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Diese
Anmeldung stützt
sich auf die Koreanische Patentanmeldung Nummer 10-2006-0021646, die
am 8. März
2006 beim Koreanischen Amt für Geistiges
Eigentum eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme
mit eingebunden ist.
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Stand der Technik
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1. Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitslinse, die an Mobiltelefonen
montiert werden kann. In der Flüssigkeitslinse
werden Elektrolytflüssigkeiten
und Isolierflüssigkeiten,
deren Krümmungen
durch Anlegen von Spannung verändert
werden, in einen zylinderförmigen
Körper
eingefüllt,
so dass an den oberen und unteren Bereichen in Bezug auf eine lichtdurchlässige Zwischenlinse
mehrere Grenzflächen
ausgebildet werden. In diesem Zustand können eine optische Zoomfunktion,
eine Autofokus-Funktion und eine Kleinstautofokus-Funktion gleichzeitig
umgesetzt werden, da eine Menge an elektrischen Ladungen mittels
mit den Elektrolyten verbundener Elektroden geregelt wird.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Da
in den letzten Jahren zunehmend neue Arten von mobilen Endgeräten, wie
Mobiltelefone oder Personal Digital Assistants (PDA), mit integrierter
Kamera auf den Markt gebracht wurden, besteht auch eine wachsende
Nachfrage nach mobilen Endgeräten
mit integrierter Kamera mit hoher Pixelzahl und verschiedenen Funktionen.
Eine solche mobile Endgerätekamera
umfasst eine Linse, die an einem Bildaufnehmer, wie einem ladungsgekoppelten
Bauelement (CCD), komplementären
Metall-Oxid-Halbleiter
(CMOS) und dergleichen, befestigt ist und so ausgelegt ist, dass
durch die Linse ein Bild eines Objekts aufgenommen wird und dass
die Daten des aufgenommenen Bildes durch ein vorbestimmtes Speichermedium
gespeichert werden können.
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Um
entsprechend einem aktuellen Trend eine Leistungsfähigkeit
im Megapixelbereich der Kamera zu ermöglichen, muss die Linse nicht
nur mit einer ausreichend hohen Auflösung entworfen werden, sondern
im Hinblick auf die Montagetoleranz auch größer als die herkömmlichen
Sensoren ausgeführt sein.
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Ein
an einem mobilen Endgerät
angebrachtes und zur Bildaufnahme eines Objekts verwendetes Linsensystem
wird gewöhnlich
durch verschiedene Arten von Aberrationen, wie sphärische Aberration, Astigmatismus,
Verzerrung usw., beeinträchtigt,
wobei Form- oder Morphologieverformungen des Objektbildes aufgrund
des Einflusses des bei der Bildaufnahme des Objekts auf die Linsen
einfallenden Lichts unterschiedlicher Wellenlängen verursacht werden. Aus
diesem Grund ist es notwendig, Vorkehrungen zu treffen, um das Auftreten
von Aberrationen weitestgehend zu unterdrücken.
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Ein
derartiges Linsensystem kann Vergrößerungen durchführen, um
eine variable Brennweite zu erreichen. Eine Zoomfunktion des Linsensystems kann
gewöhnlich
dadurch erreicht werden, dass ein Abstand zwischen den Linsen durch
eine Relativbewegung zwischen einer Frontlinse mit einem positiven
Brechungsindex und einer Hinterlinse mit einem negativen Brechungsindex
eingestellt wird. Bei einer gewöhnlichen
Kamera wird ein Weitwinkelobjektiv oder ein Teleobjektiv zur Veränderung
der Brennweite zwischen einer existierenden Linse und einer Zusatzlinse
zusätzlich
an der Kamera angebracht, um die Zoomfunktion zu erweitern, wodurch
es möglich wird,
dass ein Benutzer ein Bild aus verschiedenen Blickwinkeln ohne Positionsveränderung
aufnehmen kann.
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Der
Zoom wird im Allgemeinen in einen optischen Zoom und einen digitalen
Zoom unterteilt. Der optische Zoom bezieht sich auf einen Zustand,
bei dem das Bild des Objekts durch variable Brennweite infolge einer
Relativbewegung einer an der Kamera angebrachten optischen Linse
vergrößert wird.
Der digitale Zoom bezieht sich auf einen Zustand, bei dem das Bild
des Objekts im CCD vergrößert und
anschließend
dargestellt wird, genauso wie ein Bild mit einem Grafikprogramm,
wie z. B. Photo-Shop oder Ähnlichem,
vergrößert wird.
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Beim
digitalen Zoom wird das Bild des Objekts im CCD vergrößert, so
dass zusätzlicher
Platzbedarf für
die Bewegung der Linsen entsprechend der Variation der Brennweite
entfällt.
Somit ist der digitale Zoom hinsichtlich der Miniaturisierung und
der Kompaktheit vorteilhaft, er weist jedoch das Problem auf, dass
bei der Bildaufnahme im Zoombetrieb keine scharfe Auflösung erreicht
werden kann.
