DE10349467A1 - Optical element for variably adjusting the focal length in an optical device and optical device - Google Patents

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    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length

Abstract

Es wird ein optisches Element (60) zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät beschrieben, mit einem Aufnahmebehälter (62), der ein erstes formflexibles Medium (66) sowie ein zweites formflexibles Medium (67) beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter (62) räumlich fixiert sind, wobei das zweite Medium (67) zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche (68) innerhalb des Aufnahmebehälters (62) anliegt und wobei sich die beiden Medien an wenigstens einer Grenzfläche (69) berühren. Weiterhin sind Mittel (70) zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche (69) zwischen den beiden Medien vorgesehen. Um dies in einer konstruktiv einfachen und energiesparenden Weise zu realisieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Mittel (70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (69) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium (66, 67) ausgebildet sind, dass die Mittel (70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (69) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium (66, 67) ausgebildet sind und dass das Medium über diese Mittel (70) an wenigstens einer Grenzfläche (69) in zumindest einer Vorzugsrichtung (61) in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird.Disclosed is an optical element (60) for variably adjusting the focal length in an optical device, comprising a receptacle (62) containing a first form-flexible medium (66) and a second form-flexible medium (67), the media being immiscible wherein the media are spatially fixed in the receptacle (62), wherein the second medium (67) at least partially on at least one contact surface (68) within the receptacle (62) is present and wherein the two media at least one interface (69) touch. Furthermore, means (70) are provided for changing the size and / or shape of the interface (69) between the two media. In order to realize this in a structurally simple and energy-saving manner, it is provided according to the invention that the means (70) for changing the interface (s) (69) are designed to act on the first and / or second medium (66, 67). in that the means (70) for changing the interface (s) (69) are designed to generate a pressure on the first and / or second medium (66, 67) and that the medium is conveyed via this means (70) to at least one interface ( 69) in at least one preferred direction (61) displaced in the direction of the respective other medium, in particular pressed, is.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8. Weiterhin betrifft die Erfindung ein optisches Gerät.The The present invention initially relates to an optical element to changeable Adjusting the focal length in an optical device according to the generic term of claim 1 and according to the preamble of claim 8. Furthermore, the invention relates to an optical Device.

Aus dem Stand der Technik sind bereits veränderliche optische Elemente bekannt. Eine solche bekannte Lösung ist in 1 dargestellt. Das bekannte optische Element 10 weist einen Tropfen 13 einer leitenden Flüssigkeit auf, der auf einer Isolationsschicht 12 aufgetragen ist. Die Isolationsschicht 12 wiederum bedeckt eine flache Elektrode 11. Bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes 14, das durch eine zwischen der Leiterflüssigkeit 13 und der Elektrode 11 angelegte Spannung verursacht wird, kann die Benetzung wesentlich vergrößert werden. Wie sich aus 1 ergibt, weist der Tropfen 13 aus Leiterflüssigkeit im Ruhezustand (1a) eine wesentlich kompaktere und flächenmäßig kleinere Kontur auf, als dies im Falle der Beaufschlagung mit einer Spannung (1b) der Fall ist. Dieses bekannte Phänomen wird auch als Elektrobenetzen (electro-wetting) bezeichnet.From the prior art already variable optical elements are known. Such a known solution is in 1 shown. The known optical element 10 has a drop 13 a conductive liquid on an insulating layer 12 is applied. The insulation layer 12 in turn covers a flat electrode 11 , In the presence of an electric field 14 passing through a between the conductor liquid 13 and the electrode 11 applied voltage, the wetting can be significantly increased. As it turned out 1 yields, the drop points 13 from conductor liquid at rest ( 1a ) has a much more compact and smaller area contour than in the case of the application of a voltage ( 1b ) the case is. This known phenomenon is also referred to as electro-wetting.

Eine Umsetzung dieses Phänomens ist beispielsweise aus der US-A-5,659,330 bekannt. Darin wird eine Anzeigeeinrichtung beschrieben, bei der einzelne Tropfen einer Leiterflüssigkeit auf einer Isolationsschicht angeordnet sind. Unterhalb dieser Isolationsschicht sind Elektroden vorhanden. Durch die selektive Erzeugung eines elektrischen Feldes kann die Form eines jeden Tropfens der Leiterflüssigkeit variiert werden, wodurch ein farbiges Pixel eines Bildes erzeugt wird.A Implementation of this phenomenon is known for example from US-A-5,659,330. This will be one Display device described in the individual drops of a conductor liquid are arranged on an insulating layer. Below this insulation layer There are electrodes. By selectively generating an electrical Feldes can vary the shape of each drop of the conductor liquid which creates a colored pixel of an image.

Diese bekannte Lösung ist jedoch für optische Elemente in Form von verstellbaren Linsenelementen ungeeignet. Insbesondere wären für einen solchen Einsatz transparente Elektroden erforderlich, sodass die optischen Elemente in ihrer Gesamtheit konstruktiv aufwendig und kostenintensiv wären.These known solution is however for optical elements in the form of adjustable lens elements unsuitable. In particular, would be for such Insert transparent electrodes required so that the optical Elements in their entirety constructively complex and costly would.

Eine Lösung, wie die vorstehend beschriebene Art optischer Elemente auch im Bereich von Linsenelementen eingesetzt werden kann, ist in der DE 698 04 119 T2 beschrieben. Die darin geschilderte Erfindung, die beispielhaft auch in 2 dargestellt ist, liegt auf dem Gebiet verstellbarer Fokuslinsen, und dort insbesondere auf dem Gebiet flüssiger Linsen mit einem verstellbaren, elektrisch gesteuerten Fokus. Dabei soll es mit dem dort beschriebenen Linsenelement möglich sein, den Fokus mit Hilfe des sogenannten „Elektrobenetzens" kontinuierlich zu verstellen. Gemäß dieser bekannten Lösung wird in Verbindung mit 2 ein optisches Element 20 zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge bereitgestellt. Bei der Fokallänge handelt es sich generell um den Abstand des Brennpunkts zur Ebene des optischen Elements, beispielsweise zur Linsenebene.A solution, as the type of optical elements described above can also be used in the field of lens elements, is in the DE 698 04 119 T2 described. The invention described therein, the example also in 2 is in the field of adjustable focus lenses, and in particular in the field of liquid lenses with an adjustable, electrically controlled focus. It should be possible with the lens element described there to continuously adjust the focus by means of the so-called "electrowetting." According to this known solution is used in conjunction with 2 an optical element 20 is provided for variably adjusting the focal length. The focal length is generally the distance of the focal point to the plane of the optical element, for example to the lens plane.

Das optische Element 20 besteht aus einem Aufnahmebehälter 22, der eine erste, elektrisch leitfähige Flüssigkeit 28 sowie einen Tropfen einer zweiten, isolierenden Flüssigkeit 29 beinhaltet. Die beiden Flüssigkeiten 28, 29 sind nicht mischbar und im Aufnahmebehälter 22 räumlich fixiert. Die beiden Flüssigkeiten 28, 29 berühren einander an einer Grenzfläche 30. Der Tropfen der zweiten Flüssigkeit 29 ist konzentrisch um die optische Achse 21 des optischen Elements 20 herum angeordnet, wobei die optische Achse 21 ebenfalls durch einen transparenten Bereich 24 des Bodens 23 des Aufnahmebehälters 22 verläuft. Die zweite Flüssigkeit 29 liegt zumindest bereichsweise an Elektroden 25 an, die sich innerhalb des Aufnahmebehälters 22 befinden. Die Elektroden 25 wiederum sind mit einer isolierenden Schicht 26 versehen. Schließlich weist das bekannte optische Element 20 Mittel 31 zum Ändern der Grenzfläche 30 zwischen den Flüssigkeiten 28, 29 auf. Über diese Mittel 31 kann ein elektrisches Feld 27 zwischen der leitenden Flüssigkeit 28 und den Elektroden 25 erzeugt werden. Dadurch ändert sich die Benetzbarkeit der Flüssigkeit 28, sodass sich darüber auch die Form des Tropfens der zweiten, isolierenden Flüssigkeit 29 verändert. In dem in 2 dargestellten Beispiel ändert sich die Form des Tropfens der Flüssigkeit 29 bei Anwesenheit des elektrischen Feldes 27 von der in Form einer durchgezogenen Linie dargestellten flachen Form hin zu der in Form einer gestrichelt dargestellten gewölbten Form, wobei die Strichlinien jeweils die Grenzfläche 30 zwischen den beiden Flüssigkeiten 28, 29 darstellen. Durch die Variation der Größe und/oder Form der Grenzfläche 30 zwischen den beiden Flüssigkeiten 28, 29 kann der Fokus des optischen Elements kontinuierlich verstellt werden.The optical element 20 consists of a receptacle 22 , which is a first, electrically conductive liquid 28 and a drop of a second, insulating liquid 29 includes. The two liquids 28 . 29 are immiscible and in the receptacle 22 spatially fixed. The two liquids 28 . 29 touch each other at an interface 30 , The drop of the second liquid 29 is concentric about the optical axis 21 of the optical element 20 arranged around, with the optical axis 21 also through a transparent area 24 of the soil 23 of the receptacle 22 runs. The second liquid 29 lies at least partially on electrodes 25 which are inside the receptacle 22 are located. The electrodes 25 in turn are with an insulating layer 26 Mistake. Finally, the known optical element 20 medium 31 to change the interface 30 between the liquids 28 . 29 on. About these means 31 can be an electric field 27 between the conductive liquid 28 and the electrodes 25 be generated. This changes the wettability of the liquid 28 so that it also forms the shape of the drop of the second, insulating liquid 29 changed. In the in 2 As shown, the shape of the drop of liquid changes 29 in the presence of the electric field 27 from the flat shape shown in the form of a solid line to the curved shape in the form of a dashed line, the dashed lines in each case the boundary surface 30 between the two liquids 28 . 29 represent. By varying the size and / or shape of the interface 30 between the two liquids 28 . 29 The focus of the optical element can be continuously adjusted.

