專利名稱：光學(xué)元件、光學(xué)裝置、氣氛提供器、光學(xué)掃描裝置、光學(xué)耦合裝置、和操作界面波的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于藉助于電濕而提供界面波的光學(xué)元件、包括這樣的光學(xué)元件的光學(xué)裝置、和用于操作界面波的方法。
一種可變焦透鏡是在US 6,369,954中描述的。這種聚焦透鏡包括用導(dǎo)電的第一液體和一滴絕緣的第二液體填充的腔室。這兩種液體是不可互混溶的第二液體保持在腔室壁的表面區(qū)域。該液滴通過包括憎水性和親水性部分或?qū)拥牧黧w接觸層而被定位于這個(gè)區(qū)域。如果在腔室中的電極之間加上電壓，則導(dǎo)電液體使得絕緣的液滴這樣地運(yùn)動和變形，使得液滴的表面變?yōu)楦沟?。在一個(gè)實(shí)施例中，憎水性和親水性層沿圓柱表面布置，使液滴的側(cè)面沿圓柱表面軸向地放置，由此如果沒有加上電壓則以親水性層為中心，而如果加上電壓則由一系列沿圓柱的側(cè)面軸向地隔開的電極為中心。
具有這樣的安排的另一個(gè)可變聚焦透鏡是在國際專利申請WO00/58763中描述的。所建議的用于使絕緣液滴定中心的裝置是由在可調(diào)節(jié)的透鏡中的絕緣層形成的、喇叭口形的凹口。凹口的側(cè)面被安排成把液滴中心保持在凹口內(nèi)，并在該滴的表面提供一個(gè)凸透鏡。由于凹口的基底與凹口的側(cè)面由相同的材料形成，如果要使透鏡是可工作的，則這樣的材料必須選擇為透明的。
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件通過使用電濕現(xiàn)象來創(chuàng)建例如連續(xù)可調(diào)節(jié)的光柵而提供界面波。
第一方面，本發(fā)明提供用于藉助于電濕而提供界面波的光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括-流體腔室，-該流體腔室包括由界面分開的第一流體和第二流體，-該流體是不可互混溶的，-第一電濕電極和第二電濕電極，該第一電濕電極通過電絕緣流體接觸層而與第一流體和第二流體分開，該第二電濕電極直接作用于第一流體或電容耦合到第一流體，以及-電壓控制系統(tǒng)，用于隨時(shí)間而改變在兩個(gè)電濕電極之間的電壓差，以創(chuàng)建界面波。
在按照本發(fā)明的這種光學(xué)元件中，在第一流體和第二流體之間的交界面(在流體之間的交界層或區(qū)域)的形狀可以由電濕電極改變。交界面的形狀是可變的和可控制的。在第一電濕電極和作為公共電極的第二電濕電極的結(jié)構(gòu)上施加可變的電壓模式時(shí)，在兩種液體與第一電濕電極之間的交界面的接觸角度會改變。隨時(shí)間變化的接觸角度導(dǎo)致界面波。因此，可以建立更多的形狀，例如連續(xù)可調(diào)的光柵。
在優(yōu)選實(shí)施例中，第一電濕電極被劃分成至少兩個(gè)第一電濕電極。作為絕緣電極的一個(gè)電濕電極已經(jīng)產(chǎn)生波，但至少兩個(gè)電濕電極增加可能的波形的數(shù)目，因?yàn)樵诘谝缓偷诙姖耠姌O上的不同電壓導(dǎo)致與流體腔室的側(cè)壁的交界面的不同的接觸角度。
另一方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)裝置，它包括藉助于電濕而提供界面波的光學(xué)元件。本發(fā)明的這方面的光學(xué)裝置可以是一個(gè)氣氛提供器，用于照明應(yīng)用以便產(chǎn)生例如圍繞電視機(jī)的光和彩色分布。這樣，可以例如從所顯示的電影得到更強(qiáng)的感覺。本發(fā)明的光學(xué)裝置也可以是具有按照本發(fā)明的光學(xué)元件的光學(xué)掃描裝置。這個(gè)光學(xué)元件被用來產(chǎn)生在光學(xué)記錄載體的信息層上用于串?dāng)_變換的衛(wèi)星光點(diǎn)。另外，本發(fā)明的光學(xué)裝置也可以是光耦合裝置，用于耦合出光，例如耦合出光波導(dǎo)(light guide)的光。
再一方面，本發(fā)明提供藉助于電濕以提供界面波的方法，該方法包括-提供流體腔室，-用第一流體和第二流體填充流體腔室，這兩種流體是不可互混溶的，使得兩種流體在一個(gè)交界面處接觸，-提供第一電濕電極和第二電濕電極，該第一電濕電極通過電絕緣流體接觸層而與第一流體和第二流體分開，該第二電濕電極作用于第一流體上，以及-由一個(gè)電壓控制系統(tǒng)隨時(shí)間而改變在兩個(gè)電濕電極之間的電壓差以便創(chuàng)建界面波。
