DE3788872T2 - Halterung für eine flexible optische Membran. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Halterung, um eine als Grenzfläche einer fokussierbaren Flüssigkeitslinse oder eines Spiegels mit flexibler Membran eingesetzte flexible Membran unter Spannung zu halten, und eine neue Ausführung einer Flüssigkeitslinse, deren Brennweite durch eine Relativbewegung zwischen Bauteilen der Linsenhaltevorrichtung geändert werden kann. Des weiteren betrifft die Erfindung einen fokussierbaren Spiegel.
• Eine Flüssigkeitslinse besteht aus mindestens einer flexiblen, durchsichtigen Membran, die eine Grenzfläche eines Raums definiert, der mit einer Flüssigkeit gefüllt werden kann. Die Flüssigkeit kann unter einem höheren oder niedrigeren Druck stehen als das Medium (normalerweise Luft), das die andere Seite der Membran berührt, wobei der Druckunterschied über die Membran eine Krümmung derselben verursacht, so daß der mit Flüssigkeit gefüllte Raum als Linse fungiert.
• Ein Membranspiegel besteht aus einer flexiblen Membran, die in einem Rahmen runder oder anderer Gestalt gehaltert ist und auf einer oder beiden Seiten einen reflektierenden Belag aufweist. Auf die Membran ausgeübter Druck läßt sie eine geeignete Gestalt annehmen und den reflektierenden Belag als Spiegel fungieren.
• Bei jeder Einrichtung muß die Membran angemessen gehalten werden, während der erforderliche gestaltändernde Druck auf sie ausgeübt wird. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Halte einer unter Spannung stehenden Membran zur Verfügung, die Teil einer Flüssigkeitslinse oder eines flexiblen Spiegels bildet, und stellt somit verbesserte Flüssigkeitslinsen und Spiegel bereit.
• Es gibt viele Vorschläge zum Halten von Membranen zwischen Rahmengliedern, die die Verwendung von zusammenpreßbaren Dichtungen beinhalten. Beispiele solcher Haltesysteme sind in DE-A-71710, US-A-4466706 und FR-A-914827 zu finden. Diese Erfindung betrifft ein System zum Halten einer optischen Membran unter Bedingungen radialer Spannung.
• Erfindungsgemäß ist eine Anordnung für eine flexible Membran, die eine flexible Membran umfaßt, die als Grenzfläche einer Flüssigkeitslinse oder eines Spiegels mit flexibler Membran dienen soll, sowie eine Halterung für die flexible Membran, die zwei identische Ringe umfaßt, die sich gegenüber in einem ringförmigen Rahmen mit der zwischen den beiden Ringen angebrachten Membran gehalten werden, und bei der über den Rahmen Druck auf die Ringe ausgeübt wird, wodurch ein Umfangsbereich jedes die Grenzfläche umgebenden Rings gegen die Membran gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ring elastisch ist und anfangs eine Berührungslinie mit der Membran bildet, wobei sich die beiden Berührungslinien gegenüberstehen, und daß durch den ausgeübten Druck jede dieser Berührungslinien ein ringförmiger Bereich wird, wobei an allen Stellen in der Membran eine nach außen gerichtete Nettoradialspannung erzeugt und die Membran somit unter Spannung in einem flachen Zustand gehalten wird.
• Der Oberbegriff dieser Definition der Erfindung ist aus DE-A-71710 abgeleitet.
• Zweckmäßigerweise handelt es sich bei den elastischen Ringen um identische Ringe aus elastomerem Material runden Querschnitts (bekannt als O-Ringe), es können aber auch identische Ringe aus elastomerem Material nichtrunden Querschnitts verwendet werden.
• Anstelle massiver O-Ringe können hohle O-Ringe verwendet werden. Der Druck in einem hohlen O-Ring kann zur Änderung der von diesem verursachten Radialspannungen verändert werden. Hohle O-Ringe können in zwei oder mehrere abgeschlossene Abschnitte der gleichen oder unterschiedlicher Länge unterteilt werden, wodurch sich die Eigenschaften jedes Abschnitts durch in sie gepumptes Gas oder gepumpter Flüssigkeit ändern lassen. Durch Änderung des Drucks in verschiedenen Abschnitten können in der gehaltenen Membran ungleiche Radialspannungen verursacht werden. Dies ermöglicht einen steuerbaren Ausgleich ungleicher auf die Membran wirkender Kräfte wie Zentrifugalkräfte (wenn die Grenzfläche Teil eines Drehsystems ist) oder Schwerkräfte.
• Der elastische Ring kann in seinem Halterahmen gehalten werden, ist aber nicht daran befestigt. Der Ring kann jedoch mit einem Halterahmen verbunden werden oder sogar Teil desselben sein. So kann beispielsweise ein aus Kunststoffmaterial geformter Rahmen ein extrudiertes Teil halbrunden Querschnitts oder eines Querschnitts anderer geeigneter Gestalt aufweisen, das sich von dem Rahmen in einer Stellung erstreckt, in der der elastische Ring benötigt wird. Zur Gewährleistung angemessener Elastizität kann der extrudierte Ring hohl sein.
