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Linse mit variabler Brennweite
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Linse mit variabler Brennweite.
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Bei bekannten optischen Systemen von Objektiven mit variabler Brennweite,
die allgemein als Zoomobjektive bezeichnet werden, wird die Änderung der Brennweite
dadurch erreicht, daß eine bestimmte Linsengruppe oder Linsengruppen längs der optischen
Achse bewegt wird, wodurch der Abstand zwischen den Linsengruppen geändert wird.
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Das Linsensystem benötigt deshalb einen Bewegungsmechanismus zur Bewegung
der Linsengruppen. Derartige Bewegungsmechanismen sind jedoch nicht zufriedenstellend
schnell und erlauben keine Änderung der Brennweite mit hoher Geschwindigkeit sowie
die Verringerung der Größe und der Herstellungskosten.
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Zur Lösung dieses Problems ist vorgeschlagen worden, den elektrooptischen
Effekt zu verwenden. In der japanischen Patentveröffentlichung 615/1974 ist eine
Linse mit variabler Brennweite beschrieben, bei der ein geneigtes elektrisches Feld
an einen elektrooptischen Kristall zur Steuerung der Linsenwirkung des Kristalls
mittels eines
elektrischen Signals angelegt wird. Bei dieser Art
von Linsen mit variabler Brennweite ist die Verringerung der Größe und eine Änderung
der Brennweite mit hoher Geschwindigkeit sichergestellt.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen diesen Stand der Technik. In Fig. 1 ist mit
1 ein elektrooptischer Kristall beispielsweise aus LiTaO3 bezeichnet; 2 bis 5 sind
zylindrische Elektroden, an die ein elektrisches Feld derart angelegt wird, daß
die Elektroden 2 und 3 positiv und die Elektroden 4 und 5 negativ werden. Das elektrische
Feld Ez in Richtung der z-Achse in Fig. 1 zeigt eine spezielle Verteilung des elektrischen
Feldes auf der y-Achse, wobei das elektrische Feld Ez niedriger an und bei dem Mittelpunkt
des Kristalls und höher an den Seiten bzw. Kanten des Kristalls wird, Wenn in Richtung
der z-Achse polarisiertes Licht in den elektrooptischen Kristall eintritt, wird
unter diesen Bedingungen die Verteilung des Brechungsindex bezüglich der Richtung
der y-Achse derart, daß der Brechungsindex maximal im Mittelabschnitt ist und allmählich
hin zu den Endabschnitten der y-Achse abnimmt. Aufgrund dieses speziellen Gradienten
des Brechungsindex auf der y-Achse wird das einfallende Licht zur Mitte des Kristalls
konzentriert. Anders ausgedrückt wirkt der Kristall wie eine Zylinderlinse für in
Richtung der z-Achse polarisiertes Licht mit einer Brechkraft in Richtung der y-Achse.
Die Brennweite der Zylinderlinse kann dadurch geändert werden, daß die zwischen
die zylindrischer Elektroden angelegte Spannung geändert wird.
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Fig. 2 zeigt eine zweidimensional zusammengesetzte Linse (Objektiv),
die nach dem vorstehend erläuterten Konzept hergestellt ist.
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Mit 6 und 8 in Fig. 2 sind Zylinderlinsen bezeichnet, die beide aus
einem elektrooptischen Kristall hergestellt sind. Die Zylinderlinsen 6 und 8 unterscheiden
sich voneinander hinsichtlich der Richtung der Achse, längs der
der
Brechungsindex variiert. Mit 7 ist eine Halbwellenplatte zur Drehung lediglich der
Polarisationsebene um 900 ohne Änderung des Musters bezeichnet.
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Das vorstehend beschriebene Objektiv variabler Brennweite gemäß dem
Stand der Technik hat jedoch einige Nachteile.
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Als erstes ist es schwierig zylindrische Elektroden in einem elektrooptischen
Kristall vorzusehen, wie in Fig. 1 gezeigt. Hiermit ist eine wesentliche Kostenerhöhung
verbunden.