Auch wenn dieses bekannte optische Element bereits eine vorteilhafte Ausführung eines flexiblen Linsenelements darstellt, so weist die bekannte Lösung doch noch einige Nachteile auf. So benötigen beispielsweise alle nach dem Prinzip des „Elektrobenetzens" arbeitenden Systeme relativ hohe Spannungen bis in den Bereich von 100 bis 170 V, um die gewünschten Effekte zu erzielen.Also if this known optical element already has an advantageous execution a flexible lens element, so the known solution but still some disadvantages. For example, everyone needs after the principle of "electrowetting" operating systems relatively high voltages up to the range of 100 to 170 V in order the desired To achieve effects.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Element der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die zum Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermieden werden können. Insbesondere soll ein optisches Element bereitgestellt werden, mit dem auf einfache Weise bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch eine Änderung der fokalen Länge in einem optischen Gerät realisierbar ist. Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes optisches Gerät bereitgestellt werden.Based on the cited prior art, the present invention is therefore based on the object, an optical element of the type mentioned in such a way that the disadvantages described in the prior art can be avoided. In particular, an optical element is to be provided with which in a simple manner with low energy consumption a change of the focal length in an optical device can be realized. Furthermore, a correspondingly improved optical device is to be provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das optische Element mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 8, das optische Gerät mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 24 sowie die vorteilhaften Verwendungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 25 und 26. Weitere Vorteile, Merkmale, Details, Aspekte und Effekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen optischen Elementen beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen Gerät und jeweils umgekehrt. Analoges gilt für die erfindungsgemäßen Verwendungen.This object is achieved by the optical element having the features according to the independent claims 1 and 8, the optical device having the features according to the independent claim 24 and the advantageous uses according to the independent claims 25 and 26 , Further advantages, features, details, aspects and effects of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details which are described in connection with the optical elements according to the invention, of course, also apply in connection with the optical device according to the invention and in each case vice versa. The same applies to the uses according to the invention.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät bereitgestellt, mit einem Aufnahmebehälter, der ein erstes formflexibles Medium sowie ein zweites formflexibles Medium beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter räumlich fixiert sind, wobei das zweite Medium zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche innerhalb des Aufnahmebehälters anliegt und wobei sich die beiden Medien an wenigstens einer Grenzfläche berühren, und mit Mitteln zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche(n) zwischen den beiden Medien. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind und dass ein Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.According to one The first aspect of the invention is an optical element for variable Adjusting the focal length in an optical device provided with a receptacle, the first formflexibles Medium and a second formflexibles medium includes, wherein the media are immiscible, the media being spatially fixed in the receptacle are, wherein the second medium at least partially at least a contact surface inside the receptacle is applied and wherein the two media touch at least one interface, and with means to change the size and / or Shape of the interface (s) between the two media. According to the invention is provided that means of change the interface (s) designed to act on the first and / or second medium are that means of change the interface (s) designed to generate a pressure on the first and / or second medium are and that a medium over this means at least one interface in at least one preferred direction shifted in the direction of the other medium, in particular pressed, will or can be.

Die vorliegende Erfindung geht dabei von der Lehre gemäß der DE 698 04 119 T2 aus, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird. Bei dieser bekannten Lösung, die nach dem Prinzip des „Elektrobenetzens" arbeitet, wirken die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zwischen den beiden Medien auf das elektrisch leitende Medium ein. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird die Benetzbarkeit dieses elektrisch leitenden Mediums verändert, sodass sich dadurch indirekt auch die Kontur des elektrisch isolierenden Mediums verändern kann.The present invention is based on the teaching of the DE 698 04 119 T2 whose disclosure content is included in the description of the present invention. In this known solution, which works according to the principle of "electrowetting", the means for changing the interface between the two media act on the electrically conductive medium, and by applying an electrical voltage, the wettability of this electrically conductive medium is changed can also indirectly change the contour of the electrically insulating medium.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung hingegen wirken die Mittel zum Ändern der Grenzfläche in solch einer Weise auf das erste und/oder zweite Medium ein, dass das entsprechende Medium über diese Mittel an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des ersten Mediums verschoben, insbesondere gedrückt wird oder werden kann. Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, kann es sich bei dieser Vorzugsrichtung beispielsweise um die optische Achse eines als Linsenelement ausgebildeten optischen Elements handeln.at the solution according to the invention, however the means to change work the interface in such a way to the first and / or second medium that the appropriate medium over these agents at the interface between the two media in at least one preferred direction in Moved direction of the first medium, in particular is pressed or can be. As will be described in more detail below, can it is in this preferred direction, for example, the optical Act axis of a lens element designed as an optical element.

Im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ist es nunmehr nicht mehr erforderlich, die Änderung der Größe und/oder der Grenzfläche zwischen den beiden Medien durch das Anlegen einer hohen Spannung zu bewirken. Aus diesem Grund muss keines der verwendeten Medien mehr elektrisch leitfähig sein, was die Auswahlmöglichkeit an geeigneten Medien erheblich verbessert.in the Compared to the known from the prior art solution It no longer required the change of size and / or the interface between the two media by applying a high voltage to effect. For this reason, none of the media used needs more electrically conductive be what the choice considerably improved on suitable media.

Erfindungsgemäß sind die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zwischen den beiden Medien nunmehr in einer Weise ausgebildet, dass diese einen Druck auf das erste und/oder zweite Medium ausüben, wobei sich die Grenzfläche zwischen den beiden Medien durch die Ausübung des Drucks verändert. Derartige Mittel, zu denen im weiteren Verlauf einige nicht ausschließliche Beispiele erläutert werden, können konstruktiv einfach und in energiesparender Weise ausgestaltet werden, wobei solche Mittel häufig nur sehr kleine Steuerspannungen benötigen.According to the invention Means of changing the interface between the two media now formed in a way that these exert a pressure on the first and / or second medium, wherein the interface changed between the two media through the exercise of pressure. such To which some later non-exclusive examples explained can, can structurally simple and designed in an energy-saving manner, such funds are common need only very small control voltages.

Wenn das erfindungsgemäße optische Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät eingesetzt wird, kann die Änderung der Fokallänge erfolgen, ohne dass die einzelnen Komponenten des optischen Geräts bewegt werden müssten.If the inventive optical Element for changeable Adjusting the focal length in an optical device is used, the change can the focal length done without moving the individual components of the optical device would have to be.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten optischer Elemente beschränkt. So ist es beispielsweise denkbar, dass es sich bei den optischen Elementen um variable Linsenelemente oder andere, beispielsweise elektrisch ansteuerbare optische Elemente handelt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße optische Element als Linsenelement, beispielsweise als sphärisches Linsenelement, Zylinder-Linsenelement und dergleichen, oder als Prismenelement, beispielsweise als Prismenelement mit variablen spektralen Aufspaltungsvermögen, oder als Spiegelelement, etwa als schaltbarer Spiegel, oder dergleichen ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird das optische Element jedoch als Linsenelement mit variabler Brennweite eingesetzt. Auch wenn die Erfindung nachfolgend in erster Linie anhand einer solchen Ausgestaltungsform beschrieben wird, so ist es doch selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses konkrete Beispiel beschränkt ist.In principle, the invention is not limited to certain types of optical elements. For example, it is conceivable that the optical elements are variable lens elements or other, for example, electrically controllable optical elements. For example, it can be provided that the optical element according to the invention is designed as a lens element, for example as a spherical lens element, cylinder lens element and the like, or as a prism element, for example as a prism element with variable spectral splitting power, or as a mirror element, such as a switchable mirror, or the like. However, the optical element is particularly preferably used as a lens element with a variable focal length. Although the invention will be described below primarily with reference to such an embodiment, it is self-evident Lich that the invention is not limited to this specific example.

Erfindungsgemäß weist das optische Element zunächst einen Aufnahmebehälter auf, der zwei unterschiedliche Medien beinhaltet. Dabei können zumindest Bereiche einzelner Außenwände des Behälters vorzugsweise aus einem transparenten Material gebildet sein.According to the invention the optical element first a receptacle which contains two different media. It can at least Areas of individual outer walls of the container preferably be formed of a transparent material.

Innerhalb des Aufnahmebehälters befinden sich zwei formflexible Medien, wobei die einzelnen Medien nicht mischbar sind. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Medientypen beschränkt. Wichtig ist lediglich, dass die Medien formflexibel sind. „Formflexibel" bedeutet im Lichte der vorliegenden Beschreibung, dass die Medien keine starre Oberfläche aufweisen, sondern dass sich die Medien innerhalb des Aufnahmebehälters in ihrer Form verändern können. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, kann es sich bei dem ersten Medium um Wasser und bei dem zweiten Medium um ein Öl handeln.Within of the receptacle There are two form-flexible media, with the individual media are immiscible. in principle the invention is not limited to certain types of media. Important is just that the media are form flexible. "Shape flexible" means in the light the present description that the media does not have a rigid surface, but that the media within the receptacle in change their shape can. For example, but not exclusively, it may be in the the first medium is water and the second medium is an oil.

Die Medien sind vorzugsweise zumindest teilweise transparent und können beispielsweise die gleiche oder zumindest eine ähnliche Dichte aufweisen, um Gravitationseffekte auszuschließen.The Media are preferably at least partially transparent and may, for example the same or at least a similar one Have density to exclude gravitational effects.

Die beiden Medien sind im Aufnahmebehälter räumlich fixiert, wobei das zweite Medium zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche innerhalb des Aufnahmebehälters anliegt. Ebenso liegt natürlich auch das erste Medium zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche innerhalb des Aufnahmebehälters an.The Both media are spatially fixed in the receptacle, with the second Medium at least partially on at least one contact surface within of the receptacle is applied. Likewise, of course also the first medium at least partially at least one contact surface inside the receptacle at.

Dabei kann sich die Anlagefläche an unterschiedlichen Orten innerhalb des Aufnahmebehälters befinden, so dass die Erfindung nicht auf bestimmte Anordnungs- beziehungsweise Ausbildungsvarianten beschränkt ist. Nachfolgend werden hierzu einige nicht ausschließliche Beispiele beschrieben. Bei der Anlagefläche kann es sich beispielsweise um zumindest einen Teilbereich einer Behälteraußenwand, etwa den Behälterboden und/oder ein Deckelelement und/oder wenigstens eine Seitenwand handeln. Bei der letztgenannten Variante ist insbesondere eine Ausgestaltung realisierbar, bei der das Medium nicht den Behälterboden berührt, sondern nur an den seitlichen Wänden anliegt. Natürlich sind auch Ausgestaltungsvarianten denkbar, bei denen es sich bei der genannten Anlagefläche um zumindest einen Teilbereich einer im Aufnahmebehälter-Innenraum befindlichen Zwischenschicht handelt. Dort, wo das Medium an der Anlagefläche des Aufnahmebehälters anliegt, ist dieses vorzugsweise aus einem transparenten Material gebildet, sodass von außen in den Aufnahmebehälter eintretendes Licht durch die Behälterwände und die im Aufnahmebehälter befindlichen transparenten Medien hindurchstrahlen kann. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei denen die Anlageflächen durch zumindest Teilbereiche der Seitenwände gebildet werden, ist dies nicht unbedingt erforderlich, eventuell sogar schädlich (Streulicht), so dass die Anlageflächen in einem solchen Fall auch aus einem nicht transparenten Material gebildet sein können.there may be the contact surface located at different locations within the receptacle, so that the invention is not limited to certain arrangement or Training variants limited is. Here are some non-exclusive examples described. At the contact surface For example, it may be at least a portion of a Container outer wall, about the container bottom and / or a lid member and / or at least one sidewall. In the latter variant is in particular an embodiment feasible, in which the medium does not touch the container bottom, but only on the side walls is applied. Naturally are also design variants conceivable, which are at said contact surface around at least a portion of a receptacle interior located intermediate layer is. There, where the medium at the contact surface of the receptacle is present, this is preferably made of a transparent material formed, so from the outside in the receptacle entering light through the container walls and in the receptacle can pass therethrough transparent media. At a Embodiment, where the contact surfaces are formed by at least portions of the side walls, this is not absolutely necessary, possibly even harmful (stray light), so that the contact surfaces in such a case also of a non-transparent material can be formed.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass sich die beiden Medien an einer Grenzfläche berühren. Um nun die Brennweite des optischen Elements zu verändern, sind besondere Mittel zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen diesen beiden Medien vorgesehen.According to the invention is still provided that the two media touch each other at an interface. Around now changing the focal length of the optical element are special means to change the size and / or Shape of the interface provided between these two media.