通過只是作為例子給出的和參照附圖作出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下說明將明白本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1顯示按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的光學(xué)元件的截面圖2A顯示在按照本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)元件中使用的電濕電極結(jié)構(gòu)截面的頂視圖；圖2B顯示在按照本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)元件中使用的另一個(gè)電濕電極結(jié)構(gòu)截面的頂視圖；圖3A，3B以示意性截面圖顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的氣氛提供器的一部分；圖4以示意性截面圖顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的光耦合裝置；以及圖5以示意性截面圖顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)掃描裝置。
圖1顯示作為電濕單元或電濕器件的光學(xué)元件1。這樣的電濕器件是利用電濕現(xiàn)象而工作的器件。在電濕過程中，三相態(tài)接觸角度(這在后面說明)通過施加電壓而改變。三相態(tài)包括兩個(gè)流體和一個(gè)固體。典型地，至少一個(gè)流體是液體。
流體是響應(yīng)任何外力而改變它的形狀的物質(zhì)。所以它趨向于流動或遵循它的腔室的輪廓，流體包括氣體、水蒸氣、液體以及能夠流動的固體和液體的混合體。
圖1的光學(xué)元件1包括作為形成毛細(xì)管的單個(gè)環(huán)狀絕緣電極的第一電濕電極2。另外，光學(xué)元件1包括流體腔室3，其中包含第一流體A和第二流體B。第一流體A和第二流體B在交界面4上接觸。兩個(gè)流體A和B包含兩種非互混溶的液體，其中第一流體A是導(dǎo)電的或極化液體，諸如包含鹽溶液的水或水與乙二醇的混合物。第二流體B是絕緣液體，諸如硅油或烷烴。兩種流體A和B優(yōu)選地被安排成具有相等的密度，以使得在兩種液體之間的重力影響最小化。這樣，透鏡的工作將與取向無關(guān)。
兩種流體A和B具有不同的折射率。取決于加到流體A的鹽的總量，鹽溶液的折射率可以在1.33與1.50之間變化。取決于流體B的選擇，流體B的折射率可以在1.25與1.70之間變化。
流體腔室3藉助于透明的前面元件5和透明的后面元件6進(jìn)行密封。這樣，光的可以通過光學(xué)元件1的透明的元件5和6進(jìn)入流體腔室3和從流體腔室3外出。
第一電濕電極2由金屬材料制成，并用絕緣層7例如聚對苯撐二甲基涂覆。絕緣層7具有50nm與100μm之間的厚度，典型厚度在1到10μm之間。作為絕緣層7上的涂層的流體接觸層8減小了在交界面4與流體腔室3的壁的接觸角度α中的滯后現(xiàn)象。流體接觸層8優(yōu)選地由非晶碳氟化合物諸如由DUPONTTM制造的TeflonTMAF 1600形成。AF 1600涂層可以是把第一電濕電極2經(jīng)過接連的浸涂而生產(chǎn)的，這形成基本上均勻厚度的材料的同質(zhì)層，因?yàn)殡姌O2的圓柱面基本上平行于圓柱電極2。浸涂是通過浸漬電極2而同時(shí)把電極2沿它的軸向移入和移出浸漬溶液而實(shí)施的。由第一流體A造成的流體接觸層8的濕潤度在交界面4與流體接觸層8交截的兩個(gè)面上基本上是相等的，如果在第一和第二電濕電極之間沒有加上電壓的話。在這種情形下第二電濕電極9被安排在前面元件5中在流體腔室3的一端，并沿流體腔室3的光學(xué)軸線10延伸，或可以作為環(huán)放置在流體腔室3中，或可以是在前面元件5上的一個(gè)薄的涂層。第二電濕電極9在這種情形下是透明的電極，它的至少一個(gè)部分以下列方式安排在流體腔室3中，即第二電濕電極9對第一流體A起作用。這樣，電濕電極9直接接觸導(dǎo)電流體A。也有可能第二電濕電極9沒有直接接觸導(dǎo)電流體A，例如，當(dāng)?shù)诙姖耠姌O被覆蓋以絕緣涂層時(shí)。這樣，第二電濕電極9是電容耦合到流體A的。另外，有可能電濕電極9沿流體腔室3的光軸延伸到交界面4。