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Im
Gegensatz dazu wird beim optischen Zoom der Zoombetrieb in Abhängigkeit
der Brennweitenveränderung
zwischen den Linsen erreicht, wobei Platz für die Bewegung der Linsen entsprechend
der Variation der Brennweite benötigt
wird. Demzufolge ist der optische Zoom dahingehend unvorteilhaft,
dass viel Platz für
das Linsenstück
und den das Linsenstück
umgebenden Objektivtubus benötigt
wird. Trotz des Nach teils des vergrößerten Volumens des mobilen
Endgeräts
können
Verbraucher diese Ausführungsform
gegenüber
dem digitalen Zoom aufgrund der Vorteile der scharfen Auflösung beim
Zoombetrieb bevorzugen.
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Da
eine aktuelle Markttendenz in Richtung Miniaturisierung und Kompaktheit
dennoch eine Verkleinerung des Raumes zum Verändern der Brennweite notwendig
macht, haben die Hersteller anstelle von mobilen Endgeräten mit
integrierter optischer Zoomfunktion hauptsächlich solche mit integrierter digitaler
Zoomfunktion auf den Markt gebracht. Innerhalb der letzten Jahre
wurden aber auch mobile Endgeräte
mit optischem Zoom auf den Markt gebracht, die die optische Zoomfunktion
auf einer Rückseite
eines mobilen Endgeräts
zur Verfügung
stellen können.
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Die
Koreanische Patentanmeldung Nummer 2003-0003984 offenbart ein herkömmliches
mobiles Endgerät,
das eine optische Zoomfunktion zur Verfügung stellen kann. Das aus
der Offenlegungsschrift bekannte mobile Endgerät weist einen verbesserten Aufbau
des Objektivtubus für
einen optischen Zoom auf, der auf eine digitale Kamera und Ähnliches
angewandt werden kann, und umfasst mit anderen Worten eine Zoomkamera
kleiner Größe und hoher Auflösung, die
einfach hergestellt werden kann und die eine Zoomlinsenkonstruktion
im Objektivtubus umfasst.
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Die
Zoomlinsenkonstruktion umfasst eine Frontlinse, eine Hinterlinse
mit einem negativen Brechungsindex, einen inneren Objektivtubus,
der eine entlang einer Oberfläche
des inneren Objektivtubus ausgeformte schraubenförmige Nut zur Führung einer
schraubenförmigen
Bewegung der Front- und Hinterlinsen aufweist, und einen äußeren Objektivtubus,
der auf der Oberfläche
des inneren Objektivtubus aufgesetzt werden kann und der eine auf
einer Innenseite des äußeren Objektivtubus
ausgeformte Führungsnut
zur Führung
einer senkrechten Bewegung der Front- und der Hinterlinsen aufweist.
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Bei
der wie oben beschrieben aufgebauten Zoomkamera sind die inneren
und äußeren Objektivtuben
auf einer Seite des mobilen Endgeräts tele skopisch angebracht,
derart, dass eine Brennweite der Zoomkamera in Bezug auf die Bewegung
zwischen den Linsen variieren kann, wobei die inneren und äußeren Objektivtuben
durch den Betrieb eines sich innerhalb des Endgeräts befindenden
Motors sequentiell auseinander gefahren werden, wodurch die optische
Zoomfunktion erreicht wird. Demzufolge besteht bei der aus der Offenlegungsschrift
bekannten Zoomkamera ein Nachteil darin, dass für den Zoombetrieb innerhalb
der Kamera viel Platz benötigt
wird.
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Da
der Motor der Kamera unweigerlich derart betrieben wird, dass die
inneren und äußeren Objektivtuben
mit der sich darin befindenden Vielzahl von Linsen nach außen aus
der Zoomkamera herausgefahren werden, verursacht darüber hinaus
der beim Betrieb des Motors entstehende Energieverlust eine Zunahme
des Energieverbrauchs des Akkus.
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Um
die oben genannten Probleme zu lösen, wurde
eine Flüssigkeitslinse
entwickelt, die innerhalb des mobilen Endgeräts wenig Platz einnimmt und
deren Energieverbrauch gering ist. Die Flüssigkeitslinse umfasst eine
Elektrolytflüssigkeit
und eine Isolierflüssigkeit
in einem einzigen Objektivtubus, um dazwischen eine Grenzfläche auszubilden,
deren Krümmung
durch Anlegen einer Spannung an die Elektrolyte durch den Objektivtubus
hindurch verändert
wird, um die Zoomfunktion zu realisieren.
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Eine
Flüssigkeitslinse
mit Zoomfunktion ist bereits in der Koreanischen Patentanmeldung
Nummer 2005-0033308 mit dem Titel „Zoomkamera mit Flüssigkeitslinse
für Mobiltelefon,
Steuereinrichtung und Verfahren" offengelegt
und soll nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 erläutert werden.
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1 ist
ein Schnitt durch eine herkömmliche
Flüssigkeitslinse.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die herkömmliche
Flüssigkeitslinse
eine erste Linsengruppe 310, umfassend eine erste Linse 311 mit
einem positiven Brechungsindex und eine zweite Linse 312 mit
einem negativen Brechungsindex, eine erste Flüssigkeitslinse 300,
umfassend eine zwischen einer leitenden Flüssigkeit und einer nicht leitenden
Flüssigkeit
ausgeformte Grenzfläche, deren
Krümmung
als Reaktion auf ein Steuerungssignal für eine Zoomfunktion verändert wird,
und eine zweite Linsengruppe 330, umfassend eine beidseitig asphärisch ausgeformte
dritte Linse 331 mit einem positiven Brechungsindex und
eine beidseitig asphärisch
ausgeformte vierte Linse 332 mit einem negativen Brechungsindex,
und einen mit einem vorbestimmten Abstand von der zweiten Linsengruppe 330 räumlich getrennt
angeordneten Infrarot-Filter 340.
