DE19520926A1

DE19520926A1 - Variation of e.g. focal length of optical element by deformation

Info

Publication number: DE19520926A1
Application number: DE1995120926
Authority: DE
Inventors: Clemens Sexauer
Original assignee: BEO GmbH
Current assignee: BEO GmbH
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2015-06-09
Also published as: DE19520926C2

Abstract

The method involves change of shape of the optical element (4) by an electromagnet (2) placed around its circumference (3). The element is made of an elastomer and its properties can be varied continuously over a comparatively wide range by changes in the magnetic field produced by a variable voltage. A complete element can be manufactured of transparent silicone or similar soft plastic material. It can be filled with a lens fluid and/or coated with a magnetic film or particles at least around its edge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verändern der Brennweite oder dergleichen optischen Eigenschaften eines optischen Bauelementes, bei dem die optischen Eigenschaften durch Verformung einer optischen Fläche eines Elastomerteils verändert werden.The invention relates to a method and an apparatus for Changing the focal length or the like optical properties an optical component in which the optical properties by deforming an optical surface of an elastomer part to be changed.

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.Optical components with multiple lenses are already known to change the focal length of the optical component in Direction of incidence must be shifted. To adjust the lenses provided in these optical components elaborate adjustment drives and sliding guides required.

Aus der DE 34 24 069 A1 ist bereits eine optische Linse mit einer zylindrischen Kammer aus zwei Teilen bekannt, die in Gewindeein griff stehen. An den Stirnseiten des Gehäuses befinden sich Membranelemente. Das Innere des Gehäuses ist mit einem optischen Medium gefüllt. Durch Verdrehen der beiden Gehäuseteile gegenein ander 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.From DE 34 24 069 A1 an optical lens with a cylindrical chamber known from two parts, which are threaded handle stand. Are located on the front of the housing Membrane elements. The inside of the case is with an optical Medium filled. By twisting the two housing parts against each other otherwise the length of the housing can be changed, whereby the membranes on the end faces for volume compensation more or bulge less. The previously known optical component opens although the ability to use different focal lengths is relatively easy to realize, however, it is difficult to in this component precisely control the desired work area.

Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der sich die optischen Eigenschaften eines optischen Bauelementes auf einfache Weise im gewünschten Maß verändern lassen.There is therefore in particular the task of a method as well to create a device of the type mentioned, with which the optical properties of an optical component can be easily changed to the desired extent.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß eine Formänderung der als Elastomerteil ausgebildeten optischen Linse durch den Einfluß eines magnetischen Feldes zumindest auf den magnetisch wirksamen Randbereich der optischen Linse bewirkt wird.The inventive solution to this problem consists in the Process of the type mentioned in particular in that a Change in shape of the optical lens designed as an elastomer part by the influence of a magnetic field at least on the magnetically effective edge region of the optical lens is effected.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die als Elastomerteil ausgebildete optische Linse zumindest in ihrem Randbereich magnetisch wirksam ausgestaltet. Somit kann durch den Einfluß eines 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.In the method according to the invention that is as an elastomer part trained optical lens at least in its edge area magnetically effective. Thus, through the influence of a magnetic field, for example from an electromagnet is generated, the shape of the elastic lens can be changed. If the magnetically effective edge area of the lens becomes stronger Attracted magnets and the distance between these components of the optical component is reduced accordingly, tightens at the same time the optical surface in the middle lens area what result in the desired change in the optical properties Has. When the magnetic field diminishes, the optical lens goes off due to the inherent elasticity of the lens material Initial form back.

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 zumindest einem 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.The optical properties of the elastomer part Vary the lens practically infinitely in a certain range To be able to, it is advantageous if a magnetic field change by causes a voltage change on at least one electromagnet becomes. When changing the applied to the electromagnet Voltage will also affect the magnetic field on the optical lens changes what a corresponding one at the same time Changes in their optical properties causes.

Dabei sieht eine besonders einfache und bevorzugte Verfahrensweise vor, daß die als flüssigkeitsgefüllter Hohlkörper ausgebildete Linse eine Linsenflüssigkeit mit einer magnetisch wirksamen Flüssigkeits-Teilmenge enthält, welche mittels einer am (an den) Elektromagneten angelegten Ausgangsspannung im Umfangsrandbereich der Linse gehalten wird.It sees a particularly simple and preferred procedure before that designed as a liquid-filled hollow body Lens a lens fluid with a magnetically effective Contains liquid subset, which by means of a Electromagnet applied output voltage in the peripheral edge area the lens is held.

