KR20060014398A - 조정 가능형 미러 - Google Patents

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KR20060014398A
KR20060014398A KR1020057021472A KR20057021472A KR20060014398A KR 20060014398 A KR20060014398 A KR 20060014398A KR 1020057021472 A KR1020057021472 A KR 1020057021472A KR 20057021472 A KR20057021472 A KR 20057021472A KR 20060014398 A KR20060014398 A KR 20060014398A
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meniscus
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KR1020057021472A
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베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스
스테인 쿠이페
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

조정 가능형 미러는, 광축에 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있는 제 1 유체 및 제 2 유체를 구비한다. 이 유체들은, 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다르다. 반사면은, 상기 광축에 횡으로 연장한다. 메니스커스 조정기는, 상기 메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 제어가능하게 변경하도록 구성된다.
조정 가능형 미러, 유체, 광축, 메니스커스, 조정기

Description

조정 가능형 미러{ADJUSTABLE MIRROR}
본 발명은 조정 가능형 미러와, 이 조정 가능형 미러를 구비한 광학장치와, 상기 미러와 상기 광학장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
미러는, 광을 반사시키도록 구성된 장치이다. 광이란, 가시 전자기 방사선과 다른 파장의 전자기 방사선을 모두 포함한다고 이해된다.
조정 가능형 미러는, 미러의 반사특성을 제어가능하게 조정할 수 있는 미러이다. 이를테면, 반사면의 형상(또는 명백한 형상)은 변경되어도 되거나, 상기 반사면의 위치(또는 명백한 위치)는 변경되어도 된다.
조정가능형 미러의 일 종류는, 미러의 반사면을 원하는 형상으로 제어가능하게 변형할 수 있는 변형가능한 미러가 있다. 이를테면, 구형 렌즈의 반사면은, 미러의 곡률반경을 변경하도록 제어가능하게 변형되어도 된다. 상기 변형 가능한 미러는, 일반적으로 반사하는 텔리스코프에서 사용된다.
US 5,880,896에는 광 디스크 기록/재생장치에서 사용하기 위한 변형 가능한 미러가 기재되어 있다. 미러는, 반사면을 갖는 가요성 부재를 제어가능하게 변형시 켜서 조정되고, 상기 부재는 정전기적 스트레스로 변형된다.
상기 변형 가능한 미러는, 미러가 연속적으로 스트레스를 받고 스트레스가 해소되어 원하는 형상을 얻기 때문에, 마모되기 쉽다. 또한, 원하는 방식으로 반사면을 변형시키는 것은, 제어하기 곤란하여서, 양호한 광학품질의 변형 가능한 광학 미러를 제공하는데 비교적 비싸다.
DE 19710668에는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 것처럼, 또 다른 조정 가능형 미러(10)가 기재되어 있다. 미러계(10)는, 유체(14)로 채워진 멤브레인(12)을 구비한다. 상기 멤브레인(12) 내의 유체(14)의 압력은, 펌프(16)에 의해 제어된다. 멤브레인(12)은, 가변렌즈로서 동작하고, 그 렌즈의 형상( 및 이에 따른 배율)이 상기 유체(14)의 압력에 따라 변한다. 도 1a는, 저압에서, 즉 상기 멤브레인(12)이 쌍-오목 렌즈를 형성하는 상기 유체(14)를 나타낸 것이다. 도 1b는 고압에서, 즉 상기 멤브레인(12)이 쌍-볼록렌즈를 형성하는 상기 유체(14)를 나타낸 것이다.
상기 멤브레인(12)의 일 표면의 중심부(18)에, 리지드(rigid) 볼록 반사면(20)이 부착된다. 상기 멤브레인(12)과 반사면(20)으로 형성된 미러(10)는, 상기 유체(14)의 압력을 변화시켜서 조정된다. 따라서, 멤브레인(12)으로 형성된 렌즈의 배율은 변경되고, 이에 따라 명백한 미러의 곡률(즉, 멤브레인(12)과 만곡된 반사면(20)에 의한 렌즈 형상의 결과인 미러의 총 배율)은 조정된다. 이러한 미러계의 단점은, 멤브레인 표면과 반사면의 이동으로 인해, 양호한 광학특성을 유지하기가 곤란하고 진동에 민감하다. 또한, 그것은 기계적인 마모에 민감하다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 여기에 있는 내용을 참조하든지 기타 내용을 참조하든지간에 종래기술의 하나의 이상의 문제점을 해결하는 조정 가능형 미러를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 목적은, 상기 개선된 조정가능형 미러를 내장한 광학장치와, 상기 개선된 조정가능형 미러와 상기 광학장치를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 특정 실시예들의 목적은, 동작시에 광 경로가 기계적 마손에 비교적 민감하지 않은 조정 가능형 미러를 제공하는데 있다.