電濕可用來增加導(dǎo)電流體在表面上的濕潤度。如果在第一電濕電極2與第二電濕電極9之間沒有施加電壓，流體接觸層8相對于第二流體B比起第一流體A具有更高的濕潤度。由于電濕性，由第一流體A造成的濕潤度在第一電濕電極2與第二電濕電極9之間施加電壓的情形下會變化，這趨于改變在三相態(tài)線上交界面4的接觸角度α。三相態(tài)線是在流體接觸層8與兩種液體A和B之間的接觸線。接觸角度被定義為液體/液體交界面與絕緣的第一電濕電極2的角度α，這是通過導(dǎo)電液體A測量的。因此，交界面4的形狀是根據(jù)提供電壓V1的電壓控制系統(tǒng)的施加的電壓而可變的。在與導(dǎo)電液體A接觸的第二公共電濕電極9與絕緣電濕電極2之間的電壓差會改變在兩個(gè)液體A和B之間的交界面4的接觸角度α。隨時(shí)間變化的接觸角度α將導(dǎo)致界面波，而在本實(shí)施例中，交界面4與流體腔室3的壁的接觸角度沿流體腔室3的整個(gè)壁是相等的。這些界面波可以是具有可調(diào)節(jié)的幅度和波長的駐波或行波。使用付立葉變換的理論可以創(chuàng)建幾個(gè)任意界面形狀。付立葉變換是從付立葉分析導(dǎo)出的，后者闡明在一個(gè)時(shí)間間隔或周期內(nèi)定義的任何函數(shù)f(x)可以被表示為一系列正弦和余弦函數(shù)。這些正弦和余弦函數(shù)是空間或時(shí)間的函數(shù)。換句話說，付立葉變換是極其有用的數(shù)學(xué)工具，付立葉變換的本質(zhì)在于任何函數(shù)是許多波的求和。這許多波可以利用和控制在電濕電極2和9上的電壓而生成。
在圖1上，環(huán)形電濕電極2也可以是兩個(gè)分開的電極。這樣，兩個(gè)電濕電極2增加可能的波形的數(shù)目，因?yàn)樵陔姖耠姌O2和9上的不同的電壓V1和V2導(dǎo)致交界面4與流體腔室3的壁的不同的接觸角度α。
在以上的說明中，單個(gè)電濕電極2被描述為是作用在接口4的周界的。將會看到，可以提供一個(gè)或多個(gè)任一個(gè)電極。因此，也有可能使用幾個(gè)絕緣電極，如圖2A和2B所示。電極越多，可以造成的波形越多。
例如，圖2A顯示從光學(xué)元件1的頂部垂直于流體腔室3的光軸10觀看的截面圖。在本實(shí)施例中，結(jié)合流體腔室3顯示替換的電濕電極結(jié)構(gòu)。在圖2A上，提供圍繞流體腔室3的周界相等地間隔的17個(gè)分開的分段電極2’以取代圍繞流體腔室3的周界延伸的單個(gè)環(huán)形電濕電極2。通過把單獨(dú)的和不同的電壓施加到每個(gè)側(cè)壁分段電極2’和第二公共電濕電極9，這樣的電濕電極結(jié)構(gòu)達(dá)到在兩個(gè)液體A和B之間的各種各樣的交界面4的形狀。
圖2B顯示光學(xué)元件1的另一個(gè)實(shí)施例的截面圖，其中四個(gè)矩形分段電極2a，2b，2c和2d圍繞流體腔室3的光軸10以正方形的形式間隔地放置，它們的縱向邊緣是平行的，第二電濕電極9沿該光軸10排列。這樣就形成了方的液體腔室3。分段電極2’，2a，2b，2c，2d被覆蓋以例如由TeflonTMAF 1600形成的連續(xù)的均勻厚度的電絕緣流體接觸層11。第二電濕電極9應(yīng)當(dāng)是看不見的或透明的，它可以沿光軸10安排在流體腔室3的中心，或按需要而偏離中心。
參照圖2A和2B，電壓可以施加在分段電極2’和2a，2b，2c，2d的側(cè)壁與第二電濕電極9之間。通過加到電極的不同的電壓與在每個(gè)電極和交界面4之間的不同的接觸角度的組合，可以創(chuàng)建駐波或行波。取決于應(yīng)用，優(yōu)選地是在1個(gè)和10個(gè)電極之間，最佳地是在1個(gè)和4個(gè)電極之間。一個(gè)電極是容易尋址的，因此，它可用于低成本的應(yīng)用。圖2A和2B的這些結(jié)構(gòu)的結(jié)果在于，把環(huán)形電濕電極2分割成許多平行于光軸10的小電極，例如2’和2a，2b，2c，2d，導(dǎo)致不同的接觸角度α，因此出現(xiàn)對于創(chuàng)建專門的波形的更多的可能性。
在光學(xué)元件1的另一個(gè)實(shí)施例中，也有可能在流體腔室3的一個(gè)側(cè)壁上只提供一個(gè)電極2。然后，通過施加電壓到電極上而產(chǎn)生的波將在流體腔室3的對面的側(cè)壁上反射。流體腔室3的對面的側(cè)壁是波的反射壁，從而使波被反射。如果流體腔室3的對面的側(cè)壁包含波吸收壁，以使得波不是被反射而是被吸收，則出現(xiàn)另一個(gè)可能性。用這種方式，容易創(chuàng)建行波。