Bei dem optischen Bauelement der eingangs erwähnten Art besteht die erfindungsgemäße Lösung insbesondere darin, daß die als Elastomerteil ausgebildete Linse im Wirkbereich zumindest eines Elektromagneten angeordnet ist und daß die elastische Linse zur Verformung ihrer optischen Fläche infolge einer Magnetfeldänderung wenigstens im Randbereich ihres Linsenumfanges magnetisch wirksam ist. Bei dem erfindungsgemäßen optischen Bauelement wird somit beim Anlegen einer Spannung an den Elektromagneten 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.In the optical component of the type mentioned at the outset the solution according to the invention in particular in that the as Elastomer part formed lens in the effective area of at least one Electromagnet is arranged and that the elastic lens for Deformation of their optical surface due to a change in the magnetic field magnetically effective at least in the edge region of its lens circumference is. The optical component according to the invention is thus a magnetic field when a voltage is applied to the electromagnet built, which the magnetically effective edge area of the lens attracts more and thereby changes the curvature of this lens, which at the same time changes their optical properties has the consequence.

Dabei sieht eine besonders einfache Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, daß die Linse von einem ringförmigen Elektromagneten umgrenzt ist.A particularly simple embodiment according to FIG Invention before that the lens of an annular electromagnet is bounded.

Um den Umfangsrandbereich der Linse magnetisch wirksam aus zu gestalten, kann die Linse zumindest in ihrem Umfangsrandbereich eine magnetische Beschichtung aufweisen. Diese magnetische Beschichtung kann an der Außenseite und/oder auch an der Innenseite der gegebenenfalls als Hohlkörper ausgebildeten Linse vorgesehen sein.Magnetically effective around the peripheral edge area of the lens design, the lens can at least in its peripheral edge region have a magnetic coating. This magnetic Coating can be on the outside and / or on the inside the lens, which may be designed as a hollow body his.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, daß die Linse zusätzlich oder statt dessen zumindest in ihrem Umfangsrandbereich mit magnetisch wirksamen Partikeln durchsetzt ist. Somit kann die Form der Linse ebenfalls im gewünschten Maß verändert werden, indem das Magnetfeld die zumindest im Umfangs randbereich der Linse vorgesehenen, magnetisch wirksamen Partikel beeinflußt.Another embodiment according to the invention provides that the lens additionally or instead at least in her Perimeter edge area interspersed with magnetically active particles is. Thus, the shape of the lens can also be as desired be changed by the magnetic field at least in scope Magnetic particles provided at the edge of the lens influenced.

Die Linsenform läßt sich auch durch ein vergleichsweise schwaches Magnetfeld verändern, wenn die Linse aus Silikon oder dergleichen durchsichtigem Weichkunststoff hergestellt ist.The lens shape can also be compared to a comparatively weak one Magnetic field change when the lens is made of silicone or the like transparent soft plastic is made.

Eine andere Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht vor, daß die Linse als flüssigkeitsgefüllter Hohlkörper ausgebildet ist und daß die lichtdurchlässige Linsen-Flüssigkeit eine magnetisch wirksame Flüssigkeit oder einen Flüssigmagneten wenigstens als Teilmenge enthält, welche zur Formveränderung der Linse durch das Magnetfeld veränderbar ist.Another development according to the invention provides that the Lens is designed as a liquid-filled hollow body and that the translucent lens liquid is magnetic effective liquid or a liquid magnet at least as Subset contains which to change the shape of the lens the magnetic field is changeable.

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 Ausführungs form gemäß der Erfindung verwirklicht sein.Further features of the invention result from the following Description of an embodiment according to the invention in Connection with the claims and the drawing. The single ones Features can be used individually or in groups of one execution form can be realized according to the invention.

Es zeigt in schematischer Darstellung:It shows in a schematic representation:

Fig. 1 ein optisches Bauelement in einer Draufsicht, bei welchem die als Elastomerteil ausgebildete Linse von einem Elektromagneten umgrenzt ist, Fig. 1 shows an optical device in a plan view, in which the elastomer is bounded as part of lens formed by an electromagnet,

Fig. 2 das optische Bauelement aus Fig. 1 in einem Längs schnitt, wobei sich ihre elastische Linse in einem entspannten Zustand befindet, und Fig. 2 shows the optical component of Fig. 1 in a longitudinal section, with its elastic lens in a relaxed state, and

Fig. 3 das optische Bauelement aus Fig. 1 und 2 in gespanntem Zustand seiner optischen Linse. Fig. 3, the optical component of FIG. 1 and 2 in a stretched state to its optical lens.

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.In Figs. 1 to 3, an optical component 1 is shown, having an annular electromagnet 2. The electromagnet 2 delimits the peripheral edge region 3 of an optical lens 4 , which is designed as an elastomer part to change its optical properties.

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.In order to be able to change the focal length or the like optical properties of the component 1 by deforming the optical surface of the elastic lens 4 , the peripheral edge region 3 of the lens 4 arranged in the effective area of the electromagnet 2 is magnetically effective.