(발명의 요약)
첫번째 국면에서, 본 발명은, 광축에 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있고 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와, 상기 광축에 횡으로 연장하는 반사면과, 메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 제어가능하게 변경하도록 구성된 메니스커스 조정기를 구비한, 조정 가능형 미러를 제공한다.
상기 2개의 유체들간의 인터페이스는 입사 방사선의 방향을 변경하도록 동작할 수 있고, 예를 들면 인터페이스는 렌즈 또는 빔 편향기로서 동작할 수 있다. 상기 인터페이스의 형상 또는 위치를 변화시켜서, 상기 미러의 효과적인 광학특성(즉, 배율, 명백한 위치 또는 명백한 방위)를 조정할 수 있다. 이동하는 기계적 부품을 상기 조정 가능형 미러의 광 경로 내에서 필요로 하지 않을 때, 미러의 성능은, 기계적 마손에 비교적 영향을 받지 않는다.
다른 국면에서, 본 발명은 광축에 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있고 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와, 상기 광축에 횡으로 연장하는 반사면과, 메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 제어가능하게 변경하도록 구성된 메니스커스 조정기를 구비한, 광학장치를 제공한다.
또 다른 국면에서, 본 발명은, 광축에 실질적으로 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있고 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체를 설치하는 단계와, 상기 광축에 횡으로 연장하는 반사면을 설치하는 단계와, 메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 메니스커스 조정기를 설치하는 단계를 포함한, 조정 가능형 미러의 제조방법을 제공한다.
또 다른 국면에서, 본 발명은, 광축에 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있고 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와, 상기 광축에 횡으로 연장하는 반사면을 구비한 광학장치를 동작시키는 방법을 제공하되, 미러가 원하는 반사특성을 제공하도록 메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 제어가능하게 변경하는 광학장치 동작방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은, 첨부하는 청구항에 기재된 것과 같은 바람직한 특징으로부터 명백해질 것이다.
[도면의 간단한 설명]
보다 낳게 본 발명을 이해하고, 본 발명을 실행하는 방법을 나타내기 위해서, 아래의 첨부하는 다이어그램도를 예시에 의해 참조하겠다:
도 1a 및 1b는 2개의 서로 다른 구조에서 개략적인 단면의 공지된 조정 가능형 미러를 도시한 것이고,
도 2a 및 2b는 조정 가능형 미러와, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조정 가능형 미러가 설치된 동일한 광학 기능의 각각 개략적인 단면도,
도 3은 도 2a에 도시된 조정 가능형 미러에서 사용하는데 적합한 전기습윤 조정가능형 렌즈를 도시하고,
도 4a 및 4b는 조정 가능형 미러와, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조정 가능형 미러가 설치된 동일한 광학 기능의 각각 개략적인 단면도,
도 5a 및 5b는 조정 가능형 미러와, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 조정 가능형 미러가 설치된 동일한 광학 기능의 각각 개략적인 단면도,
도 6a 및 6b는 조정 가능형 미러와, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 조정 가능형 미러가 설치된 동일한 광학 기능의 각각 개략적인 단면도,
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 조정 가능형 미러의 개략적인 단면도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공진 캐비티를 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조정 가능형 미러(100)를 나타낸다. 이 미러(100)는 2개의 특유의 구성요소, 즉 반사면(110)과, 굴절률이 서로 다른 2개의 유체(130,140)로 형성된 가변렌즈로 이루어지는 것으로서 간주될 수 있다.
유체는, 임의의 힘에 따라 그 형상을 변경하고, 그 챔버의 외형으로 흐르게 하거나 그 외형을 따라가게 하고, 기체, 액체 및 고체와 흐를 수 있는 액체의 혼합물을 구비하는 물질이다.
