 양단의 인가된 전압(V₆ 및 V₇)을 제어함으로써 달성되어, 대응하는 유체 접촉 각(θ₆ 및 θ₇)의 합이 또한 180°가 된다. 인가된 전압(V₆ 및 V₇)의 값은 서로 같지 않도록 선택되어, 유체 접촉 각(θ₆ 및 θ₇)은 90°와 같지 않게 된다. θ₆ 및 θ₇의 합이 또한 180°와 동일한 것을 유지하는 동안 인가된 전극 전압(V₆, V₇)의 변동에 의해, 제 1 광 축(101)에 대한 인입 광 빔은 편향각(φ₁)에 수직인 평면에 있는 제 2 편향각(φ₂)(미도시)에 의해 편향될 수 있다. 다시, 동일한 각 평면에서 편향각(φ₂)의 음의 값은 인가된 전압(V₆ 및 V₇)을 서로 교환함으로써 달성될 수 있 다.

그러므로, 2개의 편향각(φ₁ 및 φ₂)의 선택적인 변동에 의해, 인입 광 빔은 3차원으로 편향될 수 있다.

이전 실시예에서와 같이, 회전 메커니즘은, 전자 습식 전극이 광 축(101)에 대해 회전될 수 있도록 제공된다. 이것은 유체 메니스커스의 정확한 각 위치 지정이 달성되도록 한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 굴절 광 편향에 적합한 유체 메니스커스 구성의 횡단면도를 도시한다. 본 발명의 이러한 실시예는, 대략 38°의 인입 광 빔의 총 편향각(φ_T)이 이전 실시예보다 더 큰 총 편향각으로 달성되도록 한다. 이전 실시예에서와 같이, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 5와 유사한 이 실시예의 요소는 도 9에서 도면 번호가 200만큼 증가하여 제공되고, 이전 설명은 여기에 적용되도록 취해져야 한다. 이 실시예에서, 전면 요소(204)에 인접하고 환형 형태를 갖는 제 2 종단 벽 전극(84)이 제공된다. 이러한 제 2 종단 벽 전극은 유체 챔버에서 적어도 한 부분으로 배열되어, 전극은 도 9에서 액체(B)의 제 2 유체 층(B') 상에서 작용하게 된다. 액체(B)의 제 2 층(B')은 제 1 유체 메니스커스(86)에 의해 액체(A)의 층으로부터 분리된다. 제 2 유체 메니스커스(88)는 액체(A 및 B)를 분리시킨다. 액체(B')는 이전 실시예에 설명된 액체(B)와 동일한 액체를 포함한다. 그러나, 액체(B')가 액체(A)와 혼합될 수 없는 대안적인 유체일 수 있으며, 이 유체는 전기적으로 전도성이고 바람직하게는 액체(A 및 B)에 대한 밀도와 실질적으로 동일한 밀도 를 갖는다는 것이 주지되어야 한다.

이 실시예에서, 2개의 축 방향으로 이격된 전자 습식 전극 세트는 측면 벽의 주변에 대해 이격되고, 도 5에 도시된 바와 같이 배열된다. 하나의 세트는 전극(241a, 243a)을 포함한다. 다른 세트는 전극(241b, 243b)을 포함한다. 이전 실시예의 유사한 설명에 따라, 제 2 종단 벽 전극(84) 및 측면 벽 전극(241a 또는 243a) 양단의 인가된 전압(V₈ 및 V₁₀)의 변동은 각각 대응하는 유체 접촉 각(θ₈ 및 θ₁₀)이 변경되도록 한다. 제 1 유체 메니스커스(86)는 유체 접촉 각(θ₈ 및 θ₁₀)의 합이 180°와 같을 때 평평하게 된다. 유사하게, 제 2 유체 메니스커스(88)의 형상은 제 1 종단 벽 전극(212) 및 측면 벽 전극(241b 및 243b) 각각의 양단에 인가된 전압(V₉및 V₁₁)의 변동에 의해 변경될 수 있다. 제 2 메니스커스(88)는, 유체 접촉 각(θ₉ 및 θ₁₁)의 합이 인가된 전압(V₉ 및 V₁₁)에 대해 180°와 같을 때 평평하게 된다.

