DE10303549B3

DE10303549B3 - Optisches Gerät mit einem rohrförmigen Gehäuse

Info

Publication number: DE10303549B3
Application number: DE2003103549
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Wierach; Hans Peter Dr.-Ing. Monner; Stephan Dipl.-Ing. Mühle
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-01-30

Abstract

Ein optisches Gerät besitzt ein rohrförmiges Gehäuse und ein oder mehrere flache optische Elemente. Das rohrförmige Gehäuse weist eine Wandung mit einer Innenseite und einer Außenseite auf und bildet eine lasttragende Struktur für die flachen optischen Elemente. Die flachen optischen Elemente sind quer zur Rohrlängsrichtung angeordnet und mittelbar oder unmittelbar an der Innenseite der Wandung des rohrförmigen Gehäuses befestigt. Die Wandung des Gehäuses ist im Bereich der Befestigung eines optischen Elementes mit einer Verformungseinrichtung ausgerüstet. Eine Steuereinrichtung ist vorgesehen, die eine zeitweise gesteuerte Betätigung der Verformungseinrichtung ermöglicht. Die Verformungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie abhängig von der Steuereinrichtung eine Durchmesseraufweitung dieses Bereiches der Wandung des Gehäuses vornimmt. Die Verformungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie das optische Element in diesem Bereich außerhalb des Zeitraums der Durchmesseraufweitung klemmend festhält.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Gerät mit einem rohrförmigen Gehäuse, mit einem oder mehreren flachen optischen Elementen, bei dem das rohrförmige Gehäuse eine Wandung mit einer Innenseite und einer Außenseite besitzt und eine lasttragende Struktur für die flachen optischen Elemente bildet, bei dem die flachen optischen Elemente quer zur Rohrlängsrichtung angeordnet und mittelbar oder unmittelbar an der Innenseite der Wandung des rohrförmigen Gehäuses befestigt sind. bei dem die Wandung des Gehäuses im Bereich der Befestigung eines optischen Elementes mit einer Verformungseinrichtung ausgerüstet ist, bei dem eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die eine zeitweise und/oder zeitabhängig gesteuerte Betätigung der Verformungseinrichtung ermöglicht, bei dem die Verformungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie das optische Element in dem ihr zugeordneten Bereich klemmend festhalten kann.
Optische Geräte mit einem rohrförmigen Gehäuse sind vielfach anzutreffen. Es handelt sich beispielsweise um Ferngläser, Teleskope und Mikroskope. Sie bestehen jeweils aus einem länglichen rohrförmigen Gehäuse, in dem ein oder mehrere Linsen, Filter oder andere flache optische Elemente hintereinander angeordnet sind. Die Linsen und andere optische Elemente bestehen häufig aus Glas oder Kunststoffmaterialien und es ist stets ein Problem, diese Elemente in einem rohrförmigen Gehäuse entsprechend anzuordnen und dort zu befestigen und zu fixieren. Die präzise Fixierung ist sehr wichtig, da dadurch der optische Strahlengang festgelegt wird und bekanntlich sehr genau definierte Abstände zwischen den optischen Elementen vorgegeben und eingehalten werden müssen.

Bisher ist es bekannt und üblich, die Linsen zunächst in einen Metallring einzukleben. Diese vorgefertigten Metallringe sind außen mit einem Gewinde versehen. In dem rohrförmigen Gehäuse des optischen Gerätes, beispielsweise eines Fernglases, ist ein Gegengewinde an der präzise vorgegebenen Stelle angeordnet. In dieses Gegengewinde wird das Gewinde des Metallrings eingeschraubt und dadurch an der exakt vorgegebenen Stelle die Linse fixiert.

Dies ist recht aufwendig. Es müssen mehrere Gewinde vorgesehen werden, darüber hinaus ist das Gewicht des Metallringes nicht unerheblich. Andere Materialien kommen aber kaum in Betracht, da natürlich eine Fixierung der Linse bzw. des optischen Elementes relativ zum Gehäuse sehr wichtig ist und daher keine Bewegung in dem Bereich zwischen dem rohrförmigen Gehäuse und dem eigentlichen optischen Element möglich sein darf.