2개의 유체는, 실질적으로 비혼화성이다, 즉 2개의 유체는 혼합되지 않는다. 그래서, 렌즈 기능는, 상기 유체들의 굴절률이 서로 다르므로, 2개의 유체들 사이의 접촉영역을 따라 형성된 메니스커스(150)로 형성된다. 렌즈 기능는, 하나 이상의 파장의 광을 포커싱 하는(수속 또는 발산하는) 메니스커스(150)의 능력이다.
상기 메니스커스(150)는, 미러(100)의 광축(90)에 횡으로 연장한다. 횡으로 라는 용어는, 메니스커스가 광축을 가로지르고(즉, 그것이 가로질러 연장되고), 메니스커스가 광축에 평행하지 않고, 즉 메니스커스(150)가 임의의 각도에서 광축(90)을 가로질러도 된다는 것을 나타낸다. 반사면(110)도, 광축(90)을 가로질러 연장되고, 그 반사면이 상기 메니스커스를 향해 대향하고 있다. 상기 유체들은, 표면(120,122)으로 한정된 챔버(125) 내에 둘러싸인다. 상기 광축(90)을 따라 놓인 챔버(125)의 벽(120,122)의 적어도 일부분은 투과적이다.
전형적으로, 상기 챔버(125)의 원하는 부분 내에 상기 유체들을 배치시키기 위해서, 상기 챔버의 서로 다른 영역의 유체마다 습윤성이 서로 다르고, 이러한 각 유체는 각각의 영역에 의해 흡인될 것이다. 습윤성은, 일 측면이 일 유체에 의해 젖은(덮인) 정도이다. 이를테면, 상기 유체 130이 극성 유체이고, 유체 140이 비극성 유체인 경우, 상기 반사면 위에 놓이는 투과영역(122)은 극성 유체 130을 흡인하고 비극성 유체 140을 흡인하지 않도록 친수성이어도 된다.
조정 가능형 렌즈(100)에 의해 제공된 미러 기능은, 메니스커스(150)에 의해 제공된 렌즈 기능과 반사면(110)에 의해 제공된 반사기능의 결과라는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 특정 실시예에서, 상기 반사면의 평면이다. 이 특정 예시에서, 상기 메니스커스는 (유체 130에서 본 것처럼) 볼록하고, 그 유체 130은 유체 140의 굴절률보다 높다.
따라서, 조정가능형 미러(100)에 의해 제공된 광학 기능은, 도 2b에 도시된 것처럼 오목 미러(190)의 광학 기능이다.
광축을 따라서의 메니스커스의 위치(즉, 반사면에 대한 메니스커스의 위치) 도는 메니스커스의 형상을 조정하여서, 상기 조정가능형 미러에 의해 제공된 미러 기능은 변경될 수 있다. 이를테면, 메니스커스(150)를 보다 더 볼록하게 하면, 즉, 점선 150'으로 도시된 형상이 되면, 그 결과의 미러 기능은 즉, 점선 190'으로 나타낸 것처럼 곡률 반경이 보다 작은 미러의 기능일 것이다.
메니스커스 조정기를 사용하여 메니스커스(150)의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 변경한다. 상기 유체들 중 적어도 하나의 용적( 및 그에 따른 메니스커스(150)의 형상)을 변위(위치 또는 형상을 변경)하는 각 종 방법은, 예를 들면 WO 02/069016내에 기재되어 있다.
상기 메니스커스 형상은, 전기습윤 현상을 이용하여 변경되는 것이 바람직하다. 전기습윤에 있어서, 3상 접촉각은 인가된 전압에 따라 변경된다. 그 3상은, 2개의 유체와 고체로 구성된다. 전형적으로, 적어도 제 1 유체는 액체이다.
