KR20050085243A

KR20050085243A - 가변 유체 메니스커스 구성 형성장치

Info

Publication number: KR20050085243A
Application number: KR1020057009854A
Authority: KR
Inventors: 스테인 쿠이페; 드 왈르 게리안 에프. 에이. 반; 에드윈 엠. 월터인크; 마크 제이. 더블유. 메르텐스; 보케 제이. 페엔스트라
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-08-29
Also published as: AU2003280124A1; EP1579249B1; JP2006509263A; EP1579249A1; KR101098313B1; JP4564850B2; US7808717B2; WO2004051323A1; ATE435436T1; US20060079728A1; KR20050085249A; DE60328223D1

Abstract

유체 메니스커스에 전기습윤을 사용하여 가변 구성을 제공하는 장치. 유체 챔버(5)는, 서로 다른 측면을 갖는 에지가 유체 챔버에 의해 압박되는 메니스커스(14)에 의해 분리된 2개의 서로 다른 유체(A,B)를 보유한다. 제 1 전기습윤 전극(2a)은, 메니스커스 에지의 제 1 측면에 작용하도록 배치되고, 제 2 전기습윤 전극(2a')은 메니스커스 에지의 제 2 측면에 따로따로 작용하도록 배치된다. 선택된 메니스커스 구성은, 선택된 전압을 제 1 및 제 2 전기습윤 전극에 각각 제공하여 형성될 수 있다.

Description

가변 유체 메니스커스 구성 형성장치{APPARATUS FOR FORMING VARIABLE FLUID MENISCUS CONFIGURATIONS}

본 발명은 가변 유체 메니스커스 구성을 형성하는 장치에 관한 것이다.

국제특허공개 WO 99/18456에는 가변 메니스커스가 기재되어 있다. 본 구조에서, 렌즈는 도전액으로 채워진 챔버를 구비하고, 절연성 비혼화성 액체의 액적은 챔버 벽의 표면 구역에 보유된다. 이 액적은, 소수성 층과 인접한 친수성 층의 조합을 이용하여 상기 구역에 위치되어 있다. 상기 챔버 내의 전극들에 전압의 인가에 의해 상기 액적의 렌즈 상부면이 보다 볼록해진다. 일 실시예에서, 소수성 및 친수성 층은, 원통면을 따라 배치되고, 그 액적의 측면은 그 원형면을 따라 축방향으로 위치되어, 전압을 인가하지 않을 경우 친수성 층에 의해 중심에 위치하고, 전압을 인가할 경우 원통의 측면을 따라 일련의 축방향으로 이격된 전극들에 의해 중심에 위치한다.

상기와 같은 구조를 갖는 또 다른 가변 메니스커스는, 국제특허공개 WO 00/58763에 기재되어 있다. 절연성 액체의 액적을 중심에 위치시키는 제안된 수단은, 조정가능형 렌즈에 있는 절연층으로 형성된 종 모양의 입구를 가진 함몰부이다. 상기 함몰부의 측면은 상기 액적을 그 함몰부 내의 중심에 위치하고 그 액적 상의 볼록 렌즈 표면을 제공하도록 구성된다. 상기 함몰부의 기저가 그 함몰부의 측면과 동일한 재료로 형성되므로, 상기 재료는 렌즈가 작동하는 경우 투명해지도록 선택되어야 한다.

본 발명의 목적은, 상기 종래기술 구조 등의 가변 메니스커스를 향상시키는데 있다.

본 발명의 일 국면에 따르면, 전기습윤을 사용하여 유체 메니스커스에 가변 구성을 제공하는 장치는,

유체 챔버와,

서로 다른 측면을 갖는 에지가 상기 유체 챔버에 의해 압박된 메니스커스에 의해 분리된 2개의 서로 다른 유체와,

상기 메니스커스 에지의 제 1 측면에 작용하도록 구성된 제 1 전기습윤 전극 및 상기 메니스커스 에지의 제 2 측면에 따로따로 작용하도록 구성된 제 2 전기습윤 전극과,

상기 제 1 및 제 2 전기습윤 전극에 각각 서로 다른 전압을 공급하여 선택된 메니스커스 구성을 형성하는 전압제어 시스템을 구비한다.

본 발명의 이러한 국면을 갖는 장치는, 광학장치로서 사용되는 경우, 상기 광학장치의 광축을 중심으로 회전적으로 대칭되지 않은 바람직한 유체 메니스커스 구성을 형성한다. 예를 들면, 상기 광축에 대해 경사지고 및/또는 비점수차가 있는 구성을 설치하여도 된다. 유체 메니스커스 구성의 범위는 가변적인 제어가능방법으로 형성될 수 있다. 예시적 메니스커스 구성은, 3차원까지 광의 정밀한 굴절성 또는 반사성 각도가 기울 수 있는 평탄형상 및 아나모픽 렌즈 형상으로 이루어진다. 상기 메니스커스 구성은, 복수의 전극 및 하나의 공통전극의 구성에 걸쳐서 인가된 가변 전압 패턴의 인가중에 정확하고 효율적으로 형성될 수 있다. 다른 형태의 메니스커스 렌즈 구성, 예를 들면 대략 구면 렌즈 형상 및 보다 복잡한 렌즈 형상도 본 장치와 서로 다른 형태의 전압 패턴을 사용하여 형성되기도 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치는, 이미지 장면의 기록을 위한 이미지 센서와, 가변 유체 메니스커스와, 상기 메니스커스의 형상을 변경하여, 적어도

상기 가변 유체 메니스커스를 갖고, 기록될 이미지 장면의 제 1 영역을 상기 센서로 향하여 보내는 제 1 구성 및

상기 가변 유체 메니스커스를 갖고, 기록될 이미지 장면의 상기 제 1 영역과 서로 다른 제 2 영역을 상기 센서로 향하여 보내는 제 2 구성을 제공하도록 구성된 제어기를 구비한다.

본 발명의 이러한 국면을 갖는 장치에 의해, 대상 이미지 장면의 고해상 디지털 이미지들을 고해상 센서를 구비할 필요없이 기록할 수 있다. 현재의 이미지 기록방법들은, 비싸고 복잡한 촬영 센서를 사용한다. 본 발명의 이러한 국면은, 가변 유체 메니스커스 장치를 사용하여 대상 이미지 장면의 고해상 디지털 이미지를 효율적으로 간단하게 기록하는 새로운 수단을 제공한다.

추가로, 이러한 이미지 장면 기록 기술은, 디지털 촬영을 위한 공지된 초분해능 방법에 대한 이점을 제공한다. 이들은, 효과적인 이미지 개선 알고리즘을 상기 기록된 이미지 장면에 한번만 적용될 가능성을 포함하고, 그 개개의 이미지 영역은 함께 철해져 있다. 또한, 개개의 이미지 영역이 잘 촬영되어 있으므로, 기록된 전체 이미지를 얻기 위해 상기 적용된 시밍(seaming) 기술은, 비교적 간단한 이미지 처리단계일 수 있다.

본 발명의 다른 국면에 의하면, 전기습윤을 이용하여 유체 메니스커스들에 가변 구성을 제공하는 장치는,

각각의 서로 다른 유체 사이에 가변 구성을 갖는 각각 갖는 제 1 유체 메니스커스 및 제 2 유체 메니스커스를 형성하는 한 세트의 유체와,

전기습윤에 의해 상기 한 세트의 유체에 따라 작용하여 상기 제 1 및 제 2 유체 메니스커스의 구성을 변경하도록 구성된 한 세트의 전극과,

선택된 전압을 상기 세트의 전극에 공급하여 상기 제 1 및 제 2 유체 메니스커스를 선택된 구성으로 형성하는 전압 제어 시스템을 구비한다.

2개의 서로 다른 메니스커스를 선택된 구성으로 형성함으로써, 상기 장치는, 2단계로 방사빔의 파면을 변경하는데 사용될 수 있는데, 그 첫 번째 단계의 변경은 제 1 메니스커스를 거쳐 방사빔의 통과에 의해 제공되고, 두 번째 단계의 변경은 제 2 메니스커스를 거쳐 방사빔의 통과에 의해 제공된다. 일 실시예에서는, 단일 유체 챔버 내에 상기 세트의 유체를 포함하고, 이러한 실시예에서 상기 유체 중 하나는 제 1 및 제 2 메니스커스 사이에 위치된 중앙 공통 유체 성분으로 형성되는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서, 상기 세트의 유체는 2개의 유체 챔버에 구비되고, 각각은 제 1 및 제 2 메니스커스 중 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 전극들은, 제 1 및 제 2 메니스커스의 구성이 독립적으로 제어가능하도록 배치되고, 또 다른 실시예에서 상기 전극들은, 제 1 및 제 2 메니스커스의 구성이 서로의 상관관계에 따라 제어가능하도록 배치된다.