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Wie
in 2 gezeigt, wird die herkömmliche, aus
der Offenlegungsschrift bekannte Flüssigkeitslinse auf der Grundlage
des Phänomens
der Elektrobenetzung (electrowetting) betrieben, wobei das Phänomen der
Elektrobenetzung durch Verändern
des Kontaktwinkels α als
Ergebnis einer Veränderung
der Oberflächenspannung
einer Grenzfläche
durch Bewegung der auf der Grenzfläche liegenden Ladungen verursacht
wird. Insbesondere wird ein dünnes
Isoliermedium auf der Grenzfläche
angebracht, um eine hohe Potentialdifferenz der Grenzfläche zu gewährleisten,
und die Ladungen in den Elektrolyten haben die Eigenschaft, sich
aufgrund chemischer Eigenschaften zu einer Oberseite der Grenzfläche zu bewegen.
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Zu
diesem Zeitpunkt, wenn ein elektrisches Feld von außen an die
Grenzfläche
angelegt wird, werden die Eigenschaften der Ladungen weiter verstärkt, und
die Ladungskonzentration wird an einer Dreifachkontaktlinie (Triple
Contact Line), an der die Grenzflächen einander überdecken,
erheblich verstärkt,
wobei die abstoßende
Wirkung zwischen den Ladungen derart zunimmt, dass die Oberflächenspannung
am Tröpfchenrand
verringert wird.
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Da
das Phänomen
der Elektrobenetzung zum einfachen Steuern einer winzigen Flüssigkeitsmenge
und von Kleinstpartikeln in der Flüssigkeit verwendet werden kann,
wurden innerhalb der letzten Jahre zur Anwendung des Phänomens der
Elektrobenetzung verschiedene Untersuchungen mit einer Vielzahl
von Produkten, wie beispielsweise Flüssigkeitslinsen, Mikropumpen,
Anzeigegeräten,
optischen Geräten
und mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) usw., durchgeführt.
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Eine
Flüssigkeitslinse
für den
Autofokus kann im Vergleich zu einer herkömmlichen, mechanisch betriebenen
Linse insbesondere verbesserte Eigenschaften hinsichtlich kleiner
Größe, geringen Energieverbrauchs
und schnellerer Ansprechrate aufweisen.
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Die
wie oben beschrieben aufgebaute Flüssigkeitslinse kann die Zoomfunktion
in Abhängigkeit der
Krümmungsänderung
der Grenzfläche
zwischen der leitenden Flüssigkeit
und der nicht leitenden Flüssigkeit
der einzelnen Flüssigkeitslinse
innerhalb des einzigen Objektivtubus, der die Vielzahl von Linsengruppen
und die Flüssigkeitslinse
umfasst, zur Verfügung
stellen, wobei das Problem der Platzbeschränkung durch die herkömmliche
optische Zoomlinse, die den teleskopischen Objektivtubus verwendet,
gelöst
wird. Abgesehen von diesen Vorteilen besteht das Problem bei der
herkömmlichen
Flüssigkeitslinse jedoch
darin, dass die einzige Flüssigkeitslinse
durch die Krümmungsänderung
zwischen den sich im Objektivtubus befindenden Flüssigkeiten
nur eine Zoomfunktion ausführt.
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Außerdem besteht
bei der herkömmlichen Flüssigkeitslinse
ein Problem darin, dass der Aufbau der Kamera komplizierter wird.
Um zu gewährleisten, dass
die die Flüssigkeitslinse
umfassende Kamera andere Funktionen, wie beispielsweise eine Autofokus-Regelungsfunktion
(A/F), neben der Zoomfunktion zur Verfügung stellen kann, muss eine
als Frontlinse fungierende zusätzliche
Flüssigkeitslinse
an der Kamera angebracht werden, wodurch der Aufbau der Kamera noch
komplizierter wird.
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Ferner
sind die Isolierflüssigkeiten
und die Elektrolyte, die die mehreren Grenzflächen ausbilden, aufgrund der
Eigenschaften der Flüssigkeitslinse
unweigerlich empfindlich gegenüber äußeren Stößen und
Schwingun gen. Aus diesem Grund kann die Autofokus-Funktion zum Scharfstellen
auf ein Objekt nicht auf gewünschte
Weise durchgeführt
werden, obwohl die optische Zoomfunktion und die Autofokus-Funktion
mit kompliziertem Aufbau zur Verfügung gestellt werden.
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Vorteile der
Erfindung
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie eine
Flüssigkeitslinse
bereitstellt. In der Flüssigkeitslinse
werden Elektrolyte und Isolierflüssigkeiten,
deren Krümmungen
durch Anlegen einer Spannung verändert
werden, in einen zylinderförmigen
Körper
eingefüllt,
so dass sie in den oberen und unteren Bereichen in Bezug auf eine
lichtdurchlässige
Zwischenlinse mehrere Grenzflächen ausformen.