제 1 광 축(201)에 대해 광원(203)으로부터의 인입 광 빔은 평평한 제 1 유체 메니스커스(86)에 의해 측면 벽 전극(241, 243)의 평면에 1차원적으로 편향된다. 편향된 광 빔은 제 2 광 축(90)을 갖고, 편향각(φ₃)만큼 제 1 광 축(201)에 각도적으로 관련된다. 제 2 광 축(90)에 대한 편향된 광 빔은 평평한 제 2 유체 메니스커스(88)에 의해 추가로 편향된다. 결과적으로 더 편향된 광 빔은 편향각(φ₄)만큼 제 2 광 축(90)에 각도적으로 관련되는 제 3 광 축(92)을 갖는다. 편향각(φ₃ 및 φ₄)의 합은 가변 유체 메니스커스 장치에 의해 인입 광 빔의 조합된 편향각을 제공한다. 이전 실시예에 대한 세부사항으로서, 측면 벽 전극(241, 243)에 수직으로 놓여있는 각 측면 벽 전극(242, 244)(미도시) 및 각 종단 벽 전극(84, 212) 양단에 각각 추가로 전압을 인가함으로써, 평평한 메니스커스(86 및 88)는 편향각(φ₃ 및 φ₄) 평면에 수직인 추가 각 평면에서 광원(203)으로부터 인입 광 빔을 편향하여, 이에 따라 인입 광을 3차원으로 편향하도록 제어될 수 있다. 측면 벽 전극 쌍 양단의 인가된 전압을 서로 교환함으로써, 편향각(φ₃ 및 φ₄)의 음의 값은 전술한 바와 같이 달성될 수 있다.

이전 실시예와 유사하게, 이 실시예의 전자 습식 전극은 전기적으로, 또는 유체 메니스커스의 정확한 각 위치 지정을 달성하기 위해 제공된 회전 메커니즘을 이용함으로써 광 축(201)에 대해 회전될 수 있다.

추가로 구상된 실시예에서, 2개의 평평한 유체 메니스커스(86, 88)는 챔버의 주변에 대해 이격된 하나의 단일 전극 세트를 이용하여 서로 평행하게 놓이도록 배열된다. 그러한 실시예는 도 9에 도시되고 설명된 것과 유사한 가변 프리즘, 또는 빔 시프터(beam shifter)를 포함하는 응용에 사용될 수 있다.

도 10은 굴절광 편향에 적합한 유체 메니스커스 구성의 횡단면도를 도시한다. 본 발명의 이 실시예는, 대략 100°의 인입 광 빔의 총 편향각(φ_T)이 이전 실시예에서보다 더 크게 달성되도록 한다.

이전 실시예에서, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 5와 관련하여 설명된 것과 유사한 이 실시예의 요소는 도면 번호가 300만큼 증가되어 도 10에 제공되고, 이전 설명은 여기에 적용되도록 취해져야 한다. 이 실시예에서, 측면 벽 전극 쌍(341, 343)은 서로 평행하게 놓이지 않는다. 측면 벽 전극의 수직 쌍(342, 344)(미도시)에도 동일하게 적용된다. 이 실시예에서, 측면 벽 전극은 절두 원추형(frustrum)으로서 배열된다.

이전 실시예의 유사한 설명에 따라, 종단 벽 전극(312) 및 측면 벽 전극(341 또는 343) 각각의 양단에 인가된 전압(V₁₂, V₁₃)의 변동은 대응하는 유체 접촉 각(θ₁₂ 및 θ₁₃)이 변하도록 한다. 유체 접촉 각(θ₁₂ 및 θ₁₃)이 적절한 값을 가질 때, 평평한 유체 메니스커스(94)는 액체(A 및 B) 사이에서 얻어진다. 이전 실시예에서와 같이, 광원(303)으로부터의 제 1 광 축(301)에 대한 인입 광 빔은 메니스커스(94)에 의해 제 2 광 축(96)에 대한 방향으로 1차원적으로 편향된다. 제 1 및 제 2 광 축은 편향각(φ₅)만큼 서로 관련된다. 편향각(φ₅)의 음의 값은 인가된 전압(V₁₂ 및 V₁₃)을 서로 교환함으로써 얻어질 수 있다. 이전 실시예와 유사한 광 빔의 3차원 편향은 측면 벽 전극(342 또는 344){미도시되고, 측면 벽 전극 쌍(341 및 343)에 수직임} 및 종단 벽 전극(312) 양단의 인가된 전압의 변동에 의해 달성될 수 있다. 이와 유사하게, 전자 습식 전극의 광 축(301)에 대한 회전은 적절한 전기적 또는 기계적 회전 기능에 의해 달성될 수 있다.