본 발명의 또 다른 국면에 의하면, 의료용 촬영장치는, 생체내 사용하기 위한 캡슐을 구비하고, 상기 캡슐은, 생체내 이미지 장면을 기록하는 이미지 센서(34)와, 가변 유체 메니스커스 구조(32)를 구비한다.

상기 가변 유체 메니스커스 구조는, 렌즈 및/또는 편향기이어도 된다. 편향기로서의 상기 구조의 동작에 대해, 상기 의료용 촬영장치에는, 상기 구조의 가변 유체 메니스커스의 형상을 변경하여 적어도,

상기 이미지 센서에 제 1 생체내 이미지 장면을 결상하는 가변 유체 메니스커스의 제 1 구성과,

상기 이미지 센서에 상기 제 1 생체내 이미지 장면과 다른 제 2 생체내 이미지 장면을 결상하는 가변 유체 메니스커스의 제 2 구성을 제공하도록 구성된 제어기가 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 구조에 있어서, 상기 캡슐은, 콤팩트하고 저전력 소모이며 경량인 모듈에서, 연속적 가변 포커스 및/또는 가변 방향성 촬영기능이 구비될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점은, 예시에 의해서만 주어지고 첨부도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예들에 관한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 포커싱 단계에 있어서 가변 아나모픽 렌즈 성형장치의 간략화된 측단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상기 가변 아나모픽 렌즈 성형장치에서 사용하기 위한 전극 구성의 평면 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상기 가변 아나모픽 렌즈 성형장치에서 사용하기 위한 다른 전극 구성을 나타내고,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 아나모픽 렌즈 성형장치에서 사용하기 위한 또 다른 전극 구성을 나타내고,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전극 구성에 걸쳐서 인가된 전압의 그래프 표시를 나타내고,

도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른, 회절에 적합한 유체 메니스커스 장치의 간략화된 측단면도,

도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 반사성 광 편향에 적합한 유체 메니스커스 장치의 간략화된 측단면도,

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 광 빔을 편향시키고 포커싱할 수 있는 유체 메니스커스의 측단면도,

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 모자이크 방법을 사용하여 구성된 캡쳐 이미지 장면을 나타내고,

도 14는 본 발명의 실시예에 따라 배치된 캡슐 카메라의 개략적인 단면도이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 아나모픽 메니스커스 형상을 형성하는 장치를 도시한 개략적인 측단면도이다. 본 실시예에서의 상기 장치는, 나란히 배치되고, 예를 들면 반도체 레이저와 같은 적절한 광원(3)에서 공급한 광 빔의 광축(1)에 대해서 이격된 측벽 세그먼트 전극들이라고도 하는 복수의 전기습윤 전극으로 이루어진 원통구조를 구비한 가변 포커스 아나모픽 메니스커스 렌즈이지만, 주목해야 하는 것은, 다음의 모든 실시예들에서, 광원은 상기 장치가 예를 들면 카메라에서 사용되는 경우 예를 들면, 이미지 장면으로 대체되어도 된다. 이하 렌즈의 구조 및 기능에 대한 설명을 한다.

도 4는 본 실시예에 있어서 렌즈의 광축(1)에 대해 복수의 세그먼트 전극으로 이루어진 구성의 광축(1)에 수직하게 자른 단면도이다. 상기 측벽 세그먼트 전극들은, 라벨 2a, 2a', 2b, 2b' 등의 예로 나타낸 쌍으로 그룹화된다. 한 쌍의 각 부재는, 광축(1)의 반대측의 다른 부재와 평행하게 놓여 있다. (미도시된) 전압제어회로는, 가변 전압 패턴을 세그먼트 전극(2)에 인가하는 전극 구성에 연결된다.

유체 접촉층(10)을 따라서 세그먼트 전극(2)의 구조는, 전면부재(4)와 후면부재(6)를 사용하여 밀봉된 튜브를 구성하여 2개의 유체를 포함하는 유체 챔버(5)를 구성한다. 이러한 예에서, 상기 전면 및 후면 부재(4,6)는 각각 투명하다.

본 실시예에서, 2개의 유체는, 실리콘 오일 또는 알칸 등의 비도전성 비극성의 제 1 액체 A와, 수용성 염용액 등의 전기 도전성 극성의 제 2 액체 B의 형태로 2개의 비혼화성 액체로 이루어진다. 2개의 액체는, 밀도가 동일하도록 구성되는 것이 바람직하므로, 상기 렌즈는 방위와 상관없이, 즉 그 2개의 액체간의 중력효과에 관계없이 기능을 한다. 이는 제 1 및 제 2 액체 조성물의 적절한 선택으로 이루어진다.

액체 A용 오일이 선택에 따라, 상기 오일의 굴절률은 1.25∼2.00에서 변화하기도 한다. 이와 마찬가지로, 액체 B가 수용성 염용액일 경우, 상기 굴절률은 첨가된 염량에 따라 1.33∼1.60에서 변화하기도 한다. 주목해야 하는 것은, 보다 높은 굴절률은, 예를 들면, 에틸렌 글리콜과 같은 다른 도전액을 사용하여 달성될 수 있다는 것이다. 본 실시예에서의 유체는, 제 1 액체 A의 굴절률이 제 2 액체 B보다 크도록 선택된다.

측벽 세그먼트 전극들은, 예를 들면 금속과 같은 도전재로 형성되고, 또한 예를 들면 파릴렌으로 형성된 절연층(8)으로 코팅되어 있다. 또한, 각 개개의 세그먼트 전극은, 인접한 전극들과 절연되어 있다. 세그먼트 전극들의 구조에 의해 설명된 원통 내부면은, 연속적이고 균일한 두께의 유체 콘택층(10)으로 코팅되어 있고, 이 콘택층으로 상기 유체 챔버의 원통벽을 갖는 메니스커스의 접촉각에서의 히스테리시스가 감소된다. 상기 유체 콘택층은, 듀퐁^TM에서 제조한 절연성 테프론^TMAF1600 등의 비정질 플루오로카본으로 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 유체에 의한 유체 콘택층의 습윤성은, 전압이 인가되지 않을 경우 상기 유체 콘택층(10)을 갖는 메니스커스(14)의 교차점의 양측면에서 실질적으로 동일하다. 이와는 달리, 절연층 및 상기 유체 콘택층은, 단순히 테프론 AF1600으로 이루어진 단일의 연속적이고 균일한 두께층으로 이루어져도 된다.

환상 형상의 본 예시에 있어서, 공통 끝벽 전극(12)은, 유체 챔버의 일단, 이 경우에는 상기 후면부재에 인접하게 배치되어 있다. 상기 끝벽 전극(12)은, 그 전극이 제 2 액체 B에 작용하도록 상기 유체 챔버내의 적어도 일부분과 함께 배치된다.

본 실시예에서의 2개의 액체 A 및 B는, 비혼화성 액체이어서 메니스커스(14)에 의해 분리된 2개의 유체 몸체로 분리된다. 이 메니스커스(14)는, 상기 유체 콘택층(10)과 접촉되어 있는 1개의 연속적인 에지를 갖는다. 상기 측벽 전극과 끝벽 전극간에 전압이 인가되지 않은 경우, 상기 유체 콘택층의 습윤성은 상기 제 2 액체 B보다 상기 제 1 액체 A에 대해 높다. 전기습윤으로 인해, 상기 제 2 액체 B에 의한 습윤성은, 측벽 세그먼트 전극(2)과 끝벽 전극(12)간의 전압 인가중에 변화하여, 메니스커스의 에지(유체 콘택층(10)과 2개의 액체 A,B 사이에서 접촉하는 선)에서의 메니스커스의 접촉각을 변화시키게 된다. 이와 같이 상기 메니스커스의 형상은, 각 세그먼트 전극(2)에서 상기 인가된 전압에 따라 가변한다.