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 Magnetfeld änderung verändern, die durch eine Änderung der an den Elektro magneten 2 angelegten Spannung bewirkt wird.A change in shape of the optical lens 4 designed as an elastomer part is brought about by the influence of the magnetic field generated by the electromagnet 2 on the magnetically active edge region 3 of the lens 4 . The optical properties of the component 1 can thus be easily changed in a comparatively wide range continuously by a magnetic field change, which is caused by a change in the voltage applied to the electromagnet 2 .

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.Instead of a single ring-shaped electromagnet 2 , a plurality of electromagnets, which are not shown here, can be provided, which are preferably arranged at equal intervals around the lens circumference.

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 oder statt dessen kann die Linse 4 zumindest in ihrem Umfangsrand bereich 3 auch eine magnetische Beschichtung aufweisen. The lens 4 can be made as a full body from translucent silicone or similar soft plastic. In order to be able to influence the optical lens 4 in the magnetic field of the electromagnet 2 , the lens 4 can be penetrated with magnetically active particles at least in its peripheral edge region 3 . Additionally or instead, the lens 4 can also have a magnetic coating at least in its peripheral edge area 3 .

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 oder statt dessen auch zumindest im Umfangsrandbereich der Linse innenseitig eine magnetisch wirksame Beschichtung vorgesehen werden.Another embodiment provides, in contrast, that the lens 4 is designed as a liquid-filled hollow body and that the translucent lens liquid contains a magnetically active liquid or a liquid magnet at least in part. In the case of a lens designed as a hollow body, a magnetically effective coating can additionally or instead also be provided on the inside at least in the peripheral edge region of the lens.

Um die in der Linsen-Flüssigkeit der optischen Linse 4 enthaltene, magnetisch wirksame Flüssigkeits-Teilmenge auf den Umfangsrand bereich 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 Umfangs randbereich 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 order to concentrate the magnetically effective liquid portion contained in the lens liquid of the optical lens 4 on the peripheral edge area 3 of the lens 4 and to keep the optically effective middle area of the lens 4 free of this possibly also opaque portion, it is expedient to if this magnetically effective liquid subset is obtained by means of an output voltage applied to the electromagnet 2 in the peripheral edge region of the lens. By increasing this output voltage and appropriately amplifying the magnetic field generated by the electromagnet 2 , the shape and thus the optical surface of the lens 4 can also be varied in the desired manner.

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 Umfangsrand bereich 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.In FIG. 2, the elastic lens is the optical component 1 shown in a relaxed state 4, the lens 4 is present practically only along a line of contact on the electromagnet 2. If a possibly increased voltage is applied to the electromagnet 2 , the lens 4 with its peripheral edge region 3 is attracted more strongly to the adjacent edge of the electromagnet 2 , so that the curvature and thus the optical properties of this lens 4 change and the central region of the lens 4 tightens.

Claims

1. A method for varying the focal length or the like optical characteristics of an optical component, in which the optical properties are changed by deformation of an optical surface of an elastomeric member, characterized in that a change in shape of the formed as an elastomer part optical lens (4) of a magnetic by influence Field is caused at least on the magnetically effective edge region ( 3 ) of the optical lens ( 4 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that a magnetic field change is caused by a voltage change on at least one electromagnet ( 2 ).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the formed as a liquid-filled hollow body lens ( 4 ) contains a lens liquid with a magnetically effective liquid portion, which by means of an (at the) electromagnet ( 2 ) applied output voltage in the peripheral edge region ( 3 ) the lens ( 4 ) is held.

4. Optical component, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 3, the focal length or the like optical properties can be changed by deformation of the optical surface of an elastomer part, characterized in that the lens ( 4 ) designed as an elastomer part in the effective range of at least one Electromagnet ( 2 ) is arranged and that the elastic lens ( 4 ) is magnetically effective to deform its optical surface due to a change in the magnetic field at least in the edge region ( 3 ) of its lens circumference.

5. Optical component according to claim 4, characterized in that the lens ( 4 ) is bounded by an annular electromagnet ( 2 ).

6. Optical component according to claim 4 or 5, characterized in that the lens ( 4 ) has a magnetic coating at least in its peripheral edge region ( 3 ).

7. Optical component according to one of claims 4 to 6, characterized in that the lens ( 4 ) is penetrated at least in its peripheral edge region ( 3 ) with magnetically active particles.

8. Optical component according to one of claims 4 to 7, characterized in that the lens ( 4 ) is made of silicone or the like soft plastic.

9. Optical component according to one of claims 4 to 8, characterized in that the lens ( 4 ) is designed as a liquid-filled hollow body and that the lens liquid contains a magnetically active liquid or a liquid magnet at least as a subset.