도 11은 반사 광 편향에 적합한 유체 메니스커스 구성의 개략적인 횡단면도 를 도시한다. 달리 말하면, 유체 메니스커스는 거울의 기능을 한다. 인입 광 빔의 최대의 총 편향각(φ_T)은 대략 125°이다. 이전 실시예에서와 같이, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 5와 관련하여 설명된 것과 유사한 이 실시예의 요소는 도면 번호가 400만큼 증가되어 도 11에 제공되고, 이전 설명은 여기에 적용되도록 취해져야 한다. 이 실시예에서, 측면 벽 전극(441, 443 및 442, 444)(미도시)은 서로 평행하게 놓이지 않는 에지를 갖는다. 측면 벽 전극이 서로 평행하게 놓이는 에지를 가질 수 있다는 것이 대안으로서 구상된다. 추가로, 서로 평행하게 놓인 에지를 갖지만 전극이 삼각형 구성으로 배열될 수 있다는 것이 구상된다. 이 실시예에서, 측면 벽 전극은 투명하다는 점을 제외하고, 이전 설명된 물질로 형성된다. 추가적으로, 유체 접촉 층(410)도 또한 투명하다.

이전 실시예와 유사한 방식으로, 인가된 전압(V₁₄ 및 V₁₅)은 각각 측면 벽 전극(441 또는 443), 및 종단 벽 전극(412) 양단에 인가된다. 이러한 인가된 전압(V₁₄ 및 V₁₅)의 변동은 각각 대응하는 유체 접촉 각(θ₁₄ 및 θ₁₅)을 초래한다. 인가된 전압(V₁₄ 및 V₁₅)의 적절한 값, 이에 따라 유체 접촉 각(θ₁₄ 및 θ₁₅)을 통해, 액체(A 및 B) 사이의 유체 메니스커스(98)는 평평한 형상을 갖는다. 광원(403)으로부터 제 1 광 축(401)에 대한 인입 광 빔은 투명 측면 벽 전극{도 11에서 측면 벽 전극(441)으로서 도시됨}을 통과하고, 접근각(ψ₁)으로 메니스커스(98)에 충돌한다. 대안적으로, 인입 광 빔은 측면 벽 전극 자체를 통과하지 않고 2개의 측면 벽 전극의 인접한 에지 사이의 공간을 통과할 수 있다. 접근각(ψ₁)은 임계각 값 미만이고, 인입 광 빔은 메니스커스(98)에 의해 반사적으로 편향되어, 제 2 광 축(99)을 따라간다. 제 1 광 축(401) 및 제 2 광 축(99)은 편향각(φ₆)만큼 관련된다. 접근각(ψ₁)이 임계값 미만이면, 편향각(φ₆)은 인가된 전압(V₁₄ 및 V₁₅)의 변동, 이에 따라 유체 접촉 각(θ₁₄ 및 θ₁₅)의 변동에 의해 1차원적으로 변경될 수 있고, 동시에 메니스커스(98)가 평평한 상태로 남아있는 것을 보장한다. 인입 광 빔의 3차원 편향은 종단 벽 전극(412) 및 측면 벽 전극(442 또는 444)(미도시) 양단에 전압을 추가로 인가함으로써 달성될 수 있다. 인가된 전압은 평평한 메니스커스를 보장하기 위해 적절한 값을 가질 필요가 있다. 편향각(φ₆)의 각 평면에 수직인 각 평면에서 인입 광 빔의 반사는, 메니스커스(98)에 충돌하는 인입 광 빔의 제 2 접근각(ψ₂)(미도시)이 임계각 미만일 때 발생한다. 인입 광 빔의 3차원 편향은 편향각 양쪽 모두의 조합에 의해 달성된다. 이전 실시예에서와 같이, 전자 습식 전극은 회전 메커니즘에 의해 제 2 광 축(99)에 대해 회전될 수 있어서, 메니스커스의 정확한 각 위치 지정을 달성하게 된다.

도 12는 광 빔의 편향 및 집속에 적합한 횡단면도로서, 본 발명의 일실시예를 도시한다.

이 실시예는 이전 실시예와 여러 관점에서 유사하고, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4와 관련하여 설명한 요소는 도면 번호가 500만큼 증가되어 도 12에 제공되고, 이전 설명은 여기에 적용되도록 취해져야 한다.