도 1 내지 도 3은, 상기 메니스커스가 여러 가지의 서로 다른 회전적으로 대칭하는 대략 구면 렌즈 형상을 채용하도록, 측벽 세그먼트 전극들(2)을 동일한 인가전압으로 병렬로 구동하는 경우를 도시한 것이다. 나중에, 제어된 패턴으로 서로 다른 전압레벨의 서로 다른 전극에의 인가를 사용하여 가변 아나모픽 렌즈 형상을 어떻게 생성하는지를 설명할 것이다.

이제 도 1을 참조하면, 예를 들면 0V-20V과 같은 저전압 V₁을 상기 측벽 세그먼트 전극(2)과 끝벽 전극 사이에 인가하는 경우, 상기 메니스커스는 제 1 오목 메니스커스 형상을 사용한다. 본 구성에서, 액체 B에서 측정된 상기 메니스커스와 유체 콘택층(10) 사이의 초기 접촉각 θ₁은, 예를 들면 약 140도이다. 제 1 액체 A의 굴절률이 제 2 액체 B보다 크기 때문에, 여기서는 메니스커스 렌즈라고 부르는 메니스커스로 형성된 렌즈는, 본 구성에서 비교적 높은 음의 배율을 갖는다.

상기 메니스커스 형상의 함몰부를 감소시키기 위해서는, 보다 높은 크기의 전압을 측벽 세그먼트 전극(2)과 끝벽 전극(12) 사이에 인가한다. 이제 도 2를 참조하면, 상기 절연층의 두께에 따라 예를 들면, 20V-150V와 같은 중간전압 V₂를 상기 전극들 사이에 인가하는 경우, 상기 메니스커스는 도 1의 메니스커스와 비교하여 증가된 곡률반경을 갖는 제 2 오목 메니스커스 형상을 사용한다. 이러한 구성에서, 제 1 액체 A와 유체 콘택층(10)간의 중간 접촉각 θ₂은, 예를 들면 약 100도이다. 제 1 액체 A의 굴절률이 제 2 액체 B보다 크기 때문에, 본 구성에서의 메니스커스 렌즈는, 비교적 낮은 음의 배율을 갖는다.

볼록 메니스커스 형상을 제조하기 위해서는, 보다 더 높은 크기의 전압을 측벽 세그먼트 전극(2)과 끝벽 전극(12) 사이에 인가한다. 이제 도 3을 참조하면, 예를 들면, 150V-200V와 같은 비교적 높은 전압 V₃을 상기 전극들 사이에 인가하는 경우, 상기 메니스커스는 볼록한 메니스커스 형상을 사용한다. 이러한 구성에서, 제 1 액체 A와 유체 콘택층(10)간의 최대 접촉각 θ₃은, 예를 들면 약 60도이다. 제 1 액체 A의 굴절률이 제 2 액체 B보다 크기 때문에, 본 구성에서의 메니스커스 렌즈는, 양의 배율을 갖는다.

이와 같이, 상기 인가된 전압의 변화를 통해, 여러 가지 서로 다른 대략 구면 메니스커스 형상은, 한 개의 측벽 세그먼트 전극 쌍의 면에 생성될 수 있다.

일반적으로, 아나모픽 렌즈는, 대략 직교하고 축방향으로 분리된 2개의 초점선에서 입사하는 광선을 포커싱한다. 그 아나모픽 렌즈는 대략 직교하는 2개의 축에서의 초점 배율 또는 배율의 서로 다른 값을 나타내고, 그 2개의 직교축 중 하나를 상기 광축에 수직한 면에 배치된 원통축이라고 한다. 이들 초점 특성은, 광학 조건 '비점수차'를 특징으로 한다. 아나모픽 렌즈 형상은, 대략 원통형 특징 및 대략 구면 원통형 특징의 형상들로 이루어진다.

개개의 전압 및 서로 다른 전압을 각 측벽 세그먼트 전극쌍 2a 및 2a', 2b 및 2b' 등과 끝벽 전극(12)에 걸쳐서 인가함으로써, 아나모픽 메니스커스 렌즈 형상은, 가변 초점 배율 및/또는 비점수차의 가변 양 및 형태로 형성될 수 있다. 상기 인가된 전압은 메니스커스 렌즈 원주의 방향으로 측벽 세그먼트 전극들 사이에서 점점 변화된다. 평균 인가 전압은 초점 배율에 관계되고, 최고의 전압변화는 원통값에 관계된다.

도 7은 아나모픽 렌즈 형상에 인가된 전압들의 패턴으로 상대적인 전압값을 그래프로 도시한 것이다. 어떠한 전극에서 인가된 임의의 상대적인 전압값은, 광축(65)을 중심으로 상기 전극의 중심의 각도 위치에 대응하는 적절한 각도 위치에서 2개의 선들(64,66)간의 반경방향 거리로 하여서 결정될 수 있다. 이하, 상기 각도 위치는, 도 5a를 사용하여 설명된 세그먼트 전극들로 이루어진 장치의 원주를 중심으로 한 위치에 해당하다. 상기 그래프 표시는, 서로에 대해 수직으로 배치된 제 1 축(60)과 제 2 축(62)을 도시한 것이다. 제 1 축(60)은 메니스커스 형상의 원통축에 해당한다. 원형 원주선(64)을 사용하여, 상기 광축에 대해 (도 7에 미도시된) 세그먼트 전극들(30)의 중심의 가능한 모든 위치를 나타낸다. 서로에 대해 수직한 2쌍의 직사각형 세그먼트 전극들의 중심에 대응하는 위치는, 68과 70으로 각각 도시되어 있고, 이 경우에 각각 축 60, 62를 따라 놓인다.

인가 전압선(66)은, 상대적으로 전극 구조의 원주선(64) 상의 점에 대응하는 인가된 전압값을 나타낸다. 이 표시에 있어서, 상기 인가 전압선(66) 상의 점과 원주선(64) 상의 대응점간의 반경방향 거리는, 상대적 인가 전압을 나타내고, 공통 반경방향선은 축 60 또는 62 중 어느 한쪽으로부터 특정 각도를 이룬다. 이것은, 예시로서 도 7에 도시되어 있고, 그 라벨 72는 인가전압선(66)의 점을 나타내고, 라벨 74는 원주선(64) 상의 대응한 점을 나타낸다. 이들 점 모두는, 이 경우에, 축(62)으로부터 각도 θ로 공통 반경방향선(76)을 따라 놓인다.

상기 인가 전압선(66)의 점과 상기 원주선(64) 상의 대응점간의 반경방향 거리가 크면 클수록, 상대적으로 인가전압은 커진다. 예를 들면, 도 6에 도시된 것처럼, 비교적 높은 전압은 위치 70으로 나타낸 세그먼트 전극쌍에 걸쳐서 인가하는 반면에, 비교적 낮은 전압은 위치 68로 나타낸 세그먼트 전극쌍에 걸쳐서 인가한다. 위치 70으로 나타낸 다수의 세그먼트 전극쌍과 위치 68로 나타낸 다수의 세그먼트 전극쌍 사이에 배치된 각각의 중간 세그먼트 전극(30) 각각에 걸쳐서 인가된 전압은 점점 감소한다.

측벽 세그먼트 전극들의 쌍들과 끝벽 전극 사이에 인가된 전압의 패턴을 갖는 적절한 수단, 예를 들면 수동조작형 인가전압 제어기에 의한 전자 회전에 의해, 아나모픽 렌즈의 원통축의 정확한 각도 위치를 얻을 수 있다.

본 실시예에서, 각 세그먼트 전극의 폭은, 전극들의 원통 구조의 내부직경의 절반 미만, 바람직하게는 1/8미만이다. 이것은, 유체 챔버의 원통벽들간의 메니스커스 접촉각의 불연속적 과정에 의해 생긴 현저한 효과를 갖는 메니스커스 렌즈의 중심에서의 관찰을 감소시키는데 충분한 세그먼트 전극들, 바람직하게는 16개 이상의 사용을 포함한다.

도 5는 상기 렌즈의 광축에 수직하게 자른 평면도로, 아나모픽 메니스커스 렌즈 형상을 제조하는 다른 전기습윤 전극 구성을 도시한 것이다. 4개의 직사각형 세그먼트 전극들(41,42,43,44)은, 그들의 종방향 에지가 평행한 정사각형으로 상기 렌즈의 광축(45)을 중심으로 이격되어 있어서, 정사각형 가장자리를 형성한다. 본 실시예에서, 대향하는 세그먼트 전극들 41과 43가 쌍으로 배치되고, 42와 44가 쌍으로서 배치된다. 세그먼트 전극들의 내부면은, 메니스커스 에지를 속박하는 예를 들면 테프론^TMAF1600으로 형성된 연속적이고, 균일한 두께의 전기절연성 유체 접촉층(46)으로 피복된다.