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Zweitens ist es durch keine Einrichtung möglich, eine Linse mit negativer
Brechkraft also eine sogenannte Konkavlinse herzustellen.
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Drittens ist es, wenn eine zweidimensionale Linse (zweidimensional
wirkende Linse) hergestellt werden soll, absolut notwendig, zwei derartige Linsen
zu verwenden (wie in Fig. 2 gezeigt), was nachteilig für den kompakten Aufbau einer
zweidimensionalen Linse ist. Ferner führt dies zu einer Erhöhung der Kosten.
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Ein weiterer Weg zu einer Linse mit variabler Brennweite, die einen
elektrooptischen Kristall verwendet, ist in "Experimente an Lichtablenkelementen
und Linsen variabler Brennweite durch Anlegen eines geneigten elektrischen Felds
an einen elektrooptischen Kristall" von M. Sakaguchi (Proceedings of the 1975 National
Meeting of Japanese Electronic Communication Society, 864, 1975). Dieses Linsensystem
ist in Fig. 3 gezeigt.
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In Fig. 3 ist mit 11 ein elektrooptischer Kristall, beispielsweise
aus Liga03 und mit 12 n' 120, 121, .
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3 12n schlitzförmige Elektroden bezeichnet. Mit 13 ist eine ebene
Elektrode und mit 14 Leitungsdrähte bezeichnet. Mittels des Leitungsdrahts 14 wird
an den Kristall 11 ein
elektrisches Feld mit nährungsweise quadratischer
(rechteckförmiger) Verteilung vom Mittelpunkt zum Ende durch die schlitzförmigen
Elektroden 12-n, ..., 120, 121, 12n angelegt. Auf diese Weise wird eine Brechungsindexverteilung
realisiert, die Linsenwirkung auf in Richtung der z-Achse polarisiertes Licht hat.
Durch Ändern des elektrischen Felds, das angelegt wird, wird eine eindimensionale
Linse mit variabler Brennweite erhalten. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel können
die Elektroden auf einfache Weise unter Verwendung eines bekannten Herstellungsverfahrens
für Metallelektroden, wie des "Sputter" -Verlt'ahrunss hergestellt werderl Horner
hat diese Linse den weiteren Vorteil, daß eine konkave Linse lediglich dadurch erzielt
werden kann, daß die Verteilung des an die schlitzförmigen Elektroden angelegten
elektrischen Felds umgekehrt wird.
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Das in Fig. 3 gezeigte Beispiel ist jedoch auf eine eindimensionale
Linse beschränkt und kann nicht bei Linsen mit variabler Brennweite mit zweidimensionaler
Linsenwirkung verwendet werden. Zusätzlich sind die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten
bekannten Anordnungen übereinstimmend nachteilig beim Erzielen einer Linse mit großer
Öffnung. Der Grund hierfür ist, daß bei den bekannten Anordnungen das elektrische
Feld in Richtung senkrecht zur Richtung des einfallenden Lichts angelegt wird und
deshalb die Intensität des elektrischen Felds abnimmt, wenn die Einfallsebene zunimmt,
wenn der Abstand zwischen den Elektroden vergrößert wird. Aus diesem Grunde ist
es bei der Realisierung einer Linse mit großer Öffnung gemäß dem Stand der Technik
erforderlich, höhere Spannungen anzulegen, um eine ausreichende Intensität des elektrischen
Felds zu erzielen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Linse variabler Brennweite zu
schaffen, die kompakt ist und eine zweidimensionale Linsenwirkung hat. Ferner soll
eine Linse mit variabler Brennweite und großer Öffnung geschaffen werden,
bei
der keine hohe Spannung erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß wird eine Linse variabler Brennweite geschaffen,
bei der ein geneigtes elektrisches Feld an einen elektrooptischen Kristall zur Erzeugung
einer Brechungsindexverteilung mit einer Linsenwirkung angelegt wird und die Brennweite
der Linsenwirkung durch Ändern des angelegten elektrischen Felds geändert wird,
wobei das elektrische Feld an den elektrooptischen Kristall in einer Richtung parallel
zur Einfallsrichtung des Lichts auf den elektrooptischen Kristall angelegt wird.
