DE3424068C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement mit veränder­ barer Brennweite nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches optisches Bauelement ist bekannt aus der US-Z: SPIE Vol. 115 "Advances in Replicated and Plastic Optics", 1977, Seiten 18-24. Bei diesem Bauelement besteht der elastomere Körper aus Silikongummi. Zum Variieren der Brenn­ weite wird ein Druckfluid eingesetzt, das in ein Gehäuse der Gummilinse eingebracht werden muß. Damit ist der Aufbau des Gehäuses ziemlich aufwendig, und zum Verändern der Brenn­ weite sind aufwendige Apparaturen erforderlich. Speziell wird ein zylindrischer Körper aus Silikongummi derart in ein Gehäuse eingesetzt, daß die Stirnseiten des elastomeren Körpers bündig mit Gehäuseflächen abschließen, während die Umfangsfläche des elastomeren Körpers von einem Ringraum des Gehäuses umgeben ist, in den Druckfluid eingeleitet werden kann.

Aus der JP-OS 56-62 202 ist ein optisches Bauteil mit ver­ änderlicher Brennweite bekannt, das eine starre Linse und einen elastischen Materialblock aufweist, wobei dieser ela­ stische Block an einer planen Seite der Linse anliegt und durch Druckbeaufschlagung in seiner Dicke geändert werden kann.

In der FR-PS 9 14 827 ist eine Anordnung beschrieben, bei der zwischen zwei in einem starren Rahmen eingefaßten trans­ parenten Platten eine plastische Substanz enthalten ist. Wird ein bestimmter Druck auf die Substanz ausgeübt, ver­ formen sich die Platten entsprechend.

In der US 42 89 379 ist ein optisches Bauteil mit einem Fluid als Brechungsindex-bestimmenden Element dargestellt. Der mit dem Fluid gefüllte Behälter wird mit einem bestimm­ ten inneren Druck beaufschlagt.

In der US 31 61 718 ist ein optisches Bauelement dargestellt, welches ein Fluid enthält. Mit erheblichem mechanischen Aufwand wird das Volumen des Fluids geändert, und dement­ sprechend ändern sich die Eigenschaften des optischen Bau­ elements.

In der DE-OS 20 06 970 ist eine optische Linse mit regelba­ rer Brennweite beschrieben, in deren Gehäuse ein Piezo-Element angeordnet ist. Wird das Piezo-Element unter Spannung gesetzt, so ändert sich das Volumen der Flüssigkeit in einer Kammer, und folglich ändert sich die Gestalt der Oberfläche einer Folie, die das Fluid einschließt.

Bei den bekannten Bauelementen, die eine sogenannte Flüssig­ keitslinse enthalten, muß ein spezielles Flüssigkeitsreservoir sowie eine Druckerzeugungseinrichtung vorgesehen sein, was einer kompakten Ausführung entgegensteht. Das Bauelement mit dem Piezo-Element vermag nur geringe Brennweitenände­ rungen zu vollziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Bauelement der eingangs genannten Art anzugeben, das ein­ fach aufgebaut ist, geringe Abmessungen besitzt und einen relativ großen Brennweitenänderungsbereich aufweist, wozu die Änderung der Brennweite und die Einstellung auf eine bestimmte Brennweite leicht durchzuführen sein sollen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Fortlaufende Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße optische Bauelement unterscheidet sich vom Stand der Technik insbesondere dadurch, daß das gehäuse­ artige Teil den elastomeren Körper umgibt und einen Teil von dessen Oberfläche freigibt, wobei das Gehäuse aus zwei relativ zueinander beweglichen Teilen aufgebaut ist. Hier­ durch wird auf einfache Weise der für die Änderung der Form der optisch wirksamen Fläche erforderliche Druck aufgebracht.

Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung darge­ stellter Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben; es zeigen

Fig. 1 bis 3 Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauelementes in ver­ schiedenen Zuständen, wobei Fig. 1 das Bauelement ohne Einwirkung einer äußeren Kraft und Fig. 2 und 3 das Bauelement unter Einwirkung einer nach oben bzw. unten wirkenden Kraft darstellen,

Fig. 4 bis 7 Schnittansichten von vier weiteren Ausführungs­ formen des erfindungsgemäßen Bauelementes,

Fig. 8 eine Schrägansicht einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes,

Fig. 9 und 10 eine siebte Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen optischen Bauelementes zusammen mit einem Bei­ spiel für die zugehörige Druckerzeugungsvorrichtung,

Fig. 11 eine Schnittansicht einer achten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauelementes mit einem größeren Öffnungsdurchmesser,

Fig. 12 bis 19 je in Schnittansicht acht weitere Ausfüh­ rungsformen des erfindungsgemäßen optischen Bauele­ mentes, wobei ein Bauteil mit einer konvexen oder konkaven Innenseite mit dem elastischen Körper in Kontakt steht,

Fig. 20 eine Schnittansicht einer achtzehnten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen optischen Bauelementes, wobei die Oberfläche des elastischen Körpers mit einem gehärteten Flächenteil versehen ist,

Fig. 21 und 22 den Zustand des Bauelementes nach Fig. 20 bei einwirkender äußerer Druck- bzw. Zugkraft,

Fig. 23 und 24 je in Schnittansicht zwei weitere Ausführungs­ formen des erfindungsgemäßen Bauelementes, wobei ein den elastischen Körper durchtrennendes Abstands­ glied vorgesehen ist,

Fig. 25 und 26 Schnittansichten einer einundzwanzigsten Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes, bei der der elastische Körper mit einem Medium in Kon­ takt steht, das eine reflektierende Oberfläche zum Erhalt einer reflektierenden optischen Fläche be­ sitzt, wobei Fig. 25 den Zustand des Bauelementes bei einwirkender äußerer Druckkraft und Fig. 26 den Zustand des Bauelementes bei einwirkender äußerer Zugkraft zeigen,

Fig. 27 eine Schnittansicht einer zweiundzwanzigsten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauele­ mentes,

Fig. 28 eine Schnittansicht einer dreiundzwanzigsten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauele­ mentes, bei dem der Durchmesser der Öffnung variabel ist,

Fig. 29 und 30 Schnittansichten einer vierundzwanzigsten Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauele­ mentes, bei dem die Oberfläche des Körpers, ausge­ nommen des in der Öffnung liegenden Teils, gehärtet ist, wobei Fig. 29 den Zustand ohne äußere Kraftein­ wirkung und Fig. 30 den Zustand bei einwirkender äußerer Kraft darstellen, und

Fig. 31 die Schnittansicht einer fünfundzwanzigsten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauele­ mentes mit einem Trennglied zum Unterteilen des ela­ stischen Körpers.

Das erfindungsgemäße optische Bauelement umfaßt einen elasti­ schen Körper und ein mit einer Öffnung versehenes vergleichs­ weise starres Bauteil, die in Kontakt miteinander stehen, um einen Teil des elastischen Körpers innerhalb der Öffnung freizulegen. Diese freie Oberfläche des elastischen Körpers kann ihre Form ändern, wenn der elastische Körper deformiert wird. Demgemäß kann durch Auswölben oder Einwärtswölben der in der Öffnung liegenden freien Oberfläche des elastischen Körpers eine konvexe oder konkave Fläche erhalten oder ein bestehender Wölbungsgrad geändert werden, so daß die ge­ wünschte optische Eigenschaft, beispielsweise die gewünschte Brennweite, erhalten werden kann. Es kann demgemäß durch bloßes Ausüben einer äußeren Kraft auf den elastischen Körper oder durch bloßes Ändern des Volumens des elastischen Körpers die optische Fläche reversibel geändert werden, um die je­ weils gewünschten optischen Eigenschaften zu erhalten. Das optische Bauelement kann daher sehr einfach aufgebaut und ge­ steuert werden, wobei ein großer Änderungsbereich für die optischen Eigenschaften erhalten werden kann, weil diese auf einer Formänderung der optischen Fläche beruhen.