Durch diese Mittel wird erreicht, dass ein Druck auf das entsprechende Medium ausgeübt wird, sodass dieses an der Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben – insbesondere gedrückt – werden kann. Bei dieser Vorzugsrichtung kann es sich in dem Fall, in dem das optische Element als Linsenelement ausgebildet ist, vorzugsweise um die optische Achse des Linsenelements handeln. Die Änderung der Brennweite des optischen Elements und damit die Änderung der Fokallänge in einem optischen Gerät erfolgt dann quasi durch das Herausdrücken des einen Mediums in Richtung des anderen Mediums.By These funds will achieve that pressure on the corresponding one Medium is exercised, so this at the interface in at least one preferred direction in the direction of the other Mediums postponed - in particular be pressed can. In this preferred direction, in the case where the optical element is designed as a lens element, preferably to act around the optical axis of the lens element. The change the focal length of the optical element and thus the change the focal length in an optical device then, as it were, by pushing out the one medium in the direction of the other medium.

Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das zweite Medium ausgebildet sind und dass das zweite Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des ersten Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche(n) zur Einwirkung auf das erste Medium ausgebildet sind und dass das erste Medium über diese Mittel an wenigstens einer Grenzfläche in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des zweiten Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.there For example, it may be provided that the means for changing the Interface (s) are designed to act on the second medium and that the second medium over this means at least one interface in at least one preferred direction shifted in the direction of the first medium, in particular pressed, is or can be. additionally Alternatively, it is also conceivable that the means for changing the Interface (s) are designed to act on the first medium and that the first medium over this means at least one interface in at least one preferred direction moved in the direction of the second medium, in particular pressed, is or can be.

In weiterer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass sich die beiden Medien an zwei Grenzflächen berühren und dass ein Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzflächen an einer oder beiden Grenzflächen in zumindest einer Vorzugsrichtung in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann. In einem solchen Fall ist es beispielsweise auch möglich, dass zwei Vorzugsrichtungen – für jede Grenzfläche eine – gewählt werden können. Hierbei können die Vorzugsrichtungen gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung entgegengesetzt ausgerichtet sein.In Another embodiment may also be provided that the both media at two interfaces touch and that a medium about the Means to change the interfaces at one or both interfaces in at least one preferred direction in the direction of the other Moved media, especially pressed, will or can. In such a case, for example, it is also possible that two preferred directions - one for each interface - are selected can. in this connection can the preferred directions according to an advantageous Training be aligned opposite.

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.there can be advantageously provided that a medium on the Means to change the interface (s) so moved in the direction of the other medium, in particular pressed that will be the curvature at least one interface between the two media changes.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät bereitgestellt, mit einem Aufnahmebehälter, der ein erstes formflexibles Medium sowie ein zweites formflexibles Medium beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter räumlich fixiert sind und wobei sich die beiden Medien an einer Grenzfläche berühren, und mit Mitteln zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den beiden Medien. Dieses optische Element ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium allseitig von dem ersten Medium umschlossen ist, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind und dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind.According to one second aspect of the invention is an optical element for variable Adjusting the focal length in an optical device provided with a receptacle, the first formflexibles Medium and a second formflexibles medium includes, wherein the media are immiscible, the media being spatially fixed in the receptacle and where the two media touch at an interface, and with means to change the size and / or Shape of the interface between the two media. This optical element is inventively characterized characterized in that the second medium is on all sides of the first Medium is enclosed, that means for changing the interface to Acting on the first and / or second medium are formed and that means to change the interface designed to generate a pressure on the first and / or second medium are.

Bei dieser Lösung ist eine besondere Anlagefläche nicht erforderlich. Vielmehr ist das zweite Medium, das im Ausgangszustand vorteilhaft eine kugelartige Konfiguration aufweist, von allen Seiten von dem ersten Medium umgeben. Bei dem ersten Medium kann es sich beispielsweise wiederum um Wasser und bei dem zweiten Medium vorteilhaft um ein geeignetes Öl handeln. Die beiden Medien weisen vorteilhaft die gleiche Dichte ab, damit das zweite Medium innerhalb des ersten Mediums in Position gehalten wird und nicht absinken kann, das heißt, damit Gravitationseffekte wirksam ausgeschlossen werden können.at this solution is a special investment area not mandatory. Rather, the second medium is in the initial state advantageously has a spherical configuration, from all sides of surrounded by the first medium. For example, the first medium may be turn to water and the second medium advantageous to a suitable oil act. The two media advantageously have the same density to keep the second medium in position within the first medium will and can not sink, that is, with it gravitational effects can be excluded effectively.

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.The Means to change the interface practice now a pressure on the first and / or second medium. When the pressure exercised on the first medium when the pressure is transferred from the first to the second medium, so this at the pressure-impact site is compressed, what the size and / or Shape of the interface changed between the two media. For example, the second medium may be of the original spherical type Starting form can be brought into an elliptical configuration. When the pressure is exerted on the second medium, this will expand the first medium, so that in this case the Size and / or Shape of the interface change between the two media becomes.

Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche derart auf das erste und/oder zweite Medium einwirken, dass sich die Krümmung der Grenzfläche zwischen dem ersten und zweiten Medium ändert.Advantageous can be provided that the means for changing the interface in such a way act on the first and / or second medium that the curvature of the interface between the first and second medium changes.

Wie weiter oben bereits erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf bestimmte Mediumtypen beschränkt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erste Medium und/oder das zweite Medium eine Flüssigkeit ist. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Medium um Wasser handeln, während das zweite Medium als Öl ausgebildet ist. Natürlich sind auch andere Medientypen möglich. Ebenso kann, wie in der DE 698 04 119 T2 beschrieben, das erste Medium ein elektrisch leitendes Medium sein, während das zweite Medium elektrisch isolierend ist. Allerdings ist die elektrische Leitfähigkeit zumindest eines der Medien bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr erforderlich.As already explained above, the invention is not limited to specific types of media. For example, it can be provided that the first medium and / or the second medium is a liquid. For example, the first medium may be water while the second medium is oil. Of course, other media types are possible. Likewise, as in the DE 698 04 119 T2 described, the first medium to be an electrically conductive medium, while the second medium is electrically insulating. However, the electrical conductivity of at least one of the media in the solution according to the invention is no longer necessary.

Natürlich können die Medien auch in anderer Weise ausgebildet sein. Wichtig ist lediglich, dass die Medien formflexibel sind. Daher ist es beispielsweise auch denkbar, dass das erste Medium und/oder das zweite Medium gelartig ausgebildet ist/sind.Of course they can Media also be formed in other ways. All that matters is that that the media are dimensionally flexible. That's why it is, for example conceivable that the first medium and / or the second medium gel-like is / are trained.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das zweite Medium in Form eines Tropfens ausgebildet ist. Dabei ist unter einem Tropfen generell eine kleine Mediummenge von zumindest bereichsweise kugeliger oder länglich runder Form zu verstehen.Advantageous it can be provided that the second medium in the form of a drop is trained. Here, a drop is generally a small amount of medium to understand at least partially spherical or oblong round shape.

Bevorzugt weisen – wie oben schon ausgeführt – das erste und zweite Medium die gleiche Dichte auf.Prefers wise - like already explained above - the first and second medium to the same density.

In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das erste Medium und das zweite Medium unterschiedliche optische Eigenschaften, beispielsweise unterschiedliche optische Indizes, aufweisen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das erste Medium und das zweite Medium unterschiedliche Brechungszahlen aufweisen. So ist gemäß einem vorteilhaften – nicht ausschließlichen – Beispiel vorgesehen, dass das erste Medium eine niedrige Brechzahl (Brechungsindex) aufweist, während das zweite Medium eine hohe Brechzahl aufweist.In Another embodiment may be provided that the first medium and the second medium has different optical properties, for example different optical indices. It can, for example be provided that the first medium and the second medium different Have refractive indices. So, according to an advantageous - not exclusive - example provided that the first medium has a low refractive index (refractive index) while, while the second medium has a high refractive index.

Wenn die Medien an einer transparenten Anlagefläche anliegen, beispielsweise an einer zumindest teilweise transparenten Wandung des Aufnahmebehälters, weisen diese transparenten Bereiche der Anlagefläche beziehungsweise der Behälterwand vorzugsweise die gleiche oder eine ähnliche Brechzahl wie das anliegende Medium auf. Dadurch werden gebrochene Strahlengänge und unerwünschte Reflexionen vermieden.If the media abut against a transparent contact surface, for example on an at least partially transparent wall of the receptacle, have these transparent areas of the contact surface or the container wall preferably the same or a similar refractive index as the adjacent one Medium up. This results in broken beam paths and unwanted reflections avoided.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das erste und/oder zweite Medium innerhalb des Aufnahmebehälters räumlich fixiert ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das optische Element in Form eines Linsenelements ausgestaltet ist, bei dem ein Strahlengang definiert durch das Linsenelement hindurchlaufen soll. Die räumliche Fixierung erfolgt vorzugsweise mittels dazu geeigneter Fixiermittel. Dabei ist die Erfindung jedoch nicht auf bestimmte Typen von Fixiermitteln beschränkt. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, können die Fixiermittel in Form einer besonderen Oberflächengestaltung der Anlagefläche und/oder in Form einer besonderen Oberflächenbeschaffenheit der Anlagefläche ausgebildet sein. Die Oberfläche ist dabei vorteilhaft so gestaltet, dass sie das anliegende Medium in Position halten kann. Die besondere Oberflächenbeschaffenheit kann beispielsweise mittels einer besonderen Oberflächenbeschichtung realisiert werden. Vorteilhaft kann eine besondere Oberflächenbeschaffenheit bezüglich der Benetzbarkeit vorgesehen sein. Dabei ist die Erfindung natürlich nicht auf die genannten Beispiele beschränkt.It is advantageously provided that the first and / or second medium is spatially fixed within the receptacle. This is especially true important if the optical element is designed in the form of a lens element, in which a beam path defined by the lens element to pass through. The spatial fixation is preferably carried out by means of suitable fixing. However, the invention is not limited to certain types of fixatives. For example, but not exclusively, the fixing may be in the form of a special surface design of the contact surface and / or in the form of a special surface finish of the contact surface. The surface is advantageously designed so that it can hold the applied medium in position. The special surface finish can be realized for example by means of a special surface coating. Advantageously, a particular surface condition with regard to the wettability can be provided. Of course, the invention is not limited to the examples mentioned.