전기습윤 현상을 이용하는 가변 포커스 렌즈는, 국제특허출원 WO 99/18456에 기재되어 있다. 이러한 구성에서, 렌즈는, 도전성의 제 1 유체와, 벽 둘레에 도포된 유체 접촉층에 의해 챔버의 표면 구역 내에 보유된 절연성의 비혼화성 제 2 유체의 액적으로 채워진 챔버를 구비한다. 상기 유체 접촉층은, 그 유체 접촉층의 일부가 소수성이고 인접한 부분이 친수성이기 때문에 상기 액적을 위치 결정한다. 상기 챔버에서 전압을 전극으로 인가하는 것에 의해, 그 액적의 굴절하는 상부면 또는 메니스커스가 보다 볼록해지게 된다. 일 실시예에서, 상기 유체 접촉층의 소수성 및 친수성 부분은, 원통면을 따라 배치되고, 그 액적의 측면은 그 원통면을 따라 축방향으로 배치됨으로써, 전압이 인가되지 않는 경우 친수성 부분에 의해서 그리고, 전압이 공급되는 경우 실린더의 측면을 따라 일련의 전극에 의해 중심에 위치된다.
도 3은 전기습윤 현상을 사용하여 동작하는 또 다른 바람직한 가변 포커스 렌즈(200)를 도시한 것이다. 이러한 렌즈(200)는, 조정 가능형 미러(100)를 형성하기 위해 도 2a에 도시된 가변 포커스 렌즈(120,122,130,140,150)로서 사용될 수 있다.
상기 장치(200)는, 제 1 유체(220)와 제 2 유체(230)로 이루어지고, 이 2개의 유체는 비혼화성이다. 상기 제 1 유체(220)는 실리콘 오일 또는 알칸 등의 비도전성 비극성 액체이다. 제 2 유체(230)는, 염용액을 함유한 물(또는 물과 에틸렌 글리콜의 혼합물) 등의 도전성 또는 극성 액체이다.
상기 2개의 유체(220,230)는, 밀도가 동일하도록 구성되어, 렌즈가 방위와 상관없이 기능하도록 그 2개의 액체간의 중력 현상을 최소화하도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 2개의 유체(220,230)의 굴절률은 서로 달라서, 그 2개의 유체 사이의 인터페이스(225)는 렌즈로서 동작할 것이다.
상기 인터페이스(225)의 형상을 변화하면, 렌즈의 초점길이를 변화시킬 것이다. 상기 인터페이스(225)의 형상은, 전극 260과 전극 242간에 전압을 인가하여 상기 장치(200)의 접촉각을 변경함으로써, 전기습윤 현상에 의해 조정된다.
상기 장치를 통해 광을 투과시키도록, (도면에 도시된 방위에서, 상부면과 하부면) 상기 장치의 적어도 대향면은 투과적이다. 이러한 특정 실시예에서, 상기 장치는, 실린더(210)의 형태를 취하고, 광은 상기 실린더의 투과 단부(212,214)를 통해 입사 및 출사된다. 상기 유체(220,230)는 상기 실린더(210)에 의해 한정된 밀봉 공간 내에 넣어진다. 상기 실린더(210)의 내부 표면의 일단부(260)는, 극성 유체(230)를 흡인하도록 친수성이다. 그 실린더(210)의 나머지(즉, 대향단부 및 내부측벽)는, 소수성 코팅물(270)로 코팅되어 있다.
친수성 영역(260)은 전체적으로 친수성 재료로 형성되거나 또는 이와는 달리 친수층(예를 들면, 실리콘 디옥사이드 또는 유리)으로 코팅되어 있다.
이러한 특정 실시예에서, 상기 내부 표면의 친수성 영역(260)은, 전극을 형성하도록 투과적인 친수성 도전체(예: 인듐 주석 산화물)로 완전히 덮여 있다.
전압은, 투과 전극(260)과, 3상선 근접하게 상기 장치(200)의 둘레에 연장되는 환상전극(242)에 의해 극성 액체(230)를 거쳐 가변 전압원(240)으로부터 공급된다. 가변 전압원(240)이 DC 소스로서 도시되어 있지만, 이와는 달리 그 전압원은 AC소스이어도 된다. 상기 전극(242)은 극성 유체(230)와 도전성 접촉을 하지 않고 있다.
상기 실린더의 내부 표면의 일 영역이 친수성이 되도록 하고, 나머지 내부 표면은 소수성이 되도록 함으로써, 이 2개의 유체 시스템에서, 상기 장치의 안정성은 크게 향상될 것이라는 것을 알 수 있을 것이다. 극성 유체는, 비극성 유체만을 갖는 것이 바람직한 내부 표면의 임의의 부분에 고착하지 않을 것이고, 또 이와 반대로 할 것이다.