Als das Material für den elastischen Körper kann jedes Material benutzt werden, das bei Ausübung einer Kraft mit einer Formänderung reagiert und bei Entfernung der Kraft die ursprüngliche Form wieder annimmt, selbstverständlich vorausgesetzt, daß die ausgeübte Kraft nicht zu groß ist, d. h. innerhalb der Elastizitätsgrenzen bleibt.

Bei einem normalen Festkörper liegt die maximale Dehnung innerhalb der elastischen Grenze (kritische Dehnung) etwa bei 1%. Bei einem vulkanisierten elastischen Kautschuk ist die Elastizitätsgrenze sehr groß, und die kritische Dehnung beträgt annähernd 1000%.

Beim erfindungsgemäßen optischen Bauelement kann ein Mate­ rial mit einem Elastizitätsmodul entsprechend den gewünsch­ ten Eigenschaften des herzustellenden optischen Bauelementes ausgewählt werden. Vorzugsweise wird hierbei ein Material mit einem kleinen Elastizitätsmodul gewählt, um eine größere elastische Deformation zu erhalten oder den Zustand nach der Deformation optisch gleichförmiger zu machen.

Der Elastizitätsmodul (G) wird durch G = σ/γ dargestellt, wobei σ   die Spannung und γ die elastische Dehnung bedeuten. Der elastische Zustand, bei dem eine große Deformation mit kleiner Spannung erhalten wird, wird als hochelastischer oder gummielastischer Zustand bezeichnet. Gummielastische Körper sind daher besonders bevorzugt.

Solche Gummi-Elastomere können die allgemein als Kautschuk bekannte Elastomere umfassen, nämlich natürliche und synthetische Kautschukarten wie Styrolbutadien-Kautschuk (SBR), Butadien-Kautschuk (BR), Isopren-Kautschuk (IR), Äthylenpropylen-Kautschuk (EPM, EPDM), Butyl-Kautschuk (IIR), Chloropren-Kautschuk (CR), Acrylonitrilbutadien-Kautschuk (NBR), Urethan-Kautschuk (U), Silicon-Kautschuk (Si), Fluor-Kautschuk (EPM), Polysulfid-Kautschuk (T), Polyäther- Kautschuk (POR, CHR, CHC) und dergleichen. Alle diese Mate­ rialien befinden sich bei Zimmertemperatur im gummielasti­ schen Zustand. Jedoch können polymere Substanzen abhängig vom Grad der Brownschen Molekularbewegung im glasigen, gummi­ elastischen oder flüssigen Zustand vorliegen. Demgemäß wird vorliegend als der elastische Körper regelmäßig eine poly­ mere Substanz verwendet, die bei der Betriebstemperatur des optischen Bauelementes im gummielastischen Zustand vorliegt. Der Elastizitätsmodul im gummielastischen Zustand bestimmt sich hauptsächlich durch den Vernetzungszustand der poly­ meren Ketten, die das Elastomere aufbauen. Sonach ist bei­ spielsweise die Vulkanisierung von natürlichem Kautschuk nichts anderes als eine Behandlung, die dessen Elastizitäts­ modul bestimmt.

Für den hier zu verwendenden elastischen Körper ist es wünschenswert, ein Elastomer einzusetzen, das eine starke Deformation bei kleinen Kräften liefert. Aus diesem Grunde ist es wichtig, den Vernetzungsgrad zu steuern.

Jedoch führt eine Verringerung des Elastizitätsmoduls (mit der Tendenz eine größere Verformung bei kleineren Spannungen zu erhalten) auch zu einer Erniedrigung der Zug- oder Druck­ festigkeit; es ist deshalb notwendig, das Elastomer geeig­ net auszuwählen, so daß das schließliche optische Bauelement die für den beabsichtigten Zweck ausreichende Festigkeit be­ sitzt. Des weiteren erfolgt zweckmäßig die Bestimmung des Elastizitätsmoduls in Abhängigkeit von der Spannungsart, die bei der Betriebsart des optischen Bauelementes auftritt, bei­ spielsweise durch Messungen mit Hilfe von Zug-, Biege- oder Druckspannungen.

Der vorliegend zu verwendende elastische Körper sollte einen Elastizitätsmodul kleiner als der eines gewöhnlichen Fest­ körpers (10⁶ bis 10⁸ N/cm²) haben, nämlich etwa 10³ N/cm², was für gewöhnliche Gummielastomere typisch ist, oder weniger, vorzugsweise 10 N/cm² oder weniger, insbesondere 1 N/cm² oder weniger. Die untere Grenze sollte vorzugsweise so klein wie möglich sein, vorausgesetzt, daß der elasti­ sche Körper nicht wie eine Flüssigkeit im allgemeinen zer­ fließt sondern formbeständig bleibt. In den meisten Fällen werden die optischen Bauelemente bei Raumtemperatur benutzt, manchmal aber auch bei höheren oder niedrigeren Temperaturen. Demgemäß sind die vorstehend für den Elastizitätsmodul an­ gegebenen Werte auf die im Einzelfall vorgesehene Betriebs­ temperatur des optischen Bauelementes bezogen.

Die Härte oder Weichheit eines elastischen Körpers hängen zu einem gewissen Ausmaß von dessen Elastizität ab. In der Japanischen Industrienorm (JIN) K 6301 ist eine Methode de­ finiert, nach der die Härte einer Gummiprobe einfach abge­ schätzt wird durch Penetration, wenn eine kleine Dehnung der Probenoberfläche durch eine Feder erzeugt wird.

Wenn jedoch der Wert des Elastizitätsmodul nur 10 N/cm² oder weniger beträgt, wird eine Messung nach dieser Methode un­ möglich. In diesem Fall wird die Penetration gemessen und bestimmt mit Hilfe eines Viertelzoll-Mikrokonsistometer entsprechend JIN K 2808.

Des weiteren ist es bei kleinem Elastizitätsmodul schwierig, diesen anhand des Spannungsdehnungsdiagramms zu ermitteln. Sein Wert kann durch Kompression (5% Verformung) bestimmt werden. Dieser Wert kann mit der vorstehend erwähnten Penetration korreliert werden.

Gummielastomere umfassen außer den vulkanisierten (ver­ netzten) Kautschuks auch Äthylenvinylacetatcopolymere, Butadienstyrolblockcopolymere, für die keine Vulkanisie­ rung erforderlich ist, oder jene, wie diese durch geeigne­ tes Gelieren von Kettenpolymeren (d. h. Steuern der Mole­ kularkettenlängen zwischen den Vernetzungspunkten) erhalten werden.

Der Elastizitätsmodul eines jeden dieser Elastomere wird durch Steuern des Vernetzungsgrades durch Kombination von Monomeren in Blockcopolymeren oder durch den Gelierzustand gesteuert.