Beispielsweise ist denkbar, dass die Fixierung der Medien durch eine geeignete Wahl der Oberflächenmaterialien und/oder lokale Oberflächenbeschichtungen innerhalb des Aufnahmebehälters, beispielsweise der Wand des Aufnahmebehälters, erfolgt. Ebenso kann die räumliche Fixierung der Medien über das Anlegen einer geeigneten, vorzugsweise festgelegten Spannung, erfolgen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das erste Medium als elektrisch leitfähiges Medium und das zweite Medium als elektrisch isolierendes Medium ausgebildet ist. Eine solche Möglichkeit ist generell in der DE 698 04 119 T2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird. Natürlich ist es auch denkbar, die räumliche Fixierung über die konstruktive Ausgestaltung der Wände innerhalb des Aufnahmebehälters zu erreichen, beispielsweise in dem diese mit geeigneten Vorsprüngen, Kanten, Hinterschneidungen, Aussparungen und dergleichen versehen sind.For example, it is conceivable that the fixing of the media by a suitable choice of the surface materials and / or local surface coatings within the receptacle, for example, the wall of the receptacle takes place. Likewise, the spatial fixation of the media via the application of a suitable, preferably fixed voltage, take place. In this case, it is advantageous if the first medium is designed as an electrically conductive medium and the second medium as an electrically insulating medium. Such a possibility is generally in the DE 698 04 119 T2 whose disclosure content is included in the description of the present invention. Of course, it is also conceivable to achieve the spatial fixation on the structural design of the walls within the receptacle, for example, in which they are provided with suitable projections, edges, undercuts, recesses and the like.

Die Fixiermittel haben generell die Aufgabe, dass die Position der Medien innerhalb des Aufnahmebehälters unverändert bleibt, sodass über das optische Element insbesondere ein definierter Strahlengang erzeugt werden kann.The Fixing agents generally have the task of adjusting the position of the media inside the receptacle unchanged stays that way over the optical element generates in particular a defined beam path can be.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass in der Anlagefläche des Aufnahmebehältersbeispielsweise in einer Zwischenschicht – an der das zweite Medium anliegt, eine Öffnung vorgesehen ist, und dass das zweite Medium im Bereich dieser Öffnung fixiert ist. Die Öffnung kann sich insbesondere um eine optische Achse des optischen Elements herum erstrecken, sodass ein Lichtstrahl durch diese Öffnung und anschließend durch das erste und zweite Medium hindurchtreten kann. Insbesondere sind im Bereich der Öffnung dazu alle in Frage kommenden Komponenten des optischen Elements transparent ausgebildet.Advantageous can be provided that in the contact surface of the receptacle, for example, in an intermediate layer - at the second medium is present, an opening is provided, and that the second medium is fixed in the region of this opening. The opening can in particular about an optical axis of the optical element extend around so that a beam of light through this opening and then through the first and second medium can pass through. In particular are in the area of the opening in addition all components of the optical element in question transparent.

Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für die Mittel zum Ändern der Grenzfläche beschränkt. Nachfolgend werden hierzu einige nicht ausschließliche Beispiele näher beschrieben.As already explained above has been, the invention is not limited to certain embodiments for the Means to change the interface limited. In the following, some non-exclusive examples are described in more detail.

So ist es beispielsweise denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche als mechanische Mittel ausgebildet sind. In einem solchen Fall können die mechanischen Mittel beispielsweise als Kolbeneinrichtung oder Zylindereinrichtung ausgebildet sein.So For example, it is conceivable that the means of changing the interface are formed as mechanical means. In such a case, the mechanical means, for example as a piston device or cylinder device be educated.

In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche in Form einer ansteuerbaren Membran ausgebildet sind.In In another embodiment, it is also conceivable that the means for changing the interface are formed in the form of a controllable membrane.

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.there Of course, the invention is also not on certain types of drives for the means of changing the interface limited. So it is possible, that the means formed electrically actuated are. The voltages required in such a case are in the lower volt range. Therefore, such funds are particularly energy-efficient and cost-efficient use. Of course, other types of drives for the Means of changing the interface possible. For example, it is conceivable that these magnetic and / or electromagnetically and / or pneumatically and / or hydraulically and / or piezoelectrically actuated are formed. The selection of the appropriate drive type results depending on the type of application and location of the optical element.

Mit dem erfindungsgemäßen optischen Element wird es auf besonders einfache und kostengünstige Weise möglich, eine Änderung der Brennweite des optischen Elements zu realisieren. Dabei kann dies in besonders einfacher Weise durch die Auswahl geeigneter Parameter erfolgen, beispielsweise die Auswahl geeigneter Medien – etwa Flüssigkeiten – innerhalb des Aufnahmebehälters, die geeignete Ausgestaltung der Oberflächen innerhalb des Aufnahmebehälters, die Form und Größe der Öffnung(en), die Auswahl des geeigneten Winkels der Grenzflächenkrümmung und dergleichen.With the optical inventive Element becomes it in a particularly simple and cost-effective way possible, a change to realize the focal length of the optical element. It can this in a particularly simple way by selecting suitable parameters take place, for example, the selection of suitable media - such as liquids - within of the receptacle, the appropriate design of the surfaces within the receptacle, the Shape and size of the opening (s), the selection of the appropriate angle of interface curvature and the like.

Auch wenn das optische Element bisher nur unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Medien beschrieben worden ist, so sind selbstverständlich auch optische Elemente möglich, mit drei oder mehr Medien innerhalb des Aufnahmebehälters, wobei diese dann insbesondere jeweils unterschiedlich ausgebildet ist. Die Ausgestaltung und Funktionsweise derartiger optischer Elemente ergibt sich in analoger Weise aus dem zuvor Beschriebenen, so dass diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen und verwiesen wird.Although the optical element has hitherto only been described using two different media, obviously optical elements are also possible, with three or more media within the receptacle, wherein these are then each formed differently in particular. The design and operation of such optical elements results in an analogous manner from the previously described, so that in this regard to the above statements Reference is made and referred.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein optisches Gerät mit veränderlicher Fokallänge bereitgestellt, das eine Anzahl optischer Elemente aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass wenigstens eines der optischen Elemente in einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Weise ausgebildet ist. Dabei ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf bestimmte Typen optischer Geräte beschränkt. So können die erfindungsgemäßen optischen Elemente bei allen optischen Geräten eingesetzt werden, bei denen eine Änderung der Fokallänge notwendig ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Video-Camcorder, Kameras, Ferngläser, Brillen mit Nah- und Fernsicht, anpassbare Brillen und dergleichen handeln. Besonders vorteilhaft kann es sich bei einem solchen optischen Gerät um ein Mikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, oder ein Endoskop handeln.According to the third Aspect of the invention, a variable focal length optical device is provided, having a number of optical elements. According to the invention is provided that at least one of the optical elements in one as described above inventive manner is formed. Of course, the invention is not limited to certain Types of optical devices limited. So can the optical inventive Elements on all optical devices be used, in which a change in the focal length necessary is. These may be, for example, video camcorders, cameras, binoculars, eyeglasses With near and far vision, customizable glasses and the like act. Particularly advantageous may be such an optical device to a Microscope, in particular a surgical microscope, or an endoscope act.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein wie vorstehend beschriebenes optisches Element daher in besonders vorteilhafter Weise in einem optischen Gerät mit veränderlicher Fokallänge und/oder mit veränderlicher spektraler Aufspaltung und/oder mit veränderlicher Strahlführung, insbesondere in einem Mikroskop oder einem Endoskop, oder einem Fernrohr, oder einem Teleskop, oder einer Kamera, oder einem Camcorder, oder einer Kamera in einem Mobiltelefon, oder einer Lupe, oder einer Kopflupe, verwendet.According to one Another aspect of the invention is as described above optical element therefore in a particularly advantageous manner in one optical device with changeable focal length and / or with changeable spectral splitting and / or with variable beam guidance, in particular in a microscope or an endoscope, or a telescope, or a telescope, or a camera, or a camcorder, or one Camera in a mobile phone, or a magnifying glass, or a head-mounted uses.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described by way of embodiments with reference explained in more detail in the accompanying drawings. Show it:

1 ein optisches Element gemäß einer ersten aus dem Stand der Technik bekannten Lösung; 1 an optical element according to a first known from the prior art solution;

2 ein optisches Element einer weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Lösung; 2 an optical element of another known from the prior art solution;

3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung; 3 a first embodiment of an optical element according to the present invention;

4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung; 4 a second embodiment of an optical element according to the present invention;

5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements; und 5 a third embodiment of an optical element according to the invention; and

6 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements. 6 Yet another embodiment of an optical element according to the invention.

Die in den 1 und 2 dargestellten optischen Elemente 10, 20 sind bereits im Zusammenhang mit der Beschreibungseinleitung erläutert worden, sodass diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.The in the 1 and 2 illustrated optical elements 10 . 20 have already been explained in connection with the introduction to the description, so that reference is made in this regard to the corresponding statements.

In den 3 bis 6 sind optische Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei denen es sich um Linsenelemente mit veränderlicher Brennweite handeln soll. Die optischen Elemente sollen in einem optischen Gerät mit veränderlichen Fokallänge, beispielsweise in einem Operationsmikroskop oder einem Endoskop (jeweils nicht dargestellt) eingesetzt werden.In the 3 to 6 For example, optical elements according to the present invention which are to be lens elements of variable focal length are shown. The optical elements should be used in an optical device with variable focal length, for example in a surgical microscope or an endoscope (not shown).

Das in 3 dargestellte optische Element 60 besteht zunächst aus einem Aufnahmebehälter 62, der unter anderem durch einen Behälterboden 64 und einem diesem gegenüberliegenden Behälterdeckel 63 begrenzt ist. Senkrecht zum Behälterboden 64 verläuft die optische Achse 61, entlang derer der Strahlengang 65 eines Lichtstrahls durch das optische Element 60 hindurch verläuft.This in 3 illustrated optical element 60 initially consists of a receptacle 62 which, inter alia, through a container bottom 64 and a container lid opposite this 63 is limited. Perpendicular to the tank bottom 64 runs the optical axis 61 along which the beam path 65 a light beam through the optical element 60 passes through.

