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Dokumentenidentifikation DE19520926C2 09.09.1999
Titel Optisches Bauelement
Anmelder BEO GmbH, 79346 Endingen, DE
Erfinder Sexauer, Clemens, 79353 Bahlingen, DE
Vertreter Patent- und Rechtsanwaltssozietät Schmitt, Maucher & Börjes-Pestalozza, 79102 Freiburg
DE-Anmeldedatum 08.06.1995
DE-Aktenzeichen 19520926
Offenlegungstag 12.12.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1999
IPC-Hauptklasse G02B 26/00
IPC-Nebenklasse G02B 3/14   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement, dessen Brennweite durch Verformung der optischen Fläche einer als Elastomerteil ausgebildeten Linse veränderbar ist, wobei die Linse im Wirkbereich zumindest eines Elektromagneten angeordnet ist.

Man kennt bereits optische Bauelemente mit mehreren Linsen, die zur Veränderung der Brennweite des optischen Bauelementes in Einstrahlrichtung verschoben werden müssen. Zum Verstellen der in diesen optischen Bauelementen vorgesehenen Linsen sind aufwendige Verstellantriebe und Schiebeführungen erforderlich.

Aus der DE 34 24 069 A1 ist bereits eine optische Linse mit einer zylindrischen Kammer aus zwei Teilen bekannt, die in Gewindeeingriff stehen. An den Stirnseiten des Gehäuses befinden sich Membranelemente. Das Innere des Gehäuses ist mit einem optischen Medium gefüllt. Durch Verdrehen der beiden Gehäuseteile gegeneinander kann die Länge des Gehäuses verändert werden, wobei sich die Membranen an den Stirnseiten zum Volumenausgleich mehr oder weniger stark wölben. Das vorbekannte optische Bauelement eröffnet zwar die Möglichkeit, verschiedene Brennweiten relativ einfach zu realisieren, jedoch ist es schwierig, dieses Bauelement in dem gewünschten Arbeitsbereich exakt zu steuern.

Aus der US 4 783 155 ist bereits ein optisches Bauelement der eingangs erwähnten Art bekannt, das eine optische Linse aus einem weichelastischen Material hat. Während an der einen optisch wirksamen Linsen-Außenseite dieses vorbekannten Bauelementes ein Metallring mit zentraler Lichtöffnung anliegt, ist auf der gegenüberliegenden Außenseite der Linse ein Elektromagnet vorgesehen. Durch eine Spannungsänderung am Elektromagneten dieses vorbekannten optischen Bauelementes kann das magnetische Kraftfeld und damit auch der auf die Linse ausgeübte Druck derart verändert werden, daß sich das weichelastische Linsenmaterial verformt.

Bei diesem vorbekannten Bauelement wird die zum Verändern seiner optischen Eigenschaften erforderliche Formänderung bloß mittelbar durch eine Druckänderung der zwischen dem Metallring und dem Elektromagneten eingespannten Linse bewirkt. Diese mittelbare Formänderung erfordert einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand. Da der auf die Linse ausgeübte Druck im übrigen u. a. auch von der positionsgerechten Anordnung des Metallringes auf dem Linsenkörper abhängig ist, kann die Wiederholbarkeit einer definierten Formänderung eventuell erschwert sein.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der sich die optischen Eigenschaften eines optischen Bauelementes auf einfache Weise mit einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand im gewünschten Maß verändern lassen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem optischen Bauelement der eingangs erwähnten Art darin, daß die als flüssigkeitsgefüllter Hohlkörper ausgebildete optische Linse zur Verformung ihrer optischen Fläche in Folge einer Magnetfeldänderung wenigstens im Randbereich ihres Linsenumfanges magnetisch wirksam ist, wobei die Linse dazu zumindest in ihrem Umfangsrandbereich mit magnetisch wirksamen Partikeln durchsetzt ist und/oder die Linsen-Flüssigkeit eine magnetische Flüssigkeit wenigstens als Teilmenge enthält.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Bauelement wird somit ein Magnetfeld aufgebaut, welches den magnetisch wirksamen Randbereich der Linse stärker anzieht und dadurch die Wölbung dieser Linse verändert, was gleichzeitig eine Veränderung ihrer optischen Eigenschaften zur Folge hat. Somit kann durch den Einfluß des Magnetfeldes, das beispielsweise von einem Elektromagneten erzeugt wird, die Form der elastischen Linse verändert werden. Wird der magnetisch wirksame Randbereich der Linse stärker vom Magneten angezogen und der Abstand zwischen diesen Bestandteilen des optischen Bauelementes entsprechend verringert, strafft sich gleichzeitig die optische Fläche im mittleren Linsenbereich, was die gewünschte Änderung der optischen Eigenschaften zur Folge hat. Bei einem Nachlassen des Magnetfeldes geht die optische Linse durch die Eigenelastizität des Linsenmaterials wieder in ihre Ausgangsform zurück.