이전 실시예에서 상세하게 설명된 바와 같이, 종단 벽 전극(512) 및 측면 벽 전극(502a 또는 502a') 양단에 전압(V₁₆, V₁₇) 각각을 인가하여, 대응하는 유체 접촉 각은 θ₁₆ 및 θ₁₇이 된다. 액체(A 및 B) 사이의 유체 메니스커스(514)는, 유체 접촉 각(θ₁₆ 및 θ₁₇)의 합이 180°가 아닌 경우 구형 또는 구-원통형을 채택한다. 인가된 전압(V₁₆ 및 V₁₇)의 변동, 이에 따라 유체 접촉 각(θ₁₆ 및 θ₁₇)의 변동을 통해, 메니스커스(514)의 곡률 및 또한 곡률의 기울기가 변경될 수 있다. 광원(503)으로부터 제 1 광 축(501)에 대한 인입 광 빔은 메니스커스(514)에 의해 편향되어, 제 2 광 축(16)을 따라간다. 제 1 광 축(501) 및 제 2 광 축은 편향각(φ₇)에 의해 관련된다. 편향각(φ₇)은, 측면 벽 전극(502a, 502a')이 서로 평행하게 놓이지 않으면 대략 최대 62.5°까지 값을 취할 수 있다. 측면 벽 전극(502a, 502a')이 서로 평행하면, 대략 9°의 최대 편향각(φ₇)을 초래한다. 제 1 광 축(501)과 평행한 광 축을 갖는 광원(503)으로부터의 추가 인입 광 빔은 초점(18)에서 수렴하도록 메니스커스(514) 상의 상이한 지점에서 상이한 편향각만큼 메니스커스에 의해 편향된다. 인가된 전압(V₁₆, V₁₇)의 변동은, 인입 광 빔의 편향각, 및 또한 측면 벽 전극 쌍(502)의 평면에서 초점(18)의 위치의 1차원적인 각 변동을 초래한다. 인가된 전압(V₁₆ 및 V₁₇)을 서로 교환함으로써, φ₇의 음의 편향각은 동일한 각 평면에서 제 1 광 축 (101)으로부터 제 2 광 축(82) 사이에서 얻어진다.

인입 광 빔의 3차원 편향은, 종단 벽 전극(512), 및 예를 들어 도 4에서 측면 벽 세그먼트 전극(2b, 2b')과 유사한 측면 벽 세그먼트 전극의 추가 쌍 양단의 인가된 전압의 유사한 변동에 의해 달성될 수 있다. 인가된 전압의 변동은 메니스커스(514)의 곡률의 유사한 변동, 이에 따라 편향각 및 광 빔의 초점(18) 모두의 변동을 초래한다.

이 실시예에서 광 빔의 편향이 굴절 특성을 갖지만, 굴절 편향이 또한 구상됨을 주지해야 한다.

메니스커스 구성의 변동의 스위칭 속도, 이에 따라 인가된 전극 전압(V₁₆, V₁₇)의 변동의 결과로서 메니스커스(514)의 편향 특성은 액체(A, B) 모두의 점성률, 유체 챔버(5)의 크기, 및 메니스커스 곡률의 변화도에 따라 좌우된다.

이 예에서, 원통형 유체 챔버(5)의 직경이 2mm이면, 스위칭 속도는 10ms의 범위 내에 있다. 원통형 유체 챔버(5)의 직경은 수 cm로부터 수 ㎛까지의 범위를 갖는 치수를 가질 수 있다.