Zumindest in einem Bereich um die optische Achse 61 herum weist der Behälterboden 64 und ebenso der Behälterdeckel 63 einen transparenten Bereich auf. Natürlich ist es auch denkbar, dass der gesamte Behälterboden 64 und der gesamte Behälterdeckel 63 aus einem transparenten Material gebildet sind.At least in one area around the optical axis 61 the container bottom points around 64 and also the container lid 63 a transparent area. Of course it is also conceivable that the entire container bottom 64 and the entire container lid 63 are formed of a transparent material.

Innerhalb des Aufnahmebehälters 62 befinden sich zwei unterschiedliche, jeweils formflexible Medien 66, 67. Beide Medien 66, 67 sind nicht mit einander mischbar, weisen unterschiedliche optische Eigenschaften (unterschiedliche Brechzahlen n1 und n2) auf und verfügen zumindest über eine ähnliche Dichte. Darüber hinaus sind beide Medien 66, 67 transparent. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann es sich bei den formflexiblen Medien 66, 67 um Flüssigkeiten handeln, wobei beispielsweise das erste Medium 66 als Wasser und das zweite Medium 67 als Öl ausgebildet sein kann.Inside the receptacle 62 There are two different, each form flexible media 66 . 67 , Both media 66 . 67 are not miscible with each other, have different optical properties (different refractive indices n1 and n2) and at least have a similar density. In addition, both are media 66 . 67 transparent. In the present embodiment, it may be in the form-flexible media 66, 67 to act liquids, for example, the first medium 66 as water and the second medium 67 can be designed as oil.

Innerhalb des Aufnahmebehälters 62 befindet sich in diesem eine als Anlagefläche 68 ausgebildete Zwischenschicht, die wiederum über eine Öffnung 74 verfügt. Ebenso wie der transparente Bereich des Behälterbodens 64 ist auch die Öffnung 74 innerhalb der Zwischenschicht 68 konzentrisch um die optische Achse 61 herum ausgebildet.Inside the receptacle 62 is located in this one as a contact surface 68 formed intermediate layer, in turn, via an opening 74 features. As well as the transparent area of the container bottom 64 is also the opening 74 within the interlayer 68 concentric about the optical axis 61 trained around.

Bei dem in 3 dargestellten Beispiel sind solche Oberflächen innerhalb des Aufnahmebehälters 62, die mit dem ersten Medium 66 benetzt werden, durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet, während diejenigen Oberflächen, die mit dem zweiten Medium 67 benetzt werden, durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet sind.At the in 3 Example shown are such surfaces within the receptacle 62 that with the first medium 66 be wetted, characterized by a dashed line, while those surfaces that are connected to the second medium 67 are wetted, are indicated by a dashed line.

Die beiden Flüssigkeiten 66, 67 sind über geeignete Mittel im Aufnahmebehälter 62 räumlich fixiert, wobei die zweite Flüssigkeit 67 zumindest bereichsweise an der als Anlagefläche ausgebildeten Zwischenschicht 68 innerhalb des Aufnahmebehälters 62 anliegt. Dabei ist die zweite Flüssigkeit 67 ebenfalls im Bereich der Öffnung 74 fixiert, sodass sich die Flüssigkeit 67, die zumindest im Bereich der Grenzfläche 69 zwischen der ersten und zweiten Flüssigkeit 66, 67 eine Tropfenform aufweist, konzentrisch um die optische Achse 61 herum erstreckt.The two liquids 66 . 67 are over ge suitable means in the receptacle 62 spatially fixed, the second fluid 67 at least partially on the formed as a contact surface intermediate layer 68 inside the receptacle 62 is applied. Here is the second liquid 67 also in the area of the opening 74 fixed, so that the liquid 67 , at least in the area of the interface 69 between the first and second fluids 66 . 67 has a teardrop shape, concentric about the optical axis 61 extends around.

Ein in das optische Element 60 eintretender Lichtstrahl 65 durchläuft somit zunächst den transparenten Bereich des Behälterbodens 64, anschließend die zweite Flüssigkeit 67 sowie die Öffnung 74 in der Anlagefläche 68 innerhalb des Aufnahmebehälters 62, dann die erste Flüssigkeit 66 und anschließend einen transparenten Bereich des Behälterdeckels 63.One in the optical element 60 incoming light beam 65 thus first passes through the transparent area of the container bottom 64 , then the second liquid 67 as well as the opening 74 in the contact area 68 inside the receptacle 62 , then the first liquid 66 and then a transparent area of the container lid 63 ,

Eine Veränderung der Brennweite des optischen Elements 60 und damit eine Veränderung der fokalen Länge des optischen Geräts erfolgt nun in einer Weise, das die Größe und/oder Form der Grenzfläche 69 – zum Beispiel deren Krümmung – zwischen den beiden Flüssigkeiten 66, 67 verändert wird. Dies erfolgt über entsprechend ausgestaltete Mittel 70. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Mittel 70 zum Ändern der Grenzfläche 69 in Form einer Membran 71 ausgebildet, die einen Teil der Zwischenschicht 68 bildet. An oder in der Membran 71 befindet sich wenigstens ein Magnet- oder Metallplättchen 72. Auf dieses Plättchen 72 kann mittels eines Elektromagneten 73 eingewirkt werden.A change in the focal length of the optical element 60 and thus a change in the focal length of the optical device now takes place in a manner that changes the size and / or shape of the interface 69 - For example, the curvature - between the two fluids 66 . 67 is changed. This is done via appropriately designed funds 70 , In the present embodiment, the means 70 to change the interface 69 in the form of a membrane 71 formed part of the intermediate layer 68 forms. On or in the membrane 71 there is at least one magnetic or metal plate 72 , On this tile 72 can by means of an electromagnet 73 be acted.

Wenn das Plättchen 72 als Magnetplättchen ausgebildet ist, kann dieses, je nach Polung, bei Betätigung des Elektromagneten 73 in Richtung des Behälterbodens 64 angezogen, oder aber in Richtung des Behälterdeckels 63 abgestoßen werden. Wenn das Plättchen 72 als Metallplättchen ausgebildet ist, wird dieses bei Betätigung des Elektromagneten 73 entweder angezogen, oder abgestoßen.If the slide 72 As a magnetic plate is formed, this, depending on the polarity, upon actuation of the electromagnet 73 in the direction of the container bottom 64 tightened, or in the direction of the container lid 63 be repelled. If the slide 72 is designed as a metal plate, this is upon actuation of the electromagnet 73 either attracted or repelled.

Durch die Mittel 70 zum Ändern der Grenzfläche 69 ist es nunmehr möglich, auf die Flüssigkeit 67 direkt einzuwirken. Dies geschieht in einer Weise, das die zweite Flüssigkeit 67 an der Grenzfläche 69 zur ersten Flüssigkeit 66 in zumindest einer Vorzugsrichtung – im vorliegenden Beispiel in Richtung der optischen Achse 61 – in Richtung der ersten Flüssigkeit 66 gedrückt wird. Dies erfolgt in besonders einfacher und energiesparender Weise durch eine Betätigung der Membran 71.By the means 70 to change the interface 69 it is now possible on the liquid 67 to interact directly. This happens in a way that the second liquid 67 at the interface 69 to the first liquid 66 in at least one preferred direction - in the present example in the direction of the optical axis 61 - in the direction of the first liquid 66 is pressed. This is done in a particularly simple and energy-saving manner by an actuation of the membrane 71 ,

Im Ausgangszustand befindet sich die Membran 71 in ihrer waagerechten Ausgangsstellung. Die zweite Flüssigkeit 67 weist auf der Anlagefläche 68 eine Tropfenform auf, wobei die Grenzfläche 69 zwischen den Flüssigkeiten 67 und 66 eine flache Krümmung aufweist. Dies ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt.In the initial state, the membrane is located 71 in their horizontal starting position. The second liquid 67 points to the contact surface 68 a teardrop shape, wherein the interface 69 between the liquids 67 and 66 has a flat curvature. This is shown by a solid line.

Wenn nun der Elektromagnet 73 betätigt wird und das Plättchen 72 beispielsweise in Richtung des Behälterbodens 64 angezogen wird, führt dies dazu, dass sich auch die Membran 71 in Richtung des Behälterbodens 64 auslenkt. Dadurch wird die zweite Flüssigkeit 67 durch die Öffnung 74 herausgedrückt, wodurch sich die Krümmung der Grenzfläche 69 in eine wesentlich gewölbtere Form ändert, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die zweite Flüssigkeit 67 wird somit in Richtung der optischen Achse 61 in Richtung der ersten Flüssigkeit 66 gedrückt, wodurch sich ebenfalls eine Änderung der Fokallänge des optischen Geräts (nicht dargestellt) ergibt.Now if the electromagnet 73 is pressed and the slide 72 for example, in the direction of the container bottom 64 is attracted, this leads to the fact that the membrane 71 in the direction of the container bottom 64 deflects. This will be the second liquid 67 through the opening 74 pushed out, causing the curvature of the interface 69 changes into a much more curved shape, which is represented by a dashed line. The second liquid 67 is thus in the direction of the optical axis 61 in the direction of the first liquid 66 is pressed, which also results in a change in the focal length of the optical device (not shown).

In 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines optischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches eine weitere Ausgestaltungsform für die Mittel zum Ändern der Grenzfläche aufweist.In 4 Fig. 12 shows another embodiment of an optical element according to the present invention, which has another embodiment of the means for changing the interface.

Das in 4 dargestellte optische Element 40 besteht zunächst wiederum aus einem Aufnahmebehälter 42, der unter anderem durch einen Behälterboden 43 und einen diesem gegenüberliegenden Behälterdeckel begrenzt ist. Senkrecht zum Behälterboden 43 verläuft die optische Achse 41, entlang derer der Strahlengang 45 eines Lichtstrahls durch das optische Element 40 hindurch verläuft. Zumindest in einem Bereich um die optische Achse 41 herum weist der Behälterboden 43 und ebenso der Behälterdeckel einen transparenten Bereich 44 auf. Natürlich ist es auch denkbar, dass der gesamte Behälterboden 43 und der gesamte Behälterdeckel aus einem transparenten Material gebildet sind.This in 4 illustrated optical element 40 first of all consists of a receptacle 42 which, inter alia, through a container bottom 43 and a container lid opposite this is limited. Perpendicular to the tank bottom 43 runs the optical axis 41 along which the beam path 45 a light beam through the optical element 40 passes through. At least in one area around the optical axis 41 the container bottom points around 43 and also the container lid a transparent area 44 on. Of course it is also conceivable that the entire container bottom 43 and the entire container lid are formed of a transparent material.