Die Konstruktion mit dem einzuschraubenden Gewinde benötigt auch einen relativ großen Bauraum.

Schließlich fehlt es auch an Korrekturmöglichkeiten während der Herstellung. So ist zwar während des Einklebens der Linse in den Metallring noch bis zum vollständigen Aushärten des Klebstoffes eine Korrektur der Linsenposition bis zu einem gewissen Grade möglich. Zum Zeitpunkt der Produktendkontrolle des fertigen optischen Gerätes jedoch ist eine Korrektur der Linsenposition nicht mehr möglich, die beispielsweise auf Grund geringfügig falscher Positionierung während des Klebvorganges erforderlich werden könnte. Stellt sich daher bei der Produktendkontrolle eine fehlerhafte Positionierung heraus, muss die gesamte fehlerhafte Komponente, also das gesamte optische Element mit samt Metallring insgesamt verworfen werden und wird zum Ausschussteil. Darüber hinaus ist auch die in diesem Fall erforderliche Demontage sehr aufwendig, da das gesamte optische Gerät auseinander genommen und mit einem anderen ersetzenden Teil wieder komplettiert werden muss.

Trotz dieser recht erheblichen Nachteile findet die Herstellung derartiger optischer Geräte mit rohrförmigen Gehäusen und darin angeordneten flachen optischen Elementen seit sehr langer Zeit in genau der beschriebenen Form statt, da die hohen Qualitätsanforderungen bei derartigen optischen Geräten keine anderen Aufbaumöglichkeiten zugelassen haben.

In der DE 44 00 869 C1 findet sich noch der theoretische Vorschlag, eine Linse innerhalb eines Hochleistungsobjektives in einer gesonderten Fassung anzuordnen. Diese gesonderte Linsenfassung ist mittels Piezotranslatoren achsparallel relativ zu der eigentlichen, äußeren Fassung verschieblich. Dadurch wird es immerhin möglich, die Linse innerhalb des Hochleistungsobjektives dadurch zu justieren, dass die Piezotranslatoren eine der Andruckkraft entgegengerichtete Kraft ausüben und die Linse so lateral fein justiert werden kann.

Die nachveröffentlichte DE 101 47 753 A1 beschreibt eine Optikeinrichtung mit einem Optikelement und einer Fassung zum Haltern des Optikelements und einem Halteelement, dass zwischen zwei verschiedenen Formzuständen überführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik einen flexibleren Aufbau derartiger optischer Geräte vorzuschlagen, der weitgehend ohne Qualitätseinbußen hinsichtlich der optischen Qualität des Gerätes ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Verformungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie abhängig von der Steuereinrichtung eine Durchmesseraufweitung und/oder Durchmesserverringerung des ihr zugeordneten Bereiches der Wandung des Gehäuses vornimmt, und dass die Verformungseinrichtung in die Wandung des Gehäuses integriert ist.

Mit einer derartigen Konzeption wird überraschend die Aufgabe gelöst. Gegenüber dem herkömmlichen Aufbau wird nicht nur das Gewicht im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert, da der bzw. mehrere Metallringe praktisch vollständig entfallen können. Es wird möglich, die optischen Elemente direkt in einer Verformungseinrichtung aufzunehmen, die eine zeitweise Durchmesseraufweitung während des Einsetzens vornimmt und anschließend bei wiedererfolgten Reduzierung des Durchmessers die optischen Elemente rein durch Klemmung hält.

Auch der Bauraum wird reduziert und es wird eine vereinfachte, schnellere und präzisere Montage und insbesondere auch Justage beispielsweise von optischen Linsen möglich.

Darüber hinaus wird nun auch eine Möglichkeit zur Korrektur der Linsenposition nach der Endkontrolle durchführbar. Stellt sich bei der Endkontrolle heraus, dass eine Linse oder ein anderes optisches Element geringfügig falsch positioniert ist, kann durch erneute Durchmesseraufweitung, Justierung des optischen Elementes und anschließende erneute Klemmung eine detaillierte Korrektur erfolgen.