본 조건은, 극성 유체(230)가 소수성 코팅물(270)의 일부와 접촉되는 것을 막지 않는 것을 주목해야 한다. 친수성층의 목적은, 극성 유체를 배치하는데 있다, 즉 극성 유체를 (그 위치가 자주 적어도 부분적으로 형상을 한정하는) 원하는 위치에 유지하게 하는데 있다. 그래서, 비교적 작은 친수성 영역은, 이러한 목적에 적합할 수도 있다. 이를테면, 상기 장치의 내부 표면의 전체는 극성 유체(들)를 특정 형상 또는 위치에 유지할 필요가 있는 영역들과는 별도로 소수성일 수 있다.
전기습윤은, 표면의 극성 또는 도전성 유체의 습윤성을 증가시키는데 사용될 수 있다. 이러한 습윤성이 초기에 (극성 유체일 경우, 이것은 보통 소수성 표면, 예를 들면 테프론형 표면이라고 말한다) 작으면, 전압은 보다 크게 하는데 사용될 수 있다. 습윤성이 초기에 (극성 유체일 경우, 이것은 보통 친수성 표면, 예를 들면 실리콘 디옥사이드라고 한다) 크면, 전압을 비교적 적게 인가한다. 따라서, 전기습윤장치에서, 3상선은 소수성 층과 초기에 접하여 있는 것이 바람직하다.
도 4a는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조정 가능형 미러(300)의 개략적인 단면도이다. 상기 미러 300은 도 2a에 나타낸 미러 100와 유사하고, 동일한 참조번호는 유사한 부품을 나타내는데 사용된다. 본 특정 실시예에서, 조정 가능형 미러(300)는, 유체가 채워진 챔버(125)에 접속되고 그 유체들 중 하나 이상의 양을 챔버(125)에 대해 펌핑하도록 구성된 펌프(30)를 더 구비한다. 본 특정예에서, 상기 펌프(310)는 상기 유체 130의 용적을 증가함과 동시에 상기 유체 140의 용적을 감소시키도록 구성되어(또 이와 반대로 구성되어), 상기 챔버(125) 내의 2개의 유체(130, 140)의 총 용적을 동일하게 유지한다. 그 결과에 의하면, 메니스커스(150)는 유체들이 첨가됨에 따라 광축을 따라 이동될 것이다, 즉 여분의 유체(130)가 첨가되면, 메니스커스는 위치 150"으로 이동되기도 한다. 본 특정 실시예에서, 상기 메니스커스의 형상은 변경되지 않고, 광축에 따른 위치만 변경된다.
따라서, 그 결과는, 상기 메니스커스와 반사면에 의해 제공된 동일한 미러 기능을 갖는 형상은 변경되지 않고, 도 4b에 나타낸 것처럼, 광축을 따라 미러 기능을 갖는 위치만은 변경된다. 390은 메니스커스가 위치 150에 있는 경우를 나타내는 미러 기능을 나타내고, 390"는 메니스커스가 위치 150"에 있는 경우의 미러 기능을 나타낸다.
각종 형태의 펌프는, 펌프(310)로서 사용되어도 된다. 이를테면, 국제특허출원 WO 02/069016에는, 예를 들면 전기 모세관의 차동압력 전기 모세관 현상, 전기습윤, 연속적인 전기습윤, 전기영동, 전기삼투, 유전영동, 일렉트로하이드로 다이내믹 펌핑, 열 모세관, 열 팽창, 유전 펌핑, 또는 가변 유전 펌핑으로 이동될 수 있고, 이것의 임의의 것을 사용하여 펌프(310)에서 필요로 하는 펌프동작을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 상기 메니스커스의 형상은, 메니스커스 위치가, 예를 들면 광축에 평행하게 움직이는 벽들의 습윤성을 변화시켜서 또는, 전기습윤현상을 적용하여서 변경함에 따라, 변화된다.