另外，雖然流體腔室3在圖1上被描述為圓柱形，但將會看到，流體腔室3實(shí)際上可以具有任何想要的形狀。流體腔室3可以具有除了圓形以外的其它幾何形狀，諸如柱形、橢圓、矩形、圓環(huán)形等等。流體腔室3的形狀取決于應(yīng)用。在這些實(shí)施例中，優(yōu)選地是長方形或柱形流體腔室3。圖1上的流體腔室3的側(cè)壁是平行于光軸10而排列的。然而，側(cè)壁不一定需要平行于光軸10。例如，矩形或方形流體腔室可以是棱錐形流體腔室，又例如柱形流體腔室可以是錐形流體腔室。流體腔室3的這些形狀的變例導(dǎo)致其它波形，并常常允許產(chǎn)生駐波或行波的更大的波的幅度。波形不單取決于流體腔室的幾何形狀，而且也取決于電極結(jié)構(gòu)、液體A和B的密度與表面張力、和施加在電濕電極2和9上的電壓。
在光學(xué)元件1的另一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)流體A，B包括光的反射粒子(未示出)。所述粒子被處理成使它們停留在流體A與B之間的交界面4上，其中粒子起到反射鏡的作用。因此，可以產(chǎn)生反射的光波。
現(xiàn)在參照圖1，本發(fā)明的實(shí)施例是創(chuàng)建駐波或行波。通過周期地改變絕緣電濕電極2的電壓就可以產(chǎn)生駐波或行波。取決于在一個(gè)周期內(nèi)如何切換電濕電極2上的電壓，確定了駐波或行波的形狀。最終得到的駐波或行波的結(jié)構(gòu)可被用作為光柵。
在兩種流體A和B之間的交界面4絕不會完全靜止，而是隨時(shí)間改變的。在行波的情形下，波沿交界面4以一個(gè)方向行進(jìn)。駐波被定義為兩個(gè)行波的和，它提供被描繪成在其上界面波的幅度總是0的節(jié)點(diǎn)14的各點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)14總是處在間隔半波長的距離。幅度的極點(diǎn)被描繪為反節(jié)點(diǎn)12，13。在這些節(jié)點(diǎn)上，交界面4處在靜止?fàn)顟B(tài)。在反節(jié)點(diǎn)12，13上交界面4上下運(yùn)動。在圖1上，在兩種流體A與B之間的交界面4描繪在某個(gè)時(shí)刻的光柵。應(yīng)當(dāng)指出，在半個(gè)振蕩周期的時(shí)間后，上面的反節(jié)點(diǎn)12將在下面，下面的反節(jié)點(diǎn)13將在上面。節(jié)點(diǎn)14保持在它們原來的位置。在四分之一振蕩周期的時(shí)間后，交界面4是平坦的。因此，光柵的形狀是與時(shí)間相關(guān)的。還應(yīng)當(dāng)指出，這些波通常不是方形的，因此由這些波形成的光柵不是完美的。波的形狀例如方形、正弦形等等確定了光柵的效率。在節(jié)點(diǎn)14之間的距離確定光柵常數(shù)。因此，有可能創(chuàng)建連續(xù)可調(diào)節(jié)的光柵。駐波反節(jié)點(diǎn)12，13上下運(yùn)動對于某些應(yīng)用可能是問題。通過把光源觸發(fā)耦合到波生成電壓控制系統(tǒng)，光源可被做成只在反節(jié)點(diǎn)處在一定的位置時(shí)才工作。這對于衍射光的輸出是有利的。
如果在流體腔室3中容納半波長的整數(shù)倍，則產(chǎn)生駐波。如果在流體腔室3的每側(cè)上的例如兩個(gè)電極輸出不同的電壓，或如果界面波的波長λ不滿足在流體腔室3中生成駐波的準(zhǔn)則，則產(chǎn)生行波。這樣的可連續(xù)調(diào)節(jié)的光柵的主要目的是要在照明應(yīng)用于中提供氣氛提供器，但這樣的裝置也可以在其它應(yīng)用中被利用。
氣氛提供器例如是一個(gè)除了傳輸運(yùn)動圖像以外，還產(chǎn)生圍繞電視機(jī)的光分布和彩色分布的電視機(jī)。這改進(jìn)例如所顯示的電影或體育運(yùn)動事件的感受。為了做到這一點(diǎn)，已經(jīng)有改變光的分布的不同的方式，然而，這些設(shè)備或方法大多數(shù)是基于機(jī)械的，并且費(fèi)用很高。再者，這些設(shè)備也易受磨損的影響，并且光分布配置的可用數(shù)量是有限的。
在圖3A和3B上，僅僅顯示氣氛提供器的一部分，即，僅僅顯示本發(fā)明的最重要的部分。光學(xué)元件1具有與圖1的光學(xué)元件相同的結(jié)構(gòu)，因此在發(fā)光二極管(LED)100的前面安排相同的標(biāo)號。LED 100發(fā)射例如白光101，因?yàn)長ED 100由三個(gè)發(fā)射不同波長從而發(fā)射不同顏色的發(fā)射器制成。因此這個(gè)組合產(chǎn)生白光。也有可能使用一個(gè)以上的LED和/或也使用一個(gè)以上的光學(xué)元件。也有可能使用一個(gè)任何顏色的LED。優(yōu)選地，使用三個(gè)LED(紅色、綠色、藍(lán)色)，因?yàn)檫@樣，通過改變光的強(qiáng)度可以產(chǎn)生所有種類的顏色。
