DE3424121A1

DE3424121A1 - Optische linse

Info

Publication number: DE3424121A1
Application number: DE19843424121
Authority: DE
Inventors: Frederick H. Fleetwood Pa. Lamothe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE3424121C2; US4466706A

Description

PRINZ, LEISER,-BJJNKE-& PARTNER Patentanwälte · ." Eurtrpeari Patent" Atforiveys

München Stuttgart 3424121

29. Juni 1984

Frederick H. Lamothe

R.D. #2

Fleetwoody Pennsylvania 19552 /V.St.A.

Unser Zeichen: L 1161

Optische Linse

Die Erfindung betrifft eine optische Linse.

Es besteht ein wachsender Bedarf für große Linsen, z.B. große Objektivlinsen für astronomische Teleskope, Projektionslinsen für Fernsehempfänger, Luftbildgeräte, Satellitenkamera-Linsen und Konzentrationslinsen für Solargeneratoranlagen. Die Herstellung von derartigen großen Linsen durch herkömmliche Technik unter Schleifen und Polieren von Glas ist äußerst kosten- und zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, große optische Linsen von ausreichender Qualität für viele Anwendungen zu schaffen, einschließlich die obengenannten Anwendungen, wobei diese Linse ohne jegliche Schleif- und Polierarbeiten hergestellt werden soll, um die Herstellungskosten drastisch zu senken.

Dabei wird auch angestrebt, die Brennweite der Linse leicht und schnell einstellen zu können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Anwendung einer variablen Kammer, die mit einem optisch klaren bzw. lichtdurchlässigen flüssigen oder gasförmigen Medium angefüllt ist, wobei der Druck dieses Mediums durch Einstellung des Kammervolumens reguliert wird, in dem das Medium enthalten ist. Die Kammer ist an ihren einander gegenüberliegenden Enden durch elastische und lichtdurchlässige bzw. optisch klare Membranelemente verschlossen, die mit unterschiedlich starkem Krümmungsradius verbogen bzw. gewölbt werden, ansprechend auf Druckänderungen in dem fluiden Medium innerhalb der Kammer, um auf diese Weise die optischen Parameter der Linse einzustellen. Bei einer besonderen Ausführungsform begrenzen zwei in Axialrichtung verstellbare und mit Gewinde versehene Teleskophülsen eine Kammer für ein geeignetes optisches Medium, und die einander gegenüberliegenden äußeren Enden der Kammer sind durch zwei relativ dünne elastische optische Scheiben verschlossen, die aus verfügbarem Plastikmaterial gebildet sind. Diese Scheiben weisen eine Krümmung auf, die ansprechend auf Druckänderungen des die Kammer ausfüllenden Mediums verändert wird. In dem System können zwei oder mehr im Abstand voneinander angeordnete derartige Scheiben verwendet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten optischen Linse;

Fig. 2 einen senkrechten Längsschnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 und 4

schematische Ansichten zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der Linse, wenn Druckänderungen auftreten; und

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, jedoch einer anderen Ausführungsform.

Die optische Linse enthält eine mit einem fluiden Medium angefüllte Kammer 10 veränderlicher Größe, die durch zwei starre, mit Innengewinde bzw. Außengewinde versehene Teleskophülsen 11, 12 begrenzt ist. Die zwei Hülsen können lösbar in ausgewählten und eingestellten Relativstellungen verriegelt werden, mittels eines mit Gewinde versehenen Blockierringes 13. Die Hülse 11 weist eine Einfüllöffnung 14 zum Einfüllen des fluiden Mediums und einen Verschlußstopfen 15 zum Verschließen dieser öffnung auf. Die Hülse 12 trägt radiale Vorsprünge 16, um ihre Verdrehung relativ zur Hülse 11 zum Einstellen der Größe der Kammer 10 zu erleichtern.

Die einander gegenüberliegenden Enden der Kammer 12 sind durch zwei optisch klare bzw. lichtdurchlässige elastisehe Plastikscheiben 17 verschlossen, die in irgendeiner herkömmlichen Weise an den Außenenden der Hülsen 11 und 12 abgedichtet sind, z.B. durch Dichtringe 18 oder dergleichen. Die zwei Scheiben 17 begrenzen mit den einstellbaren Hülsen 11 und 12 die Kammer 10, die eine variable Größe aufweist, mit dem fluiden Medium angefüllt und gegen dieses abgedichtet ist.

Die Kammer 10 wird durch die Einfüllöffnung 14 mit dem optisch klaren fluiden Medium, Flüssigkeit oder Gas, angefüllt, dessen Brechungsindex und sonstige optische Eigenschaften den gewünschten Daten entsprechen. Bei dem fluiden Medium kann es sich um Wasser oder bestimmte im Handel verfügbare optische öle handeln. Die Scheiben sind aus bekanntem, optisch klarem Plastikmaterial gebildet, das die gewünschten optischen Eigenschaften aufweist.