• Die an verschiedenen Teilen des Umfangs des ringförmigen Rahmens ausgeübten Kompressionskräfte sind veränderbar. Dies verursacht in verschiedenen Teilen der Membran verschiedene Radialspannungen und gestattet einen steuerbaren Ausgleich ungleicher Kräfte, die auf die Membran wirken könnten (wie die obengenannten Zentrifugal- oder Schwerkräfte).
• Die auf die gehaltene Membran an jeder Stelle, wo die Ringe sie berühren, ausgeübte Kraft wird von den auf die elastischen Ringe ausgeübten Kompressionskräften und dem Durchmesser und der Querschnittsform der Ringe bestimmt. Die auf die elastischen Ringe ausgeübte lokale Kraft kann durch Änderung einer dieser Parameter geändert werden.
• Bei einer zweckmäßigen Anwendung des erfindungsgemäßen Systems umfaßt eine einstellbare Flüssigkeitslinse oder ein einstellbarer Spiegel eine von einer flexiblen Membranfläche begrenzte Kammer, ein erstes die Kammer füllendes strömungsfähiges Medium, das bei einer Linse eine von der eines zweiten strömungsfähigen Mediums, das die andere Seite der flexiblen Membran berührt, verschiedene Brechzahl aufweist, und ein ringförmiges Stützglied für die flexible Membran, das relativ zueinander bewegliche erste und zweite Bauteile umfaßt, die eng benachbarte, zusammenpassende zylindrische Flächen aufweisen, zwischen denen eine O-Ring-Dichtung angebracht ist, und die flüssigkeitsdicht in einstellbarer Weise verbunden sind, wobei das Volumen der Kammer durch derartiges Bewegen des einen Bauteils des Stützglieds gegenüber dem anderen entlang ihrer gemeinsamen zylindrischen Achse eingestellt werden kann, daß der Druck im ersten strömungsfähigen Medium geändert und dadurch die Form der Membranfläche verändert wird, wobei die die Membranfläche definierende Membran zwischen einem zusammengepreßten Paar O-Ringe festgehalten wird.
• Bei der Linse oder dem Spiegel sind die Bauteile des Stützglieds wünschenswerterweise miteinander verschraubt, so daß eine relative Drehung des einen in oder auf dem anderen die erforderliche Druckänderung im ersten strömungsfähigen Medium verursacht. Als Alternative kann ein Bauteil in das andere einsteckbar sein, so daß der Druck entsprechend geändert werden kann, indem es (unter Verwendung einer Sperrklinke oder einem anderen Mittel) hineingeschoben oder herausgezogen wird.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft weiter beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 als schematischer Querschnitt eine erste Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse,
• Fig. 2 als Querschnitt eine andere Art eines elastischen Rings zum Halten einer Membran bei der Linse der Fig. 1,
• Fig. 3 die Funktionsweise der elastischen Ringe beim Halten der Membran,
• Fig. 4 eine rein schematische Schnittansicht von der Seite einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse,
• Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 4, in der jedoch eine Flüssigkeitslinse mit zwei Hohlräumen dargestellt ist,
• Fig. 6 eine auseinandergezogene, schematische Schnittansicht von der Seite einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinse,
• Fig. 7 eine Seitenansicht, teilweise als Schnitt, der zusammengebauten Flüssigkeitslinse der Fig. 6 und
• Fig. 8 als schematische Schnittansicht eine Brille mit zwei erfindungsgemäßen Flüssigkeitslinsen.
• Fig. 1 zeigt eine zwischen flexiblen Membranen 10 und 11 gebildete Flüssigkeitslinse. Die Membranen in diesem Beispiel bestehen aus hochwertiger Kunststoffolie (z. B. die unter dem Warenzeichen "Melinex" bekannte) und weisen eine Dicke von etwa zwölf Mikrometern auf. Jede Membran ist zwischen einem Paar in einem ringförmigen Rahmen, der aus einem Körper 17 und zwei Abschlußkappen 18, 19 besteht, gehaltener O-Ringe 13-16 festgeklemmt. Die O-Ringe sind in Nuten im Rahmen untergebracht, die so dimensioniert sind, daß gewährleistet wird, daß jeder O- Ring gegen die entsprechende Membran gedrückt wird (z. B. um 380 bis 500 um). Der Körper 17 ist mit einem Durchgang 20 ausgestattet, durch den einem im Körper 17 zwischen den Membranen 10 und 11 definierten Raum 21 eine durchsichtige Flüssigkeit zugeführt wird. Mit dem Durchgang 20 kann zur Änderung des Flüssigkeitsvolumens im Raum 21 und somit zur Änderung der Form der Membranen 10, 11 eine Spritze (teilweise bei 22 gezeigt) verbunden werden. Die strichpunktierte Linie 10a zeigt, wie die Membran 10 bei einem verminderten Druck im Raum 21 aussehen könnte und die Linie 11a, wie die Membran 11 bei einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck im Raum 21 aussehen könnte.