正如已提到的，在兩種非互溶的液體A和B之間的交界面上可以產(chǎn)生界面波。在本實(shí)施例中，可能的波形模式也取決于流體腔室的周圍的壁的幾何關(guān)系、電極結(jié)構(gòu)、和施加到電極上的電壓。然而，通過把光學(xué)元件1安排在LED 100的前面(其中在圖3A和3B上顯示氣氛提供器的最重要的部分的相同的結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)圖之間交界面4的波模式是不同的(換句話說，在一個(gè)LED的前面的一個(gè)光學(xué)元件中可以產(chǎn)生不同的波模式))，有可能根據(jù)所提出的模式提供各種不同的光分布。模式可以是駐波或行波。在這兩種情形下，光的分布都不是固定的。在駐波的情形下，在電視機(jī)周圍的房間的墻壁上的光分布在位置上基本上保持固定，然而，在光的強(qiáng)度上是以與駐波改變的相同的方式改變的。這意味著，LED 100的光點(diǎn)在墻壁上不移動，它或多或少保持在一個(gè)位置。然而，作為駐波的反節(jié)點(diǎn)，光點(diǎn)或多或少上下運(yùn)動。在行波的情形下，當(dāng)行波沿交界面4行進(jìn)時(shí)，在墻壁上的光的點(diǎn)沿墻壁移動。
取決于振蕩時(shí)間，光點(diǎn)或所產(chǎn)生的圖像在快振蕩時(shí)間期間可以被人眼所平均掉(人眼只能分辨閃爍-匯合頻率)，或在慢振蕩時(shí)間期間是對于人眼可看見的。因此，對于快速振蕩時(shí)間，光分布被看作為固定的。
應(yīng)當(dāng)指出，在本實(shí)施例中，如果兩種非互溶的液體A和B具有相同的折射率但不同的透光特性，則由界面波造成的兩種液體的厚度變化也可以引起在光點(diǎn)的所投射到的墻壁上的光分布的差別。
在電視機(jī)作為氣氛提供器的情形下，LED在與光學(xué)元件的組合被安排在電視機(jī)的邊上。創(chuàng)建的光脈沖產(chǎn)生處在電視機(jī)周圍的光。也有可能光分布和彩色分布與在電視機(jī)上顯示的情景或節(jié)目類型相聯(lián)系。
通過與改變每個(gè)LED 100的光的強(qiáng)度相組合而改變每個(gè)光學(xué)元件1的模式，得到不帶可移動部件且低成本的照明裝置。自然，也有可能提供作為氣氛提供器的其它設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件1按照圖4被提供在光耦合裝置中。該光耦合裝置包括用于生成光束的光源；和至少一個(gè)光波導(dǎo)，用于把光從光源發(fā)送到一個(gè)位置。在圖4上，僅僅顯示一個(gè)光波導(dǎo)15。光波導(dǎo)15的結(jié)構(gòu)在這里沒有詳細(xì)描述，因?yàn)楣獠▽?dǎo)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)文件中是熟知的。光波導(dǎo)15被構(gòu)建成使光全部在光波導(dǎo)15的側(cè)壁16和16’上反射。在本例中，在光波導(dǎo)15中只顯示一個(gè)全反射的光束17。如果光束的入射角高于全反射的臨界角，則出現(xiàn)全反射，如果在較光稀疏的介質(zhì)(optically rarer medium)表面上存在較光密的介質(zhì)(optically denser medium)則在光波導(dǎo)15內(nèi)出現(xiàn)反射。光稀疏的介質(zhì)在本例中是空氣，比起光的波導(dǎo)15的折射率具有較低的折射率。
光波導(dǎo)15被耦合到如圖1所描述的光學(xué)元件18。光學(xué)元件18具有與圖1的光學(xué)元件1相同的結(jié)構(gòu)。然而，流體A和B的液面是較低的，這樣，波19可以達(dá)到光學(xué)元件18的底部，從而也達(dá)到光波導(dǎo)15的側(cè)壁16。流體A是電絕緣液體，諸如硅油或烷烴。流體B是導(dǎo)電的液體，諸如水或含鹽溶液的水。流體A的折射率可以在1.25與1.70之間變化，而流體B的折射率可以在1.33與1.50之間變化。在本實(shí)施例中流體被選擇成流體A具有大的折射率和流體B具有小的折射率。