Es ergibt sich daraus, dass auch die Material- und Fertigungskosten sinken und auch die Anzahl der Ausschussteile signifikant reduziert werden kann, da fehlpositionierte optische Elemente nicht verworfen werden müssen, sondern neu justiert werden können.

Für die nähere Ausgestaltung der Verformungseinrichtung und der Steuereinrichtung haben sich verschiedene Ausführungsformen als besonders geeignet erwiesen.

So ist der Einsatz einer Piezokeramik bzw. eines Piezokeramikmoduls sehr vorteilhaft. Ein Teil der Wandung des rohrförmigen Gehäuses wird als Piezokeramikmodul ausgeführt bzw. die Piezokeramik wird in Umfangsrichtung im Bereich der Verbindung des optischen Elementes mit dem Gehäuse integriert.

Die Steuereinrichtung führt in diesem Fall das Anlegen einer elektrischen Spannung an das integrierte Piezokeramikmodul durch, was zu einer Längenänderung dieses Moduls und damit zu einer Aufweitung und Vergrößerung des Durchmessers des Gehäuses bzw. Rohrs führt. In diesem aufgeweiteten bzw. vergrößerten Zustand kann das optische Element, beispielsweise also die optische Linse, sehr einfach und präzise eingesetzt werden. Schaltet dann die Steuereinrichtung die elektrische Spannung wieder ab bzw. hält diese nicht mehr aufrecht, so verringert sich entsprechend wiederum die Länge des integrierten Piezokeramikmoduls und damit auch der Durchmesser des Gehäuses. Die Linse wird dann auf Grund der Struktursteifigkeit des rohrförmigen Gehäuses geklemmt bzw. fixiert.

Bei dieser Ausführungsform kann durch eine schrittweise Zurücknahme der angelegten elektrischen Spannung in der Steuereinrichtung auch eine Feinpositionierung bei einer schon mehr oder weniger stark vorhandenen Klemmung ermöglicht werden. Es entsteht so eine dosierbare Klemmkraft bei der Montage der optischen Elemente im Gehäuse. Dies kann durch eine zeitabhängig gesteuerte Betätigung der Verformungseinrichtung erfolgen.

In einer anderen Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn die Verformungseinrichtung ein Element aus einer Formgedächtnislegierung aufweist und wenn das Element aus der Formgedächtnislegierung in der Wandung des Gehäuses im Bereich der Befestigung des optischen Elementes angeordnet ist.

Formgedächtnislegierungen sind in unterschiedlicher Form bekannt. Durch das Zuführen von Wärme oder das entsprechende Anlegen eines elektrischen Feldes wird das Element, insbesondere ein Draht, aus einem Zustand in einen anderen überführt. Die grundsätzliche Eigenschaft derartiger Formgedächtnislegierungen ist an sich, dass diese dann anschließend nach Deaktivierung wieder ihren ursprünglichen Zustand einnehmen. Die Zustandsänderung geht einher mit einer Dimensionsverlängerung in einer Richtung und mit einer Dimensionsverkürzung in der anderen. Je nach Art und Weise dieser Verlängerung spricht man dann von d₃₃ oder anderen Effekten, die dem Fachmann jeweils bekannt sind.

Die Ansteuerung der einzelnen Effekte kann insbesondere durch kammähnliche Aufbauten, sogenannte interdigitale Ansteuerungen, erfolgen.

Die in der Praxis eingesetzten Elemente aus Formgedächtnislegierungen zeichnen sich nun dadurch aus, dass die Dimensionsveränderung in der einen Richtung wie beschrieben erfolgt. Die Dimensionsveränderung in der anderen Richtung wird jedoch unterdrückt bzw. ist auf Grund hysterese ähnlicher Verhaltensweisen in eine Umgebungsrandbedingung verschoben, die in der Praxis nicht vorkommt. Erfindungsgemäß kann dies dadurch ausgenutzt werden, dass bei einer Aktivierung lediglich eine Dimensionsänderung beispielsweise eine Verkürzung eines Drahtes aus einer vom Formgedächtnislegierung erfolgt. Diese Verkürzung kann dann zum Klemmen des optischen Elementes genutzt werden. Bei der anschließenden Deaktivierung verändert sich dann nichts, der Draht aus der Formgedächtnislegierung nimmt also nicht etwa seine ursprüngliche Länge an.

