DE2631551C3

DE2631551C3 - Spiegel mit veränderbarer Brennweite

Info

Publication number: DE2631551C3
Application number: DE19762631551
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. 1000 Berlin Krause
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1976-07-14
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2631551A1; DE2631551B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiegel mit veränderbarer Brennweite gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wie er z. B. aus der OS 2255937 oder der GB-PS 1174286 bekannt ist.

Spiegel gemäß der GB-PS 1174286 besitzen keine Möglichkeit zur Vorspannung der Folie. Es kann daher keine definierte Oberflächenform erreicht werden. Spiegel gemäß der OS 2 255 937 können ebenfalls nicht vorgespannt werden. Weiterhin können Fältelungen der Folien nicht vermieden werden. Auch gibt es bei dem für die Verformung der steifen Membran notwendigen Druck Dichtigkeits- und Stabilitätsprobleme.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile dieser bekannten Vorrichtungen zu vermeiden.

Der erfindungsgemäße Spiegel ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Feinkorrektur des Spiegels hinter der biegsamen Folie 1 auf einem Elektrodenträger 6 einzelne Gegenelektroden zur Erzeugung der elektrostatischen Kräfte aufgebracht sind.

Mit diesem Spiegel ist es möglich, atmosphärische Störungen durch gezielte Änderungen der Phasenfläche der reflektierten Lichtwelle zu korrigieren.

Die Anwendung ist jedoch nicht nur auf astrophysikalische Probleme beschränkt, wenngleich sie hier auch recht spektakulär ist. Anschließend in loser Aufzählung eine Reihe von weiteren Anwendungen bzw. Anwendungsgebieten:

a) die gesamte Mikrowellentechnik sowohl in der Forschung wie auch im kommerziellen Bereich für Radar etc.

b) Beleuchtungstechnik

c) kohärente Optik: Restaurieren von gestörten Phasenflächen (gestört durch opt. Bauelemente oder Schlieren)

d) fotografische Optik: Zoom - Objektive

e) Anwendung als Sonnenkollektor.
Die Abb. 1 zeigt eine Skizze der Anordnung. Die Grundidee dabei ist, eine bedampfte oder chemisch metallisierte Folie (1) als Spiegel zu verwenden. Die Folie wird auf einen speziell geformten Rundflansch (3) mit Hilfe eines Halteringes (2) aufgespannt. Eine radiale Spannkraft kann dann durch einen Spannring (4) eingestellt werden. Ein zusätzlicher Andruckring (5) sorgt dafür, daß eventuell beim Spannen auftretende Fältelungen sich nicht oder nur in sehr geringem Maße an die freie Öffnung ausbreiten können. Erzeugt man nun in der Kammer unter der Folie (1) einen leichten Unterdruck, so wölbt sich die Folie in 1. Näherung zur Kugelfläche. Für eine gleichmäßige »Schüttlast« ergibt sich in 1. Näherung ein Rotationsparabolcid, höhere Näherungen sind vom Materialgesetz abhängig. Die Abweichungen von der gewünschten Flächenform werden zusammen mit Fehlern, die durch großflächige Dickenschwankungen der Folie bedingt sind, durch das nachstehend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung korrigiert. Die Folie muß allerdings eine genügend kleine »Mikrogenauigkeit« besitzen. Interferrometrische Voruntersuchungen zeigten, daß neben Glas- und Metallauch bestimmte Kunststoff-Folien (z. B. Acetatfolien) eine genügend gute Oberflächenstruktur aufweisen.

In Abb. 2 ist das Verfahren zur Oberflächenkorrektur des Folienspiegels schematisch angedeutet.

so Unter der verspiegelten Folie (1) befindet sich in geringem Abstand die sogenannte Korrekturplatte, d. h. der Elektrodenträger (6). Er besteht aus einem Isoliermaterial und ist folienseitig passend vorgeformt und in einem Raster mit flächenhaften Elektroden überzogen. Anzahl und Flächengröße der Elektroden hängen vom gewünschten Auflösungsgrad der Korrektur und dem noch zu vertretenden elektronischen Aufwand ab.

Die Elektroden sind einzeln kontaktiert. Jede Elektrode bildet also mit dem korrespondierenden Teil der metallisch verspiegelten Folie einen kleinen Kondensator. Legt man nun die Spiegelschicht auf Erdpotential und an die Elektroden eine Spannung, so kann man mit den auftretenden elektrostatischen Kräften die Spiegeloberfläche »punktuell« korrigieren.

Die Größe dieser Regelspannung leitet man aus geeigneten optischen Testverfahren ab und kann so die Oberfläche des Spiegels gezielt verändern, d. h. die Phase der reflektierten Lichtwelle korrigieren. Solche Testverfahren sind z. B. das Foucaultsche Schneidenverfahren, R. G. Wilson, 1975, Appl. Optics 14, 2390, der dynamische Hartmanntest L. J. Golden, 1975, Appl. Optics 14, 2390, oder bestimmte Schärfe-Funktionen, wie von R. Muller und A. Buffington, 1974, J. Opt.Soc. Am. 64,1200 berichtet wird. Diese Autoren arbeiten offenbar auch an einem optischen System, auf das sie ihr in einer Computersimulation erfolgreich erprobtes Testverfahren anwenden können. Um Regelschwingungen und Störungen durch akustische oder mechanische Einflüsse der gespannten Folie zu dämpfen, befindet sich zwischen Korrekturplatte und Folie eine dünne ölschicht, die mit einem Reservoir in der Unterdruckkammer in Verbindung steht. Durch die Viskosität

' und den auftretenden Strömungswiderstand wird eine ausreichende Dämpfung des Systems erzielt. Die obenerwähnte Spiegelverformung durch Unterdruck

kann auch durch elektrostatische Kräfte ersetzt werden. Dazu wird die Gesamheit der Elektrodenelemente auf eine genügend hohe Spannung gebracht. Zu dieser Vorspannung werden dann die Regelspannungen der einzelnen Elemente addiert. Eine Abschätzung ergab für einen kleinen Spiegel mit 0,2 m 0 und einer Brennweite von 1 m für dk- nötige elektrische Vorspannung die Größenordnung 1 kV. Die Größenordnung der Korrekturspannung beim Übergang von einem Kugel- zu einem Parabolspiegel lag in diesem Fall in der Größenordnung von 1 V.

Das vorgeschlagene Verfahren wäre für zahlreiche Anwendungen einsetzbar, z. B. ließen sich mit passenden Referenzbeleuchtungsstrahlengängen und Korrekturverfahren aus zwei Folienspiegeln auch Schmidtteleskope aufbauen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

Spiegel mit veränderbarer Brennweite, der eine biegsame Folie mit spiegelnder oder verspiegelter Oberfläche aufweist, die durch Unterdruck und/ oder elektrostatische Kräfte verformbar ist, dadurch gekennzeichnet,daß zur Feinkorrektur des Spiegels hinter der biegsamen Folie (1) auf einem Elektrodenträger (6) einzelne Gegenelektroden zur Erzeugung der elektrostatischen Kräfte aufgebracht sind.
2. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (1) durch einen Haltering (2) auf dem Folienträger (3) aufgespannt ist, der eine Ringnut (7) aufweist, über die die Folie gespannt ist, und daß ein Spannring (4) vorgesehen ist mit einem Ringwulst (8), der in die Ringnut (7) eingreift, wodurch eine radiale Spannkraft auf die Folie (1) ausgeübt wird, und daß weiterhin ein zusätzlicher Andruckring (5) die Folie (1) endgültig fixiert.
3. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenträger (6) entsprechend der gewünschten Form des Spiegels passend vorgeformt ist.