Auf diese Weise wird erfindungsgemäß eine Verteilung des Brechungsindex mit einer
zweidimensionalen Linsenwirkung mit einem einzigen elektrooptischen Kristall dadurch
erzielt, daß ein elektrisches Feld an den Kristall in einer Richtung parallel zur
Einfallsrichtung des Lichts angelegt wird, so daß ein elektrisches Feld mit einer
in zweidimensionaler Richtung variierenden Intensitätsverteilung innerhalb der Ebene
erzeugt wird, die senkrecht auf der Lichteinfallsrichtung steht. Bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung der Linse mit variabler Brennweite hängt die Intensität des elektrischen
Felds von der angelegten Spannung und der Dicke des elektrooptischen Kristalls in
Lichteinfallsrichtung ab, wird jedoch nicht durch die Öffnung der Linse beeinflußt
Deshalb ist eine große Linsenöffnung mit einer niedrigen Spannung erzielbar.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 perspektivisch
eine Linse variabler Brennweite unter Verwendung eines elektrooptischen Kristalls
mit zylindrischen Elektroden gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 perspektivisch
eine zweidimensionale Linse, die zwei der in Fig. 1 gezeigten Linsen mit variabler
Brennweite verwendet,
Fig. 3 perspektivisch ein weiteres Beispiel
für den Stand der Technik einer eindimensionalen Linse mit variabler Brennweite,
bei der ein geneigtes elektrisches Feld mittels Schlitzelektroden an einen elektrooptischen
Kristall angelegt wird, Fig. 4 perspektivisch ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem ein geneigtes elektrisches Feld an einen elektrooptischen Kristall
in einer Richtung parallel zur Einfallsrichtung des Lichts zur Erzeugung einer zweidimensionalen
Linsenwirkung angelegt wird, Fig. 5 eine Teildarstellung des Energieversorgungsteils
zur Versorgung des geneigten elektrischen Felds bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine transparente
Isolationsschicht zur Erleichterung der Herausführung der Leitungsdrähte verwendet
wird, Fig. 7 eine Ansicht der Elektroden auf der Oberfläche des elektrooptischen
Kristalls bei dem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 8 ein Querschnitt durch den
elektrooptischen Kristall bei der Linie A-A in Fig. 7, und Fig. 9 perspektivisch
ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem als Anlageeinrichtung für
das geneigte elektrische Feld eine kontinuierliche Beschichtung des transparenten
elektroleitenden Materials verwendet wird, die auf der Oberfläche des elektrooptischen
Kristalls aufgebracht ist.
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Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig.
4 ist mit 21 ein Kristall aus KH2PO4 bezeichnet, der einen linearen elektrooptischen
Effekt
(Pockels Effekt) zeigt; 22 ist ein erster transparenter
Elektrodenteil, der eine Vielzahl von konzentrischen ringförmigen transparenten
Elektroden 221, 222 ..... 22n aufweist, 23 ist ein Leitungsdraht, 24 ein zweiter
transparenter Elektrodenteil, der planar ist und 25 eine Polarisationsplatte.
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Wie allgemein bekannt ist, hat ein elektrooptischer KHzP04 eine Drehinversionsachse
(als z-Achse bezeichnet) und zwei Drehachsen (als x-Achse und y-Achse bezeichnet).
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Die z-Achse stimmt mit der optischen Achse überein.
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Wenn ein externes elektrisches Feld Ez an den Kristall längs der
z-Achse angelegt wird, ändert sich das Indexellipsoid des Kristalls, das durch
dargestellt wird; hierbei ist nO der Hauptbrechungsindex in x- und y-Richtung, ne
der Hauptbrechungsindex in z-Richtung und γ63 eine elektrooptische Konstante.