Außer einer Steuerung der Elastizität durch die Struktur des elastischen Materials selber ist es auch möglich, die Eigen­ schaften durch Hinzufügen eines Verdünnungs- oder Füll­ mittels zu ändern.

Wenn beispielsweise ein Verdünnungsmittel (Handelsbezeich­ nung: RTV-Verdünner der Shinetsu Kagaku Kogyo K. K.) einem Siliconkautschuk (Handelsbezeichnung: KE 104 derselben Firma) sowie ein Katalysator (Handelsbezeichnung: CAT-104 wiederum derselben Firma) zugefügt werden, verringern sich mit zunehmendem Zusatz Härte und Zugfestigkeit, während sich die Dehnung erhöht.

Das vorliegende optische Bauelement kann entweder für Durchlicht oder reflektierend ausgebildet werden. Im erste­ ren Fall sollte der elastische Körper zweckmäßig eine Durchlässigkeit von mehr als 80%, vorzugsweise 95% oder mehr, haben, und zwar gemessen bei einer Dicke von 1,0 cm unter Verwendung eines Parallelplatten-Durchlässigkeits- Meßgerätes.

Als Verfahren zum Verformen der optischen Fläche des ela­ stischen Körpers am durch die Öffnung freiliegenden Teil seien außer äußerer Kräfte auch noch die Möglichkeit einer Volumänderung genannt, wie diese von thermischer Expansion oder Schrumpfung begleitet ist, oder als Folge einer Sol- Gel-Änderung bei Verwendung des obigen Materials.

Das mit einer Öffnung versehene Bauteil zur Ausbildung der optischen Fläche des elastischen Körpers kann im Einzelfall eine flache Lochplatte sein, oder alternativ ein mit einer Öffnung mit wenigstens einer Wandung versehenes Gehäuse, durch das der elastische Körper eingegrenzt wird. Diese Öff­ nung kann je nach den gewünschten optischen Wirkungen in variabler Form ausgebildet werden. Im allgemeinen hat sie jedoch Kreisform, um eine konvexe oder konkave Linse mit variabler Brennweite zu erhalten.

Im Falle einer rechteckspaltförmigen Öffnung ist es möglich, eine Zylinderlinse oder eine torische Linse zu erhalten.

Das durch diese Öffnungen gebildete optische Bauelement, oder genauer die an diesen Öffnungen freiliegenden Flächen des elastischen Körpers, können in ihrer Form durch auf den elastischen Körper ausgeübte äußere Kräfte oder durch eine Volumänderung frei geändert werden. Der Grad dieser Ände­ rung kann geregelt werden, wobei die Wirkung dieser Änderung festgestellt und entsprechend rückgekoppelt wird.

Die Öffnung kann durch ein piezoelektrisches Element, z. B. durch ein zylindrisch geformtes piezoelektrisches Material realisiert werden, wodurch das Bauelement bemerkenswert kom­ pakt ausgebildet werden kann. Der piezoelektrische Zylinder kann eine äußere Kraft auf den elastischen Körper durch Ändern seines Durchmessers oder seiner Höhe entsprechend der Wahl des piezoelektrischen Materials ausüben.

Das mit einer Öffnung versehene Bauteil kann seine Form inso­ weit ändern als die Öffnung eine bei Verformung des elasti­ schen Körpers ähnliche Geometrie beibehält. Am bevorzug­ testen ist jedoch, daß das mit einer Öffnung versehene Bauteil im wesentlichen starr ist und die Form der Öffnung nicht nennenswert ändert. Hierdurch ergeben sich folgende Vor­ teile. Wenn die Öffnung kreisförmig ist, kann eine rota­ tionssymmetrische optische Fläche, die aus optischen Grün­ den wünschenswert ist, leicht erhalten werden. (In dieser Hinsicht ist eine Verformung der Öffnung tolerierbar, so­ lange eine geometrische Ähnlichkeit der Öffnung beibehalten wird.) Die durch die Öffnung hindurchgelassene Lichtmenge ändert sich nicht wesentlich. Weiterhin werden andere schäd­ liche Effekte auf eine optische Oberfläche vermieden, wie diese als Folge einer Formänderung der Öffnung auftreten.

Auf den elastischen Körper kann eine äußere Kraft nach jeder bekannten Methode ausgeübt werden. Es ist jedoch wünschens­ wert, daß die Verformung des elastischen Körpers mit Hilfe eines Rückkopplungsmechanismus geschieht, wobei die opti­ sche Wirkung dieser Verformung festgestellt wird. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, ein Verfahren vorzusehen, nach wel­ chem eine elektrische Steuerung erfolgen kann mit Hilfe bei­ spielsweise eines Elektromagneten, eines Schrittmotors oder eines piezoelektrischen Bauelementes. Auch kann eine Volum­ änderung durch Erwärmen bewerkstelligt werden. Hierzu wird eine Heizeinrichtung außerhalb oder innerhalb des elasti­ schen Körpers vorgesehen.

Nachstehend sind typische Ausführungsformen des erfindungs­ gemäßen optischen Bauelementes anhand der Zeichnung be­ schrieben.

Fig. 1 bis 3 zeigen je in Schnittansicht die verschiedenen Zustände einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Bauelementes, das aufgebaut ist aus einem mit einer Öffnung 2 versehenen Bauteil 1 und einem beweglichen Bauteil 4 auf gegenüberliegenden Seiten eines hierzwischen angeordneten elastischen Körpers 3. In Fig. 1 bis 3 ist das Bauteil 1 als zylindrisches Gehäuse mit einer Kreisöffnung 2 ausgebildet, und der elastische Körper 3 ist wenigstens gegenüber dem Licht der benutzten Wellenlänge durchlässig. Ein bewegliches Bauteil dient zur Druckausübung auf den elastischen Körper 3 und ist als transparente Planplatte aus­ gebildet, die parallel zum oberen Gehäuseteil 2 a, das die Öffnung 2 umgibt, angeordnet. Fig. 1 zeigt den Zustand ohne äußere Krafteinwirkung. Fig. 2 zeigt den Zustand bei auf das bewegliche Bauteil 4 ausgeübter Druckkraft, wo­ durch ein Teil des elastischen Körpers aus der Öffnung aus­ gewölbt wird, um eine konvexe Linse entsprechend der Größe des ausgeübten Druckes zu bilden. Fig. 3 zeigt den Zustand bei auf den elastischen Körper über das bewegliche Bauteil 4 ausgeübten Unterdruck (Zugspannung), wobei sich der elasti­ sche Körper bei der Öffnung einwärts wölbt, um eine Konkav­ linse zu bilden. Um diesen Zustand zu realisieren, sollte der elastische Körper 3 an der Innenseite der oberen Wan­ dung 2 a und am beweglichen Bauteil 4 befestigt, beispiels­ weise angeklebt sein.

Sonach kann je nach Größe und Vorzeichen der auf das beweg­ liche Bauteil des Gehäuses ausgeübten äußeren Kraft die ge­ wünschte Form der optischen Fläche mit dem bei der Öffnung liegenden Teil des elastischen Körpers realisiert werden.