Soll doch eine Längenausdehnung, beispielsweise für spätere Reparaturen genutzt werden, so muss das optische Gerät mit den flachen optischen Elementen und dem Element aus der Formgedächtnislegierung in den Zustand versetzt werden, bei dem tatsächlich eine Längenausdehnung wiederum erfolgt, beispielsweise bei sehr tiefen Temperaturen. Auch ein vorheriges sogenanntes Trainieren des Drahtes kann bei geeigneten Randbedingungen diesen Effekt hervorrufen.

Für den praktischen Einsatz ist es aber bereits sehr von Vorteil, wenn durch das einmalige Aktivieren eine Verkürzung des Drahtes erreicht und damit eine Klemmung des optischen Elementes realisiert werden kann.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 einen Schnitt senkrecht zur Achse des rohrförmigen Gehäuses durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
3 einen Schnitt parallel zur Achse des rohrförmigen Gehäuses einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform aus 3;
5 eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
6 einen Schnitt parallel zur Achse des rohrförmigen Gehäuses aus der Ausführungsform in 5;
7 einen Schnitt parallel zur Achse des rohrförmigen Gehäuses einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
8 einen Schnitt parallel zur Achse des rohrförmigen Gehäuses einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
9 einen Schnitt senkrecht zur Achse des rohrförmigen Gehäuses einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
10 einen Schnitt senkrecht zur Achse des rohrförmigen Gehäuses einer achten Ausführungsform der Erfindung und
11 einen Schnitt senkrecht zur Achse des rohrförmigen Gehäuses einer neunten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt einen Schnitt durch eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Allerdings sind nur Teilaspekte eines optischen Gerätes zu erkennen, unter anderem ein rohrförmiges Gehäuse 10. Von dem Gehäuse 10 ist eine Wandung 11 dargestellt, diese ist zylindrisch. Eine Achse 12, nämlich die Längsachse des rohrförmigen Gehäuses 10, verläuft horizontal in der Bildebene der 1. Ein Durchmesser 13 des rohrförmigen Gehäuses 10 ist ebenfalls dargestellt, er verläuft senkrecht zur Achse 12 und ebenfalls in der Bildebene.
Der Blick in der 1 ist auf die Innenseite 14 der Wandung 11 gerichtet, die Außenseite 15 der Wandung 11 ist verdeckt.
An der Innenseite 14 der Wandung 11 soll nun ein optisches Element 20 (nicht dargestellt) so angeordnet werden, dass das im Wesentlichen flache optische Element 20 senkrecht zur Achse 12 des rohrförmigen Gehäuses 10 und damit auch senkrecht zur Bildebene steht. Das optische Element 20 könnte beispielsweise eine Linse sein.
Herkömmlich würde nun auf der Innenseite 14 der Wandung 11 ein Innengewinde vorgesehen sein, was aber erfindungsgemäß entfällt. Statt dessen ist die Wandung 11 mit einer Verformungseinrichtung 30 versehen. Diese Verformungseinrichtung 30 wird hier durch ein integriertes Piezokeramikmodul 31 gebildet. Diese integrierte Piezokeramik ist innerhalb der Wandung 11, also zwischen der Innenseite 14 und Außenseite 15, umlaufend um die Achse 12 angeordnet.