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Wenn die x-Achse und die y-Achse um 450 in die x'-Achse und y'-Achse
gedreht werden, wobei z' = z aufrechterhalten wird, sind die Koordinaten nx' und
ny', an denen das Indexellipsoid die x-Achse bzw. die y'-Achse schneidet, gegeben
durch: 3 no³ nx' = no - 2 γ63 Ez ....... (2) no³ ny' = no + 2 γ63 Ez
....... (3)
Wenn die Ausbreitungsrichtung durch den Kristall, in
dem das elektrische Feld in z-Richtung angelegt ist, die z = z -Achse ist, ist es
möglich, daß das Licht lediglich in Richtung der x'- und y'-Achsen polarisiert ist.
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Die Brechungsindizes nx und ny des polarisierten Lichts in x'-Richtung
und yl-Richtung sind durch die Gleichungen (2) und (3) gegeben.
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Deshalb ist für in x'-Richtung und'y'-Richtung polarisiertes Licht
die Änderung des Brechungsindex 1nx und Any durch das angelegte elektrische Feld
Ez in z-Richtung gegeben durch: 3 n an Y63 Ez .. (4) 3 An = + ° y63 Ez ..........
(5) y 2 Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Polarisationsrichtung
der Polarisationsplatte 25 in Richtung der x'-Achse eingestellt; deshalb wird durch
den Kristall hindurchgehendes Licht 28 von der Änderung des Brechungsindex beeinflußt,
die durch Gleichung (4) hinsichtlich der z-Achse des angelegten elektrischen Felds
Ez dargestellt wird.
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Die Dicke des Kristalls in Richtung der z-Achse ist konstant und
der erste und zweite transparente Elektrodenteil sind auf der Oberfläche des Kristalls
so vorgesehen, daß sie ein elektrisches Feld in Richtung der z-Achse entsprechend
der an die Elektrodenteile angelegten Spannung erzeugen. Die Elektroden 221, 222
* 22n in dem ersten transparenten Elektrodenteil 22 haben dieselbe Breite und sind
als konzentrische Ringe ausgebildet. Sie sind mit derselben Abstands teilung angeordnet
und elektrisch voneinander isoliert. Leitungsdrähte von den entsprechenden Ringelektroden
sind mit dem Energiequellenteil 26 verbun-
den.
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Wie in Fig. 5 gezeigt weist der Energiequellenteil 26 eine variable
Spannungsquelle 27, in Serie geschaltete Widerstände R1, R2 X Rn sowie Leitungsdrähte
231, 232 - 23n auf, die sich von den Widerständen her erstrecken. Der Widerstandswert
des m-ten Widerstands Rm wird durch den folgenden Ausdruck gegeben: R Rm = 2 + R
(m - 1) ,, (6) Hierbei ist R eine optische Konstante.
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Das Potential Vm am m-ten Leitungsdraht (Herausleitungsdraht) 23m
ist proportional zu der Spannung V der m variablen Energiequelle und zu #Rm. Aus
Gleichung (6) ergibt sich , daß #mRm = ½ m²R ist. Deshalb gilt Vmα m².V ............
(7) Das Potential Vm wird an die transparente Ringelektrode 22m angelegt und ein
zu Vm proportionales elektrisches Feld an der Ringfläche der transparenten Elektrode
in z-Richtung des Kristalls aufgebaut. r sei der Radiusabstand vom Mittelpunkt des
Kristalls. Wie man an den Gleichungen (2) und (7) sieht, ist m proportional zu r.
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Deshalb ist die Verteilung des Brechungsindex des Kristalls für einen
in x'-Richtung polarisierten Strahl 28 gegeben-durch: n = no (1 - ½A r²) .............
(8) Hierbei ist A eine Funktion A(V) der variablen Quellenspannung V. Wie allgemein
bekannt ist, ist die Wellenlänge einer Linse mit der Brechungsindexverteilung, wie
sie durch Gleichung (8) gegeben ist, allgemein gegeben durch:
f
= 1 (9) nO#A sin(#Al) .......... (9) Hierbei ist £ die Dicke des Kristalls 21 in
Richtung der z-Achse.
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Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, zeigt die Linse, die den in
diesem Ausführungsbeispiel gezeigten optischen Kristall verwendet, eine sammelnde
Wirkung und ihre Brennweite kann leicht und kontinuierlich dadurch geändert werden,
daß die Spannung V der variablen Spannungsquelle gesteuert wird.