Die mit der Öffnung 2 versehene Platte 2 a wird, wenn gewünscht, lichtundurchlässig gemacht. Wenn sie jedoch transparent ge­ halten wird, dann kann das Bauelement auch als ein solches mit zwei Brennweiten benutzt werden. Wie erwähnt kann, falls gewünscht oder erforderlich, das bewegliche Bauteil am ela­ stischen Körper befestigt, z. B. angeklebt sein. Ferner kann, falls gewünscht oder erforderlich, der elastische Körper als Ganzes an der Innenfläche des Gehäuses befestigt sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform. Hierbei ist das mit einer Öffnung versehene Glied beweglich. Daher ist es auch möglich, den elastischen Körper 3, der in einem Ge­ häuse 5 mit bodenseitiger transparenter Planplatte angeord­ net ist, mit Hilfe des mit einer Kreisöffnung 7 versehenen beweglichen Bauteils 6 unter Druck zu setzen.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform, bei der ein be­ wegliches Bauteil 6 mit einer Öffnung 7 zur Ausformung einer optischen Fläche im Wege einer Auswölbung oder Ein­ wärtswölbung des elastischen Körpers einem weiteren mit einer Öffnung 9 versehenen Bauteil gegenübersteht, zwischen denen der elastische Körper angeordnet ist. Durch das Vor­ sehen mehrerer Öffnungen 7 und 9 können bei Druckaus­ übung entsprechende Krümmungen auf beiden Seiten erzeugt werden. Durch Ändern der Größe der Öffnungen können verschie­ dene Krümmungen erhalten werden.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, kann des weiteren der Körper 3 in einem Gehäuse 10 untergebracht sein, in dessen Innern eine Öffnung 13 ausgebildet ist. Dieses geschieht mit Hilfe eines Hohlzylinders 12, der auf einem optisch transparenten Deckel 11 des Gehäuses fixiert ist. Durch Ausübung einer äußeren Kraft auf ein bewegliches Glied 4 bildet sich bei der Öffnung 13 eine optische Fläche im elastischen Körper aus.

Wie erwähnt, wird (positiver oder negativer) Druck auf den elastischen Körper durch entsprechendes Ansteuern des be­ weglichen Teils 4 oder 6 nach jedem bekannten Verfahren aus­ geübt. Beispielsweise kann das Gehäuse einfach mit einem Gewinde versehen werden, in das das bewegliche Bauteil mehr oder weniger eingeschraubt wird. Alternativ kann das bewegliche Bauteil unter Steuerung eines Elektromagneten verstellt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem bewegli­ chen Bauteil 14, das mit dem elastischen Körper 3 an Flächen in Berührung steht, die senkrecht zu der die Öffnung tra­ genden Fläche verlaufen. Beispielsweise kann, wie darge­ stellt, die optische Fläche unter Verwendung eines zylindri­ schen piezoelektrischen Elementes 14 ausgebildet werden, wo­ bei durch Expansion oder Schrumpfen in radialer Richtung der elastische Körper 3 aus der Öffnung 15 a des zylindrischen Gehäuses 15 ausgewölbt oder in diese eingezogen werden. Das Gehäuse 15 ist im übrigen mit einer transparenten Boden­ platte 15 b versehen.

Die Öffnung des optischen Bauelementes ist nicht auf kreis­ förmige Form begrenzt. Beispielsweise kann, wie in Fig. 8 dargestellt ist, unter Verwendung eines Gehäuses 16 mit einer Rechtecköffnung 17 die Form des elastischen Körpers, der durch Druckeinwirkung entweder ausgewölbt oder einwärts ge­ wölbt wird, zylindrisch oder torisch gehalten werden.

Fig. 9 und 10 zeigen Beispiele mit einer Einrichtung zum Ausüben einer äußeren Kraft. In Fig. 9 ist der elasti­ sche Körper in einem Zylinder 21 eingeschlossen, der aus aufeinandergeschichteten piezoelektrischen Ringen aufge­ baut ist. Durch Anlegen einer Spannung an den piezoelektri­ schen Zylinder mit Hilfe einer Spannungsquelle 22 und eines Schalters 23 können ein scheibenförmiges bewegliches Bauteil 20 und ein mit einer Öffnung 18 versehenes bewegli­ ches Bauteil 19, die am oberen und unteren Ende des piezo­ elektrischen Zylinders innenseitig befestigt sind, einander genähert werden, so daß die optische Fläche bei der Öffnung 18 verformt werden kann. Bei dieser Ausführungsform hat jede Schicht des piezoelektrischen Elements die Eigenschaft, ihre Dicke zu ändern, wenn ein elektrisches Feld in der Dicken-Richtung ansteht. Alternativ kann eine piezoelektri­ sche Folie verwendet werden, die die Eigenschaft hat, ihr Gebiet oder ihre Länge bei einem in Dickenrichtung anstehen­ den elektrischen Feld zu ändern.

Wie in Fig. 10 dargestellt ist, kann auch ein bewegliches Glied 25 aus einem ferromagnetischen Material vorgesehen werden, das mit Hilfe eines Elektromagneten 26 in einem Gehäuse 27 in Richtung Gehäuseboden bewegt werden kann, wo­ durch die optische Fläche des elastischen Körpers 3 bei der Öffnung 24 verformt werden kann.

Bei dem vorliegenden Bauelement bildet sich mit zunehmender Größe der die optische Fläche umgebenden Öffnung eine stär­ ker werdende Tendenz aus, daß der Krümmungsradius der optischen Fläche in der Nähe der optischen Achse größer, aber in der Nähe des Umfangs kleiner wird, wodurch eine zwar rota­ tionssymmetrische aber nichtsphärische Fläche resultiert (Fig. 11). Die Form der optischen Fläche bei der Öffnung 2 kann sich auch in Abhängigkeit von Dicke oder Volumen oder vom Elastizitätsmodul des elastischen Körpers 3 ändern.

Fig. 12 bis 19 zeigen verschiedene Ausführungsformen, bei denen zum Erhalt von sphärischen optischen Flächenformen Hilfsglieder 40 usw. mit konvexen oder konkaven Innenflächen vorgesehen sind, die mit dem elastischen Körper auf dessen der Öffnung gegenüberliegenden Seite je in Kontakt stehen. Bei den optischen Bauelementen nach Fig. 12 bis 19 wird Druck (und/oder Spannung) auf den elastischen Körper durch Bewegen eines konvexen oder konkaven Gliedes ausgeübt. Es ist aber auch möglich, Druck (und/oder Spannung) durch Be­ wegen des mit der Öffnung versehenen Bauteils zu erzeugen, wie dieses anhand der Ausführungsformen nach Fig. 9 und 10 beschrieben worden ist.

Entsprechend Fig. 12 umfaßt das optische Bauelement ein zy­ lindrisches Bauteil 1 mit einer Öffnung 2, einen elastischen Körper 3 und eine Grundplatte 40 zum Druckausüben auf den elastischen Körper 3. Der Körper 40 ist auf seiner Innen­ seite, der dem elastischen Körper zugewandten Seite, mit einer sphärischen konvexen Fläche versehen. Durch Verstellen der Grundplatte in druckausübender Richtung auf den elasti­ schen Körper wird dieser in konvexer Linsenform aus der Öffnung 2 ausgewölbt. Da in diesem Fall die Innenseite der Grundplatte 40 sphärisch ist, kann der in der Öffnung zentral gelegene Teil des elastischen Körpers bevorzugt angehoben werden. Im Ergebnis wird im Vergleich zu einer planen Boden­ platte die erwünschtere konvexe sphärische Fläche erhalten. Umgekehrt wird (siehe Fig. 13) bei Verstellung der Boden­ platte im Sinne einer Unterdruckausübung auf den elastischen Körper 3 dieser eine eingezogene Konkavlinse innerhalb der Öffnung 2 ausbilden. Auch in diesem Fall wird wegen der konvexsphärischen Form der Bodenplatte 40 der Mittelteil be­ vorzugt eingezogen, um die im Vergleich zu einer planen Bo­ denplatte erwünschtere sphärische konkave Form zu erhalten.