도 1, 4 및 5를 참조하고, 도 4에 도시된 세그먼트 전극들의 구성을 4개의 세그먼트 전극들의 다른 구성으로 대체에 의해, 측벽 세그먼트 전극들과 상기 제 1 실시예에서의 환상 전극(12)과 유사한 끝벽 전극 사이에 전압 패턴을 인가할 수 있다. 상기 세그먼트 전극쌍들에 대한 서로 다른 인가 전압의 조합을 통해, 대략 원통형 또는 구 원통형인 아나모픽 메니스커스 렌즈 형상은, 각 개개의 세그먼트 전극벽과 메니스커스 렌즈간의 서로 다른 접촉각으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서, 렌즈 회전기구는, 아나모픽 메니스커스 렌즈의 원통축이 상기 광축(45)을 중심으로 자동으로 그리고 기계적으로 회전되도록 설치된다. 이것에 의해, 가변 아나모픽 렌즈가 각도상으로 정확히 위치지정될 수 있다.

도 7은 이전의 실시예에 기재된 것처럼, 본 실시예에서 적용되는 인가 전극 전압의 패턴의 일례를 도시한 것이다. 본 특정한 실시예에서, 상기 구성의 2쌍의 세그먼트 전극들(41 및 43, 42 및 44)은, 각도 위치에서 도면 라벨 68 및 68', 70 및 70'에 각각 해당한다.

도 6은 렌즈의 광축에 수직하게 자른 평단면도로, 아나모픽 렌즈 형상을 제조하는 또 다른 전기습윤 전극 구성을 도시한 것이다. 이러한 전극 구성을 사용하여 광수차가 감소된 렌즈 형상을 이룰 수 있다.

본 발명의 다른 실시예들의 이전에 설명된 다른 전극 구성에서처럼, 본 실시예에서의 세그먼트 전극들(52)은, 예를 들면 금속과 같은 도전재로 형성된다. 전극들의 배치에 의해 기재된 상기 가장자리의 내부면은, 상기 메니스커스 에지를 속박하는 예를 들면, 테프론^TMAF1600으로 형성된 연속적이고, 균일한 두께의 전기 절연성 유체 접촉층(58)으로 피복된다. 세그먼트 전극들(52)은, 광축(50)을 중심으로 그들의 종방향 에지가 가장자리를 정의하도록 평행하게 이격되어 있다. 본 예에서, 개개의 세그먼트 전극들(52)은, 광축(50)을 중심으로 원통형 가장자리를 형성하도록 배치되어 있다. 각 개개의 전극의 종방향 에지는, 전기 저항막(56)에 의해 인접한 전극의 평행하고 인접한 종방향 에지에 연결된다. 상기 막(56)이 상기 전극들(52)보다 덜 도전적인 것을 알아야 한다. 측벽을 따라 각 세그먼트 전극(52)의 폭은, 상기 저항막(56)에 의해 연결된 개개의 세그먼트 전극들의 2개의 인접한 종방향 에지들 사이의 거리 이하인 것이 바람직하다.

인접 전극들 사이의 저항막(56)의 폭을 가로질러, 불연속적 변화에 대향된 것처럼 상기 전극들의 2개의 인가전압들간의 전압에 있어서 점진적인 변화가 있다. 그 때문에, 상기 유체 메니스커스와 유체 접촉층(58)간의 접촉각은, 저항막(56)의 폭을 따라 점진적으로 변화한다. 접촉각은 세그먼트 전극들(52)의 폭에 걸쳐서 일정하게 유지한다. 그러나, 상기 저항막(56)에 의해 연결된 개개의 세그먼트 전극들의 인접한 종방향 에지들간의 거리에 비례하여 상기 세그먼트 전극들의 보다 작은, 상기 유체의 에지를 따라 접촉각의 불연속적인 변화를 더욱 감소시키는데 도움이 된다. 이러한 요인들은, 메니스커스 렌즈의 광수차를 확실히 감소시킨다.

도 4 및 도 6을 참조하고, 도 4에 도시된 세그먼트 전극들의 구성을 이러한 다른 세그먼트 전극 구성으로 대체하는 것에 의해, 그 동작방법은, 이전에 설명된 다른 전극 구성에 기재된 것과 아주 유사하다.

아나모픽 메니스커스 렌즈 형상은, 대향하는 세그먼트 전극들의 쌍과 끝벽 전극에 걸쳐서 서로 다른 인가전압의 조합에 의해 이루어질 수 있다.

도 7을 참조하면, 이전의 2개의 실시예에 기재된 것처럼, 상기 세그먼트 전극들에 걸쳐서 인가된 전압의 패턴은, 이 도면에 도시된 것처럼 광축(50)에 대한 각도 이격에 따라 변하기도 한다. 전극들(52)의 수는, 4개 이상 중 어느 하나이어도 된다. 더욱이, 광축(50)에 대한 아나모픽 메니스커스 렌즈의 정확한 각도 위치지정은, 상기 세그먼트 전극들의 쌍과 끝벽 전극에 걸쳐서 인가된 전압의 패턴의 광축(50)에 대한 회전에 의해 이루어질 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 굴절 광 편향에 적합한 유체 메니스커스 구성의 측단면도를 나타낸다. 이러한 실시예는, 여러 가지 면에서 이전의 실시예들과 동일하고, 도 1, 도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 것과 동일한 구성요소는, 100씩 증가한 도 8에 구성되어 있고, 여기서는 이전의 설명을 사용한다. 측벽 세그먼트 전극들(141,143)은, 도 5에 도시된 것처럼 전극들(41,43)과 동일하고 또한 100씩 증가된다. 본 실시예에서, 제 2 쌍의 측벽 세그먼트 전극들은 존재한다(미도시됨). 이러한 제 2 전극쌍의 전극들은 도 5의 전극들(42, 44)과 동일하고, 따라서 142 및 144로 번호가 매겨져 있다. 이러한 제 2 전극쌍은 단면으로 볼 경우, 도 5에 도시된 전극쌍(41, 43, 및 42, 44)의 것과 동일한 배치로 제 1 전극쌍(141, 143)과 수직하게 위치지정된다. 여기서는 이 전극들에 관한 이전의 설명을 사용한다.

끝벽 전극(112)과 측벽 전극(141)에 걸쳐서 인가된 전압 V₄으로, 액체 A와 유체 접촉층(110)간의 예를 들면, 60도와 같은 유체 접촉각 θ₄가 된다. 마찬가지로, 끝벽 전극(112)과 측벽 전극(143)에 걸쳐서 인가된 전압 V₅으로 유체 접촉각 θ₅가 된다. 본 실시예에서, 상기 인가된 전압 V₄,V₅는, 접촉각 θ₄ 및 θ₅의 합은 180도와 같도록 선택된다. 이러한 조건에 의해, 끝벽 전극을 갖는 양쪽의 측벽 전극(142,144)에 걸쳐서 상기 인가된 전압(여기서 각각 V₆ 및 V₇이라함)이 서로 실질적으로 동일하고 그 유체 접촉각 θ₆ 및 θ₇이 각기 90도이도록 적절한 값을 갖는 경우 상기 액체 A와 B 사이에서 평탄한 유체 메니스커스(80)가 된다.

광원(103)으로부터 제 1 광축(101)을 따라 입사하는 광빔은, 측벽 전극(141, 143)에 수직한 방향으로, 상기 평탄한 유체 메니스커스(80)에 의해 제 2 광축(82)을 따라 기존의 광빔을 생성하기 위해서 1차원으로 편향된다. 제 1 광축과 제 2 광축은, 상기 편향각 Φ₁에 의해 서로에 관련되어 있다. 이 편향각 Φ₁은, 상기 접촉각 θ₄ 및 θ₅의 합이 연속하여 180도와 같으면, 상기 인가된 전극전압 V₄,V₅의 변화에 의해 변화될 수 있다.