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Der Aufbau der Elektrode 22 und des Energiequellenteils ist nicht
auf den in den Fig. 4 und 5 gezeigten beschränkt. Auch andere Aufbauten können verwendet
werden, vorausgesetzt daß die gewünschte quadratische Verteilung des Potentials
erhalten werden kann. Ferner können bei diesem Ausführungsbeispiel andere elektrooptische
Kristalle als KH2P04-Kristalle verwendet werden. Sogar wenn Kristalle mit einem
quadratischen elektrooptischen Effekt (Kerr-Effekt) verwendet werden, kann eine
Linsenwirkung ähnlich der Obigen dadurch erzielt werden, daß die Potentialverteilung
proportional zum Radius r gemacht wird. Es ist offensichtlich, daß die Polarisationsplatte
25 vor oder hinter dem Kristall 21 angeordnet werden kann.
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Im folgenden soll ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben werden,
das eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist.
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Das zweite Ausführungsbeispiel beruht auf der Realisierung, wenn
die beim ersten Ausführungsbeispiel gezeigte Polarisationsplatte so eingestellt
ist, daß die Polarisationsrichtung der Polarisationsplatte in Richtung der y -Achse
zeigt, eine zerstreuende Konkavlinse bei Verwendung derselben Potentialverteilung
erhalten werden
kann. Natürlich liegt eine derartige Konkavlinse
auch im Bereich der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß dem auf dieser Realisierung beruhenden zweiten Ausführungsbeispiel
kann die Vorzeichenumschaltung der Linsenbrechkraft von positiv auf negativ und
zurück, die gemäß dem Stand der Technik sehr schwierig zu realisieren ist, unverzüglich
lediglich dadurch erreicht werden, daß die Polarisationsrichtung der Polarisationsplatte
umgeschaltet wird.
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Genauergesagt weist das zweite Ausführungsbeispiel zusätzlich zu
den in Fig. 4 gezeigten Elementen eine Einrichtung auf, die die Polarisationsplatte
um 900 dreht.
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Diese Dreheinrichtung kann eine herkömmliche mechanische Einrichtung
oder eine andere bekannte Einrichtung sein, die zu diesem Zweck nützlich ist. Durch
reversibles Drehen der Polarisationsplatte um 900 oder ein ganzzahliges Vielfaches
hiervon, wird die Polarisationsrichtung des durch den Kristall hindurchgehenden
Lichts geändert, so daß von sammelnder auf zerstreuende Linsenwirkung et. vice versa
umg,es(:h:tltet wird. Auch irn Falle einer zerstreuenden Linse hängt die Brennweite
kontinuierlich von der Quellenspannung V ab.
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Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses
Ausführungsbeispiel ist auf eine konkrete Form der "Herausleitdrähte" und des Energiequellenteils
des ersten Ausführungsbeispiels gerichtet.
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In der Figur ist 21 ein KH2P04-Kristall mit einem linearen elektrooptischen
Effekt (Pockels"Effekt), 22 ein erster transparenter Elektrodenteil, der aus einer
Zahl von konzentrischen ringförmigen transparenten Elektroden 221, 22? 22n betoht;
231, 232 ist 23n sind Leitungsdrähte. Mit 24 ist ein 25 ebener zweiter transparenter
Elektrodenteil bezeichnet, mit 25 ein eine Polarisationsplatte, mit 27 eine variable
Spannungsquelle, mit 28 ein ein-
fallender Lichtstrahl und mit
29 eine transparente Isolationsschicht. Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel wird
auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein geneigtes elektri sches Feld durch die transparenten
konzentrischen ringförmigen Elektroden 221, 222 ..... 22n zur Erzeugung einer sammelnden
Linsenwirkung angelegt. Die Änderung der Brennweite wird durch Steuern der Spannung
V der variablen Spannungsquelle erzielt.
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Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Aufsicht der in Fig. 6 gezeigten Linse
mit variabler Brennweite, Fig. 8 einen Querschnitt bei der Linie A-A' in Fig. 7.