Durch Ändern der innenseitigen Form der Bodenplatte kann die Form der optischen Fläche bei der Öffnung 2 in die ge­ wünschte Gestalt gebracht werden. Beispielsweise ist (siehe Fig. 14) ein vorspringender Teil 41 a auf der Innenseite der Bodenplatte 41 vorgesehen. Durch entsprechende Verstellung der Bodenplatte kann wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 12 der in der Öffnung 2 zentral gelegene Teil der optischen Fläche in eine gewünschte konvexe oder konkave Form gebracht werden. Durch Ändern der Größe des vorsprin­ genden Teils 41 a kann die Form der optischen Fläche in wei­ ten Grenzen geändert werden. Da die Fläche 41 b des vor­ springenden Teils 41 a gegenüber der Öffnung 2 plan ist, braucht, wenn das optische Bauelement für Durchlicht ausge­ bildet wird, die optische Wirkung einer auf der Innenseite der transparenten Bodenplatte vorgesehene gekrümmte Fläche nicht berücksichtigt zu werden.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Innenseite der Bodenplatte in der dargestellten Form mit dem Ziel gekrümmt ist, eine optische Fläche in der gewünschten Form zu erhalten. Im einzelnen kann der spezielle Krümmungs­ verlauf auch durch Simulation auf einem Computer bestimmt werden.

Des weiteren kann die Innenseite der Bodenplatte durch kon­ vexe und konkave Abschnitte z. B. in Sinuswellen- oder Rechteckwellenform gebildet werden.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Unter­ seite 43 c der Bodenplatte 43 wie eine konvexe Linse ge­ krümmt ist. In diesem Fall (ebenso auch im Falle der Aus­ führungsformen mit gekrümmter Oberseite der Bodenplatte) kann durch geeignete Wahl des Brechungsindex und der Dis­ persion der Bodenplatte 43 die Schwankungen der chromati­ schen Aberration als Folge einer unterschiedlich starken Verformung der freien Oberfläche des elastischen Körpers an der Öffnung 2 verringert werden.

Die vorstehende Beschreibung gilt sinngemäß auch für den Fall, daß die Öffnung Rechteckspalt-Form besitzt.

Fig. 17 bis 19 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Innen­ seiten der Bodenplatten 44, 45 und 46 konkav geformt sind, um zu gewünschten Formen der optischen Flächen bei der Öff­ nung 2 zu gelangen.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Gebiet und/oder die Form der die optische Fläche eingrenzenden Öffnung variabel gemacht werden, wodurch die durch den elastischen Körper gebildete optische Fläche gesteuert werden kann. Bei­ spielsweise kann durch Ändern des Öffnungsgebietes der Aus­ wölbungs- oder Einwölbungsgrad zum Erhalt gewünschter opti­ scher Eigenschaften geändert werden. Alternativ kann durch Ändern des Umrisses der Öffnung, beispielsweise von Kreis­ form in Ellipsen- oder Rechteckform, eine torische Linse oder eine zylindrische Linse erhalten werden.

Methoden zum Ändern der Form der Öffnung umfassen jene, bei denen das Gebiet oder der Umriß der Öffnung geändert wird, sowie jene, bei der sowohl das Gebiet als auch der Umriß geändert werden. Zum Ändern der Form der Öffnung empfiehlt sich die Methode, mit Hilfe einer für Kameras bekannten Iris das Gebiet einer kreisförmigen Öffnung zu ändern. Diese Methode ist auch für ein System zur Änderung einer Ellipsen­ form anwendbar. Durch Kombination zweier Mechanismen zum Ändern der Spaltbreiten können Länge und Breite eines Recht­ eckspalts frei geändert werden.

Eine weitere Ausführungsform besteht in einem Aufbau, bei dem ein elastischer Körper verwendet wird, dessen Oberfläche, ausgenommen des von der Öffnung umschlossenen optischen Flächenteils, durch gehärtete Flächen gebildet ist. Unter Verwendung von sowohl elastischen als auch gehärteten Flä­ chen kann die Handhabung des elastischen Körpers verbessert und ein den elastischen Körper einschließendes Gehäuse ein­ gespart werden.

Fig. 20 bis 22 zeigen Schnittansichten eines typischen Grundaufbaues eines solchen optischen Bauelementes. Es be­ sitzt einen zylindrischen, transparenten elastischen Körper 3 mit gehärteten Flächen 51 und eine Lochplatte 50 mit einer Öffnung 2, die auch als das bewegliche Bauteil zur Ausübung eines (positiven oder negativen) Druckes auf den elastischen Körper fungiert. Fig. 20 zeigt den Zustand ohne ausgeübten Druck. Fig. 21 zeigt den Zustand, bei dem Druck über die Lochplatte 50 auf den elastischen Körper 3 ausgeübt wird. In diesem Fall wird, abhängig von der Größe des ausgeübten Druckes ein Teil des elastischen Körpers in Form einer kon­ vexen Linse aus der Öffnung ausgewölbt. Fig. 22 zeigt den Zustand, bei dem ein negativer Druck (Zug) über die Loch­ platte 50 auf den elastischen Körper ausgeübt wird. In diesem Fall wölbt sich der elastische Körper unter Bildung einer konkaven Linse einwärts in die Öffnung.

Entsprechend einer weiteren Ausführung kann die für die Aus­ bildung der optischen Fläche vorgesehene Oberfläche des elastischen Körpers reflektierend gemacht werden. Das heißt, das optische Bauelement kann als Spiegel mit variabler Brennweite ausgebildet werden. Die Oberfläche kann nach zahlreichen Methoden reflektierend gemacht werden, beispiels­ weise durch Aufdampfen von Aluminium und Silber oder ande­ ren Metallen auf die Oberfläche des elastischen Körpers, beispielsweise durch Dispergieren von Metallpartikeln oder durch Schichten mit stark unterschiedlichen Brechungsindi­ ces aufeinanderfolgend erzeugt werden, beispielsweise durch Aufdampfen, Auftragen im Schleuderverfahren, Plasma-Poly­ merisation usw.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind ein Paar elasti­ scher Körper zwischen zwei je mit einer Öffnung versehenen Bauteilen angeordnet, wobei zwischen den beiden elastischen Körpern ein Trenn- oder Abstandsglied vorgesehen ist (siehe Fig. 23 und 24). Durch ein solches Trenn- oder Abstands­ glied können die Formen der erhältlichen optischen Flächen unabhängig voneinander oder in bestimmter Beziehung zueinan­ der gleichzeitig geändert werden. Vorliegend ist ein Trenn­ glied für den oder die elastischen Körper insbesondere dafür vorgesehen, unabhängige Formänderungen mehrerer optischer Flächen zu realisieren. Fig. 23 zeigt ein hierfür typisches Beispiel. Diese Ausführungsform umfaßt einen elastischen Körper 3 innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 64, wobei der elastische Körper 3 durch ein scheibenförmiges Trenn­ glied 61 unterteilt ist. Gegenüberliegende Lochplatten 60 und 63 tragen gegenüberliegende Öffnungen 65 und 62. Die optischen Flächen, die durch die an den Öffnungen 65 und 62 gelegenen Teilen der elastischen Körper gebildet sind, können in jeder gewünschten Form durch Verschieben der Lochplatten 60 und 63 oder der Trennplatte 61 oder aller drei Platten zusammen in der zu den Öffnungen senkrechten Richtung erhalten werden. Beispielsweise können durch Fixieren des Trenngliedes 61 und durch Bewegen der Loch­ platten 60 und 63 je in Richtung auf das Trennglied kon­ vex ausgebildete optische Flächen an den Öffnungen 65 und 62 erhalten werden. Werden andererseits die Lochplatten 60 und 63 von der Trennplatte 61 wegbewegt, ergeben sich je konkave optische Flächen. Werden die Lochplatten 60 und 63 in derselben Richtung bewegt und wird bei fixierten Loch­ platten das Trennglied 61 bewegt, dann bildet sich an einer der Öffnungen 65, 62 eine konvexe optische Fläche aus, und an der anderen eine konkave optische Fläche.