본 발명의 이 실시예에 대한 하나의 응용은 고해상도 디지털 이미징이다. 또한 이 응용이 고체 광학 렌즈와 조합하여 도 5 및 도 8 또는 도 10을 이용하여 처음에 설명된 본 발명의 대안적인 실시예의 이용을 통해 달성될 수 있음이 구상된다. 본 방법은, 타깃 이미지 장면의 고해상도 이미지를 얻기 위해 더 많은 양의 픽셀을 갖는 고가의 이미징 센서의 이용을 포함한다. 본 발명의 모자이크 방법에서, 센서는 도 13에 도시된 바와 같이 타깃 이미지 장면(20)의 고해상도 이미지를 캡쳐하기 위해 여러 번 동작한다. 예를 들어 카메라와 같은 센서에서 본 발명의 이 실시예의 적절한 병합을 통해, 타깃 이미지 장면은 수 개의 영역으로 나눔으로써 리코딩된다. 이 예에서, 이미지 장면(20)은 모자이크 패턴에 따라 4개의 연속적인 영역(22, 24, 26, 28)으로 나누어진다. 각 영역의 디지털 이미지는, 영역 이미지를 캡쳐하기 전에 카메라가 각 영역을 처음에 줌 인하고 여기에 집속함으로써 개별적으로 및 연속적으로 리코딩된다. 이러한 줌 인 및 집속은 이 실시예에서 설명된 바와 같이 전자 습식 전극 양단의 인가된 전압의 변동에 의해 유체 메니스커스의 구성의 변동에 의해 달성된다. 메니스커스의 곡률을 변화시킬 수 있는 급속 능력(rapid ability), 이에 따라 카메라가 타깃 이미지 장면의 추가 영역에 상이하게 줌 인 및 집속시킬 수 있는 급속도(rapidity)는 더 효과적이고 더 높은 해상도의 전체 이미지가 리코딩되도록 한다. 이를 달성하기 위해, 이미지 장면(22, 24, 26, 28)의 영역의 개별적으로 리코딩된 이미지는 타깃 이미지 장면의 리코딩된 이미지를 전부 구성하기 위해 서로에 대해 위치상으로 매핑된다. 개별적으로 리코딩된 타깃 영역 이미지(22, 24, 26, 28)가 서로 완전하게 정확히 정렬하지 않는 경우에, 예를 들어 폴리노미널(polynominal) 기술과 같은 정정 워핑(corrective warping) 기술이 적용될 수 있다. 개별적인 타깃 영역 이미지의 상호 정렬 및 이음(seaming)은 또한 개별적으로 리코딩된 이미지 영역 내에 타깃 이미지 장면(20)의 형상(feature)(30)의 식별을 이용하여 달성될 수 있다. 상관성에 기초한 그러한 간단한 이음 기능의 일례는 평균 필터이다. 더 높은 품질의 이음에 대해, 웨이브릿 (wavelet)의 이용 또는 다른 멀티스케일(multiscale) 기술이 사용된다. 이미지 리코딩이 동영상이면, 이미지 장면 특징의 움직임 추정은 타깃 이미지 장면의 유사한 특징을 식별하여, 이음 기능을 제공하는데 사용될 수 있다.

도 14는 본 발명의 추가 실시예에 따라 배열된 캡슐 카메라의 개략적인 단면도를 도시한다. 캡슐 카메라는 캡슐 카메라를 섭취한 후에 환자의 신체 내에서 생체 안의 이미징에 적응되어, 예를 들어 위장관(gastrointestinal tract)의 이미지 장면을 찍는다. 캡슐은 5cm×3cm 미만의 치수를 갖는 방수성 투명 외부 하우징(30)을 가져서, 캡슐은 환자에 의해 쉽게 섭취될 수 있다. 전술한 임의의 실시예에 따라, 유체 메니스커스 렌즈(32)는 예를 들어 전하 결합 디바이스(CCD: Charge Coupled Device) 또는 상보성 금속-산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서와 같은 이미징 센서(34)의 전면에 캡슐 하우징(30) 내부에 위치하여, 이미징 장면의 센서 상으로의 가변 초점 및/또는 가변 편향을 제공한다. 예를 들어 발광 다이오드(LED)와 같은 2개의 광원(36, 38)은 렌즈(32)에 인접하여 위치하여, 광을 주변 이미징 영역 상에 투사한다. 캡슐은 제어 유닛(40)을 더 포함하며, 상기 제어 유닛은 이미지 저장 메모리, 및/또는 이미지를 외부 픽업 디바이스로 송신하는 마이크로파 송신기와 같은 이미지 송신 장치, 및 전력을 발생시키기 위해 자기 신호로 외부에서 구동될 수 있는 자기 코일 세트 또는 배터리와 같은 전원(42)을 포함한다. 전술한 실시예 중 하나에 따라 배열된, 가변 초점 및/또는 가변 편향 유체 메니스커스 렌즈(32)의 이용에 의해, 캡슐은 컴팩트하고 저 전력 소비를 하는 경량의 모듈에서 연속적인 가변 초점 및/또는 가변 방향 이미징 기능을 갖는다. 렌즈(32)는 단일 또는 이중 메니스커스 줌 렌즈일 수 있다. 이중 메니스커스 렌즈의 경우에, 2개의 메니스커스는 동일한 광 축을 따라 배열되어, 줌 기능의 구현을 용이하게 한다.