為了把光從光波導(dǎo)15中耦合出來，必須導(dǎo)引沿流體A/流體B交界面的行波19，使得行波19的幅度足夠大以便能在側(cè)壁16處觸及光波導(dǎo)15，如圖4所示。在每個(gè)位置，例如在其中波達(dá)到光波導(dǎo)15的位置20和21，光17’可以耦合出來，因?yàn)樵谶@些位置不會再出現(xiàn)內(nèi)部全反射。在另一個(gè)例子中，波的幅度有可能隨時(shí)間變化。因此，可以產(chǎn)生一條掃描線。這意味著，在圖1上更詳細(xì)地描述的光學(xué)元件18的電極僅僅可以生成單獨(dú)一個(gè)波。這樣就產(chǎn)生一個(gè)行波而不是一系列行波。藉助于圖4的這個(gè)設(shè)備，光可以以更好的和經(jīng)濟(jì)的方式被耦合出來。
這個(gè)例子具體地被提供在LC顯示器的背光或在照明應(yīng)用中。
圖5顯示光學(xué)掃描裝置22，它用于掃描光記錄載體23。記錄載體23包括透明層24，在其一側(cè)安排著信息層25。遠(yuǎn)離透明層的24的信息層25的一側(cè)被保護(hù)層26保護(hù)，以免受環(huán)境影響。面向光學(xué)掃描裝置22的透明層的一側(cè)被稱為進(jìn)入面27。透明層24通過提供對信息層25的機(jī)械支撐而用作為用于記錄媒體的基片。替換地，透明層24可以具有保護(hù)信息層25的唯一的功能，而機(jī)械支撐由在信息層的另一個(gè)面上的一個(gè)層提供，例如由保護(hù)層26或由另一個(gè)信息層和被連接到該信息層的透明層提供。信息可以被存儲在記錄媒體23的信息層25上，其形式為被安排在基本上平行的同圓心或螺旋線軌道中的可用光學(xué)方式檢測的標(biāo)記(圖5上未示出)。標(biāo)記可以是以任何光學(xué)可讀的形式，例如以凹坑或具有反射系數(shù)的區(qū)域，或與它們的周圍不同的磁性的方向的形式或這些形式的組合。
掃描裝置22包括輻射源28(例如，半導(dǎo)體激光器)，它發(fā)射發(fā)散的輻射波束29。波束分割器30把輻射波束29反射到校直器透鏡31。校直器31把發(fā)散波束變換成校直的波束32。校直的波束32入射到物鏡系統(tǒng)33。
物鏡系統(tǒng)33可包括一個(gè)或多個(gè)透鏡或光柵。而且，物鏡系統(tǒng)33包括光軸34，并把校直的波束32改變成聚焦波束35，入射到記錄載體23的進(jìn)入面27。聚焦波束35在信息層25上形成掃描光點(diǎn)36。由信息層25反射的輻射形成發(fā)散的波束37，它被物鏡系統(tǒng)33變換成基本上校直的波束38，并且隨后由校直器透鏡31變換成聚焦波束39。波束分割器30通過透過至少一部分聚焦波束39到檢測系統(tǒng)40而分開直射波束和反射波束29和39。檢測系統(tǒng)40獲取輻射，并把它變換成輸出電信號41。信號處理器42把這些輸出信號41變換成各種其它信號。其中一個(gè)信號是信息信號43，它的數(shù)值代表從信息層25讀出的信息。信息信號43由用于糾錯(cuò)的信息處理單元44進(jìn)行處理。來自信號處理器42的其它信號是聚焦誤差信號和徑向誤差信號45。聚焦誤差信號代表在掃描光點(diǎn)36與信息層25之間在高度上的軸向差值。徑向誤差信號代表在信息層的面上在掃描光點(diǎn)36與在信息層25上掃描光點(diǎn)36要遵循的軌道的中心之間的距離。聚焦誤差信號和徑向誤差信號45被饋送到電路46，后者把這些信號聚焦成伺服控制信號47，以用于分別控制聚焦驅(qū)動器和徑向驅(qū)動器。這些驅(qū)動器在圖4上未示出。聚焦驅(qū)動器控制物鏡系統(tǒng)33在聚焦方向48上的位置，由此控制掃描光點(diǎn)36的實(shí)際位置，以使得它與信息層25的平面基本上一致。徑向驅(qū)動器控制物鏡系統(tǒng)33在徑向方向49上的位置，由此控制掃描光點(diǎn)36的徑向位置，以使得它盡可能與在信息層25中要遵循的軌道的中心線一致。圖5上的軌道沿垂直于圖的平面的方向行進(jìn)。
在本實(shí)施例中，圖5的光學(xué)掃描裝置22也適合于掃描第二種類型的記錄載體，它比起記錄載體23具有更厚的透明層。光學(xué)掃描裝置22也可以使用輻射波束29，或具有不同的波長的輻射波束，以用于掃描第二種類型的記錄載體。這種輻射波束的數(shù)字孔徑可以適配于記錄載體的類型。物鏡系統(tǒng)33的球形像差補(bǔ)償必須隨之調(diào)節(jié)。