Dabei sieht eine besonders einfache Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, daß die Linse von einem ringförmigen Elektromagneten umgrenzt ist.

Um die optischen Eigenschaften der als Elastomerteil ausgebildeten Linse in einer gewissen Spannbreite praktisch stufenlos variieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine Magnetfeldänderung durch eine Spannungsänderung an dem Elektromagneten bewirkt wird. Bei einer Änderung der an den Elektromagneten angelegten Spannung wird auch der Einfluß des magnetischen Feldes auf die optische Linse verändert, was gleichzeitig eine entsprechende Änderung ihrer optischen Eigenschaften bewirkt.

Um den Umfangsrandbereich der Linse magnetisch wirksam auszugestalten, kann die Linse zumindest in ihrem Umfangsrandbereich eine magnetische Beschichtung aufweisen.

Die Linsenform läßt sich auch durch ein vergleichsweise schwaches Magnetfeld verändern, wenn die Linse aus einem Weichkunststoff, insbesondere aus Silikon hergestellt ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung verwirklicht sein.

Es zeigt in schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein optisches Bauelement in einer Draufsicht, bei welchem die als Elastomerteil ausgebildete Linse von einem Elektromagneten umgrenzt ist,

Fig. 2 das optische Bauelement aus Fig. 1 in einem Längsschnitt, wobei sich ihre elastische Linse in einem entspannten Zustand befindet, und

Fig. 3 das optische Bauelement aus Fig. 1 und 2 in gespanntem Zustand seiner optischen Linse.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein optisches Bauelement 1 dargestellt, das einen ringförmigen Elektromagneten 2 hat. Der Elektromagnet 2 umgrenzt den Umfangsrandbereich 3 einer optischen Linse 4, die zur Veränderung ihrer optischen Eigenschaften als Elastomerteil ausgebildet ist.

Um die Brennweite oder dergleichen optischen Eigenschaften des Bauelementes 1 durch eine Verformung der optischen Fläche der elastischen Linse 4 verändern zu können, ist der im Wirkbereich des Elektromagneten 2 angeordnete Umfangsrandbereich 3 der Linse 4 magnetisch wirksam ausgebildet.

Dabei wird eine Formveränderung der als Elastomerteil ausgebildeten optischen Linse 4 durch den Einfluß des vom Elektromagneten 2 erzeugten magnetischen Feldes auf den magnetisch wirksamen Randbereich 3 der Linse 4 bewirkt. Die optischen Eigenschaften des Bauelementes 1 lassen sich somit auf einfache Weise in einem vergleichsweise weiten Bereich stufenlos durch eine Magnetfeldänderung verändern, die durch eine Änderung der an den Elektromagneten 2 angelegten Spannung bewirkt wird.

Statt eines einzigen ringförmigen Elektromagneten 2 können auch mehrere - hier allerdings nicht dargestellte - Elektromagneten vorgesehen sein, die vorzugsweise in gleichen Abständen um den Linsenumfang angeordnet sind.