본 발명의 실시예의 응용은 광 빔의 편향을 수반하는 장치의 다른 배열에 관련된다. 하나의 그러한 예는 회전 거울상의 레이저 빔의 반사를 수반하는 바 코드 스캐너의 이용이다. 본 발명은, 판독되는 바 코드 상에 집속된 레이저 스폿의 세기, 이에 따라 스캐너의 감도를 최대화시키는 것을 포함하는 이익을 제공한다. 더욱이, 스캐너의 크기는 감소될 수 있다.

추가 응용은 집속가능 액체 렌즈를 병합하는 3차원 레이저 스캐너에 관한 것이다. 스캐닝은 액체 렌즈에 대해 스캐닝되는 기판의 이동에 의해 수행된다. 본 발명은, 비-이동 기판을 스캐닝하기 위해 메니스커스 액체 렌즈의 변동에 의해 더 효과적인 스캐닝이 달성되도록 한다.

또 다른 응용은 도로 지형 상에 차량의 전조등의 광 빔을 집속하고 겨냥하는 것을 수반한다. 예를 들어, 전조등은 운전자가 도로를 더 양호하게 보도록 하기 위해 도로의 굴곡을 추적할 수 있다.

다른 응용은 발광(luminaire)을 위해 새로운 조명 가능성을 제공하는 것이다. 예를 들어 LED로부터의 광 빔 어레이는 본 발명에 의해 개별적으로 편향될 수 있어서(집속 및 겨냥된다), 복수의 특수 조명 효과를 발생시킨다. 광 빔 어레이에 대한 대안적인 응용은 시각적으로 깨끗한 윈도우를 제공하기 위해 병렬로 배열되는 윈도우에 병합된 편향 유체 메니스커스를 수반할 수 있지만, 편향 메니스커스를 임의의 또는 만곡 구성으로 스위칭하자마자, 윈도우는 인입 광을 발산시키거나, 단지 광이 특정 방향으로 윈도우를 통과하도록 한다.

본 발명의 이미징 응용은 '손떨림 방지(steady-shot)' 자동 카메라 또는 쌍안경 장치에서 가변 유체 메니스커스의 병합을 수반한다. 그러한 디바이스는 메니스커스 구성의 제어된 변경에 의해 이미징되는 장면의 선택된 부분에서 시야를 추적하고 유지시킬 수 있다. 이러한 제어된 변경은, 가속도계 세트를 포함하며 이미지 장면에 대해 카메라의 움직임을 검출하는 움직임 센서에 의해 영향을 받는다. 이러한 디바이스는 단일의 전기적으로 제어가능한 요소만을 필요로 한다. 광섬유 응용에서, 본 발명은 메니스커스 구성의 제어된 변경에 의해 광섬유 어레이에서 신호를 제 1 광섬유로부터 제 2 광섬유로 스위칭하는데 사용될 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 예시적인 예로서 이해될 것이다. 본 발명의 다른 실시예가 구상된다.

본 발명의 추가로 구상된 실시예로서, 유체 바디의 이용은 각각 액체를 포함하는 유체에 한정되지 않는다. 유체 중 하나가 대안적으로 가스를 포함할 수 있음이 가능하다.

본 발명의 모든 실시예에서, 전압이 세그먼트 전극 및 종단 벽 전극의 쌍이 아니라 개별적인 세그먼트 전극 양단에 인가될 수 있다는 것이 주지된다. 이와 같이 이루어질 때, 독립적이고 상이한 인가 전압은 각 개별적인 세그먼트 전극에 인가될 수 있어서, 더 복잡한 메니스커스 렌즈 형상의 형성을 초래한다. 이것은, 방향 및 회전 배향 모두가 전기적으로 제어될 수 있는 평평한 메니스커스 형상을 포함한다.

유체(A)가 상기 예에서 유체(B)보다 더 큰 굴절률을 갖지만, 유체(A)는 또한 유체(B)보다 더 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 유체(A)는 물보다 더 낮은 굴절률을 갖는 (과)플루오르화 오일일 수 있다. 이 경우에, 비결정 플루오르폴리머 층이 사용되지 않는 것이 바람직하고, 이는 플루오르화 오일에서 용해될 수 있기 때문이다. 대안적인 유체 접촉 층은 예를 들어 파라핀 코팅이다.