Wird nun durch eine Steuereinrichtung 40 (nicht dargestellt) das Piezokeramikmodul 31, also die Verformungseinrichtung 30, aktiviert, so tendiert das Piezokeramikmodul 31 in dieser Ausführungsform dazu, seine Längenausdehnung zu vergrößern. Hierzu wird der sogenannte d₃₃-Effekt genutzt und eine Ansteuerung mit einer Interdigitalelektrode vorgenommen. Dies führt zu einer tendenziellen Vergrößerung und Aufweitung des Durchmessers 13. Diese Aufweitung des Durchmessers 13 dauert nur so lange an, wie die Steuereinrichtung 40 das Piezokeramikmodul 31 der Verformungseinrichtung 30 entsprechend beaufschlagt. Während dieser Zeitdauer der Aufweitung des Durchmessers 13 kann das optische Element 20 nun leicht innerhalb der Innenseite 14 der Wandung 11 platziert und dort auch präzise justiert werden. Anschließend deaktiviert die Steuereinrichtung 40 das Piezokeramikmodul 31 der Verformungseinrichtung 30. Die Wandung 11 des Gehäuses 10 zieht sich dann wieder zusammen. Dies führt zu einer passiven Klemmung des optischen Elementes 20 durch die Struktur des Gehäuses 10. Der Durchmesser 13 hat jetzt wieder seine vorherige Größe angenommen und hält das optische Element 20 fest.
Die Länge des Gehäuses 10 kann natürlich die dargestellte Länge weit überragen und es können mehrere Verformungseinrichtungen 30 über seine Länge separat ansteuerbar von einer oder mehrerer Steuereinrichtungen 40 vorgesehen werden. Dies ist nicht dargestellt.
In 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier ist ein Schnitt senkrecht zur Achse 12 des Gehäuses 10 zu erkennen; innerhalb der Wandung 11 zwischen der Innenseite 14 und der Außenseite 15 der Wandung ist in diesem Falle eine andere Form einer Verformungseinrichtung 30 vorgesehen.
Hier weist die Verformungseinrichtung 30 ein in Umfangsrichtung gelegtes oder gewickeltes Formgedächtnismaterial (shape memory alloy, SMA) auf. Dieses Material ist hier beispielsweise so angeordnet, dass es sich bei einer Aktivierung durch eine Steuereinrichtung 40 mit einer Stromquelle 41, also bei einer thermischen Anregung durch die Stromquelle 41, zusammenzieht.
Die Funktionsweise ist hier also anders als bei der 1. Im nicht angeregten Zustand der Steuereinrichtung 40 ist der Durchmesser 13 der Wandung 11 so groß, dass sich das optische Element 20 hier genau in der Bildebene in die Wandung 11 des Gehäuses 10 einpassen lässt. Bei einer Aktivierung der Verformungseinrichtung 30 bzw. des Elementes aus der Formgedächtnislegierung 32 findet nun eine Klemmung des optischen Elementes 20 statt.
Hierbei wird der bei Formgedächtnislegierungen (SMA) häufig anzutreffende sogenannte „Einwegeffekt" genutzt. Die einmalige Aktivierung des Elementes 32 genügt dazu, dieses Element, insbesondere einen Draht, zum Verkürzen seiner Länge zu bewegen, so dass sich entsprechend der Durchmesser 13 in diesem Bereich so verringert, dass das optische Element 20 festgeklemmt wird. Die anschließende Deaktivierung, also etwa das Abschalten der Strom- oder Wärmequelle, ändert an dieser Klemmung nichts mehr.
Wird ein Element aus einer Formgedächtnislegierung mit dem sogenannten „Zweiwegeffekt" genutzt, so wird bei einer Deaktivierung unter anderen äußeren Randbedingungen eine Rückkehr des Elementes 32 in seinen Ursprungszustand möglich, also eine Verlängerung. Dann kann etwa zur Reparaturzwecken auch das optische Element 20 wieder entnommen werden. Auch ohne diesen zusätzlichen Vorteil beim Reparieren, also bei einer irreversiblen Verkürzung des Elementes aus der Formgedächtnislegierung ist jedoch allein durch die verbesserte Montage und Justierbarkeit ein erheblicher Vorteil vorhanden.