In diesem Zustand wird eine Menge an elektrischen Ladungen geregelt,
wenn die Krümmungen
der Elektrolyte und der Isolierflüssigkeiten durch eine angelegte
Spannung sequentiell verändert
werden. Dann können
eine optische Zoomfunktion und eine Kleinst-Autofokusfunktion gleichzeitig
umgesetzt werden.
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Weitere
Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen erfinderischen
Konzepts werden teilweise durch die folgende Beschreibung erläutert und
werden teilweise durch die Beschreibung offensichtlich oder können durch
Umsetzung des allgemeinen erfinderischen Konzepts erkannt werden.
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Nach
einem Aspekt der Erfindung umfasst die Flüssigkeitslinse einen zylinderförmigen Körper, der
ein Paar Glaslinsen umfasst, die jeweils an oberen beziehungsweise
unteren Öffnungen
des Körpers
angebracht sind; eine asphärische
lichtdurchlässige
Zwischenlinse, die im Mittelbereich des Körpers eingebracht und befestigt
ist; einen Autofokus-Linsenabschnitt,
umfassend eine erste isolierende Flüssigkeitsschicht und eine erste
Elektrolytschicht, die unterhalb der lichtdurchlässigen Flüssigkeitslinse eingefüllt sind,
so dass sich zwischen ihnen eine Grenzfläche ausbildet; einen optischen
Zoomlinsenabschnitt, umfassend eine zweite isolierende Flüssigkeitsschicht
und eine zweite Elektrolytschicht, die oberhalb der lichtdurchlässigen Zwischenlinse eingefüllt sind,
so dass sich zwischen ihnen eine Grenzfläche ausbildet; und einen Kleinstautofokus-Linsenabschnitt,
umfassend eine dritte isolierende Flüssigkeitsschicht, deren Oberseite
die Unterseite der lichtdurchlässigen
Zwischenlinse berührt
und deren Unterseite zu der ersten Elektrolytschicht eine Grenzfläche ausbildet,
so dass die dritte isolierende Flüssigkeitsschicht nicht mit
der ersten Elektrolytschicht durchmischt wird.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Körper eine
Innenumfangsfläche
aufweist, die mit einer metallbeschichteten Oberfläche unter
Verwendung von Gold (Au) ausgeformt ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die asphärische Zwischenlinse
eine Bodenfläche
aufweist, deren Randbereich mit einer um mehr als 90° stumpfwinklig
geneigten Oberfläche ausgeformt
ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Zwischenlinse
aus einem lichtdurchlässigen
Material ausgeformt ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Zwischenlinse
mit einer hydrophoben Beschichtung oder einer Isolierbeschichtung
ausgeformt ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass in Bezug auf die
Zwischenlinse die Flüssigkeiten
der ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht, der
ersten Elektrolytschicht und der dritten isolierenden Flüssigkeitsschicht,
die unterhalb der Zwischenlinse aufeinander geschichtet sind, gleiche
Eigenschaften aufweisen, und dass die Flüssigkeiten der zweiten isolierenden
Flüssigkeitsschicht
und der zweiten Elektrolytschicht, die oberhalb der Zwischenlinse
aufeinander geschichtet sind, gleiche Eigenschaften aufweisen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Flüssigkeiten
oberhalb und unterhalb der Zwischenlinse verschiedene Charakteristiken und
Eigenschaften aufweisen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die dritte isolierende
Flüssigkeitsschicht durch
Krümmungsänderung
der oberen Grenzfläche der
ersten Elektrolytschicht bewegt wird, wobei an der ersten Elektrolytschicht
eine Spannung durch eine sich auf der metallbeschichteten Oberfläche der Innenumfangsfläche des
Körpers
erstreckende Beschichtung angelegt wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Diese
und/oder weitere Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen
erfinderischen Konzepts werden offensichtlich und können anhand
der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen besser erkannt werden, wobei:
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1 ein
Schnitt durch eine herkömmliche Flüssigkeitslinse
ist;
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2 eine Konzeptionsdarstellung ist, die ein
auf eine Flüssigkeitslinse
anwendbares Phänomen
der Elektrobenetzung darstellt;
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3 ein
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Flüssigkeitslinse
ist;
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4 ein
vergrößerter Schnitt
durch einen seitlichen Bereich der erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse ist;
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5 eine
perspektivische Darstellung ist, die die Rückseite einer asphärischen
lichtdurchlässigen
Zwischenlinse darstellt, die auf der erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse
angebracht ist; und
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6A bis 6D Schnittdarstellungen sind,
die einen Betrieb der erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse zeigen.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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In
Detail wird nun auf die Ausführungsformen der
vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee Bezug genommen, wobei
Beispiele durch die beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und
identische Bezugszeichen durchgängig
auf identische Elemente verweisen. Die Ausführungsformen werden nachfolgend
erläutert,
um das vorliegende allgemeine erfinderische Konzept unter Bezugnahme
auf die Figuren zu erläutern.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen erläutert.