Im Gebrauch der Linse werden die zwei mit Gewinde versehenen Hülsen 11 und 12 relativ zueinander verdreht, um die Länge der Kammer 10 einzustellen. Jede Änderung der Größe der verschlossenen Kammer 10 in zunehmender oder abnehmender Richtung hat eine Veränderung der Krümmung der beiden elastischen Scheiben 17 zur Folge, die auf den internen Druck des fluiden Mediums ansprechen, was für jeden Wert dieses Druckes gilt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird der Druck P vermindert, indem die beiden Hülsen 11 und 12 axial nach außen bewegt werden, wodurch die resultierende Krümmung der Scheiben 17 vermindert wird und die Scheiben einer flachere Form annehmen. Fig. 4 verdeutlicht eine Zunahme des Druckes P+ in der Kammer durch Verstellung der beiden Teleskophülsen nach innen bzw. zueinander. Der erhöhte Mediendruck wirkt auf die Scheiben 17 ein und erhöht deren Krümmung in entsprechender Weise. Bei Überdruck nehmen die elastischen Scheiben eine konvexe Form an, wie in der Zeichnung dargestellt ist, und ihre Krümmung variiert entsprechend den Druckänderungen in der Kammer 10. Durch Einstellung der beiden mit Gewinde versehenen Hülsen 11 und 12 und Verriegelung derselben in der gewählten Stellung kann die Brennweite der Linse auf den gewünschten Wert eingestellt werden, wobei dieser Wert verändert werden kann, indem die beiden Hülsen neu eingestellt werden. Bei dieser Ausbildung der erfindungsgemäßen Linse entfallen die üblichen Schleif- und Polierarbeiten vollständig, so daß sehr kostengünstige große Linsen hergestellt werden können,

um den großen Bedarf bei zahlreichen kommerziellen und wissenschaftlichen Anwendungen zu erfüllen, wie eingangs erörtert wurde. Während die Hülsen 11 und 12 progressiv voneinander entfernt werden, nehmen die Scheiben 17 eine flachere Form an und können auch eine konkave Krümmung einnehmen, wenn zwischen ihnen ein Unterdruck herrscht.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der drei mit Gewinde versehene Teleskophülsen 19, 20 und 21 verwendet werden, um zwei mit einem fluiden Medium angefüllte Kammern 22 und 23 zu bilden, deren Enden durch drei elastische optische Scheiben 24, 25, 26 verschlossen sind. Durch Einstellung der Hülsen 20 und 21 in der oben beschriebenen Weise zum Verändern des Mediendrucks in der Kammer 22 wird die Krümmung der Scheiben 24 und 25 eingestellt. Die Einstellung der Hülse 19 relativ zu der dazwischen angeordneten Hülse 20 bestimmt den Druck in der Kammer 23 und entsprechend die Krümmung der Scheibe 26, so daß eine Verbundlinse gebildet werden kann.

Der Druck in der Kammer 22 ist dabei stets etwas größer als der in der Kammer 23, so daß die Einstellung der Scheibe 26 die Krümmung der Scheiben 24 und 25 nicht beeinflußt. Die Krümmung der Scheibe 2 6 ist daher etwas verschieden von der Krümmung der Scheiben 24 und 25, so daß variable Kenndaten der Linsen erreicht werden können.

Die Krümmung der Scheiben 17 ist für einen gegebenen Druck genau gleich, wenn diese Scheiben dieselbe Dicke besitzen und aus demselben Material bestehen. Die beiden Scheiben nehmen jedoch unterschiedliche Krümmungen bei gleichem Druck an, wenn ihre Dicke oder ihr Material verschieden sind. Es ist dann eine der Scheiben steifer als die andere Scheibe der Linse. Durch eine solche Ausführungsform der Erfindung wird deren Anwendungsgebiet erweitert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine optische

Einheit gebildet, indem ein flexibler Spiegel eine der lichtdurchlässigen Scheiben 17 ersetzt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform entfällt die Einstellbarkeit der Hülse 19 in Fig. 5, und die dazwischen angeordnete Hülse 20 wird relativ zu der Hülse 21 eingestellt, um den auf die Scheibe 26 ausgeübten Druck und folglich deren Krümmung zu verändern. Ferner kann eine dritte mit dem Medium angefüllte Kammer anstelle von nur zwei Kammern der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform vorgesehen sein.