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Wie man aus diesen Figuren erkennt, sind die ringförmigen transparenten
Elektroden 221, 222 Z w 22 des n ersten Elektrodenteils 22 auf der ersten Fläche
des elektrooptischen Kristalls 21 angeordnet. Auf der zweiten Fläche, die der ersten
Fläche des Kristalls gegenüberliegt, ist der ebene zweite Elektrodenteil 24 vorgesehen,
der das gesamte Gebiet der zweiten Fläche bedeckt. Die zweite transparente Elektrode
24 ist mit dem Bezugspotential verbunden (geerdet). Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die erste Fläche des Kristalls, auf der die transparenten ringförmigen Elektroden
konzentrisch angeordnet sind, von einer transparenten Isolationsschicht 29 bedeckt.
Leitungsdrähte 231, 232 ,.,,. 23n sind auf der Außenfläche der transparenten Isolationsschicht
vorgesehen. Die transparenten ringförmigen Elektroden und die entsprechenden Leitungsdrähte
sind durch in der Schicht vorhandene Löcher verbunden. In Fig. 8 ist lediglich ein
Paar, bestehend aus einer Elektrode 221 und einem Leitungsdraht 231 gezeigt. Die
anderen aus ringförmigen Elektroden 22m und Leitungsdrähten 23m bestehenden Paare
sind in derselben Weise verbunden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel schneiden sich deshalb die transparenten
ringförmigen Elektroden und die entsprechenden Leitungsdrähte dreidimensional. Dieses
Ver-
bindungsverfahren bringt verschiedene Vorteile mit sich.
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Die Leitungsdrähte können sehr einfach herausgeführt werden und mit
den konzentrischen ringförmigen transparenten Elektroden in einfacher Weise verbunden
werden. Im allgemeinen stört das elektrische Feld, das von den Leitungsdrähten erzeugt
wird, die ideale axialsymmetrische Verteilung des elektrischen Felds0 Bei diesem
Ausführungsbeispiel wird jedoch die Intensität des elektrischen Felds innerhalb
des Kristalls, das von den Leitungsdrähten herrührt, auf ein Ausmaß verringert,
das der Dicke der Isolationsschicht entspricht. Deshalb wird die von den Leitungsdrähten
hervorgerufene Störung der.elektrischen Feldverteilung stark verringert. Dies ist
ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels. Durch Vorsehen der Isolationsschicht
ist die Befestigungsfläche für die Elektroden von der Befestigungsfläche für die
Leitungsdrähte verschoben. Dies hat den besonderen Vorteil, daß ein unerwünschter
Kontakt und eine Störung zwischen den Leitungsdrähten und den Elektroden und/oder
Zwischenleitungsdrähten und Leitungsdrähten vollständig für jedes Muster der Elektrodenanordnung
vermieden werden kann.
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Wie in Fig. 7 gezeigt, weist dieses- Ausführungsbeispiel Dünnfilmwiderstände
R1, R2 ..,.. Rn auf, die jeweils zwischen zwei Leitungsdrähten auf der Oberfläche,
die den Leitungsdrähten des transparenten Isolationsfilms gegenüberliegt, vorgesehen
sind. Die Breite und die Dicke dieser Dünnfilmwiderstände ist so gewählt, daß sie
Widerstandswerte entsprechend Gleichung (6) haben, wie sie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
verwendet werden. Auf diese Weise sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Widerstände
in die Linse selbst eingebaut. Deshalb kann bei diesem Ausführungsbeispiel ein äußerst
kompakter Aufbau realisiert werden.
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Das Ausführungsbeispiel ist zwar vorstehend für den Fall einer axialsymmetrischen
Feldverteilung beschrieben worden, es versteht sich aber von selbst, daß dieses
Aus-
führungsbeispiel auch bei anderen Elektrodenmustern anwendbar
ist. Auch können als Elektrode 22 und Energiequelle 27 andere Anordnungen als die
in Fig. 6 gezeigten verwendet werden. Erforderlich ist lediglich, eine quadratische
(rechteckförmige) Potentialverteilung zu erzeugen.