상기 인가된 전압 V₄, V₅를 서로 교환함으로써, Φ₁의 음의 편향각은, 동일한 각도 평면에서의 제 1 광축(101)으로부터 제 2 광축(82) 사이에서 얻어진다. 예로, 유체 접촉각 θ₁의 최소 가능값은, 약 60도이다. 액체 A가 고 회절용 오일, 예를 들면, 1.60의 굴절률을 갖는 변경 실리콘 오일일 경우와, 액체 B가 1.33의 굴절률을 갖는 물일 경우, 편향각 Φ₁의 최대값은 약 9도이다. 이러한 작은 각도에 의해 그 광빔을 정밀하게 편향할 수 있다. 또한, 약 9도의 편향각 Φ₁의 음의 값과 조합하면, 전체 편향각 Φ_T(미도시됨)는 입사하는 광빔에 대해 약 18도이다.

더욱이, 본 실시예에서, 편향각 Φ₁의 것과 수직한 면에서 입사 광빔의 다른 1차원 편향은, 끝벽 전극(112)과 측벽 전극(142 또는 144)(미도시됨) 각각에 걸쳐서 상기 인가된 전압 V₆ 및 V₇을 제어하여 이루어지므로, 그에 대응한 유체 접촉각 θ₆ 및 θ₇(미도시됨)의 합도 180도이다. 상기 인가된 전압 V₆ 및 V₇의 값들은, θ₆ 및 θ₇(미도시됨)가 90도와 같지 않도록 서로 같지 않도록 선택된다. 상기 인가된 전극 전압 V₆ 및 V₇의 변화에 의해, 그 θ₆ 및 θ₇의 합을 180도로 유지하면서, 제 1 광축(101)을 갖는 입사 광빔은 상기 편향각 Φ₁에 수직한 면에서 이루는 제 2 편향각 Φ₂(미도시됨)에 의해 편향될 수 있다. 또한, 동일한 각도면에서의 편향각 Φ₂의 음의 값은, 상기 인가된 전압 V₆ 및 V₇을 서로 교환하여 얻어질 수 있다.

2개의 편향각 Φ₁ 및 Φ₂의 선택적인 변화에 의해, 입사하는 광빔을 3차원으로 편향될 수 있다.

이전의 실시예에서는, 광축(101)에 대해 전기습윤 전극들을 회전하도록 회전기구를 설치한다. 이것에 의해 유체 메니스커스의 각도를 정확하게 위치지정할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 굴절성 광 편향에 적합한 유체 메니스커스 구성의 측단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 이러한 실시예는, 약 38도의 입사 광빔의 전체 편향각 Φ_T을 이전의 실시예보다 전체 편향각이 크게 할 수 있다. 이전의 실시예에서는, 도 1,2,3 및 도 5와 관련하여 설명된 것들과 동일한 본 실시예의 구성요소들을 200씩 증가하는 도 9에 구비되어 있고, 여기서는 이전의 설명을 적용한다. 본 실시예에서는, 형상이 환상이고 전면부재(204)에 인접하게 형성되도록 제 2 끝벽 전극(84)을 구비한다. 이러한 제 2 끝벽 전극은, 유체 챔버 내에서 적어도 이부에 배치되어 상기 전극은 도 9에 B'로 붙여진 액체 B의 제 2 유체층에 작용한다. (B'로 붙여진) 상기 액체 B의 제 2 층은, 제 1 유체 메니스커스(86)만큼 액체 A의 층으로부터 분리된다. 제 2 유체 메니스커스(88)는, 액체층 A와 B로 분리된다. 그 액체 B'는 이전의 실시예들에 기재된 것처럼 액체 B와 같은 액체로 이루어진다. 그러나, 주목해야 하는 것은, 액체 B'가 액체 A와 비혼화성이고, 전기적으로 도전하고 액체 A와 B에 대해 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 것이 바람직한 다른 유체이어도 된다는 것이다.

본 실시예에서, 2개의 축방향으로 이격된 세트의 전기습윤 전극은, 측벽의 주변에 대해서 이격되고 도 5에 도시된 것처럼 배치되어 있다. 하나의 세트는, 전극(241a, 243a)으로 이루어진다. 나머지 세트는 전극(241b,243b)으로 이루어진다. 이전의 실시예들의 동일한 설명에 따른 것처럼, 제 2 끝벽 전극(84)과 측벽 전극(241 또는 243) 각각에 걸쳐서 인가된 전압 V₈ 및 V₁₀의 변화에 의해, 그에 대응한 유체 접촉각 θ₈ 및 θ₁₀을 변화시킨다. 제 1 유체 메니스커스(86)는, 유체 접촉각 θ₈ 및 θ₁₀의 합이 180도일 경우 평탄하다. 마찬가지로, 제 2 유체 메니스커스(88)의 형상은, 제 1 끝벽 전극(206)과 측벽 전극(241,243) 각각에 걸쳐서 인가 전압 V₉, V₁₁의 변화에 의해 변화될 수 있다. 제 2 메니스커스(88)는, 유체 접촉각 θ₉ 및 θ₁₁의 합이 180도일 경우 그 인가 전압 V₉, V₁₁에 따라 평탄하다.

제 1 광축(201)을 갖는 광원(203)으로 입사하는 광빔은, 상기 평탄한 제 1 유체 메니스커스(86)에 의해 측벽 전극(241,243)의 면에서 1차원적으로 편향된다. 이 편향된 광빔은, 제 2 광축(90)을 갖고, 편향각 Φ₃만큼 제 1 광축(201)에 각도상으로 관련되어 있다. 제 2 광축(90)을 갖는 편향된 광빔은, 평탄한 제 2 유체 메니스커스(88)에 의해 더 편향된다. 그 결과의 더 편향된 광빔은, 편향각 Φ₃만큼 제 2 광축(90)에 각도상으로 관련되어 있는 제 3 광축(92)을 갖는다. 편향각 Φ₃ 및 편향각 Φ₄의 합은, 가변 유체 메니스커스 장치에 의해 입사 광빔의 결합된 편향각을 제공한다. 이전 실시예들에서 상세히 설명된 것처럼, 측벽 전극(241,243)에 수직을 이루는 각 끝벽 전극(204,206)과 각 측벽 전극(242,244)(미도시됨) 각각에 걸쳐서 전압을 추가로 인가함으로써, 상기 평탄한 메니스커스(86,88)는, 편향각 Φ₃, Φ₄의 각도면에 수직한 또 다른 각도면에서 상기 광원(203)으로부터 입사하는 광빔을 편향시키도록 제어되어서 3차원으로 입사 광빔을 편향시킬 수 있다. 측벽 전극쌍에 걸쳐서 인가 전압을 서로 교환함으로써, 상기 편향각 Φ₃, Φ₄의 음의 값은, 이전에 설명된 것처럼, 달성될 수 있다.

이전의 실시예들과 마찬가지로, 이러한 실시예의 전기습윤 전극들은, 전기적으로 또는 제공된 회전기구를 사용하여 광축(201)을 중심으로 회전되어 그 유체 메니스커스의 각도를 정확하게 위치지정한다.

또 다른 실시예에서, 2개의 평탄한 유체 메니스커스(86,88)는, 상기 챔버의 주변에 대해 이격된 단일 세트의 전극을 사용하여 서로 평행하게 놓이도록 배치된다. 이러한 실시예는, 도 9를 사용하여 도시되고 설명된 것과 동일한 가변 프리즘 또는 빔 시프터를 구비한 애플리케이션에서 사용되어도 된다.

도 10은 굴절성 광 편향에 적합한 유체 메니스커스 구성의 측단면도이다. 이러한 본 발명의 실시예는, 이전의 실시예보다 약 100도의 입사 광빔의 전체 편향각 Φ_T을 크게 할 수 있다.

이전의 실시예에서는, 도 1, 2, 3 및 5와 관련지어 설명된 것들과 동일한 본 실시예의 구성요소를 300씩 증가시킨 도 10에 제공하고, 여기서는 이전의 설명을 적용한다. 본 실시예에서, 측벽 전극(341,343)의 쌍은, 서로 평행하게 놓이지 않는다. 그 똑같은 내용이 측벽 전극(342,344)(미도시됨)의 수직한 쌍에게도 해당된다. 본 실시예에서, 측벽 전극은 각뿔대로서 배치된다.