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Aufbau der Flüssigkeitslinse
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3 ist
ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Flüssigkeitslinse. 4 ist
ein vergrößerter Schnitt,
der einen seitlichen Bereich der erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse darstellt. 5 ist
eine perspektivische Darstellung, die die Rückseite einer asphärischen
lichtdurchlässigen
Zwischenlinse, die auf der erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse angebracht ist,
darstellt.
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Wie
in den Zeichnungen gezeigt, umfasst die Flüssigkeitslinse 10 einen
zylinderförmigen
Körper 11,
ein Paar Glaslinsen 12 und 13, einen Autofokus-Linsenabschnitt 20,
einen optischen Zoomlinsenabschnitt 30 und einen Kleinstautofokus-Linsenabschnitt 41.
Die jeweiligen Glaslinsen 12 und 13 sind an oberen
und unteren Öffnungen
des zylinderförmigen
Körpers 11 angebracht
und befestigt. Innerhalb des Körpers 11 ist
eine Vielzahl von Elektrolytschichten 22 und 32 und
eine Vielzahl von isolierenden Flüssigkeitsschichten 21, 31 und 41 übereinander
geschichtet, so dass sich zwischen ihnen eine Vielzahl von Grenzflächen ausbildet,
wobei die Elektrolytschichten 22 und 32 und die
isolierenden Flüssigkeitsschichten 21, 31 und 41 unterschiedliche
Eigenschaften aufweisen. Die Flüssigkeitslinse 10 ist durch
eine lichtdurchlässige
Zwischenlinse 23 in obere und untere Bereiche gegliedert.
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Der
Körper 11 ist
aus Metall oder einem Keramikmaterial ausgeformt. Die Bodenfläche des
Körpers 11 ist
mit einer geneigten Oberfläche 14 ausgeformt,
die nach unten hin zum Mittelbereich geneigt ist. Das Glaslinsenpaar 12 und 13 ist
an oberen und unteren Endflächen
des Körpers 11 durch
ein Klebemittel B so angebracht und befestigt, dass die oberen und
unteren Öffnungen
des Körpers 11 abgedeckt werden.
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Die
geneigte Oberfläche 14 des
Körpers 11 dient
zum Fixieren einer ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht 21 am
Mittelbereich des Körpers 11,
wobei die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 am untersten
Bereich angeordnet ist. Die geneigte Oberfläche 14 ist so ausgeformt,
dass die Gesamtgröße des Autofokus-Linsenabschnitts 20 verkleinert
werden kann, wenn die dazwischen ausgeformte Grenzfläche entsprechend
einer angelegten Spannung gekrümmt
wird.
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Im
unteren Bereich des Körpers 11 sind
die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 und
die erste Elektrolytschicht 22 so übereinander geschichtet, dass
sich zwischen ihnen eine Grenzfläche
ausformt, wobei die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 und
die erste Elektrolytschicht 22 verschiedene Eigenschaften
aufweisen und aus lichtdurchlässigen Flüssigkeiten,
die die gleiche Dichte aufweisen, aber nicht miteinander durchmischt
werden, ausgeformt sind. Auf der ersten Elektrolytschicht 22 ist
eine dritte isolierende Flüssigkeitsschicht 41 sequentiell
so geschichtet, dass sich eine weitere Grenzfläche ausformt.
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Die
lichtdurchlässige
Zwischenlinse 23, die mit einer asphärischen Oberfläche ausgeformt
ist, setzt auf der dritten isolierenden Flüssigkeitsschicht 41 auf,
so dass die Oberfläche
sowohl der ersten Elektrolytschicht 22 als auch der dritten
isolierenden Flüssigkeitsschicht 41 die
lichtdurchlässige
Zwischenlinse 23 berührt.
Unterhalb der Zwischenlinse 23 ist der Autofokus-Linsenabschnitt 20,
umfassend die dritte isolierende Flüssigkeitsschicht 41,
die als Kleinstautofokus-Linsenabschnitt dient, ausgeformt.
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Wenn
im Autofokus-Linsenabschnitt 20 an die erste Elektrolytschicht 22,
die zu der ersten Isolierschicht 21 eine Grenzfläche ausbildet,
Spannung angelegt wird, wird die Krümmung der ersten Elektrolytschicht 22,
die eine leitende Flüssigkeit
umfasst, verändert.
Dann wird die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 nach
oben hin konvex, so dass eine Autofokus-Funktion (A/F) durchgeführt wird.
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Da
eine elektrische Ladungsmenge beim Steuern einer an die erste Elektrolytschicht 22 anzulegenden
Spannung erhöht
oder reduziert wird, ändert
sich die Krümmung
der Oberseite der ersten Elektrolytschicht 22. Dann wird
die dritte Elektrolytschicht 41 entweder gleichzeitig mit
oder sequentiell nach der ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht nach unten
hin konvex, so dass eine Kleinstautofokusfunktion (A/F) durchgeführt wird.
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Funktionelle
Unterschiede zwischen der Autofokusfunktion und der Kleinstautofokusfunktion
und der entsprechende Betrieb sollen nachfolgend unter Bezugnahme
auf den funktionellen Aufbau der Flüssigkeitslinse erläutert werden.
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Die
Zwischenlinse 23, die auf dem Autofokus-Linsenabschnitt 20 aufsetzt,
und die dritte isolierende Flüssigkeitsschicht 41 sind
mit einer asphärischen
Oberfläche
ausgeformt, deren Oberseite konvex und deren Unterseite konkav ist.