3 zeigt einen Schnitt parallel zur Achse 12 des Gehäuses 10 in einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Achse 12 befindet sich wiederum in der Bildebene und verläuft horizontal. Die Wandung 11 mit ihrer Innenseite 14 und Außenseite 15 weist hier wiederum ein Piezokeramikmodul 31 auf, das wiederum eine Aufweitung des Durchmessers 13 bei Aktivierung ermöglicht.
In 4 ist diese Ausführungsform perspektivisch in nicht geschnittener Form nochmals dargestellt, um diese Variante näher zu erläutern. Das Piezokeramikmodul 31 ist in diesem Fall durch eine Reihen von Lamellen gebildet, während sich in der Wandung 11 achsparallele Einschnitte befinden.
Dies erleichtert die Aufweitung des Durchmessers 13 bei Aktivierung des Piezokeramikmoduls 31 durch eine Steuereinrichtung 40.
Das optische Element 20 wird auch bei dieser Version passiv durch die Lamellen des Piezokeramikmoduls 31 geklemmt.
In 5 ist eine noch weiter konkretisierte vierte Ausführungsform perspektivisch dargestellt. Neben der Wandung 11 des Gehäuses 10 und der wiederum horizontal in Bildebene verlaufenden Achse 12 und dem Durchmesser 13 ist hier ein ringförmiges Piezokeramikmodul 31 dargestellt. Außerdem ist in der Schnittdarstellung die gleiche Ausführungsform in 6 abgebildet. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung durch eine Steuereinrichtung 40 an dem Piezokeramikmodul 31 wird dieses aktiviert und verkürzt sich. Dadurch erfolgt eine Verschiebung eines Keilrings 33 nach rechts. Der Keilring 33 ist zuvor über einen Federring 34 aus Faserverbundwerkstoff (FVW) geschoben. Der Federring 34 besteht aus anisotropem Material, so dass sich seine Streifen tendenziell nach Außen biegen.
Wird nun der Keilring 33 nach rechts geschoben, so kann genau diese Biegung der Streifen des Federrings 34 nach Außen erfolgen. In diesem Zustand kann nun die Montage des optischen Elements vorgenommen werden.
Wird nun durch die Steuereinrichtung 40 die elektrische Spannung wieder weggenommen, so nimmt das ringförmige Piezokeramikmodul 31 wieder seine ursprüngliche Länge an. Dadurch drückt das ringförmige Piezokeramikmodul 31 den Keilring 33 wieder nach links und dadurch der Keilring 33 in weiterer Folge die Streifen des Federrings 34 wieder nach innen. Dadurch erfolgt eine passive Klemmung des optischen Elementes 20.
Die Ausführungsform in 7 zeigt eine weitere fünfte Ausführungsform eines Gehäuses 10 mit einer Wandung 11 und innerhalb der Bildebene liegender Achse 12. Hier weist die Verformungseinrichtung 30 wiederum ein Piezokeramikmodul 31 auf. Es ist in die Wandung 11 integriert, während die Wandung 11 in diesem Bereich selbst eine Einschnürung besitzt, die geschlitzt ist und den Durchmesser 13 innerhalb der Innenseite 14 der Wandung 11 in diesem Bereich im Ruhezustand verringert.
Aktiviert nun die Steuereinrichtung 40 das Piezokeramikmodul 31 durch Anlegen einer elektrischen Spannung, zweckmäßig wieder mit interdigitaler Ansteuerung (kammähnlicher Aufform), so dehnt sich in diesem Falle das Piezokeramikmodul 31 in Richtung der Längsachse 12 des rohrförmigen Gehäuses 10 aus (so genannter d₃₃-Effekt). Daraus folgt eine Streckung der geschlitzten Einschnürung in Richtung der Achse 12. Aus dieser Streckung wiederum resultiert im Bereich der Einschnürung eine Vergrößerung des Durchmessers 13. In diesem Zustand kann nun die Montage des zu klemmenden optischen Elementes 20 vorgenommen werden.