이전의 실시예들의 동일한 설명에 따른 것처럼, 끝벽 전극(312)과 측벽전극(341 또는 343) 각각에 걸쳐서 인가 전압 V₁₂ 및 V₁₃의 변화에 의해, 그에 대응한 유체 접촉각 θ₁₂ 및 θ₁₃을 변화시킨다. 상기 유체 접촉각 θ₁₂ 및 θ₁₃이 적절한 값을 갖는 경우, 평탄한 유체 메니스커스(94)는, 액체 A와 B 사이에서 얻어진다. 이전의 실시예에서는, 상기 메니스커스(94)에 의해 1차원적으로 광원(303)으로부터 제 1 광축(301)을 갖는 입사 광빔을 제 2 광축(96)을 갖는 방향으로 편향한다. 제 1 및 제 2 광축은, 편향각 Φ₅만큼 서로 관련되어 있다. 그 편향각 Φ₅의 음의 값은, 상기 인가전압 V₁₂ 및 V₁₃을 서로 교환함으로써 얻어질 수 있다. 이전의 실시예들의 것과 같은 광빔의 3차원 편향은, 측벽 전극 342 또는 344(미도시되고, 측벽전극 쌍 341, 343에 수직함)와 끝벽 전극(312)에 걸쳐서 인가된 전압의 변화에 의해 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 전기습윤 전극들의 광축(301)에 대한 회전은, 적절한 전기적 또는 기계적 회전기능으로 이루어질 수 있다.

도 11은 반사광 편향에 적합한 유체 메니스커스 구성의 단순화된 측단면도이다. 달리 말하면, 유체 메니스커스는 미러로서 기능을 한다. 입사 광빔의 최대의 전체 편향각 Φ_T은, 약 125도이다. 이전의 실시예에서는, 도 1, 2, 3 및 5와 관련지어 설명된 것들과 동일한 본 실시예의 구성요소를 400씩 증가시킨 도 11에 제공하고, 여기서는 이전의 설명을 적용한다. 본 실시예에서, 측벽 전극 441,443 및 442,444(미도시됨)은, 서로 평행하게 놓이지 않는 에지들을 갖는다. 다른 예로서, 측벽 전극들은 서로 평행하게 놓이는 에지들을 가질 수도 있다는 것을 꾀한다. 또한, 에지들이 서로 평행하게 놓이는 동안 전극들은, 삼각형 구성으로 배치될 수 있다는 것을 꾀한다. 본 실시예에서는, 재료가 투명한 것을 제외하고는 이전의 설명과 같은 재료로 측벽 전극들을 형성한다. 추가로, 상기 유체 접촉층(410)도 투명하다.

이전의 실시예들과 마찬가지의 방법으로, 인가 전압 V₁₄ 및 V₁₅은, 측벽 전극(441 또는 443) 각각과 끝벽 전극(406)에 걸쳐서 인가된다. 이 인가 전압 V₁₄ 및 V₁₅ 의 변화에 의해, 그에 대응한 유체 접촉각 θ₁₄ 및 θ₁₅이 각각 생긴다. 인가 전압 V₁₄ 및 V₁₅과 그 유체 접촉각 θ₁₄,θ₁₅의 적절한 값에 따라, 액체 A와 B 사이의 유체 메니스커스(98)는 형상이 평탄하다. 광원(403)으로부터의 제 1 광축(401)을 갖는 입사 광빔은, 투명한 측벽전극(도 11의 측벽 전극(441)으로서 도시됨)을 통과하여 근접각 ψ₁에서 상기 메니스커스(98)에 부딪힌다. 이와는 달리, 입사 광빔은, 측벽 전극 자체를 통과하기보다는 2개의 측벽 전극의 인접한 에지들간의 공간을 통과하기도 한다. 상기 근접각 ψ₁은 임계각 이하이고, 입사 광빔은 상기 메니스커스(98)에 의해 반사적으로 편향되어 제 2 광축(99)을 따라간다. 제 1 광축(401)과 제 2 광축(99)은, 편향각 Φ₆에 의해 관계되어 있다. 상기 근접각 ψ₁이 상기 임계값 이하이면, 그 편향각 Φ₆은 메니스커스(98)가 평탄한 것을 확보하고 있는 동안 인가 전압 V₁₄ 및 V₁₅과 그 유체 접촉각 θ₁₄,θ₁₅의 변화에 1차원적으로 변화될 수 있다. 입사 광빔의 3차원 반사는, 끝벽 전극(406)과 측벽 전극(442 또는 444)(미도시됨)에 걸쳐서 전압을 더 인가하여 이루어질 수 있다. 상기 인가 전압은 확실히 메니스커스를 평탄하게 하는데 적절한 값들을 가질 필요가 있다. 상기 편향각 Φ₆의 각도 평면에 수직한 각도 평면에서의 입사 광빔의 반사는, 상기 메니스커스(98)에 부딪히는 입사 광빔의 제 2 근접각 ψ₂(미도시됨)이 임계각 이하일 경우 일어난다. 입사 광빔의 3차원 편향은, 양쪽 편향각의 조합에 의해 이루어질 수 있다. 이전의 실시예에서는, 제 2 광축(99)에 대해서 회전기구에 의해 전기습윤 전극들을 회전시켜 상기 메니스커스의 각도를 정확하게 위치지정할 수 있다.

도 12는 광빔의 편향과 포커싱에 적합한 측단면도로 본 발명의 실시예를 도시한 것이다.

본 실시예는 여러 가지 면에서 이전의 실시예들과 동일하고 도 1,2,3 및 도 4와 관련하여 설명된 것과 동일한 구성요소는 500씩 증가시킨 도 12에 구성되어 있고, 여기서는 이전의 설명을 적용한다.

이전의 실시예들에서 상세히 설명한 것처럼, 끝벽 전극(512)과 측벽 전극(502a 또는 502a') 각각에 걸쳐서 전압 V₁₆ 및 V₁₇를 인가하면 그에 대응한 유체 접촉각은 θ₁₆ 및 θ₁₇이 된다. 액체 A와 B 사이의 유체 메니스커스(514)는, 상기 유체 접촉각 θ₁₆, θ₁₇의 합이 180도와 같지 않은 경우 구 또는 구 원통 형상을 채용한다. 인가 전압 V₁₆ 및 V₁₇과 그에 대응하게 유체 접촉각은 θ₁₆, θ₁₇의 변화로, 상기 메니스커스(514)의 곡률과 그 곡률의 경사는 변할 수 있다. 광원(503)으로부터 제 1 광축(501)을 갖는 입사 광빔은, 메니스커스(514)에 의해 편향되어 제 2 광축(16)을 따라간다. 제 1 광축(501)과 제 2 광축은, 상기 편향각 Φ₇에 관계되어 있다. 그 편향각 Φ₇은, 측벽 전극(502a, 502a')이 서로 평행하게 놓이지 않은 경우 약 62.5도까지의 값으로 할 수 있다. 그 측벽전극(502a, 502a')이 서로 평행한 경우, 약 9도의 최대 편향각 Φ₇이 된다. 또한, 광축들이 제 1 광축(501)과 평행한 광원(503)으로부터의 입사 광빔은, 초점(18)에 수속하도록 상기 메니스커스(514) 상의 서로 다른 점에서 서로 다른 편향각만큼 상기 메니스커스에 의해 편향된다. 인가 전압 V₁₆, V₁₇의 변화에 의해, 입사 광빔의 편향각과 또한 상기 측벽 전극쌍(502)의 평면에서의 초점(18) 위치의 1차원적 각도 변화가 생긴다. 인가 전압 V₁₆ 및 V₁₇을 서로 교환함으로써, 음의 편향각 Φ₇은 동일한 각도평면의 제 1 광축(101)으로부터 제 2 광축(82) 사이에서 얻어진다.

입사 광빔의 3차원적 편향은, 끝벽 전극(512)과 예를 들면 도 4의 2b,2b'라고 붙여진 측벽 세그먼트 전극들과 동일한 것들과 같은 또 다른 측벽 세그먼트 전극들의 쌍에 걸쳐서 인가 전압의 동일한 변화에 의해 이루어질 수 있다. 인가 전압의 변화에 의해, 상기 메니스커스(514)의 곡률 변화가 동일해지므로 상기 광빔의 편향각들과 초점(18) 양쪽에 변화가 생긴다.

주목해야 하는 것은, 본 실시예에서의 광 빔의 편향은, 굴절성을 갖지만, 그 반사적 편향도 꾀한다는 것이다.