상기 실시예에서, 알 수 있는 것은, 굴절률이 높은 유체(130)는 반사면에 인접하고, 메니스커스(150)는 상기 유체에 대해 볼록하다는 것이다. 그러나, 2개의 유체 중 어느 한쪽은 보다 큰 굴절률을 갖고, 메니스커스는 양쪽의 유체에 대해 오목 또는 볼록할 수 있다는 것을 알 것이다. 이를테면, 도 5a는 비극성 유체(140)가 보다 높은 굴절률을 갖고 반사면(11)에 인접한 조정가능형 미러(400)를 나타낸 것이다. 이러한 예에서, 상기 유체(130)는, 극성 액체이고, 반사면(110)에 대향하는 유체 챔버(120,122)의 표면을 구성하는 친수성 표면(122)을 거쳐 배치된다.
상기 결과는, 메니스커스(152)가 오목렌즈로서 동작할 것이고, 그 메니스커스와 반사면에 의해 제공된 그 결과의 광학기능이 볼록 미러(490)의 기능이다. 메니스커스의 곡률이 예를 들면 152'로 증가하면, 대응한 미러 기능의 곡률은 그에 따라 감소될 것이다. 즉 미러 기능은 보다 낮은 곡률반경 490'을 가질 것이다.
상기 실시예들은 예시에 의해서만 제공되고, 각종 대안들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것을 알 수 있을 것이다. 이를테면, 상기 실시예들에서, 평면 반사면을 사용한다고 가정한다. 이러한 평탄한 반사면의 이점은, 반사적으로 쉽게 구성한다는 것이다. 그러나, 상기 반사면은, 예를 들면, 오목, 볼록, 포물선(paraboldoidal), 또는 임의의 원하는 비구형 형상과 같은 임의의 형상일 수 있다. 상기 실시예들에서, 반사면은 실질적으로 광축에 수직한다고 가정한다. 그러나, 반사면이 광축을 횡단하는(즉, 그것이 가로지르는) 한, 광축에 대해 임의의 원하는 각도를 이룰 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이를테면, 상기 반사면은 소정의 각도로 광축을 가로지르는 평면일 수 있거나, 또는 마찬가지로 그것은 광축에 대해 경사진 오목면 또는 볼록면일 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 조정가능형 미러는, 2개의 유체들 사이의 메니스커스로 형성된 단일의 가변 광학장치(예: 가변렌즈)와, 단일 반사면을 구비한 것으로서 도시되었다. 그러나, 또 다른 실시예는 복수의 가변 광학장치 또는 복수의 반사면을 구비할 수 있다. 이를테면, 조정가능형 미러는, 가변 광학장치(바람직하게는 각 광학장치가 반사면의 서로 다른 영역에 해당함)로 이루어진 어레이를 갖는 단일의(비교적 큰) 반사면으로 형성될 수 있다.
마찬가지로, 임의의 다른 원하는 광학부재는, 조정가능형 미러 내에 내장될 수 있어, 그 조정가능형 미러는, 원하는 광학적 응답을 제공한다. 이를테면, 조정가능형 미러 또는 격자 또는 또 다른 렌즈는, 미러의 원하는 응용에 따라, 상기 조정가능형 미러 내에 내장될 수 있다.
예를 들면, 도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조정가능형 미러(500)를 나타낸 것이다. 비구면 렌즈 부재(510)는, 효과적인 조정 가능형 미러(590)는 (이를테면, R.Kingslake, "Lens Design Fundamentals", Academic Press에 의한 책 내에 기재된 것과 같은 Mangin 타입으로 형성되도록 (예를 들면, 광축(90)을 실질적으로 횡으로 연장하는) 광 경로에 설치된다. 이러한 렌즈 타입은, 반사부분과 굴절부분으로 이루어진다. 상기 굴절부분의 재료특성의 선택의 자유에 의해 보다 설계가 자유로울 수 있다.