另外，在圖5上，提供了類似于相對于圖1，2a和2b描述的光學(xué)元件的光學(xué)元件50。這個(gè)光學(xué)元件50優(yōu)選地被安排在輻射源28與波束分割器30之間的光學(xué)輻射中。所提供的電壓控制系統(tǒng)51用于根據(jù)當(dāng)前被掃描的信息層25來把選擇的電壓施加到光學(xué)元件50的電極。在本實(shí)施例中，光學(xué)元件50的流體腔室具有矩形形狀。在流體腔室的壁上類似于圖1的第一電濕電極2的第一電濕電極被周期地尋址，以得到在第一和第二流體之間的平坦交界面上的駐波。駐波提供具有一定的接觸角度的直線光柵。這樣，有可能創(chuàng)建可調(diào)節(jié)的直線光柵。這個(gè)光柵用來創(chuàng)建與中心掃描光點(diǎn)36相鄰的光點(diǎn)(衛(wèi)星光點(diǎn))。這些衛(wèi)星光點(diǎn)濾除來自中心掃描光點(diǎn)36的錯(cuò)誤的信息。因此，衛(wèi)星光點(diǎn)被用于供串?dāng)_變換之用的讀出。
也有可能，光學(xué)元件50是可調(diào)節(jié)的波前修正器，它能夠生成非對稱波前修正，諸如慧形像差和像散。通過用作為波前修改器的光學(xué)元件50，有可能補(bǔ)償由光學(xué)記錄載體23的傾斜量造成的慧形像差。對于物鏡系統(tǒng)43偏離中心所需要的像散，也可以由按照本發(fā)明的波前修正器來引入。
分別在圖1和在圖5上顯示的這樣的光學(xué)元件50可被用來產(chǎn)生供串?dāng)_變換之用的衛(wèi)星光點(diǎn)或產(chǎn)生一系列想要的像差以補(bǔ)償不想要的像差。通過提供如圖1和5所示的光學(xué)元件，可以提供便宜的操作補(bǔ)償裝置，并將會看到，這樣的光學(xué)元件可被合并到一系列光學(xué)裝置。
如果液體A和B的透射是不同的以及界面波是分別存在或創(chuàng)建的，則這通過使用氣氛提供器也分別導(dǎo)致在房間的墻壁上光的強(qiáng)度變化。
以上的實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明的說明性例子。還應(yīng)當(dāng)看到，對于一個(gè)實(shí)施例描述的任何特性也可以在其它實(shí)施例和其它光學(xué)裝置中使用。
將會看到，在權(quán)利要求中的任何標(biāo)號不應(yīng)當(dāng)看作為限制其范圍。
權(quán)利要求
1.一種藉助于電濕而提供界面波的光學(xué)元件(1)，該光學(xué)元件包括-流體腔室(3)，-該流體腔室(3)包括由界面(4)分開的第一流體(A)和第二流體(A)，-該流體是不可互混溶的，-第一電濕電極(2)和第二電濕電極(9)，該第一電濕電極通過電絕緣流體接觸層(8，11)而與第一流體和第二流體分開，該第二電濕電極直接作用于第一流體或電容耦合到第一流體，以及-電壓控制系統(tǒng)(51)，用于隨時(shí)間改變在兩個(gè)電濕電極之間的電壓差，以創(chuàng)建界面波。
2.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中流體(A，B)具有不同的折射率。
3.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中流體(A，B)具有相同的折射率，但流體的透射特性是不同的。
4.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中流體(A)是導(dǎo)電液體，而流體(B)是絕緣液體。
5.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中界面波是駐波或行波。
6.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中第一電濕電極(2)被劃分成至少兩個(gè)電濕電極(2’，2a，2b，2c，2d)。
7.如權(quán)利要求6中要求的光學(xué)元件，其中至少兩個(gè)電濕電極(2’，2a，2b，2c，2d)相對地安排在流體腔室(3)的周界上并互相間隔一個(gè)距離，該電濕電極被安排成基本上垂直于至少一個(gè)另外的電濕電極。
8.如權(quán)利要求6中要求的光學(xué)元件，其中至少兩個(gè)電濕電極(2)安排在流體腔室(3)的周界上呈圓形、蛋形或橢圓形狀。
9.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中在流體腔室(3)的一個(gè)側(cè)壁上提供一個(gè)電濕電極(2)和在流體腔室的對面?zhèn)缺谏咸峁┪毡?，其中因?qū)﹄姖耠姌O上施加電壓而形成的界面波被吸收壁所吸收。