메니스커스 구성의 변화에 의한 전환 속도와, 인가된 전극 전압 V₁₆, V₁₇의 변화의 결과로서 상기 메니스커스(514)의 편향 특성들은, 액체 A와 B 양쪽의 점도, 유체 챔버(5)의 크기 및 메니스커스 곡률의 변화 정도에 의존한다.

본 예시에서, 원통 유체 챔버(5)의 직경이 2mm인 경우 전환속도는 10ms의 범위 내에 있다. 상기 원통 유체 챔버(5)의 직경은, 수 cm 내지 수 μm까지의 치수를 갖는 가질 수 있다.

본 발명의 본 실시예의 하나의 애플리케이션은, 고해상도 디지털 촬영에 있다. 또한, 이러한 애플리케이션은, 고체 광학 렌즈와 결합하여 도 5 및 도 8 또는 도 10을 사용하여 앞에서 설명한 본 발명의 다른 실시예들을 사용하여 이루어질 수 있다는 것을 꾀한다. 현재의 방법은, 대상 이미지 장면의 고해상도 이미지를 얻기 위해서 보다 큰 양의 화소들을 갖는 값싼 촬영 센서들의 사용을 포함한다. 본 발명의 모자이킹 방법에 있어서, 상기 센서는 복수의 시간 동작하여 도 13에 도시된 것처럼, 대상 이미지 장면(20)의 고해상도 이미지를 캡쳐한다. 예를 들면 카메라와 같은 센서에서의 본 발명의 본 실시예의 적절한 내장에 의해, 상기 대상 이미지 장면은, 수개의 영역으로의 분할에 의해 기록된다. 본 예시에서, 이미지 장면(20)은, 모자이크 패턴에 따라 4개의 연속적인 영역(22,24,26,28)으로 분할된다. 각 영역의 디지털 이미지는, 영역 이미지를 캡쳐하기 전에 각 영역에 초기에 줌인 및 포커싱하는 카메라에 의해 개별적으로 그리고 연속적으로 기록된다. 이러한 줌인 및 포커싱은, 본 실시예에 상세히 설명된 것처럼 전기습윤 전극들에 걸쳐서 인가된 전압의 변화만큼 상기 유체 메니스커스의 구성의 변화에 의해 이루어진다. 메니스커스의 곡률을 변화시키는 빠른 능력과, 대상 이미지 장면의 또 다른 영역에 카메라가 서로 다르게 줌인 및 포커싱할 수 있는 신속성은, 전체 이미지를 보다 효율적이고 보다 높은 해상도로 기록될 수 있게 한다. 이를 달성하기 위해서, 이미지 장면(22,24,26,28)의 영역의 상기 개별적으로 기록된 이미지들은, 위치적으로 서로 관련되게 매핑되어 상기 대상 이미지 장면의 기록된 이미지를 완전히 구성한다. 개별적으로 기록된 대상 영역 이미지(22,24,26,28)가 서로 완전하게 정확하게 정렬되지 않은 예에서, 교정 와핑(warping) 기법은, 예를 들면 다항식 기법을 적용할 수 있다. 서로 개개의 대상 영역 이미지의 정렬 및 시밍(seaming)도, 개개의 기록된 이미지 영역 내에 대상 이미지 장면(20)의 특징(30)의 식별을 사용하여 이루어질 수 있다. 상관관계에 의거한 간단한 심(seam) 기능의 일례로는, 평균 필터가 있다. 고품질의 시밍을 위해서, 웨이블릿 또는 다른 멀티스케일 기법을 사용하여도 된다. 이미지 기록이 동화상일 경우, 이미지 장면 특징의 움직임 추정법을 사용하여 대상 이미지 장면의 동일한 특징을 식별하여서 시밍 기능을 제공한다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배치된 캡슐 카메라의 개략적인 단면도이다. 이 캡슐 카메라는, 음식물 섭취 후 환자의 신체 내부를 생체내 촬영하도록 구성되어, 예를 들면 위장관의 장면을 촬영한다. 상기 캡슐은, 환자가 쉽게 음식물 섭취를 하도록 5cm x 3cm 미만의 크기를 갖는 방수형 투명한 외부 하우징(30)을 갖는다. 상기 설명된 실시예들 중 하나에 따른 유체 메니스커스 렌즈(32)는, 촬영 센서(34), 예를 들면 전하결합소자(CCD) 또는 상보적 금속산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서 앞의 캡슐 하우징(30) 내측에 위치되어, 센서에 촬영 장면의 가변 포커스 및/또는 가변 편향을 제공한다. 2개의 광원(36,38), 예를 들면 발광다이오드(LED)는 상기 렌즈(32)에 인접하게 설치되어, 주변 촬영 영역 상에 광을 투사한다. 상기 캡슐은, 이미지 저장장 메모리 및/또는, 이미지들을 외부 픽업장치에 송신하는 마이크로파 송신기 등의 이미지 전송장치로 이루어진 제어부(40)와, 배터리 또는, 외부적으로 자기신호에 의해 구동되어 전력을 생성하는 자기 코일 세트 등의 전력원(42)을 구비한다. 상기 실시예들 중 하나에 따라 배치된 가변 포커스 및/또는 가변 편향 유체 메니스커스 렌즈(32)를 사용하여, 상기 캡슐에는, 콤팩트하고 저소비전력 및 경량 모듈에서 연속적으로 가변 포커스 및/또는 가변 방향성 촬영기능이 구비되어 있다. 렌즈(32)는, 단일 도는 이중 메니스커스 줌 렌즈이어도 된다. 이중 메니스커스 렌즈일 경우, 2개의 메니스커스는, 동일한 광축을 따라 상기 줌 기능을 쉽게 실행하도록 배치된다.

본 발명의 실시예들의 애플리케이션은, 광빔의 편향을 포함하는 장치의 다른 배치와 관련되어 있다. 하나의 상기와 같은 예는, 레이저 빔의 회전 미러 상에서의 반사에 영향을 미치는 바코드 스캐너를 사용하고 있다. 본 발명은 판독되는 바코드 상에 포커싱된 레이저 스폿 강도와 그에 따른 스캐너 감도의 최대화를 포함하는 이점을 제공한다. 추가로, 상기 스캐너의 크기를 줄일 수 있다.

다른 애플리케이션은, 포커싱 가능형 액체 렌즈를 내장한 3차원 레이저 스캐너에 관계한다. 스캐닝은, 상기 액체 렌즈에 대하여 스캐닝된 기판의 이동에 의해 수행된다. 본 발명은, 무이동 기판을 주사하기 위해서 메니스커스 액체 렌즈의 변화에 의해 더욱 효율적인 스캐닝을 하게 할 것이다.

또 다른 애플리케이션은, 도로 특징 상에 운송수단 헤드램프의 광빔의 포커싱과 조준을 포함한다. 예를 들면, 상기 헤드램프는 도로에서의 굴곡부를 따라가서 운전자에게 그 도로의 보다 낳은 장면을 제공하기도 한다.

또 다른 애플리케이션은, 새로운 조명 가능성을 발광체에 제공하고 있다. 예를 들면 LED로부터의 광빔의 어레이는, 본 발명에 의해 복수의 전용 조명효과를 생성하도록 개별적으로 (포커싱되고 조준된) 편향될 수 있다. 광빔의 어레이에 대한 다른 애플리케이션은, 시각적으로 깨끗한 윈도우를 동시에 제공하도록 배치된 윈도우에 내장된 편향적 유체 메니스커스를 포함하지만, 랜덤하거나 만곡된 구성에 대해 편향적 메니스커스를 전환할 때, 상기 윈도우는 입사광을 발산하거나, 광을 특정 방향으로 상기 윈도우를 통과시킬 수 있다.

본 발명의 촬영 애플리케이션은, '스테디 샷' 자동 카메라 또는 쌍안경 장치에서 가변 유체 메니스커스의 내장에 관계한다. 이러한 장치는, 메니스커스 구성의 제어형 변동을 사용하여 촬영되는 장면의 선택부분에서 시야를 따라가고 유지할 수 있을 것이다. 이러한 제어형 변화는, 이미지 장면에 대한 카메라의 움직임을 검출하는 가속도계로 이루어진 세트를 구비한 움직임 센서에 영향을 받을 것이다. 상기 장치는, 단일의 전기 제어가능형 소자를 필요로 하기만 할 것이다. 광섬유 애플리케이션에 있어서, 본 발명을 사용하여 메니스커스 구성의 제어된 변화에 의해 섬유들로 이루어진 어레이에서의 제 1 섬유로부터 제 2 섬유로의 신호들을 전환할 수 있다.