Die erreichte Aufweitung des Durchmessers 13 entspricht auf Grund der verhältnismäßig kleinen Dehnung des Piezokeramikmoduls 31 einer Stellwegvergrößerung. Bei Wegnahme der elektrischen Spannung durch die Steuereinrichtung 40 nimmt das Piezokeramikmodul 31 wieder seine ursprüngliche Länge an, so dass eine passive Klemmung des Objektes im Bereich der Einschnürung erfolgt.
Diese Ausführungsform kann bei einer entsprechend geringen Struktursteifigkeit auch ohne eine Schlitzung, also mit einer ungeschlitzten Einschnürung ausgeführt werden.
8 zeigt eine Variante der in 7 dargestellten Ausführungsform, ebenfalls in einer Schnittdarstellung mit der Achse 12 horizontal in der Bildebene.
Hier ist wiederum eine Einschnürung durch eine nach innen gerichtete Ausbeulung der Innenseite 14 der Wandung 11 vorgesehen. Anders als in 7 ist hier jedoch das Piezokeramikmodul 31 neben der Einschnürung in der Wandung 11 integriert. In diesem Falle kontrahiert sich das Piezokeramikmodul 31 bei einer Aktivierung durch die Steuereinrichtung 40 auf Grund des d₃₁-Effektes, so dass eine Streckung in Richtung der Achse 12 des rohrförmigen Gehäuses 10 in dem Bereich der Einschnürung erfolgt. Aus dieser Streckung resultiert ähnlich wie in der Ausführungsform nach 7 eine reversible Vergrößerung des Durchmessers 13 in diesem Bereich.
9 zeigt nun eine weitere siebte Ausführungsform, allerdings wiederum ähnlich wie in den 7 und 8. Die Darstellung erfolgt in diesem Falle durch einen Schnitt senkrecht zur Achse 12, wobei der Durchmesser 13 in der Bildebene liegt. Hier weist die Verformungseinrichtung 30 eine Reihe von integrierten Piezokeramikmodulen 31 auf. Auch hier sind Einschnürungen vorgesehen, anders als bei den Ausführungsformen in den 7 und 8 sind diese nach innen gerichteten Einschnürungen jedoch in Richtung der Achse 12 des rohrförmigen Gehäuses 10 und damit auch hier senkrecht zur Bildebene angeordnet.
Erfolgt hier nun durch die Steuereinrichtung 40 eine Aktivierung der mehreren Piezokeramikmodule 31, so entsteht hier wiederum der d₃₃-Effekt, so dass es ähnlich wie bei der Ausführungsform nach 6 zu einer Aufweitung des Durchmessers 13 kommt. Das optische Element 20 kann hier wieder entsprechend eingesetzt werden.
In der 10 ist nun wieder eine Kombination aus den Ausführungsformen der 8 und 9 gewählt, mit einer Darstellung ähnlich der 9. Auch hier ist die Achse 12 des rohrförmigen Gehäuses 10 senkrecht zur Bildebene und es sind eine Reihe von Einschnürungen mit mehreren Piezokeramikmodulen 31 jeweils parallel zur Achse 12 angeordnet. Allerdings befinden sich hier die Piezokeramikmodule 31 jeweils neben den Einschnürungen, zugleich auch zwischen ihnen.
Hier wird bei einer Aktivierung der Piezokeramikmodule 31 durch die Steuereinrichtung 40 eine Kontraktion erfolgen, so dass eine Streckung an der Stelle der Einschnürung in Umfangsrichtung erfolgt.
Aus dieser Streckung resultiert nun wiederum eine reversible Vergrößerung des Durchmessers 13.
In der 11 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der in diesem Falle als Verformungseinrichtungen 30 mehrere Piezoscheraktuatoren angesetzt werden. Diese sind in Umfangsrichtung zwischen der Außenseite 15 der Wandung, also der Strukturaußenhaut sowie der Innenseite 14 der Wandung 11, hier einem inneren Federring, positioniert.
Bei einer Aktivierung der Piezoscheraktuatoren vollzieht der Aktuator eine Deformation in Form einer Scherbewegung (d₁₅-Effekt), so dass der Federring aufgeweitet und der Durchmesser 13 der Innenseite 14 der Wandung 11 vergrößert wird.