10.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中流體(A)年流體(B)具有相同的密度。
11.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中光學(xué)元件(1)被調(diào)整以使其建立光柵。
12.如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件，其中至少一個(gè)流體(A，B)包括光反射粒子。
13.具有如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件的光學(xué)裝置。
14.如權(quán)利要求13中要求的光學(xué)元件，其中光學(xué)裝置的光源被觸發(fā)耦合到光學(xué)元件(1)的電壓控制系統(tǒng)(51)。
15.一種用于照明應(yīng)用的氣氛提供器，包括至少一個(gè)光源(100)和如權(quán)利要求1中要求的至少一個(gè)光學(xué)元件(1)，用以提供各種光和彩色分布。
16.如權(quán)利要求15中要求的氣氛提供器，其中該至少一個(gè)光源是發(fā)光二極管(LED)，該至少一個(gè)光學(xué)元件被安排在所述發(fā)光二極管的前面。
17.一種用于掃描光學(xué)記錄媒體(23)的信息層的(25)的光學(xué)掃描裝置，該裝置包括用于生成輻射波束(29)的輻射源(28)、用于把輻射波束聚焦在信息層上的物鏡系統(tǒng)33、和如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件(50)。
18.如權(quán)利要求17中要求的光學(xué)掃描裝置，其中光學(xué)元件(50)用來產(chǎn)生在信息層(25)上的用于串?dāng)_變換的衛(wèi)星光點(diǎn)。
19.如權(quán)利要求17中要求的光學(xué)掃描裝置，其中光學(xué)元件(50)是光學(xué)波前修正器，用于修正通過波前修正器的輻射波束的波前。
20.一種用于耦合出光的光耦合裝置，該裝置包括用于生成光束(17)的光源、用于把來自光源的光傳送到一個(gè)位置的至少一個(gè)光波導(dǎo)(15)、和如權(quán)利要求1中要求的光學(xué)元件。
21.如權(quán)利要求20中要求的光耦合裝置，其中界面波(19)是行波。
22.一種藉助于電濕潤來操作界面波的方法，方法包括-提供流體腔室(3)，-用第一流體(A)和第二流體(B)填充流體腔室(3)，該流體A和B是不可互混溶的，從而使兩種流體在交界面(4)處接觸，-提供第一電濕電極(2)和第二電濕電極(9)，該第一電濕電極通過電絕緣流體接觸層(8，11)而與第一流體和第二流體分開，該第二電濕電極直接作用于或被電容耦合到第一流體上，以及-由電壓控制系統(tǒng)(51)隨時(shí)間而改變在兩個(gè)電濕電極之間的電壓差以建立界面波。
23.如權(quán)利要求22中要求的方法，其中流體(A，B)具有不同的折射率。
24.如權(quán)利要求22中要求的方法，其中流體(A，B)具有相同的折射率，但流體的透射特性是不同的。
25.如權(quán)利要求22中要求的方法，其中流體(A)是導(dǎo)電液體，而流體(B)是絕緣液體。
26.如權(quán)利要求22中要求的方法，其中流體(A)年流體(B)具有相同的密度。
27.如權(quán)利要求22中要求的方法，其中至少一個(gè)流體(A，B)包括光反射粒子。
全文摘要
提供一種用于藉助電濕以提供界面波的光學(xué)元件(1)。光學(xué)元件(1)包括具有至少一個(gè)側(cè)壁和光軸(10)的流體腔室(3)。而且，流體腔室(3)包括由界面(4)分開的第一流體(A)和第二流體(A)，兩種流體是不可互混溶的。提供了第一電濕電極(2)和第二電濕電極(9)，第一電濕電極(2)由電絕緣流體接觸層(8，11)與第一流體(A)和第二流體(B)分開。第二電濕電極(9)被安排成作用在第一流體(A)。通過分別提供選擇的電壓到第一和第二電濕電極(2，9)，可以形成選擇的駐波或行波。
文檔編號G02B26/08GK101048678SQ200580037052
公開日2007年10月3日 申請日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月27日
發(fā)明者S·凱帕, B·H·W·亨德里克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司