상기 실시예에서, 메니스커스(2개의 유체들 사이의 인터페이스)는, 만곡된 것으로서 나타내어졌고, 광축에 대해 대략 대칭이고, 광축을 가로지르는 점에서 광축에 대해 대략 수직한다. 그러나, 메니스커스에 의해 행해지는 원하는 광학 기능에 따라, 임의의 또는 모든 이들 조건을 변경할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
이를테면, 상기 메니스커스는 거의 평탄(즉, 평면)이다. 그 메니스커스의 형상은, 광축에 대해 비대칭일 수 있고, 실제로 광축에 대해 일정 각도로 경사질 수 있다. 이를테면, 이러한 효과는, 상기 메니스커스의 원주 둘레의 서로 다른 점에서 서로 다른 전기습윤특성을 제공하는 표면 및/또는 전극 구조를 사용하여 달성될 수 있다. 상기와 같은 서로 다른 전기습윤특성으로, 관련 표면과 서로 다른 접촉각을 이루는 원주의 서로 다른 부분이 될 것이어서, 상기 메니스커스의 전체 형상을 변경할 것이다. 마찬가지로, 서로 다른 메니스커스 구조는 전기습윤을 사용하고 상기 메니스커스 접촉이 광축에 대해 평행하지 않은 표면들의 하나 이상을 가짐으로써 달성될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조정 가능형 미러(600)의 단순화된 단면도를 나타낸다. 본 특정 실시예에서, 측벽 120의 습윤성은, 상기 측벽 120'보다 2개의 유체들에 대해 서로 다르다. 이러한 습윤성의 차이는, (그 표면 120,120'이 서로 다른 재료로 형성되는) 측벽의 진성 성질에 기인하거나, 일 표면의 습윤성을 다른 표면보다 큰 양으로 변경하도록 전기습윤 현상을 적용하는 것에 기인할 수 있다. 필요한 경우, 메니스커스(154)의 원주와 접촉하는 측벽의 각 부분은 습윤성이 서로 다르도록 배치될 수 있다.
상기 표면영역(120,120')의 습윤성을 적절하게 조정함으로써, 메니스커스가 상기 표면과 접촉하는 접촉각을 변경할 수 있어, 상기 메니스커스의 형상을 변경한다. 예를 들면, 상기 메니스커스(154)는, 본질적으로 (적어도 특정 단면에 대해) 평면으로서 도시되고, 광축(90)에 대해 특정 각도로 도시되어 있다. 원하는 경우, 전기습윤현상과 그에 따른 상기 표면(120, 120')과 상기 메니스커스의 접촉각을 사용하여, 상기 표면의 습윤성을 적절하게 변경함으로써, 상기 평면 메니스커스 154의 각도는, 예를 들면 메니스커스 154"를 형성하도록 광축에 대해 서로 다른 각도로 조정될 수 있다. 이와는 달리, 접촉각의 적절한 선택에 의해, 상기 메니스커스의 형상은 만곡된 메니스커스, 즉 메니스커스 154'를 형성하도록 조정될 수 있다. 최종의 결과에 의하면, 메니스커스 형상 또는 위치는 변경되어, 서로 다른 광학 기능을 제공할 것이다. 이를테면, 평면 메니스커스(154)는, 광축(90)을 따라 메니스커스에 입사되는 빔의 경로를 굴절성으로 편향시키는 굴절성 빔 편향기로서 동작할 것이다. 상기 메니스커스의 위치 및/또는 방위를 변경하여서, 다양한 광학 기능은, 실현될 수 있어, 조정 가능형 미러(600)의 구성 범위가 될 수 있다.
또한, 여기서 설명된 조정 가능형 미러는 임의의 광학장치에서, 예를 들면 (이를테면 US 5,880,896에 기재된 것과 같은) 광학주사장치내에서 사용되거나 또는, 반사기(그 경우에 추가의 광원을 보통 설치함)를 사용하여 적응 가능형 반사기를 제공하는, 예를 들면 차량의 헤드 램프용 반사기 시스템 내에 가변 라이팅(lighting) 레벨을 제공하는 라이팅 시스템에서 사용될 수 있을 것이다.
레이저 내에서는, 2개의 미러 공진기(공진 캐비티라고도 함)를 사용한다. 이 미러는, 평면, 오목 또는 볼록일 수 있다. 2개의 미러의 곡률과 캐비티의 길이를 고정함으로써, 잘 정의된 가우시안 공진기 모드는, 원하는 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 능동소자를 공진기 내에 놓음으로써, 예를 들면, C.Pare et al.IEEE J.Quantum Electron.28(1994) p355, J.Leger et al, Opt.Lett.19(1994)p108, J.Leger et al,Opt.Lett.19(1994)p1976, S.Makki et al, IEEE J.Electron.35(1999)p1075, J.Leger et al, ODF2000 proceedings p89에 기재된 것처럼, 레이저 모드를 시행할 수 있다.