Innerhalb des Aufnahmebehälters 42 befinden sich zwei unterschiedliche formflexible Medien 46, 47. Beide Medien 46, 47 sind nicht mit einander mischbar, weisen unterschiedliche optische Eigenschaften auf und verfügen zumindest über eine ähnliche Dichte. Darüber hinaus sind beide Medien 46, 47 zumindest teilweise transparent. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann es sich bei den formflexiblen Medien ebenfalls um Flüssigkeiten handeln, wobei beispielsweise das erste Medium 46 als Wasser und das zweite Medium 47 als Öl ausgebildet sein kann.Inside the receptacle 42 There are two different form-flexible media 46 . 47 , Both media 46 . 47 are not miscible with each other, have different optical properties and at least have a similar density. In addition, both are media 46 . 47 at least partially transparent. In the present exemplary embodiment, the flexible media may likewise be liquids, for example the first medium 46 as water and the second medium 47 can be designed as oil.

Das erste Medium 46 liegt unter anderem an dem zumindest bereichsweise transparenten Behälterdeckel an. Vorteilhaft weisen das Medium und der transparente Bereich des Behälterdeckels gleiche Brechungszahlen n1 auf, so dass weder gebrochene Strahlen, noch unerwünschte Reflexionen entstehen können. Ebenso weisen deshalb auch der transparente Bereich 44 des Behälterbodens 43 und das Medium 47, das an dem transparenten Bereich 44 anliegt, identische oder ähnliche Brechzahlen n2 auf. Behälterdeckel und erstes Medium 46, beziehungsweise Behälterboden 43 und zweites Medium 47 können dann jeweils wie ein einziges Medium betrachtet werden.The first medium 46 is partly due to the at least partially transparent container lid. Advantageously, the medium and the transparent region of the container lid have the same refractive indices n1, so that neither broken beams nor unwanted reflections can arise. Likewise, therefore, also the transparent area 44 of the tank bottom 43 and the medium 47 at the transparent area 44 is present, identical or similar refractive indices n2. Container lid and first medium 46 , or container bottom 43 and second medium 47 can then each be considered as a single medium.

Innerhalb des Aufnahmebehälters 42 befindet sich in diesem eine Anlagefläche 48 in Form einer Zwischenschicht, die wiederum über eine Öffnung 52 verfügt. Ebenso wie der transparente Bereich 44 des Behälterbodens 43 ist auch die Öffnung 52 innerhalb der Anlagefläche 48 konzentrisch um die optische Achse 41 herum ausgebildet. Die Zwischenschicht kann je nach Ausgestaltungsform eine waagerechte oder aber auch eine schräge Ausrichtung haben.Inside the receptacle 42 is located in this one contact area 48 in the form of an intermediate layer, in turn, via an opening 52 features. As well as the transparent area 44 of the tank bottom 43 is also the opening 52 within the contact area 48 concentric about the optical axis 41 trained around. Depending on the embodiment, the intermediate layer can have a horizontal or even an oblique orientation.

Die beiden Flüssigkeiten 46, 47 sind über geeignete Mittel im Aufnahmebehälter 42 räumlich fixiert, wobei die zweite Flüssigkeit 47 zumindest bereichsweise an der Anlagefläche 48 des Aufnahmebehälters 42 anliegt. Dabei ist die zweite Flüssigkeit 47 ebenfalls im Bereich der Öffnung 52 fixiert, sodass sich die Flüssigkeit 47, die zumindest im Bereich der Grenzfläche 49 zwischen der ersten und zweiten Flüssigkeit 46, 47 eine Tropfenform aufweist, konzentrisch um die optische Achse 41 herum erstreckt. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Formgebung und/oder Oberflächenbeschichtung der Anlagefläche 48 realisiert werden.The two liquids 46 . 47 are via suitable means in the receptacle 42 spatially fixed, the second fluid 47 at least partially on the contact surface 48 of the receptacle 42 is applied. Here is the second liquid 47 also in the area of the opening 52 fixed, so that the liquid 47 , at least in the area of the interface 49 between the first and second fluids 46 . 47 has a teardrop shape, concentric about the optical axis 41 extends around. This can be achieved, for example, by suitable shaping and / or surface coating of the contact surface 48 will be realized.

Ein in das optische Element 40 eintretender Lichtstrahl 45 durchläuft somit zunächst den transparenten Bereich 44 des Behälterbodens 43, anschließend die zweite Flüssigkeit 47 sowie die Öffnung 52 in der Wand 48 des Aufnahmebehälters 42, dann die erste Flüssigkeit 46 und anschließend einen transparenten Bereich des Behälterdeckels.One in the optical element 40 incoming light beam 45 thus first passes through the transparent area 44 of the tank bottom 43 , then the second liquid 47 as well as the opening 52 in the wall 48 of the receptacle 42 , then the first liquid 46 and then a transparent area of the container lid.

Eine Veränderung der Brennweite des optischen Elements 40 und damit eine Veränderung der fokalen Länge des optischen Geräts erfolgt nun in einer Weise, das die Größe und/oder Form der Grenzfläche 49 – zum Beispiel deren Krümmung – zwischen den beiden Flüssigkeiten 46, 47 verändert wird. Dies erfolgt über entsprechend ausgestaltete Mittel 50. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Mittel 50 zum Ändern der Grenzfläche 49 in Form einer Kolbeneinrichtung 51 ausgebildet, wobei sich der Kolben 51 innerhalb eines Zylinders 53 bewegt.A change in the focal length of the optical element 40 and thus a change in the focal length of the optical device now takes place in a manner that changes the size and / or shape of the interface 49 - For example, the curvature - between the two fluids 46 . 47 is changed. This is done via appropriately designed funds 50 , In the present embodiment, the means 50 to change the interface 49 in the form of a piston device 51 formed, wherein the piston 51 inside a cylinder 53 emotional.

Durch die Mittel 50 zum Ändern der Grenzfläche 49 ist es nunmehr möglich, auf die Flüssigkeit 47 direkt einzuwirken. Dies geschieht in einer Weise, das die zweite Flüssigkeit 47 an der Grenzfläche 49 zur ersten Flüssigkeit 46 in zumindest einer Vorzugsrichtung – im vorliegenden Beispiel in Richtung der optischen Achse 41 – in Richtung der ersten Flüssigkeit gedrückt wird. Dies erfolgt in besonders einfacher und energiesparender Weise durch eine Betätigung der Kolbeneinrichtung 51.By the means 50 to change the interface 49 it is now possible on the liquid 47 to interact directly. This happens in a way that the second liquid 47 at the interface 49 to the first liquid 46 in at least one preferred direction - in the present example in the direction of the optical axis 41 - Is pressed in the direction of the first liquid. This is done in a particularly simple and energy-saving manner by an actuation of the piston device 51 ,

Im Ausgangszustand befindet sich die Kolbeneinrichtung 51 in der mittels einer durchgezogenen Linie dargestellten Ausgangsstellung. Die zweite Flüssigkeit 47 weist auf der Wand 48 eine Tropfenform auf, wobei die Grenzfläche 49 zwischen den Flüssigkeiten 47 und 46 eine flache Krümmung aufweist. Dies ist ebenfalls durch eine durchgezogene Linie dargestellt.In the initial state, the piston device is located 51 in the starting position represented by a solid line. The second liquid 47 points to the wall 48 a teardrop shape, wherein the interface 49 between the liquids 47 and 46 has a flat curvature. This is also shown by a solid line.

Wenn nun die Kolbeneinrichtung 51 betätigt und in eine durch die gestrichelte Linie dargestellte zweite Position verschoben wird, wozu lediglich eine geringe Steuerspannung erforderlich ist, wird die zweite Flüssigkeit 47 durch die Öffnung 52 herausgedrückt, wodurch sich die Krümmung der Grenzfläche 49 in eine wesentlich gewölbtere Form ändert, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die zweite Flüssigkeit 47 wird somit in Richtung der optischen Achse 41 in Richtung der ersten Flüssigkeit 46 gedrückt, wodurch sich ebenfalls eine Änderung der Fokallänge des optischen Geräts (nicht dargestellt) ergibt.If now the piston device 51 is actuated and moved to a position shown by the dashed line second position, for which only a small control voltage is required, the second liquid 47 through the opening 52 pushed out, causing the curvature of the interface 49 changes into a much more curved shape, which is represented by a dashed line. The second liquid 47 is thus in the direction of the optical axis 41 in the direction of the first liquid 46 is pressed, which also results in a change in the focal length of the optical device (not shown).

Das in 5 dargestellte optische Element 80 verfügt wiederum über einen Aufnahmebehälter 82, der durch ein Deckelelement 83, einen Behälterboden 84 sowie Seitenwände 86, 87 begrenzt ist. Zumindest im Bereich der optischen Achse 81, entlang derer die Lichtstrahlrichtung 85 verläuft, sind der Behälterboden 82 und der Behälterdeckel 83 transparent ausgebildet.This in 5 illustrated optical element 80 again has a receptacle 82 passing through a lid element 83 , a container bottom 84 as well as side walls 86 . 87 is limited. At least in the area of the optical axis 81 , along which the light beam direction 85 runs, are the container bottom 82 and the container lid 83 transparent.

In dem Aufnahmebehälter 82 befinden sich zwei formflexible Medien 90, 91 mit gleicher Dichte, aber unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Im vorliegenden Beispiel hat das erste formflexible Medium 90 eine Brechzahl n1, während das formflexible zweite Medium 91 eine Brechzahl n2 hat. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt das zweite Medium 91 nicht am Behälterboden 84 oder einer im Aufnahmebehälter 82 befindlichen Zwischenschicht an.In the receptacle 82 There are two form-flexible media 90 . 91 with the same density but different optical properties. In the present example, the first form-flexible medium 90 a refractive index n1, while the form-flexible second medium 91 has a refractive index n2. In contrast to the embodiments described above, the second medium is located 91 not on the bottom of the container 84 or one in the receptacle 82 located intermediate layer.

Vielmehr sind die Anlageflächen 88, 89 im vorliegenden Beispiel als Teilbereiche der Seitenwände 86, 87 ausgebildet. Das zweite Medium 91 wird somit seitlich festgehalten, und nicht auf der optischen Achse 81. Die Anlageflächen 88, 89 müssen daher auch nicht transparent ausgebildet sein. Vorteilhaft ist die Oberfläche der Anlageflächen 88, 89 jeweils derart gestaltet, dass das zweite Medium 91 dort festgehalten wird.Rather, the contact surfaces 88 . 89 in the present example as partial areas of the side walls 86 . 87 educated. The second medium 91 is thus held on the side, and not on the optical axis 81 , The contact surfaces 88 . 89 must therefore not be transparent. The surface of the contact surfaces is advantageous 88 . 89 each designed such that the second medium 91 is held there.