상기 실시예에 대해 적용될 수 있는 다른 변경은, 반사 광 편향이 설명되는 기재된 실시예에 대한 인입 광 빔의 대안적인 굴절 광 편향을 수반하며, 그 반대를 수반할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 인입 광 빔의 추가 광 편향(굴절 또는 반사)이 장치의 투명 전극에 의해 수행되는 것이 추가로 구상된다. 이들 전극의 형성을 위해 적절한 물질 선택은 물질의 광 편향 특성에 따라 좌우될 수 있다.

임의의 하나의 실시예에 대해 설명된 임의의 특징이 단독으로, 또는 설명된 다른 특징과 조합하여 사용될 수 있고, 또한 임의의 다른 실시예의 하나 이상의 특징, 또는 임의의 다른 실시예의 임의의 조합과 조합하여 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

더욱이, 전술하지 않은 등가물 및 변형은 또한 첨부된 청구항에 한정된 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고도 실행될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 가변 유체 메니스커스 구성을 형성하는 장치 등에 이용된다.

Claims

전자 습식(electrowetting)에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스(meniscus)를 제공하는 장치로서,

유체 챔버(5;105)로서, 상기 유체 챔버의 주변(perimeter)을 한정하는 유체 접촉 측면 벽 층(10;46;58;110;210;310;410;510)을 포함하는, 유체 챔버(5;105)와;

메니스커스(14;80;88;94;98;514)에 의해 분리된 2개의 상이한 유체(A;B)로서, 제 1측면과 제 2측면을 갖는 상기 메니스커스의 에지는 상기 유체 접촉 측면 벽 층에 의해 구속되는, 2개의 상이한 유체(A;B)와;

제 1 전자 습식 전극(2a;41;141;241;341;441;502a) 및 제 2 전자 습식 전극(2a';43;143;243;343;443;502a')으로서, 상기 제 1 전자 습식 전극은 상기 메니스커스 에지의 제 1 측면상에 작용하도록 배열되고, 상기 제 2 전자 습식 전극은 상기 메니스커스 에지의 제 2 측면 상에 개별적으로 작용하도록 배열되는, 제 1 전자 습식 전극 및 제 2 전자 습식 전극과;

선택된 메니스커스 구성을 형성하기 위해, 상기 제 1 전자 습식 전극과 공통 전극 사이 및 제 2 전자 습식 전극과 상기 공통 전극 사이에 상이한 전압을 제공하는 전압 제어 시스템을

포함하는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전자 습식 전극은 상기 주변 둘레에서 상호 이격되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 2항에 있어서, 상기 주변에 대해 배열된 마주보며 놓인 전자 습식 전극의 하나 이상의 쌍(2a';41,43)을 포함하는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 3항에 있어서, 마주보며 놓인 전자 습식 전극의 2쌍(41,43;42,44)을 포함하며, 상기 쌍은 상기 주변에 대해 서로 수직으로 배열되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 습식 전극(2,52,502)은 상기 주변에 대해 원형으로 배열되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 각 전자 습식 전극(52)의 폭은, 유체 접촉 측면 벽에 대해 각도 거리에서 측정될 때, 2개의 인접한 전자 습식 전극 사이의 거리보다 더 작은, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 각 전자 습식 전극(2;41;43;141;143;241;243;341;343;441;443;502)의 폭은, 상기 유체 접촉 측면 벽에 대해 각거리에서 측정될 때, 2개의 인접한 전자 습식 전극 사이의 거리보다 더 큰, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 7항에 있어서, 인접한 전자 습식 전극은 상기 인접한 전극 양단에 점차 변하는 전압 변화를 제공할 수 있는 전기적 저항 물질(56)에 의해 연결되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 8항에 있어서, 상기 전압 제어 시스템은 상기 전자 습식 전극에 대해 전압의 패턴을 회전시킬 수 있도록 적응되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 9항에 있어서, 회전축에 대해 상기 전자 습식 전극을 물리적으로 회전시키기 위한 기계 시스템을 포함하는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 10항에 있어서, 광 축(1;101;201;301;401;501)을 따라 방사 빔을 방출하기 위한 방사 소스(3;103;203;303;403;503)를 더 포함하는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 11항에 있어서, 상기 전압 제어 시스템은 상기 전자 습식 전극 양단에 전압을 인가할 수 있도록 적응되어, 상기 유체 메니스커스에 의해 인입 방사 빔의 변하는 편향의 양을 제공하게 되고, 상기 편향은 상기 방사 빔의 광 축의 정렬 변화를 수반하는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 12항에 있어서, 상기 장치는, 상기 유체 메니스커스에 의한 편향이 굴절 특성을 갖도록 구성되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 12항에 있어서, 상기 장치는, 상기 유체 메니스커스에 의한 편향이 반사 특성을 갖도록 구성되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 14항에 있어서, 상기 장치는, 제 1 측면에서의 유체 메니스커스의 제 1 접촉각(θ₅;θ₁₀;θ₁₁)이 90°보다 적고, 제 2 측면에서의 유체 메니스커스의 제 2 접촉각(θ₄;θ₈;θ₉)이 90°보다 큰 유체 메니스커스 구성을 제공하도록 적응되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 15항에 있어서, 상기 장치는, 제 1 측면에서의 유체 메니스커스의 제 1 유체 접촉각(θ₁₆) 및, 상기 유체 접촉 측면 벽의 제 2 측면에서의 유체 메니스커스의 제 2 접촉각(θ₁₇)이 90°보다 적은 유체 메니스커스 구성을 제공하도록 적응되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 16항에 있어서, 상기 장치는 왜곡 상의(anamorphic) 유체 메니스커스 구성을 제공하도록 적응되는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 17항에 있어서, 상기 유체 챔버 내의 상이한 유체(A;B;B')는 동일한 밀도를 갖는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
제 18항에 있어서, 2개 이상의 독립적으로 제어가능한 유체 메니스커스(86;88)를 포함하는, 전자 습식에 의해 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치.
이미지 장면(20)의 리코딩을 위한 이미지 센서와, 제 1항에 따른 가변 구성을 갖는 유체 메니스커스를 제공하는 장치를 포함하는, 장치로서,