Die Linse 4 kann als Vollkörper aus lichtdurchlässigem Silikon oder dergleichen Weichkunststoff hergestellt sein. Um die optische Linse 4 im Magnetfeld des Elektromagneten 2 beeinflussen zu können, kann dabei die Linse 4 zumindest in ihrem Umfangsrandbereich 3 mit magnetisch wirksamen Partikeln durchsetzt sein. Zusätzlich kann die Linse 4 zumindest in ihrem Umfangsrandbereich 3 auch eine magnetische Beschichtung aufweisen.

Eine andere Ausführungsform sieht demgegenüber vor, daß die Linse 4 als flüssigkeitsgefüllter Hohlkörper ausgebildet ist und daß die lichtdurchlässige Linsen-Flüssigkeit eine magnetisch wirksame Flüssigkeit oder einen Flüssigmagneten wenigstens als Teilmenge enthält. Bei einer als Hohlkörper ausgebildeten Linse kann zusätzlich auch zumindest im Umfangsrandbereich der Linse innenseitig eine magnetisch wirksame Beschichtung vorgesehen werden.

Um die in der Linsen-Flüssigkeit der optischen Linse 4 enthaltene, magnetisch wirksame Flüssigkeits-Teilmenge auf den Umfangsrandbereich 3 der Linse 4 zu konzentrieren und um den optisch wirksamen Mittelbereich der Linse 4 von dieser eventuell auch licht- undurchlässigen Teilmenge freizuhalten, ist es zweckmäßig, wenn diese magnetisch wirksame Flüssigkeits-Teilmenge mittels einer an den Elektromagneten 2 angelegten Ausgangsspannung im Umfangsrandbereich der Linse erhalten wird. Durch eine Erhöhung dieser Ausgangsspannung und eine entsprechende Verstärkung des vom Elektromagneten 2 erzeugten Magnetfeldes kann auch hier die Form und somit die optische Fläche der Linse 4 in der gewünschten Weise variiert werden.

In Fig. 2 ist die elastische Linse 4 des optischen Bauelementes 1 in einem entspannten Zustand dargestellt, wobei die Linse 4 praktisch nur entlang einer Berührungslinie am Elektromagneten 2 anliegt. Wird eine gegebenenfalls erhöhte Spannung an den Elektromagneten 2 angelegt, wird die Linse 4 mit ihrem Umfangsrandbereich 3 stärker an den angrenzenden Rand des Elektromagneten 2 angezogen, so daß sich die Wölbung und somit die optischen Eigenschaften dieser Linse 4 verändern und der Mittelbereich der Linse 4 strafft.


Anspruch[de]
  1. 1. Optisches Bauelement, dessen Brennweite durch Verformung der optischen Fläche einer als Elastomerteil ausgebildeten Linse veränderbar ist, wobei die Linse im Wirkbereich zumindest eines Elektromagneten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die als flüssigkeitsgefüllter Hohlkörper ausgebildete optische Linse (4) zur Verformung ihrer optischen Fläche infolge einer Magnetfeldänderung wenigstens im Randbereich (3) ihres Linsenumfanges magnetisch wirksam ist, wobei die Linse (4) dazu zumindest in ihrem Umfangsrandbereich (3) mit magnetisch wirksamen Partikeln durchsetzt ist und/oder die Linsen-Flüssigkeit eine magnetische Flüssigkeit wenigstens als Teilmenge enthält.
  2. 2. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (4) von einem ringförmigen Elektromagneten (2) umgrenzt ist.
  3. 3. Optisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetfeldänderung durch eine Spannungsänderung an dem Elektromagneten (2) bewirkt wird.
  4. 4. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (4) zumindest in ihrem Umfangsrandbereich (3) eine magnetische Beschichtung aufweist.
  5. 5. Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (4) aus einem Weichkunststoff, insbesondere aus Silikon, hergestellt ist.






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