Das erste Medium 90 befindet sich sowohl oberhalb als auch unterhalb des zweiten Mediums 91, so dass sich die beiden Medien 90, 91 an zwei Grenzflächen 92, 93 berühren.The first medium 90 is located both above and below the second medium 91 so that the two media 90 . 91 at two interfaces 92 . 93 touch.

Bei dem in 5 dargestellten Beispiel sind solche Oberflächen innerhalb des Aufnahmebehälters 82, die mit dem ersten Medium 90 benetzt werden, durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet, während diejenigen Oberflächen, die mit dem zweiten Medium 91 benetzt werden, durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet sind.At the in 5 example shown are such surfaces within the Aufnahmebehäl ters 82 that with the first medium 90 be wetted, characterized by a dashed line, while those surfaces that are connected to the second medium 91 are wetted, are indicated by a dashed line.

Wenn nun nicht näher dargestellte Mittel zum Ändern der Grenzflächen betätigt werden, wird das zweite Medium 91 nach außen gedrückt, wodurch sich die Krümmung der Grenzflächen 92, 93 in eine wesentlich gewölbtere Form ändern. Das zweite Medium 91 wird somit in zwei entgegengesetzt ausgerichtete Vorzugsrichtungen in Richtung der optischen Achse 81 in Richtung des ersten Medium 90 gedrückt, wodurch sich ebenfalls eine Änderung der Fokallänge des optischen Geräts (nicht dargestellt) ergibt.If now not shown means for changing the boundary surfaces are actuated, the second medium 91 pushed outward, causing the curvature of the interfaces 92 . 93 change into a much more curved shape. The second medium 91 is thus in two oppositely directed preferred directions in the direction of the optical axis 81 in the direction of the first medium 90 is pressed, which also results in a change in the focal length of the optical device (not shown).

In 6 ist schließlich noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Elements 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Teilfiguren a) und b) jeweils unterschiedliche Betriebszustände darstellen.In 6 is finally yet another embodiment of an optical element 100 illustrated in accordance with the present invention, wherein the partial figures a) and b) each represent different operating conditions.

Das optische Element 100 verfügt wiederum über einen Aufnahmebehälter 102, unter anderem mit einem Behälterboden 103 und einem Deckelelement 104. Im vorliegenden Beispiel sollen nicht nur deren Bereiche um die optische Achse 101 herum transparent ausgebildet sein. Vielmehr sollen sowohl der Behälterboden 103 als auch das Deckelement 104 in ihrer Gesamtheit transparent ausgebildet sein. Hinzu kommt, dass der Behälterboden 103 einen in den Aufnahmebehälter hinein gerichtete, gekrümmte Oberfläche aufweist.The optical element 100 again has a receptacle 102 , including a container bottom 103 and a lid member 104 , In the present example, not only their areas around the optical axis 101 be formed around transparent. Rather, both the container bottom 103 as well as the cover element 104 be made transparent in their entirety. In addition, the container bottom 103 having a directed into the receptacle in curved surface.

Sowohl der Behälterboden 103 als auch das Deckelelement 104 weisen eine Brechzahl n1 auf, die identisch oder ähnlich mit der Brechzahl n1 eines ersten, im Aufnahmebehälter 102 befindlichen formflexiblen Mediums 105 ist. Bei dem ersten Medium 105 kann es sich beispielsweise um Wasser handeln, während der Behälterboden 103 und das Deckelelement 104 beispielsweise aus Glas gefertigt sind.Both the container bottom 103 as well as the cover element 104 have a refractive index n1 identical or similar to the refractive index n1 of a first, in the receptacle 102 located form flexible medium 105 is. In the first medium 105 For example, it may be water while the bottom of the container 103 and the lid member 104 made of glass, for example.

Im Aufnahmebehälter 102 befindet sich weiterhin ein zweites formflexibles Medium 106 mit gleicher Dichte wie das erste Medium 105, aber mit einer anderen Brechzahl n2. Bei dem zweiten Medium handelt es sich beispielsweise um ein Öl. Das zweite Medium 106, das in der Ausgangsposition gemäß 6a) in etwa eine Kugelform aufweist, ist allseitig vom ersten Medium 105 umgeben. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt das zweite Medium somit an keinerlei Anlagefläche an. Da beide Medien 105, 106 die gleiche Dichte haben und durch die Ausgestaltung des Behälterbodens 103 ist sichergestellt, dass das zweite Medium 106 in der 6a in Position gehalten wird.In the receptacle 102 is still a second formflexibles medium 106 with the same density as the first medium 105 but with a different refractive index n2. The second medium is, for example, an oil. The second medium 106 in the starting position according to 6a ) has approximately a spherical shape, is on all sides of the first medium 105 surround. In contrast to the embodiments described above, the second medium thus does not contact any contact surface. As both media 105 . 106 have the same density and by the design of the container bottom 103 is ensured that the second medium 106 in the 6a is held in position.

Eine Veränderung der Brennweite des optischen Elements 100 und damit eine Veränderung der fokalen Länge des optischen Geräts erfolgt nun in einer Weise, das die Größe und/oder Form der Grenzfläche 107 – zum Beispiel deren Krümmung – zwischen den beiden Medien 105, 106 verändert wird. Dies erfolgt über entsprechend ausgestaltete Mittel 108. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Mittel 108 zum Ändern der Grenzfläche 107 in Form einer Kolbeneinrichtung 109 ausgebildet, wobei sich der Kolben 109 entlang seiner Verschieberichtung 110 innerhalb des Aufnahmebehälters 102 bewegt.A change in the focal length of the optical element 100 and thus a change in the focal length of the optical device now takes place in a manner that changes the size and / or shape of the interface 107 - For example, the curvature - between the two media 105 . 106 is changed. This is done via appropriately designed funds 108 , In the present embodiment, the means 108 to change the interface 107 in the form of a piston device 109 formed, wherein the piston 109 along its direction of displacement 110 inside the receptacle 102 emotional.

Aus diesem Grund ist die Kolbeneinrichtung 109 aus einem transparenten Material gefertigt, beispielsweise aus Glas. Weiterhin weist die Kolbeneinrichtung 109 vorteilhaft eine Brechzahl n1 auf, die der Brechzahl n1 des ersten Mediums 105 entspricht, oder aber ähnlich zu dieser ist.For this reason, the piston device 109 made of a transparent material, such as glass. Furthermore, the piston device 109 advantageously a refractive index n1, that of the refractive index n1 of the first medium 105 corresponds, or is similar to this.

Durch die Mittel 108 zum Ändern der Grenzfläche 107 ist es nunmehr möglich, auf das erste Medium 105 direkt, und auf das zweite Medium 106 indirekt einzuwirken. Im Ausgangszustand befindet sich die Kolbeneinrichtung 109 in der in 6a dargestellten Ausgangsstellung. Das zweite Medium 106 weist eine Kugelform auf.By the means 108 to change the interface 107 It is now possible on the first medium 105 directly, and on the second medium 106 to influence indirectly. In the initial state, the piston device is located 109 in the in 6a illustrated starting position. The second medium 106 has a spherical shape.

Wenn nun die Kolbeneinrichtung 109 betätigt und entlang der Verschieberichtung 110 in eine in 6b dargestellte zweite Position verschoben wird, wird das zweite Medium in eine elliptische Form gedrückt, wodurch sich ebenfalls eine Änderung der Fokallänge des optischen Geräts (nicht dargestellt) ergibt.If now the piston device 109 operated and along the direction of displacement 110 in an in 6b 2, the second medium is forced into an elliptical shape, which also results in a change in the focal length of the optical device (not shown).

Claims (26)

Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät, mit einem Aufnahmebehälter (22, 42, 62, 82), der ein erstes formflexibles Medium (28, 46, 66, 90) sowie ein zweites formflexibles Medium (29, 47, 67, 91) beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter (22, 42, 62, 82) räumlich fixiert sind, wobei das zweite Medium (29, 47, 67, 91) zumindest bereichsweise an wenigstens einer Anlagefläche (23, 48, 68, 88, 89) innerhalb des Aufnahmebehälters (22, 42, 62, 82) anliegt und wobei sich die beiden Medien an wenigstens einer Grenzfläche (30, 49, 69, 92, 93) berühren, und mit Mitteln (31, 50, 70) zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche(n) (30, 49, 69, 92, 93) zwischen den beiden Medien, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind, dass die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium ausgebildet sind und dass ein Medium über diese Mittel (50, 70) an wenigstens einer Grenzfläche (49, 69, 92, 93) in zumindest einer Vorzugsrichtung (41, 61, 81) in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.Optical element for variably adjusting the focal length in an optical device, comprising a receptacle ( 22 . 42 . 62 . 82 ), the first form-flexible medium ( 28 . 46 . 66 . 90 ) as well as a second formflexible medium ( 29 . 47 . 67 . 91 ), wherein the media are immiscible, wherein the media in the receptacle ( 22 . 42 . 62 . 82 ) are spatially fixed, the second medium ( 29 . 47 . 67 . 91 ) at least partially on at least one contact surface ( 23 . 48 . 68 . 88 . 89 ) within the receptacle ( 22 . 42 . 62 . 82 ) and wherein the two media at at least one interface ( 30 . 49 . 69 . 92 . 93 ), and by means ( 31 . 50 . 70 ) for changing the size and / or shape of the interface (s) ( 30, 49, 69, 92, 93 ) between the two media, characterized in that the means ( 50 . 70 ) for changing the interface (s) ( 49, 69, 92, 93 ) are designed to act on the first and / or second medium, that the means ( 50 . 70 ) for changing the interface (s) ( 49, 69, 92, 93 ) are formed for generating a pressure on the first and / or second medium and that a medium about these means ( 50 . 70 ) at least one interface ( 49 . 69 . 92 . 93 ) in at least one preferred direction ( 41 . 61 . 81 ) in the direction of the other medium, in particular pressed, will or can. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) zur Einwirkung auf das zweite Medium (47, 67, 91) ausgebildet sind und dass das zweite Medium (47, 67, 91) über diese Mittel (50, 70) an wenigstens einer Grenzfläche (49, 69, 92, 93) in zumindest einer Vorzugsrichtung (41, 61, 81) in Richtung des ersten Mediums (46, 66, 90) verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.Optical element according to claim 1, characterized in that the means ( 50 . 70 ) for changing the interface (s) ( 49, 69, 92, 93 ) for acting on the second medium ( 47 . 67 . 91 ) and that the second medium ( 47 . 67 . 91 ) on these funds ( 50 . 70 ) at least one interface ( 49 . 69 . 92 . 93 ) in at least one preferred direction ( 41 . 61 . 81 ) in the direction of the first medium ( 46 . 66 . 90 ), in particular pressed, will or can be. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) zur Einwirkung auf das erste Medium (46, 66, 99) ausgebildet sind und dass das erste Medium (46, 66, 90) über diese Mittel (50, 70) an wenigstens einer Grenzfläche (49, 69, 92, 93) in zumindest einer Vorzugsrichtung (41, 61, 81) in Richtung des zweiten Mediums (47, 67, 91) verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.Optical element according to claim 1 or 2, characterized in that the means ( 50 . 70 ) for changing the interface (s) ( 49, 69, 92, 93 ) for acting on the first medium ( 46 . 66 . 99 ) and that the first medium ( 46 . 66 . 90 ) on these funds ( 50 . 70 ) at least one interface ( 49 . 69 . 92 . 93 ) in at least one preferred direction ( 41 . 61 . 81 ) in the direction of the second medium ( 47 . 67 . 91 ), in particular pressed, will or can be. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Medien an zwei Grenzflächen (92, 93) berühren und dass ein Medium über die Mittel zum Ändern der Grenzflächen (92, 93) an einer oder beiden Grenzflächen (92, 93) in zumindest einer Vorzugsrichtung (81) in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben, insbesondere gedrückt, wird oder werden kann.Optical element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the two media at two interfaces ( 92 . 93 ) and that a medium via the means for changing the interfaces ( 92 . 93 ) at one or both interfaces ( 92 . 93 ) in at least one preferred direction ( 81 ) in the direction of the other medium, in particular pressed, will or can. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (88, 89) innerhalb des Aufnahmebehälters (42, 62, 82) als zumindest ein Teilbereich eines Deckelements (63, 83) und/oder eines Bodenelements (44, 64, 84) und/oder wenigstens einer Seitenwand (86, 87) ausgebildet ist.Optical element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the contact surface ( 88 . 89 ) within the receptacle ( 42 . 62 . 82 ) as at least a portion of a cover element ( 63 . 83 ) and / or a floor element ( 44 . 64 . 84 ) and / or at least one side wall ( 86 . 87 ) is trained. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (48, 68) innerhalb des Aufnahmebehälters (42, 62) als zumindest ein Teilbereich einer innerhalb des Aufnahmebehälters (42, 62) angeordneten Zwischenfläche ausgebildet ist.Optical element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the contact surface ( 48 . 68 ) within the receptacle ( 42 . 62 ) as at least a portion of a within the receptacle ( 42 . 62 ) arranged intermediate surface is formed. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Medium über die Mittel (50, 70) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93) derart in Richtung des jeweils anderen Mediums verschoben wird, dass sich die Krümmung wenigstens einer Grenzfläche (49, 69, 92, 93) zwischen den beiden Medien ändert.Optical element according to one of claims 1 to 6, characterized in that a medium via the means ( 50 . 70 ) for changing the interface (s) ( 49, 69, 92, 93 ) is shifted in the direction of the respective other medium such that the curvature of at least one boundary surface ( 49 . 69 . 92 . 93 ) between the two media changes. Optisches Element zum veränderbaren Einstellen der Fokallänge in einem optischen Gerät, mit einem Aufnahmebehälter (102), der ein erstes formflexibles Medium (105) sowie ein zweites formflexibles Medium (106) beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind, wobei die Medien in dem Aufnahmebehälter (102) räumlich fixiert sind und wobei sich die beiden Medien an einer Grenzfläche (107) berühren, und mit Mitteln (108) zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche (107) zwischen den beiden Medien, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium (106) allseitig von dem ersten Medium (105) umschlossen ist, dass die Mittel (108) zum Ändern der Grenzfläche (107) zur Einwirkung auf das erste und/oder zweite Medium (105, 106) ausgebildet sind und dass die Mittel (108) zum Ändern der Grenzfläche (107) zum Erzeugen eines Drucks auf das erste und/oder zweite Medium (105, 106) ausgebildet sind.Optical element for variably adjusting the focal length in an optical device, comprising a receptacle ( 102 ), the first form-flexible medium ( 105 ) as well as a second formflexible medium ( 106 ), wherein the media are immiscible, wherein the media in the receptacle ( 102 ) are spatially fixed and wherein the two media at an interface ( 107 ), and with means ( 108 ) for changing the size and / or shape of the interface ( 107 ) between the two media, characterized in that the second medium ( 106 ) on all sides of the first medium ( 105 ), that the funds ( 108 ) for changing the interface ( 107 ) for acting on the first and / or second medium ( 105 . 106 ) and that the funds ( 108 ) for changing the interface ( 107 ) for generating a pressure on the first and / or second medium ( 105 . 106 ) are formed. Optisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (108) zum Ändern der Grenzfläche (107) derart auf das erste und/oder zweite Medium (105, 106) einwirken, dass sich die Krümmung der Grenzfläche (107) zwischen dem ersten (105) und zweiten (106) Medium ändert.Optical element according to claim 8, characterized in that the means ( 108 ) for changing the interface ( 107 ) on the first and / or second medium ( 105 . 106 ), that the curvature of the interface ( 107 ) between the first ( 105 ) and second ( 106 ) Medium changes. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und/oder das zweite Medium (47, 67, 91, 106) eine Flüssigkeit ist.Optical element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first medium ( 46 . 66 . 90 . 105 ) and / or the second medium ( 47 . 67 . 91 . 106 ) is a liquid. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und/oder das zweite Medium (47, 67, 91, 106) gelartig ausgebildet ist.Optical element according to one of claims 1 to 10, characterized in that the first medium ( 46 . 66 . 90 . 105 ) and / or the second medium ( 47 . 67 . 91 . 106 ) is formed gel-like. Optisches Element nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium (47, 67, 91, 106) in Form eines Tropfens ausgebildet ist.Optical element according to claim 10 or 11, characterized in that the second medium ( 47 . 67 . 91 . 106 ) is formed in the form of a drop. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und das zweite Medium (47, 67, 91, 106) die gleiche Dichte aufweisen.Optical element according to one of claims 1 to 12, characterized in that the first medium ( 46 . 66 . 90 . 105 ) and the second medium ( 47 . 67 . 91 . 106 ) have the same density. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und das zweite Medium (47, 67, 91, 106) unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen.Optical element according to one of claims 1 to 13, characterized in that the first medium ( 46 . 66 . 90 . 105 ) and the second medium ( 47 . 67 . 91 . 106 ) have different optical properties. Optisches Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Medium (46, 66, 90, 105) und das zweite Medium (47, 67, 91, 106) unterschiedliche Brechungszahlen aufweisen.Optical element according to claim 14, characterized in that the first medium ( 46 . 66 . 90 . 105 ) and the second medium ( 47 . 67 . 91 . 106 ) have different refractive indices. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Fixierung des ersten (46, 66, 90, 105) und/oder zweiten (47, 67, 91, 106) Mediums innerhalb des Aufnahmebehälters (42, 62, 82, 102) mittels Fixiermitteln erfolgt.Optical element according to one of claims 1 to 15, characterized in that the spatial fixation of the first ( 46, 66, 90, 105 ) and / or second ( 47, 67, 91, 106 ) Medium within the receptacle ( 42 . 62 . 82 . 102 ) takes place by means of fixatives. Optisches Element nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel in Form einer besonderen Oberflächengestaltung der Anlagefläche (48, 68, 88, 89) und/oder in Form einer besonderen Oberflächenbeschaffenheit der Anlagefläche (48, 68, 88, 89) ausgebildet sind.Optical element according to claim 16, characterized in that the fixing means in the form of a special surface design of the contact surface ( 48 . 68 . 88 . 89 ) and / or in the form of a special surface condition of the contact surface ( 48 . 68 . 88 . 89 ) are formed. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlagefläche (48, 68) des Aufnahmebehälters (42, 62), an der das zweite Medium (47, 67) anliegt, eine Öffnung (52, 74) vorgesehen ist und dass das zweite Medium (47, 67) im Bereich der Öffnung (52, 74) fixiert ist.Optical element according to one of claims 1 to 17, characterized in that in the contact surface ( 48 . 68 ) of the receptacle ( 42 . 62 ), at which the second medium ( 47 . 67 ), an opening ( 52 . 74 ) and that the second medium ( 47 . 67 ) in the region of the opening ( 52 . 74 ) is fixed. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 108) zum Ändern der Grenzfläche (49, 107) als mechanische Mittel ausgebildet sind.Optical element according to one of Claims 1 to 18, characterized in that the means ( 50 . 108 ) for changing the interface ( 49 . 107 ) are designed as mechanical means. Optisches Element nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel als Kolbeneinrichtung (51, 109) oder Zylindereinrichtung ausgebildet sind.Optical element according to claim 19, characterized in that the mechanical means as a piston device ( 51 . 109 ) or cylinder device are formed. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (70) zum Ändern der Grenzfläche (69) in Form einer ansteuerbaren Membran (71) ausgebildet sind.Optical element according to one of Claims 1 to 20, characterized in that the means ( 70 ) for changing the interface ( 69 ) in the form of a controllable membrane ( 71 ) are formed. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50, 70, 108) zum Ändern der Grenzfläche(n) (49, 69, 92, 93, 107) elektrisch und/oder magnetisch und/oder elektromagnetisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder piezoelektrisch betätigbar ausgebildet sind.Optical element according to one of Claims 1 to 21, characterized in that the means ( 50 . 70 . 108 ) for changing the interface (s) ( 49, 69, 92, 93, 107 ) are formed electrically and / or magnetically and / or electromagnetically and / or pneumatically and / or hydraulically and / or piezoelectrically actuated. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Linsenelement oder Prismenelement oder Spiegelelement ausgebildet ist.Optical element according to one of claims 1 to 22, characterized in that this as a lens element or prism element or mirror element is formed. Optisches Gerät mit veränderlicher Fokallänge, aufweisend eine Anzahl optischer Elemente, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der optischen Elemente (40, 60, 80, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 ausgebildet ist.Optical device with variable focal length, comprising a number of optical elements, characterized in that at least one of the optical elements ( 40 . 60 . 80 . 100 ) is designed according to one of claims 1 to 23. Verwendung eines optischen Elements (40, 60, 80, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 in einem optischen Gerät mit veränderlicher Fokallänge und/oder mit veränderlicher spektraler Aufspaltung und/oder mit veränderlicher Strahlführung.Use of an optical element ( 40 . 60 . 80 . 100 ) according to one of claims 1 to 23 in an optical device with variable focal length and / or with variable spectral splitting and / or with variable beam guidance. Verwendung eines optischen Elements (40, 60, 80, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 in einem Mikroskop, oder einem Endoskop, oder einem Fernrohr, oder einem Teleskop, oder einer Kamera, oder einem Camcorder, oder einer Kamera in einem Mobiltelefon, oder einer Lupe, oder einer Kopflupe.Use of an optical element ( 40 . 60 . 80 . 100 ) according to one of claims 1 to 23 in a microscope, or an endoscope, or a telescope, or a telescope, or a camera, or a camcorder, or a camera in a mobile phone, or a magnifying glass, or a head-loupe.
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