Wie erwähnt, ist jede Methode zum Ausüben von Druck auf den elastischen Körper durch eine entsprechende Beaufschlagung der Lochplatte oder Lochplatten oder der Trennplatte brauch­ bar. Beispielsweise kann das Gehäuse 64 einfach mit einem Gewinde versehen werden und die Lochplatten und die Trenn­ platte jeweils gewünscht eingeschraubt werden. Auch können Lochplatte oder Trennplatte unter Verwendung eines Elektro­ magneten beaufschlagt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Weiterhin braucht das Trennglied 61 nicht stets als planparallele Platte vorzuliegen, es kann auch einseitig oder beidseitig mit gekrümmten Flächen versehen sein, wie dieses für die Bodenplatte nach Fig. 12 bis 19 beschrieben worden ist. Das Trennglied 61 ist im allgemeinen optisch transparent.

Fig. 24 zeigt in Schnittansicht eine weitere Ausführungs­ form, bei der der elastische Körper 3 nicht von einem Ge­ häuse eingeschlossen ist. In diesem Fall kann, falls ge­ wünscht, die seitliche Umfangsfläche einer Aushärtung un­ terworfen werden. Die Aushärtungsbehandlung kann durch Ein­ tauchen des elastischen Körpers in eine Lösung eines Ver­ netzungs-Härtungsmittels bewerkstelligt werden, um eine Vernetzung nur an der Oberfläche zu erhalten, oder durch Eintauchen in ein mit UV-Strahlung aushärtbares Harz, ge­ folgt von einer UV-Bestrahlung zur Aushärtung.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist ein Medium vorgesehen, das entsprechend der Einwärts- oder Auswärtsver­ formung des an der Öffnung gelegenen Teils des elastischen Körpers verformt werden kann, wobei die mit dem elastischen Körper in Berührung stehende Fläche dieses Mediums reflek­ tierend ausgebildet wird, um einen Spiegel mit variabler Brennweite zu erhalten.

Die Fig. 25 und 26 zeigen eine solche Ausführungsform. Dort bedeuten 71 ein zylindrisches Gehäuse mit einer Kreisöff­ nung 72, 3 einen elastischen Körper, 74 eine optisch trans­ parente Platte als bewegbares Bauteil zur Druckausübung auf den elastischen Körper, 75 ein reflektierendes Medium aus Quecksilber, 76 ein elastisches Glied wie Gummi und 77 ein Quecksilber-Reservoir. Fig. 25 zeigt den Zustand bei auf den elastischen Körper 3 über das bewegliche Bauteil 74 aus­ geübtem Druck. Abhängig von der Größe dieses Druckes wird ein Teil 3 a des elastischen Körpers 3 aus dem Öffnungsteil 72 in Form einer konvexen Linse ausgewölbt. Der konvex aus­ gewölbte Teil 3 a steht nun mit dem Quecksilber 75 in Berüh­ rung und bildet eine Grenzfläche 78 zwischen dem elastischen Körper 3 und dem Quecksilber 75. Diese Grenzfläche 78 bildet eine reflektierende Fläche für durch den elastischen Körper 3 eintretendes Licht 79. Wegen der Druckausübung auf den elastischen Körper wird der ausgewölbte Teil 3 a das Queck­ silber 75 verdrängen, wobei sich die Form der Grenzfläche 78 ändert. Das verdrängte Quecksilber führt zu einer ent­ sprechenden Verformung des im übrigen leicht verformbaren elastischen Gliedes 76. Das Quecksilber behindert daher nicht die Auswölbung des elastischen Körpers 3 in Form einer konvexen Linse.

Die reflektierende Fläche 78 kann als Konkavspiegel verwen­ det werden. Durch Ändern der Größe des auf die planparallele Platte 74 ausgeübten Drucks kann der Auswölbungsgrad des konvex ausgewölbten Teils 3 a mit einer begleitenden Krüm­ mungsänderung der reflektierenden Fläche 78 geändert werden. Man erhält daher einen Konkavspiegel mit variabler Brenn­ weite.

Fig. 26 zeigt den Zustand, bei dem ein negativer Druck auf den elastischen Körper 3 über die parallel zur Öffnung orientierte Platte 74 ausgeübt wird. Der elastische Körper 3 wird von der Platte hochgezogen, wodurch der elastische Körper bei der Öffnung 72 die Form einer Konkavlinse an­ nimmt. Auch in diesem Fall bildet das Quecksilber 75 eine den verformten elastischen Körper 3 berührende Fläche 78. Die Fläche 78 bildet nunmehr einen Konvexspiegel. Durch Än­ dern des auf die Platte 74 ausgeübten negativen Drucks kann die Krümmung und damit die Brennweite des Konvexspiegels kontinuierlich geändert werden.

Statt Quecksilber zur Ausbildung der reflektierenden Fläche zu benutzen, ist es auch möglich, andere flüssige Substanzen einzusetzen, die eine reflektierende Oberfläche zu bilden vermögen, beispielsweise eine flüssige Dispersion von feinem Aluminiumpulver in einer Flüssigkeit wie Xylol. Für denselben Zweck kann als leicht deformierbares Medium auch ein Silicon­ kautschuk, der feines Aluminiumpulver enthält, verwendet werden.

Nachstehend sind Beispiele wiedergegeben.

Beispiel 1

Es wurde ein optisches Bauelement in der aus Fig. 27 ersicht­ lichen Form hergestellt. Zunächst wurde in ein zylindri­ sches Messinggehäuse 29 (Innendurchmesser 50 mm, Tiefe 20 mm), das am Boden mit einer transparenten Glasplatte 28 versehen war, eine Mischung aus einem Siliconkautschuk mit 12 Gew.-% eines Katalysators eingefüllt. Die Mischung wurde 48 Stunden lang bei 50° C stehengelassen, um einen transpa­ renten elastischen Körper 30 mit einem Elastizitätsmodul von etwa 2 N/cm² zu erhalten. Sodann wurde auf den transpa­ renten elastischen Körper 30 eine Aluminiumplatte 31 mit einer Öffnung 32 eines Durchmessers von etwa 15 mm aufge­ setzt und durch einen Andrückring 33 niedergedrückt. Der An­ drückring 33 war so ausgebildet, daß er in das Gehäuse 29 eingeschraubt und die Aluminiumplatte 31 bei Drehung des Andrückrings 33 vertikal verstellt werden kann, so daß sich der transparente elastische Körper an der Öffnung 32 der Platte 31 auswärts oder einwärts wölben kann. Die Form des auswärts oder einwärts gewölbten Teils ist eine rotations­ symmetrische aber asphärische Fläche mit einem größeren Krümmungsradius bei der optischen Achse und einem kleineren Krümmungsradius an den Randzonen. Durch Ändern des ausge­ übten Druckes im Wege einer Verdrehung des Andrückrings im Bereich von 0 bis etwa 2 N/cm² konnte der Krümmungsradius bei der optischen Achse kontinuierlich zwischen ∞ und 30 mm geändert werden. Dieses war mit einer Brennweitenänderung der Linse zwischen ∞ und 74 mm verknüpft.