Die Zwischenlinse 23 ist als lichtdurchlässige Linse,
zum Beispiel als lichtdurchlässige
Kunststofflinse oder Glaslinse, ausgeformt. Die Umfangsfläche der
Zwischenlinse 23 ist formschlüssig am Mittelbereich der Innenumfangsfläche des
Körpers 11 angebracht.
Ferner dient die Zwischenlinse 23 dazu, die erste Flüssigkeitslinse 10 in
den Autofokus-Linsenabschnitt 20, umfassend die dritte
Elektrolytschicht 41, die erste Elektrolytschicht 22 und
die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21,
und die optische Sammellinse 30, umfassend die zweite Elektrolytschicht 32 und
die zweite isolierende Flüssigkeitsschicht 31,
aufzugliedern.
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Die
asphärische
lichtdurchlässige
Zwischenlinse 23 weist eine Nut 24 auf, die sich
mit einer vorbestimmten Tiefe in den Mittelbereich der unteren Fläche erstreckt.
Am Randbereich der Nut 24 ist eine um mehr als 90°C stumpfwinklig
geneigte Oberfläche 24a vorgesehen.
Bei einem solchen Aufbau mit geneigter Oberfläche 24a, ist die dritte
Elektrolytschicht 41, die in die Nut 24 eingebracht
ist, mit einer kleineren Größe ausgeformt
als die isolierende Flüssigkeitsschicht
oberhalb der Zwischenlinse 23. Durch die geneigte Oberfläche 24a konzentriert
sich die dritte Elektrolytschicht 41 am Mittelbereich.
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Auf
der Oberfläche
der Zwischenlinse 23 ist eine hydrophobe Beschichtung so
ausgeformt, dass die oberen und unteren Isolierflüssigkeiten
an der Oberfläche
der Zwischenlinse 23 absorbiert werden. Anschließend werden
die jeweiligen Isolierflüssigkeiten
am Mittelbereich der Zwischenlinse 23 fixiert, so dass
ein stabiler Betrieb durchgeführt
wird.
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Zudem
kann die Zwischenlinse 23 mit einer Isolierbeschichtung
ausgeformt sein, wobei die Isolierbeschichtung in manchen Fällen aus
dem selben Material zusammengesetzt werden kann wie die Innenumfangsfläche des
Körpers 11.
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Im
optischen Zoomlinsenabschnitt 30, der auf den Autofokus-Linsenabschnitt 20 geschichtet ist,
sind eine zweite isolierende Flüssigkeitsschicht 31 und
eine zweite Elektrolytschicht 32 so übereinander geschichtet, dass
sich zwischen ihnen eine Grenzfläche
ausbildet, wobei die zweite isolierende Flüssigkeitsschicht 31 und
die zweite Elektrolytschicht 32 aus Flüssigkeiten, die gleiche Eigenschaften
aufweisen, ausgeformt sind. Wenn an die zweite Elektrolytschicht 32 Spannung
angelegt wird, wird die Grenzfläche
zwischen der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 31 und
der zweiten Elektrolytschicht 32 gekrümmt. Dann wird die zweite Elektrolytschicht 31 nach
oben hin konvex, so dass eine optische Zoomfunktion durchgeführt werden
kann.
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Die
jeweiligen Isolierflüssigkeiten
und Elektrolytflüssigkeiten,
die derart übereinander
geschichtet sind, dass sie die mehreren Grenzflächen im Autofokus-Linsenabschnitt 20 und
im optischen Zoomlinsenabschnitt 30 ausformen, weisen unterschiedliche
Eigenschaften auf. Die Elektrolytflüssigkeiten setzen sich hauptsächlich aus
Wasser (H2O) zusammen, dem anorganische
Salze und ein polares Lösungsmittel
zugesetzt werden. Die Isolierflüssigkeiten
setzen sich hauptsächlich
aus Siliziumöl
zusammen, dem ein unpolares Lösungsmittel
zugesetzt wird. Wenn die Elektrolytflüssigkeit und Isolierflüssigkeit
einander berühren,
werden sie nicht durchmischt, bilden aber eine Grenzfläche mit
vorbestimmter Krümmung
aus.
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Die
die ersten und die zweiten Elektrolytschichten 22 und 31 bildenden
Flüssigkeiten
umfassen gleiche Bestandteile, weisen aber unterschiedliche Zusammensetzungen
auf, so dass sich ihre Eigenschaften unterscheiden. In ähnlicher
Weise umfasst die Isolierflüssigkeit
der ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht 21 die
gleichen Bestandteile wie die zweite isolierende Flüssigkeitsschicht 31,
wobei sich die Eigenschaften von denen der zweiten isolierenden
Flüssigkeitsschicht 31 unterscheiden.