상기 가변 유체 메니스커스(514)는 상기 이미지 센서와 상기 이미지 장면(20) 사이에 놓이고, 상기 제어기는 상기 메니스커스의 형상을 변경하도록 적응되어,

리코딩될 상기 이미지 장면의 제 1 영역(22)이 상기 센서쪽으로 향하도록 하는 상기 가변 유체 메니스커스의 제 1 구성과;

레코딩될 상기 이미지 장면의 제 2의 상이한 영역(24;26;28)이 상기 센서쪽으로 향하도록 하는 상기 가변 유체 메니스커스의 제 2 구성을

제공하는, 장치.
제 20항에 있어서, 상기 장치는 적어도 상기 제 1 및 제 2 이미지 장면 영역을 이용하여 상기 이미지 장면의 단일 이미지의 구성을 위한 이미지 프로세서를 더 포함하는, 장치.
제 20항 또는 제 21항에 있어서, 상기 장치는 인입 광 빔을 상이하게 편향시키기 위한 가변 유체 메니스커스 구성을 제공하도록 적응되는, 장치.
제 20항 또는 제 21항에 있어서, 상기 장치는 상기 장치의 움직임을 검출하기 위한 움직임 검출기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 장치의 검출된 움직임에 응답하여 상기 가변 유체 메니스커스(514)의 구성을 제어하도록 적응되는, 장치.
생체 내에서 사용하기 위한 캡슐을 포함하는 의료용 이미징 장치로서, 상기 캡슐은 생체 내의 이미지 장면의 리코딩을 위한 이미지 센서(34), 및 전자-습식에 의해 가변 구성을 갖고 상기 이미지 센서(34)와 상기 생체내 이미지 장면 사이에 위치하는 유체 메니스커스(32)를 제공하기 위한 제 1항에 따른 장치를 포함하는, 의료용 이미징 장치.
제 24항에 있어서, 상기 가변 유체 메니스커스 장치는 렌즈인, 의료용 이미징 장치.
제 24항 또는 제 25항에 있어서, 상기 가변 유체 메니스커스(32)는 상기 이미지 센서(34)와 상기 생체 내의 이미지 장면 사이에 놓이고, 상기 제어기는 상기 가변 유체 메니스커스의 형상을 변경하도록 적응되어,

제 1 생채 내의 이미지 장면을 상기 이미지 센서 상에 이미징하기 위한 가변 유체 메니스커스의 제 1 구성과;

상이한 제 2 생채 내의 이미지 장면을 상기 이미지 센서 상에 이미징하기 위한 가변 유체 메니스커스의 제 2 구성을

제공하는, 의료용 이미징 장치.