10: Gehäuse
11: Wandung
12: Achse
13: Durchmesser
14: Innenseite der Wandung
15: Außenseite der Wandung
17: Einschnürung
20: Optisches Element
30: Verformungseinrichtung
31: Piezokeramikmodul
32: Formgedächtnislegierung
33: Keilring
34: Federring
40: Steuereinrichtung
41: Stromquelle

Claims

Optisches Gerät – mit einem rohrförmigen Gehäuse (10), – mit ein oder mehreren flachen optischen Elementen (20), – bei dem das rohrförmige Gehäuse (10) eine Wandung (11) mit einer Innenseite (14) und einer Außenseite (15) besitzt und eine lasttragende Struktur für die flachen optischen Elemente (20) bildet, – bei dem die flachen optischen Elemente (20) quer zur Rohrlängsrichtung angeordnet und mittelbar oder unmittelbar an der Innenseite (14) der Wandung (11) des rohrförmigen Gehäuses (10) befestigt sind, – bei dem die Wandung (11) des Gehäuses (10) im Bereich der Befestigung eines optischen Elementes (20) mit einer Verformungseinrichtung (30) ausgerüstet ist, – bei dem eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen ist, die eine zeitweise und/oder zeitabhängig gesteuerte Betätigung der Verformungseinrichtung (30) ermöglicht, – bei dem die Verformungseinrichtung (30) so ausgebildet ist, dass sie das optische Element (20) in dem ihr zugeordneten Bereich klemmend festhalten kann, dadurch gezeichnet, dass die Verformungseinrichtung (30) so ausgebildet ist, dass sie abhängig von der Steuereinrichtung (40) eine Durchmesseraufweitung und/oder Durchmesserverringerung des ihr zugeordneten Bereiches der Wandung (11) des Gehäuses (10) vornimmt, und dass die Verformungseinrichtung (30) in die Wandung (11) des Gehäuses (10) integriert ist.
Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der flachen optischen Elemente (20) eine optische Linse ist.
Optisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungseinrichtung (30) ein Piezokeramikmodul (31) aufweist, dass in der Wandung (11) des Gehäuses (10) im Bereich der Befestigung des optischen Elementes (20) angeordnet ist.
Optisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) eine zeitweise und/oder zeitabhängig steuerbare Spannungsquelle aufweist und die Spannung am Piezokeramikmodul (31) der Verformungseinrichtung (30) so anlegt, dass die Durchmesseraufweitung der Wandung (11) des Gehäuses (10) in dem Bereich des Piezokeramikmoduls (31) eintritt.
Optisches Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Piezokeramikmodule (31) so auf der Außenseite (15) der Wandung (11) angeordnet sind, dass sie Teilbereiche der Wandung (11), insbesondere Lamellen oder Streifen, nach außen ziehen.
Optisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Piezokeramikmodule so angeordnet sind, dass sie durch die Steuereinrichtung (40) zeitweise oder zeitabhängig in Längsrichtung des Gehäuses (10) verlängerbar oder verkürzbar sind und so eine Klemmung des optischen Elementes (20) mittelbar über in Achsrichtung benachbarte nach innen biegbare Elemente (Streifen) vornehmen.
Optisches Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezokeramikmodul (31) durch die Steuereinrichtung (40) in Richtung parallel zur Längsachse (12) des Gehäuses (10) verkürzbar oder verlängerbar ist, dass eine von der Wandung (11) nach innen ragende Einschnürung vorgesehen ist, und dass die Tiefe des Hineinragens der Einschnürung in das Gehäuse (10) von der Steuereinrichtung (40) beeinflusst wird.
Optisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungseinrichtung (30) ein Element aus einer Formgedächtnislegierung (32) aufweist, dass das Element aus der Formgedächtnislegierung (32) in der Wandung (11) des Gehäuses (10) im Bereich der Befestigung des optischen Elementes (20) angeordnet ist.
Optisches Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) ein Element zur thermischen Aktivierung, insbesondere eine Stromquelle aufweist, die bei Bestätigung eine Verkürzung des Elements (32) aus Formgedächtnislegierung in der Verformungseinrichtung (30) vornimmt.
Optisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) ein Element zur Deaktivierung unter anderen Randbedingungen besitzt, so dass eine Aufweitung des Durchmessers (12) des Bereiches der Wandung (11) des Gehäuses (10) eintritt.