Die Kombination von Gehäuse 29 und Andrückring 33 vermag auch als eine Einrichtung zum konstanten Ausüben einer Kraft auf den elastischen Körper und damit zur Ausbildung einer konstanten Form des in der Öffnung freiliegenden Teils der Oberfläche des elastischen Körpers durch dessen Verfor­ mung zu dienen. Falls erforderlich kann hierzu der Ring am Gehäuse fixiert, beispielsweise verklebt oder angeschweißt, werden.

Beispiel 2

Der Durchmesser der Öffnung 32 der Aluminiumplatte 31 des Beispiels 1 wurde auf 10 mm geändert. Bei einer Druckände­ rung zwischen 0 und etwa 2 N/cm² ergab sich ein Änderungsbe­ reich für den Krümmungsradius bei der optischen Achse von ∞ bis 23 mm mit einem begleitenden Brennweitenänderungsbe­ reich von ∞ bis 57 mm.

Beispiel 3

Es wurde die Menge des nach Beispiel 1 zugesetzten Katalysa­ tors auf 10% geändert. Man erhielt einen transparenten elastischen Körper mit einem Elastizitätsmodul von etwa 1 N/cm². Für einen Druckänderungsbereich von 0 bis etwa 1 N/cm² ergab sich ein Änderungsbereich für den Krümmungs­ radius bei der optischen Achse von ∞ bis 32 mm und für die Brennweite von ∞ bis 79 mm.

Beispiel 4

Die Oberfläche der Aluminiumplatte 31 des Beispiels 1 wurde vorher mit einem Primer beschichtet und auf den transparenten elastischen Körper 30 aufgeklebt. Bei Ausübung eines negativen Druckes auf den transparenten elastischen Körper durch Hochziehen der Aluminiumplatte 31 bei entsprechender Drehung des Rings 33 zieht sich der transparente elastische Körper 30 bei der Öffnung 32 unter Ausbildung einer konkaven Fläche ein. Bei einer Änderung des negativen Druckes zwischen 0 und etwa 1 N/cm² ergab sich ein Änderungsbereich für den Krümmungs­ radius bei der optischen Achse von ∞ bis 63 mm und für die Brennweite von -∞ bis -155 mm.

Durch Herunterdrücken oder Hochziehen der Aluminiumplatte kann daher die Linsenform kontinuierlich zwischen konkav und konvex geändert werden, und zwar innerhalb eines Brennwei­ tenänderungsbereich insgesamt von ∞ bis 74 mm ↔ -∞ bis -155 mm.

Beispiel 5

Der Siliconkautschuk nach Beispiel 1 wurde ersetzt durch ein Reaktionsprodukt von Diäthylenglycolbisallylcarbonat, das 90 Minuten lang bei 80° C mit 3% Benzoylperoxid ver­ netzt wurde. Dieses Material kann als gelähnlicher elasti­ scher Körper mit guter Transparenz aufgefaßt werden, bei dem etwa 70 bis 80% Monomeres in etwa 20 bis 30% polymerem Netzwerk dispergiert war. Man erhielt eine vergleichbare Linse mit veränderbarer Brennweite.

Bei Verwendung von Diallylphthalat oder Diallylisophthalat statt Diäthylenglycolbisallylcarbonat erhielt man ebenfalls eine vergleichbare Linse variabler Brennweite.

Beispiel 6

Es wurde ein optisches Bauelement in der aus Fig. 28 ersicht­ lichen Form hergestellt. Hierzu wurde zunächst in ein zy­ lindrisches Messinggefäß 85 (Innendurchmesser 50 mm, Tiefe 20 mm) mit einer transparenten Glasplatte 84 als Boden eine Mischung aus Siliconkautschuk mit 12 Gew.-% eines Kataly­ sators eingefüllt. Die Mischung wurde 48 Stunden lang bei 50° C stehengelassen, um einen transparenten elastischen Körper 80 mit einem Elasti­ zitätsmodul von etwa 2 N/cm² zu erhalten. Sodann wurde auf die Oberfläche des transparenten elastischen Körpers 80 ein Bauteil 81 mit einem im Durchmesser von 5 bis 20 mm änderbaren Iris-Mechanismus aufgesetzt. Die Glasplatte 84 am Boden des Gehäuses wurde vertikal verstellbar mit Hilfe eines Andrück-Schraubrings 83 gemacht, so daß der elasti­ sche Körper bei der Öffnung 82 auswärts oder einwärts ge­ wölbt werden konnte. Die Form des auswärts oder einwärts gewölbten Teils war rotationssymmetrisch aber asphärisch mit einem größeren Krümmungsradius bei der optischen Achse als bei den Randzonen. Bei Ausübung eines Druckes von etwa 2 N/cm² durch entsprechendes Verdrehen des Andrückrings 83 konnte bei einer Änderung des Durchmessers der Öffnung zwischen 5 mm und 20 mm ein Änderungsbereich für den Krüm­ mungsradius bei der optischen Achse von 11 bis 30 mm und für die Brennweite von 27 bis 89 mm erhalten werden.

Beispiel 7

Zur Herstellung des elastischen Körpers aus Siliconkautschuk wurde zunächst ein Katalysator in einem Anteil von 14% zugesetzt, um ein äußeres Gehäuse zu bilden. Sodann wurde ein elastischer Körper, der 9% des Katalysators enthielt, in das Gehäuse verbracht, um einen zusammenge­ setzten elastischen Körper 90 mit einem ausgehärteten Um­ fangsteil 91 eines relativ harten elastischen Körpers (Penetration von 30 gemessen mit einem ¼ Zoll-Consisto­ meter nach JIN K 2808) und einem weichelastischen Körper im Inneren (Penetration von 80) zu erhalten, wie dieses in Fig. 29 dargestellt ist. Der elastische Körper 90 mit seinem gehärteten Umfangsteil 91 wurde mit einem mit einer Kreis­ öffnung versehenen ferromagnetischen Bauteil 93 und einem Elektromagneten 92 kombiniert. Im Ergebnis konnte ein sehr kompaktes optisches Bauelement erhalten werden. Fig. 30 zeigt den Zustand des Bauelementes bei erregtem Elektro­ magnet, so daß der elastische Körper unter konvexer Auswölbung seiner optischen Fläche komprimiert ist.

Beispiel 8

Es wurde ein optisches Bauelement in der aus Fig. 31 er­ sichtlichen Form hergestellt.