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Ferner versteht es sich, daß andere elektrooptische Kristalle als
KH2PO4-Kristalle zur Verwirklichung der vorstehend gegebenen Lehre verwendet werden
können. Sogar wenn Kristalle mit einem quadratischen elektrooptischen Effekt (Kerr-Effekt)
verwendet werden, kann eine gute Linsenwirkung, die zu der obigen äquivalent ist,
dadurch erzielt werden, daß die Potentialverteilung proportional zum Radius r ausgeführt
wird. Es ist offensichtlich, daß die Polarisationsplatte 25 vor dem Kristall 41
oder hinter ihm angeordnet werden kann.
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Fig. 9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses
Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch eine kontinuierliche Schicht aus einer elektroleitenden
Substanz 33 zwischen der inneren Elektrode 30 und der äußeren Ringelektrode 31 aus.
Die innere Elektrode 30, die auf der Kristall oberfläche vorgesehen ist, liegt auf
der optischen Achse des einfallenden Lichts. Die äußere Ringelektrode 31 hat einen
Radialabstand von der inneren Elektrode. Beim Abstand r von der inneren Elektrode
30 hat die Ringfläche der leitenden Schicht die Breite dr entsprechend dem Radialabstand
r. Die Dicke und die Dichte jedes Ringgebiets dr ist hinsichtlich der Breite derart
eingestellt, daß der Leitungswiderstand des Ringgebiets proportional zum Radialabstand
r ist. Wenn deshalb eine bestimmte Spannung an das Gebiet zwischen den beiden Elektroden
30 und 31 angelegt wird, wirkt der Kristall als Linse, da das Potential an jedem
Punkt der leitenden Schicht proportional zum Quadrat von r ist.
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Da sich die Potentialverteilung, d.h. die Feldverteilung bei diese
Ausführungsbeispiel kontinuierlich ändert, ergibt sich eine sehr gute Lin6enquaiititL.
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Die vorliegende Erfindung ist exemplarisch für eine zweidimensionale
Linse mit variabler Brennweite und äußerst einfachem Aufbau beschrieben worden.
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Das Merkmal, das eine große Linsenöffnung bei niedriger Spannung
erzielbar ist, ist auch zur Erzeugung einer olndirnensi onalen Linse unter Verwendung
eines elektrooptischen Kristalls vorteilhaft. Beispielsweise kann eine eindimensionale
Linse mit variabler Brennweite dadurch erhalten werden, daß ein geneigtes elektrisches
Feld an einen elektrooptischen Kristall mittels einer Vielzahl von schlitzförmigen
Elektroden in Richtung parallel zur Richtung des einfallenden Lichts angelegt wird.
Wie man leicht sieht, sind im vorliegenden allgemeinen Erfindungsgedanken alle Linsen
mit variabler Brennweite, die einen elektrooptischen Kristall verwenden, und bei
denen die Anlage des elektrischen Felds an den Kristall in Richtung parallel zur
Einfallsrichtung des Lichts erfolgt, eingeschlossen.
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Die vorstehende Beschreibung hat gezeigt, daß erfindungsgemäß eine
neuartige Ausbildung einer Linse mit variabler Brennweite beschrieben worden ist,
die einen elektrooptischen Kristall verwendet und die einen äußerst einfachen Aufbau
hat und als zweidimensionale Linse sowie als Linse mit großer Öffnung bei niedriger
Spannung verwendbar ist.
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Beschrieben wird eine neuartige Ausbildung einer Linse mit variabler
Brennweite. Ein elektrisches Feld mit einer Intensitätsverteilung, das in einer
Ebene senkrecht zu tlcr Richtung des einflllerlden Licht' geneigt ist, wird an (eintrl
clcktroop tiuchen Kristall zur Erzeugung einer Brechungsindexverteilung mit Linsen
wirkung in dem Kristall angelegt. Die Brennweite der Linsenwirkung wird durch Ändern
des angelegten elektrischen Feldes geändert.
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