본 발명은, 공진기의 모드를 액티브하게 변경하여 상기 공진기의 설계 공간을 늘리는데 사용될 수 있다. 상기 공진기의 모드를 변경시키려면, 상기 미러들 중 적어도 하나의 곡률을 조정한다. 이것은 본 발명에 따른 미러를 사용하여 달성될 수 있다.
도 8은 제 1 및 제 2 미러(710, 720)를 구비한 레이저 캐비티(700)를 도시한 것이다. 상기 미러들(710,720) 중 적어도 하나는, 조정가능형 미러이다. 레이저광을 출력(730)되게 하도록, 미러(720)는 부분적으로 투과적이다. 이득 매체(740)는, 대표적으로 2개의 미러(710, 720) 사이에 놓인다. 상기 미러중 하나 이상의 곡률은 원하는 광학모드를 제공하도록 조정된다. 상기 모드에 관한 곡률의 효과는, 널리 "Laser beams and resonators", H.Kogelnik and T.Li,Appl.Opt.6,(1996)pp1550-1567과, 또한 책 "Lasers", A.E.Siegman,University Science Books, Mill Valley, California chapter 19에 기재되었다. 19.2장에서, 8개의 서로 다른 공진기 타입은, (1) 대칭 공진기, (2) 반-대칭 공진기, (3) 대칭 공초점 공진기, (4) 긴 반경(니어(near)-평면) 공진기, (5) 니어-동심형 공진기, (6)반구형 공진기, (7) 오목-볼록 공진기 및 (8) 비안정 공초점 공진기가 기재되어 있다.이들 형태의 각각은, 고유한 특성을 갖는다. 조정 가능형 미러에서 2개의 유체들간의 메니스커스의 곡률 또는 위치를 변경함으로써, 상기 캐비티(600)는 원하는 공진 모드간에 전환될 수 있다.
본 발명은, 2개의 유체들 사이의 메니스커스에 의해 형성된 가변 광학장치(예를 들면, 가변렌즈 또는 가변 빔 편향기)와, 반사면을 포함한 조정가능형 미러를 제공함으로써, 광 경로가 기계적 피로를 받지 않는 조정 가능형 미러를 제공한다. 또한, 상기 장치는, 비용을 효과적으로 할 수 있고 쉽게 제어될 수 있다.

Claims (10)

  1. 광축에 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있고, 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와,
    상기 광축에 횡으로 연장하는 반사면과,
    상기 메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 제어가능하게 변경하도록 구성된 메니스커스 조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 조정 가능형 미러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사면은, 실질적으로 평면인 것을 특징으로 하는 조정 가능형 미러.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 메니스커스는, 전기습윤현상을 이용하여 상기 메니스커스의 형상을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조정 가능형 미러.
  4. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미러는, 광축에 실질적으로 횡으로 연장되는 비구면 렌즈 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 조정 가능형 미러.
  5. 광축에 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있고 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와,
    상기 광축에 횡으로 연장하는 반사면과,
    메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 제어가능하게 변경하도록 구성된 메니스커스 조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 광학장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 장치는, 광의 지시된 빔을 제공하는 라이팅 시스템이고, 상기 장치는 전자기 방사선을 방출하도록 구성된 광원을 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학장치는, 레이저 캐비티를 구비하고, 이 캐비티는 또 하나의 미러를 구비한 것을 특징으로 하는 광학장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 또 하나의 미러는, 조정 가능형 미러인 것을 특징으로 하는 광학장치.
  9. 광축에 실질적으로 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있고, 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체를 설치하는 단계와,
    상기 광축에 횡으로 연장하는 반사면을 설치하는 단계와,
    메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 메니스커스 조정기를 설치하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 조정 가능형 미러의 제조방법.
  10. 광축에 횡으로 연장하는 메니스커스 상에 접하여 있고, 실질적으로 비혼화성이고 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와,
    상기 광축에 횡으로 연장하는 반사면을 구비한 광학장치를 동작시키는 방법으로서, 상기 방법은, 미러가 원하는 반사특성을 제공하도록 메니스커스의 형상 및 위치 중 적어도 하나를 제어가능하게 변경하는 것을 특징으로 하는 광학장치 동작방법.
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