Hierzu wurde zunächst in der Mitte eines zylindrischen Mes­ singgehäuses 100 (Innendurchmesser 50 mm, Tiefe 45 mm) eine 1 mm dicke Glasplatte 105 als Trennglied fixiert. In die entstandenen beiden Gehäusehälften wurde eine Mischung aus Siliconkautschuk mit 12 Gew.-% eines Katalysators gefüllt und jeweils 48 Stunden lang bei 50° C stehengelassen, um transparente elastische Körper 104 und 104 a zu erhalten. Die elasti­ schen Körper hatten einen Elastizitätsmodul von 2 N/cm². Sodann wurde auf die beiden elastischen Körper 104 und 104 a Eisenplatten 101 und 101 a mit Öffnungen 102 und 102 a eines Durchmessers von 15 mm aufgebracht. Die beiden Platten wa­ ren vorher auf ihrer Innenseite mit einem Primer beschichtet worden.

Zwei Elektromagneten 103 und 103 a umgaben dann das Gehäuse 100. Durch Ändern des diesen zugeführten Stroms wurden die über die Eisenplatten 101 und 101 a ausgeübte Drücke unab­ hängig voneinander gesteuert, so daß die Formen des sich aus den Öffnungen 102 und 102 a auswölbenden Siliconkautschuks vielfältig geändert werden konnte. Ohne Druckausübung be­ trug der Abstand zwischen den Oberflächen 102 und 102 a des Siliconkautschuks etwa 15 mm. Selbst bei Ausübung eines po­ sitiven Druckes auf die eine der beiden Eisenplatten 101 und 101 a und eines negativen Druckes auf die andere blieb der Abstand zwischen den beiden Scheitelpunkten der Silicon­ kautschukflächen 102 und 102 a im wesentlichen ungeändert, wobei sich eine Meniskuslinse einstellte.

Bei Drücken von etwa +0,2 N/cm² und etwa +0,4 N/cm² auf die Eisenplatte 101 mit Hilfe des Elektromagneten 103 wurde die Oberfläche 102 des Siliconkautschuks konvex mit einem Krümmungsradius bei der optischen Achse von etwa 300 mm bzw. etwa 150 mm, während die Ausübung eines Druckes von etwa -0,2 N/cm² zu einer konkaven Fläche mit einem Krümmungs­ radius bei der optischen Achse von etwa 310 mm führte.

Die Oberfläche 102 a des Siliconkautschuks wurde in ähnlicher Weise verformt, wenn Druck über die Eisenplatte 101 a mit Hilfe des Elektromagneten 103 a ausgeübt wurde.

Die Brechungsindices der Siliconkautschukkörper 104 und 104 a und der Glasplatte 105 betrugen je etwa 1,4. Bei Aus­ übung eines gleichzeitigen Druckes von etwa +0,4 N/cm² auf jede Eisenplatte 101 und 101 a erhielt man eine Bikonvex­ linse mit einer Brennweite von etwa 190 mm. Bei Ausübung eines Druckes von etwa 0,4 N/cm² über die Eisenplatte 101 und eines Druckes von etwa -0,2 N/cm² über die Platte 101 a erhielt man eine Meniskuslinse mit einer Brennweite von etwa 700 mm. Bei gleichzeitiger Ausübung eines Druckes von etwa -0,2 N/cm² auf beide Eisenplatten 101 und 101 a erhielt man eine Bikonkavlinse mit einer Brennweite von etwa -370 mm.

Wenn andererseits entgegengesetzt gleiche Drücke von etwa 0,2 N/cm² auf die Eisenplatten 101 und 101 a ausgeübt wur­ den (was äquivalent zu dem Fall ist, daß die Eisenplatten 101 und 101 a am Gehäuse 100 fixiert sind und die Glasplatte 105 beweglich gehalten und mit einer nach unten gerichteten Kraft zur Ausübung eines Druckes von etwa 0,4 N/cm² ver­ stellt wird) erhält man eine Meniskuslinse mit einer Brenn­ weite von praktisch Unendlich.

Bei den Ausführungsformen mit durch ein Trennglied 2 geteil­ tem elastischem Körper können für die beiden Hälften des Körpers Materialien auch unterschiedlichen Brechungsindex und Dispersionverhaltens sowie unterschiedlicher Dicke mit Blick auf eine Optimierung des Korrektionszustandes gewählt werden. Weiterhin könnte bei den Ausführungsformen nach Fig. 25 und 26 das reflektierende Quecksilbervolumen 75 er­ setzt werden durch ein transparentes leicht deformierbares Medium mit gegenüber dem elastischen Körper 3 verschiedenen optischen Konstanten, um ein Linsenglied nach Art eines ge­ kitteten Dublettes zu realisieren.

Claims (21)

1. Optisches Bauelement mit veränderbarer Brennweite mit einem elastomeren Körper in einem ihn gehäuseartig umgebenden, vergleichsweise starren Bauteil, das zumindest an einer Seite einen Teil der Oberfläche des elastomeren Körpers durch eine Öffnung freigibt, und bei dem eine Volumenspan­ nung derart auf den elastomeren Körper aufbringbar ist, daß die Form des freigegebenen Teils der Oberfläche änder­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das gehäuseartige Bauteil aus zwei relativ zueinander beweg­ baren Teilen besteht, von denen eines die Öffnung enthält.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Öffnung versehene Teil bewegbar ist.

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Teil auf einer Seite des elastomeren Körpers angeordnet ist, die dem mit der Öffnung versehenen Teil gegenüberliegt, so daß der elastomere Körper von den beiden Teilen eingeschlossen ist.

4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil in Kontakt mit einer Fläche des elasto­ meren Körpers angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zu der den freiliegenden Oberflächenteil enthaltenden Fläche des elastomeren Körpers steht.

5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil ein piezoelektrisches Element ist.

6. Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element zylindrische Form besitzt.

7. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile des gehäuseartigen Bauteils Öffnungen auf gegen­ überliegenden Seiten des elastomeren Körpers aufweisen.

8. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Körper einen Elastizitätsmodul von 10³ N/cm² (10⁸ dyn/cm²) oder weniger besitzt.

9. Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Körper einen Elastizitätsmodul von 10 N/cm² oder weniger besitzt.

10. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Öffnung gegenüberliegende Seite des elastomeren Körpers mit einem eine konkave oder konvexe Fläche aufwei­ senden Element des gehäuseartigen Bauteils in Kontakt steht.

11. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des elastomeren Körpers ganz oder teilweise, ausgenommen die von der Öffnung freigegebene Fläche, ge­ härtet ist.

12. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Körper im wesentlichen transparent ist.

13. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung Kreisform besitzt.

14. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung Rechteckform besitzt.

15. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Öffnung versehene Teil aus einem ferromagneti­ schen Material aufgebaut ist und durch einen Elektromagneten bewegt wird.

16. Bauelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Bauteil aus einem ferromagnetischen Material aufgebaut ist und durch einen Elektromagneten bewegt wird.

17. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Öffnung freigegebene Fläche reflektierend ist.

18. Bauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere elastomere Körper in Schichtform und ein dazwischen­ liegendes Abstandsglied.

19. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Medium (75) mit einer reflektierenden Oberfläche in Kontakt steht mit der freiliegenden Fläche des elastomeren Körpers.

20. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in ihrer Größe und/oder Form änderbar ist.

21. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasjenige Teil des gehäuseartigen Bauteils, welches nicht die Öffnung enthält, durch Härten eines Teils der Ober­ fläche des elastomeren Körpers gebildet ist.