상기 실시예들은, 본 발명의 예시적 예들로서 이해해야 할 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예들을 꾀할 수 있다.

본 발명의 또 달리 꾀한 실시예로서, 유체 몸체의 사용은, 액체를 각각 포함하는 유체에 한정되지 않는다. 이와는 달리, 그 유체들 중 하나는 가스를 함유하기도 한다.

이때, 본 발명의 모든 실시예에서, 전압은 세그먼트 전극들의 쌍과 끝벽 전극보다는 개개의 세그먼트 전극들에 걸쳐서 인가될 수 있다. 그렇게 하면, 독립적이고 서로 다른 인가 전압은, 아주 복잡한 메니스커스 렌즈 형상의 형성에 있어서 생기는 개개의 세그먼트 전극들 각각에 인가되어도 된다. 이것은, 방향성 및 회전성 방위를 전기적으로 제어할 수 있는 평탄한 메니스커스 형상으로 이루어진다.

유체 A의 굴절률이 상기 예에서의 유체 B보다 크지만, 상기 유체 A의 굴절률은 유체 B보 낮을 수도 있다. 예를 들면, 상기 유체 A는, 물보다 굴절률이 낮은 (퍼)플루오르화 오일이어도 된다. 이 경우에, 비정질 플루오로폴리머층은, 플루오르화 오일내에서 용해될지도 모르기 때문에 사용하지 않는 것이 바람직하다. 다른 유체 접촉의 예로는, 파라핀 코팅이 있다.

상기 실시예와 관련하여 인가될 수 있는 다른 변형은, 반사성 광 편향을 기재한 상기 실시예에 대한 입사 광빔의 다른 굴절성 광 편향에 영향을 미치고, 그 반대의 경우도 사실이다.

또한, 본 발명의 실시예들에서는, 입사 광빔의 추가의 광 편향(굴절성 또는 반사성)을 상기 장치의 투명한 전극들에 의해 수행하는 것을 꾀한다. 이 전극들을 형성하기 위한 적절한 재료 선택은, 그 재료의 광 편향 특성에 의존하기도 한다.

임의의 하나의 실시예와 관련하여 설명된 임의의 특징은 하나만을 사용하거나, 설명된 다른 특징들을 조합하여 사용하여도 되고, 또한, 임의의 다른 실시예들의 1개 이상의 특징과 조합하여 사용되거나, 임의의 다른 실시예들의 임의의 조합을 사용하여도 된다.

Claims

전기습윤을 사용하여 유체 메니스커스에 가변 구성을 제공하고,

유체 챔버(5;105)와,

서로 다른 측면을 갖는 에지가 상기 유체 챔버에 의해 압박된 메니스커스(14;80;88;94;98;514)에 의해 분리된 2개의 서로 다른 유체(A;B)와,

상기 메니스커스 에지의 제 1 측면에 작용하도록 구성된 제 1 전기습윤 전극(2a;41;141;241;341;441;502a) 및 상기 메니스커스 에지의 제 2 측면에 따로따로 작용하도록 구성된 제 2 전기습윤 전극(2a';43;143;243;343;443;502a')과,

상기 제 1 및 제 2 전기습윤 전극에 각각 서로 다른 전압을 공급하여 선택된 메니스커스 구성을 형성하는 전압제어 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유체 챔버는, 유체 챔버의 주변을 정의하는 유체 접촉 측벽구조(10;46;58;110;210;310;410;510)를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 전기습윤 전극은, 상기 주변을 중심으로 상호 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 주변을 중심으로 배치된 대향되게 놓은 전기습윤 전극들(2a';41,43)로 이루어진 1개 이상의 쌍을 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
제 3 항에 있어서,

대향되게 놓은 전기습윤 전극들로 이루어진 2쌍(41,43;42,44)을 포함하고, 그 쌍들은 상기 주변을 중심으로 서로 실질적으로 수직하게 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전기습윤 전극들(2,52,502)은, 상기 주변을 중심으로 실질적으로 원형으로 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항 내지 제 5 항에 있어서,

각 전기습윤 전극(52)의 폭은, 2개의 인접한 전기습윤 전극들 사이의 거리보다 작고, 각각은 유체 접촉 측벽에 대해서 각도거리에서 측정되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

각 전기습윤 전극(2;41;43;141;143;241;243;341;343;441;443;502)의 폭은, 2개의 인접한 전기습윤 전극들 사이의 거리보다 크고, 각각은 유체 접촉 측벽에 대해서 각도거리에서 측정되는 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

인접한 전기습윤 전극들은, 점점 변화하는 전압 변화를 인접한 전극들에 걸쳐서 제공할 수 있는 전기 저항 재료(56)에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전압제어 시스템은, 전기습윤 전극들에 대해서 전압들의 패턴을 회전시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

회전축을 중심으로 상기 전기습윤 전극들을 물리적으로 회전시키는 기계 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

방사빔을 광축(1;101;201;301;401;501)을 따라 방출하는 방사원(3;103;203;303;403;503)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전압제어 시스템은, 전기습윤 전극들에 걸쳐서 전압을 인가할 수 있도록 구성되어 유체 메니스커스에 의해 입사 광빔의 가변 편향 양을 제공하고, 상기 편향은, 방사빔의 광축의 정렬의 변화에 관계되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 장치는, 상기 유체 메니스커스에 의한 편향은 굴절성을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 장치는, 상기 유체 메니스커스에 의한 편향은 반사성을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장치는, 제 1 측면에서의 유체 메니스커스의 제 1 접촉각(θ₅;θ₁₀;θ₁₁)은 90도미만이고 제 2 측면에서의 유체 메니스커스의 제 2 접촉각(θ₄;θ₈;θ₉)은 90도보다 큰 유체 메니스커스 구성을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장치는, 상기 유체 접촉 측벽의 제 1 측면에서의 유체 메니스커스의 제 1 유체 접촉각(θ₁₆)과 제 2 측면에서의 유체 메니스커스의 제 2 접촉각(θ₁₇)이 90도 미만인 유체 메니스커스 구성을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서

상기 장치는 아나모픽 유체 메니스커스 구성을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유체 챔버 내의 서로 다른 유체(A;B;B')는, 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

2개 이상의 독립적으로 제어가능한 유체 메니스커스(86;88)를 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
이미지 장면(20)의 기록을 위한 이미지 센서와, 가변 유체 메니스커스(514)와, 상기 메니스커스의 형상을 변경하여, 적어도

상기 가변 유체 메니스커스를 갖고, 기록될 이미지 장면의 제 1 영역(22)을 상기 센서로 향하여 보내는 제 1 구성 및

상기 가변 유체 메니스커스를 갖고, 기록될 이미지 장면의 상기 제 1 영역과 서로 다른 제 2 영역(24;26;28)을 상기 센서로 향하여 보내는 제 2 구성을 제공하도록 구성된 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 장치는, 적어도 제 1 및 제 2 이미지 장면 영역을 사용하여 상기 이미지 장면의 단일 이미지를 구성하기 위한 이미지 처리기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,

상기 장치는, 입사 광빔을 서로 다르게 편향하는 가변 유체 메니스커스 구성을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장치는, 상기 장치의 움직임을 검출하는 움직임 검출기를 더 구비하고, 상기 제어기는 그 장치의 검출된 움짐에 따라 가변 유체 메니스커스(514)의 구성을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
생체 내에서 사용하기 위한 캡슐을 구비하되, 상기 캡슐은 생체내 이미지 장면의 기록을 위한 이미지 센서(34)와, 가변 유체 메니스커스 구조(32)를 구비한 것을 특징으로 하는 의료용 촬영장치.
제 24 항에 있어서,

상기 가변 유체 메니스커스 구조는 렌즈인 것을 특징으로 하는 의료용 촬영장치.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,

상기 구조의 가변 유체 메니스커스의 형상을 변경하여 적어도

상기 이미지 센서에 제 1 생체내 이미지 장면을 결상하는 가변 유체 메니스커스의 제 1 구성과,

상기 이미지 센서에 상기 제 1 생체내 이미지 장면과 다른 제 2 생체내 이미지 장면을 결상하는 가변 유체 메니스커스의 제 2 구성을 제공하도록 구성된 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 의료용 촬영장치.