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In
Bezug auf die Zwischenlinse 23 weisen die Flüssigkeiten
der ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht 21,
der ersten Elektrolytschicht 22 und die dritten Elektrolytschicht 41,
die unterhalb der Zwischenlinse 23 übereinander geschichtet sind,
gleiche Charakteristiken auf, und die Flüssigkeiten der zweiten isolierenden
Flüssigkeitsschicht 31 und
der zweiten Elektrolytschicht 32, die oberhalb der Zwischenlinse 23 übereinander
geschichtet sind, weisen gleiche Charakteristiken auf. Alternativ
umfassen die oberhalb und unterhalb der Zwischenlinse 23 angeordneten
Flüssigkeiten
die Isolierflüssigkeit
und Elektrolyte, deren Charakteristiken sich voneinander unterscheiden.
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Wie
in 4 gezeigt, weist der die Flüssigkeitslinse 10 umfassende
Körper 11 eine
mit einer metallbeschichteten Oberfläche 15 ausgeformte
Umfangsfläche
auf, die als Elektrode fungieren kann. Die beschichtete Oberfläche 15 ist
durch ein Beschichtungsverfahren unter Verwendung von Gold (Au) ausgeformt.
Gold reagiert nur schwach in Kontakt mit verschiedenen Flüssigkeiten.
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Auf
der metallbeschichteten Oberfläche 15 ist
eine Beschichtung 16 ausgeformt, die als Isolierbeschichtung
dient, so dass isolierende Oberflächen ausgeformt sind, die die
mehreren Flüssigkeiten
berühren.
Auf den Grenzflächen
der Randbereiche der jeweiligen Elektrolytschichten 22 und 32 sind
erweiternde Beschichtungen 17a und 17b ausgeformt,
um an die Elektrolytschichten 22 beziehungsweise 32 Spannung
anzulegen. Ein an den Körper 11 übertragenes,
elektrisches Signal wird durch die Beschichtungen 17a und 17b,
die mit den Elektrolytschichten 22 beziehungsweise 33 verbunden
sind, an die Elektrolyte übertragen.
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Funktionsweise
der Flüssigkeitslinse
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Die 6A bis 6D sind
Schnittdarstellungen, die einen Betrieb der erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse
darstellen. 6A zeigt einen Ausgangszustand
vor dem Anlegen der Spannung. 6B zeigt
einen Zustand, bei dem Spannung an den Autofokus-Linsenabschnitt
angelegt wird. 6C zeigt einen Zustand, bei
dem Spannung gleichzeitig an den optischen Zoomlinsenabschnitt und
den Autofokus-Linsenabschnitt angelegt wird. 6D zeigt
einen Zustand, bei dem Spannung gleichzeitig an den Autofokus-Linsenabschnitt,
den optischen Zoomlinsenabschnitt und den Kleinstautofokus-Linsenabschnitt
angelegt wird.
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In
einem in 6A gezeigten Ausgangszustand,
bei dem keine Spannung angelegt wird, weisen die erste isolierende
Flüssigkeitsschicht 21 und die
dritte isolierende Flüssigkeitsschicht 41 des
Autofokus-Linsenabschnitts 20 beziehungsweise die zweite
Elektrolytschicht 31 des optischen Zoomlinsenabschnitts 30 ihre
kleinste Dicke auf. Zu diesem Zeitpunkt bildet die erste Elektrolytschicht 22 zu
den isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 beziehungsweise 41 Grenzflächen vorbestimmter
Krümmung aus.
Ferner bildet die zweite Elektrolytschicht 32 zu der isolierenden
Flüssigkeitsschicht 31 eine
Grenzfläche
vorbestimmter Krümmung
aus.
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Wenn
an den Autofokus-Linsenabschnitt 20 des Körpers 11 Spannung
angelegt wird, um den Autofokus-Antrieb durchzuführen, wird Spannung an den
Randbereich der ersten Elektrolytschicht 21 durch die metallbeschichtete
Oberfläche 15 der
Innenumfangsfläche
des Körpers 11 angelegt.
Aus diesem Grund wird die erste Elektrolytschicht 22, wie
in 6B gezeigt, angetrieben, so dass die Krümmung der
dazwischen ausgeformten Grenzfläche
variiert wird. Zudem wird die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 durch
die Verschiebung der veränderten Krümmung der
ersten Elektrolytschicht 22 nach oben hin konvex gekrümmt. Anschließend wird
der Autofokus-Linsenabschnitt bewegt.
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6C ist
eine Schnittdarstellung beim Betrieb des optischen Zoomabschnitts 30 der
Flüssigkeitslinse.
Wenn an den Körper 11 Spannung
angelegt wird, wird die Spannung über die metallbeschichtete
Oberfläche 15 des
Körpers 11 an
die obere Beschichtung 17a am Randbereich der zweiten Elektrolytschicht 32 so
angelegt, dass der optische Zoomlinsenabschnitt 30 angetrieben
wird. Dann wird die zweite Elektrolytschicht 32, die auf
der lichtdurchlässigen
Zwischenlinse 23 geschichtet ist, angetrieben, so dass
die Krümmung
der Grenzfläche
zu der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 31 variiert
wird. Der obere Bereich der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 31 wird
mit der Verschiebung der Grenzfläche
konvex gekrümmt.
Dann wird der optische Zoomlinsenabschnitt 30 angetrieben.
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Die
Krümmungsverschiebung
der zweiten Elektrolytschicht 32 wird durch Ändern der
Ladungsmenge, die an die zweite Elektrolytschicht 32 übertragen
wird, geregelt. Dementsprechend wird eine optische Zoomvergrößerung festgelegt,
die der Dicke der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 31,
die entsprechend variiert wird, entspricht.