Claims

PRINZ, LEI8ER7 BUNKE & PARTNER Patentanwälte European Patent Attorneys München Stuttgart 3 4 Z 4 I 2 29. Juni 1984 Frederick H. Lamothe R.D. #2 Fleetwood/ Pennsylvania 19552 /V.St.A. Unser Zeichen: L 1161 Patentansprüche

1. Optische Linse, gekennzeichnet durch zwei teleskopartig ineinandergesetzte und mit Gewinde versehene Hülsen, die durch Verdrehung relativ zueinander eine axiale Relativbewegung ausführen, zwei elastische optische Membranelemente, die an den Außenenden der Hülsen befestigt sind und diese verschließen, um mit den Hülsen eine geschlossene Kammer veränderlicher Größe zu begrenzen, und durch ein in die Kammer eingefülltes und zwischen den Membranelementen angeordnetes fluides optisches Medium, das unter einem Druck steht, der insbesondere durch Einstellung der Hülsen veränderbar ist, wobei der Druck des fluiden Mediums direkt auf die Membranelemente ausgeübt wird, um diesen eine entsprechend starke Krümmung zu verleihen.

2. Optische Linse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum lösbaren Verriegeln der Hülsen in ausgewählten axialen Relativstellungen.

3. Optische Linse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranelemente als elastische optische Scheiben aus Plastikmaterial gebildet sind, die an den Außenenden der Hülsen unter Abdichtung befestigt sind.

4. Optische Linse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Membranelementen ein weiteres elastisches optisches Membranelement angeordnet ist und mit diesen zwei voneinander getrennte und druckbeaufschlagte, mit fluidem Medium angefüllte Kammern bildet, die unter verschiedenem Druck stehen, wobei die Krümmung des an dem einen Ende befindlichen Membranelements relativ zu den Krümmungen der beiden anderen Membranelemente verändert werden kann, deren Krümmungen gleich groß sind.

5. Optische Linse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einfüllöffnung und eine Verschlußeinrichtung zum Verschließen dieser Öffnung in einer der mit Gewinde versehenen Hülsen angeordnet sind.

6. Optische Linse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Hülsen mit Greifeinrichtungen zum Erleichtern ihres Verdrehens versehen ist.

7. Optische Linse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranelemente an den einander gegenüberliegenden Enden der Kammer entsprechend dem Mediendruck nach auswärts in einander entgegengesetzten Richtungen gewölbt sind.

8. Optische Linse nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dagg durch gekennzeichnet, daß eine mit Gewinde versehene Zwischenhülse zwischen den beiden Hülsen angeordnet und mit diesen verschraubt ist und daß das zwischen den äußeren

Membranelementen angeordnete weitere Membranelement an der Zwischenhülse befestigt ist.

9. Optische Linse, gekennzeichnet durch zwei ineinandergesetzte und relativ zueinander bewegliche Hülsen, zwei an den äußeren Enden der Hülsen befestigte und diese verschließende elastische optische Membranelemente, die mit den beiden Hülsen eine geschlossene Kammer veränderbaren Volumens begrenzen, und durch ein in die Kammer zwischen den Membranelementen eingefülltes optisches fluides Medium, das unter einem durch axiale Verstellung der Hülsen relativ zueinander einstellbaren Druck steht, wobei der Druck des fluiden Mediums auf die Membranelemente ausgeübt wird und deren Krümmung bestimmt.

10. Optische Linse nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein zwischen den beiden Membranelementen angeordnetes weiteres elastisches optisches Membranelement, welches gemeinsam mit den beiden äußeren Membranelementen getrennte Kammern begrenzt, diemit einem Medium angefüllt sind und unter verschiedenem Druck stehen, wodurch die Krümmung des Membranelements an dem einen Ende relativ zu den Krümmungen der beiden anderen Membranelemente veränderbar ist.

11· Optische Linse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenhülse zwischen den beiden Hülsen derart eingesetzt ist, daß sie in Axialrichtung relativ zu diesen einstellbar ist, wobei das weitere Membranelement an der Zwischenhülse befestigt ist.

12. Optische Einheit, gekennzeichnet durch wenigstens zwei ineinandergesetzte Hülsen, die axial relativ zueinander einstellbar sind, zwei an den äußeren Enden der Hülsen befestigte und diese verschließende optische Membranelemente, die mit den Hülsen eine geschlossene Kammer begrenzen, deren Volumen veränderbar ist, wobei

-A-

wenigstens eines der Membranelemente elastisch ist, so daß seine Krümmung entsprechend dem Druck innerhalb der Kammer veränderbar ist, während das andere Membranelement relativ starr ist, und durch ein die Kammer zwischen den Membranelementen ausfüllendes fluides optisches Medium.