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6D zeigt
einen Zustand, bei dem der Autofokus-Linsenabschnitt 20 und
der optische Zoomlinsenabschnitt 30 des Körpers 11 gleichzeitig
angetrieben werden. In diesem Zustand wird die Krümmung der
dritten Elektrolytschicht 41, die auf der ersten Elektrolytschicht 22 geschichtet
ist, mit einer Änderung
der Ladungsmenge, die an eine erste Elektrolytschicht 22 übertragen
wird, so variiert, dass eine Kleinstautofokus-Funktion durchgeführt wird. Wenn Spannung durch
die metallbeschichtete Oberfläche 15 der
Innenumfangsfläche
des Körpers 11 gleichzeitig
an die oberen und unteren Beschichtungen 17a und 17b angelegt
wird, werden die ersten und zweiten Elektrolytschichten 22 und 32 gleichzeitig
angetrieben. Dann werden die optische Zoomfunktion und die Autofokus-Funktion durch Variation
der Krümmungen
der isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31,
die zu den jeweiligen Elektrolytschichten 22 und 32 Grenzflächen ausbilden,
gleichzeitig durchgeführt.
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Wenn
der Körper
zu diesem Zeitpunkt aufgrund externer Stoßeinwirkungen im Zustand von 6C,
bei dem der optische Zoom durchgeführt wird, oder im Zustand von 6B,
bei dem der optische Zoom nicht durchgeführt wird, in Schwingung gerät, wenn
sich ein Objekt geringfügig
in einem Zustand bewegt, in dem die Autofokus-Funktion durchgeführt wird,
so dass der Fokus fixiert wird, oder wenn eine Kleinstautofokusregelung über eine
Makrolinse (Nahlinse) notwendig ist, wird Spannung an die Beschichtung 17b,
die sich bis zu der oberen Grenzfläche der ersten Elektrolytschicht 22 erstreckt, angelegt,
so dass die Krümmung
der oberen Grenzfläche
der ersten Elektrolytschicht 22 variiert wird. Dann wird
eine Kleinstautofokusregelung durchgeführt, wenn die dritte isolierende
Flüssigkeitsschicht 41 auf
der ersten Elektrolytschicht 22 nach unten hin konvex wird.
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Das
Anlegen von Spannung bei der Kleinstautofokusregelung kann automatisch
durchgeführt werden,
nachdem die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 zum
Durchführen
der Autofokus-Funktion angetrieben wird. In einigen Fällen kann
das Anlegen nur durch manuellen Betrieb über die Beschichtung 17b durchgeführt werden.
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Wie
oben beschrieben, umfasst die erfindungsgemäße Flüssigkeitslinse mit einer solchen Struktur
den Autofokus-Linsenabschnitt 20 und den optischen Zoomlinsenabschnitt 30.
Ferner umfasst die Flüssigkeitslinse
die asphärische
lichtdurchlässige
Zwischenlinse 23, die so angeordnet ist, dass sie die Flüssigkeitslinse
in den Autofokus-Linsenabschnitt 20 und den optischen Zoomlinsenabschnitt 30 aufgliedert.
Die Elektrolytschichten 22 und 32 und die isolierenden
Flüssigkeitsschichten 21 und 31 werden durch
Spannungen, die an die jeweiligen Linsenabschnitte 20 und 30 angelegt
werden, mit vorbestimmten Krümmungsradien
gekrümmt.
Ferner wird die dritte isolierende Flüssigkeitsschicht 41 unter
der Zwischenlinse 23 durch Ändern der elektrischen Ladungsmenge
gleichzeitig oder sequentiell angetrieben. Dann werden die Autofokus-Funktion, umfassend
eine Kleinstautofokusfunktion und die optische Zoomfunktion, durch
die jeweiligen Linsenabschnitte 20 und 30 in der
einzelnen Flüssigkeitslinse
gleichzeitig durchgeführt.
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Gemäß der Flüssigkeitslinse
der vorliegenden Erfindung wird die dritte Elektrolytschicht dann bewegt,
wenn die Größe der Spannung,
die an die erste Elektrolytschicht angelegt wird, geregelt wird oder
wenn eine separate Spannung an die Metallbeschichtung angelegt wird,
so dass die Autofokus-Funktion durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird
die Kleinstautofokusfunktion gleichzeitig oder sequentiell durchgeführt. Aus
diesem Grund kann eine präzise
Autofokusregelung in Bezug auf ein Objekt durchgeführt werden.
Des Weiteren ist es möglich,
zu jeder Zeit ein scharfes Bild zu erzielen, da eine Autofokusreaktion
sofort bei Auftreten einer Bewegung eines Objekts oder einer Schwingung
der Linse ausgeführt
wird.
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Obwohl
einige Ausführungsformen
des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts dargestellt
und erläutert
wurden, ist für
den Fachmann ersichtlich, dass Änderungen
in diesen Ausführungsformen
ge macht werden können,
ohne von den Prinzipien und dem Boden des allgemeinen erfinderischen
Konzepts abzuweichen, dessen Umfang in den beigefügten Ansprüchen und
ihren Entsprechungen dargelegt ist.