• Jede Abschlußkappe 18, 19 ist durch eine Anzahl von Befestigungsmitteln 23 an dem Körper 17 festgeklemmt. Eines der Befestigungsmittel wird als in den Körper 17 geschraubte Schraube 24 dargestellt, die die O-Ringe über eine Feder 25 gegen die jeweilige Membran drückt. Die Feder 25 kann weggelassen werden, und die Schraube 24 kann durch U-Klemmen oder ein anderes Befestigungsmittel ersetzt werden.
• Fig. 2 zeigt eine bruchstückartige Ansicht eines Schnitts durch Teil des Rahmens einer Flüssigkeitslinse, wobei die Membran bei 10', eine Abschlußkappe bei 18', Teil des Körpers bei 17' und die Dichtungsringe bei 13', 14' gezeigt werden. In diesem Fall sind die Ringe 13', 14' nicht-runden Querschnitts, und die sie aufnehmenden Nuten sind zur Achse der Öffnung in der Abschlußkappe 18' geneigt.
• Fig. 3 zeigt den Querschnitt zweier O-Ringe 15', 16' mit einer zwischen ihnen festgehaltenen Membran 11'. Wird auf den oberen Ring 15' bei A ein Druck nach unten ausgeübt und bei B Druck nach oben auf den unteren Ring 16', bewegen die an der Berührungsstelle c wirkenden resultierenden Kräfte in der Ebene der Membran 11' diese nach außen in Richtung des Pfeils D. Dies verursacht eine radiale Dehnung der Membran 11'.
• Die Membran 10 (11) kann zur Bildung eines Spiegels veränderlicher Krümmung auf einer oder beiden ihrer oberen und unteren Flächen versilbert werden. Im Falle eines Spiegels kann eine der Membranen durch eine nicht flexible Platte ersetzt werden, die den Raum 21 abschließt, und im Falle einer Linse kann eine der flexiblen Membranen 10 oder 11 durch eine starre Linse ersetzt werden, um eine zweiteilige Kombinationslinse zu schaffen, deren eines Teil eine Flüssigkeitslinse ist. Das Anbringen einer starren Linse im Raum 21 zwischen zwei flexiblen Membranen ergibt natürlich eine dreiteilige Kombinationslinse, deren beiden äußere Teile Flüssigkeitslinsen sind. Weitere Kombinationen von Flüssigkeits- und massiven Linsen sind selbstverständlich möglich.
• Des weiteren ist es möglich, daß sich eine Flüssigkeit auf der außerhalb des Raums 21 liegenden Seite der Membran 10/11 befindet, wobei der Raum ein Gas oder eine Flüssigkeit mit einer Brechzahl enthält, die von der außerhalb des Raums 21 vorhanden verschieden ist.
• Fig. 4 (nicht maßstäblich) zeigt eine weitere Ausführungsform einer Linse mit einstellbarer Brechkraft. Eine vordere flexible, durchsichtige Membran 31 wird zwischen einem Paar O-Ringe 34 und 35 in einem äußeren Teil 33 einer ringförmigen Haltevorrichtung 32 gehalten. Eine hintere Membran 36 wird auf ähnliche Weise durch ein weiteres Paar O-Ringe 38, 39 in einem inneren Teil 37 des Halters 32 gehalten. Der zwischen den Membranen 31 und 36 in der Bohrung 41 der Haltevorrichtung definierte Hohlraum 40 wird mit einer geeigneten Flüssigkeit wie Wasser, Alkohol, Gelatine oder Glyzerin gefüllt, und eine O-Ring- Dichtung 42 verhindert eine Leckage der Füllflüssigkeit zwischen den Teilen 33 und 37. Das Teil 37 ist bei 43 in das Teil 33 geschraubt. Durch Schrauben des Haltevorrichtungsteils 37 zum Haltevorrichtungsteil 33 hin oder von ihm weg kann der Druck in dem Hohlraum 40 entweder erhöht werden, wodurch die Membranen 31, 36 nach außen gebogen werden und die Flüssigkeitslinse positiver wird, oder vermindert werden, wodurch die Flüssigkeitslinse negativer wird. Bei dem mit der Oberseite der Membran 31 und der Unterseite der Membran 36 in Berührung stehenden Medium würde es sich normalerweise um Luft handeln, es versteht sich jedoch, daß dieses nicht der Fall sein muß. Die Bohrung 11a könnte irgendein anderes Gas oder sogar eine Flüssigkeit mit von der den Hohlraum 40 füllenden Flüssigkeit verschiedener Brechzahl enthalten.
• Das Mittel zum Drehen des Teils 37 relativ zum Teil 33 der Haltervorrichtung 32 zum Erzielen einer Änderung der Brechkraft der Linse kann viele Formen annehmen. Es könnte sich dabei beispielsweise um einen das Teil 33 umgebenden Rändelring 44 handeln, der über eine Stange 45, die sich in einem gekrümmten Schlitz 46 im Teil 33 befindet, mit dem Teil 37 verbunden ist. Verschieben ohne Drehbewegung ist auch möglich (z. B. mit einer äußeren Schraubzwinge).
• Fig. 5 zeigt eine eher komplexere Flüssigkeitslinse mit zwei übereinander angeordneten Flüssigkeitslinsen. Wo angebracht, wurden in Fig. 5 zur Bezeichnung gleicher Teile die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 4 verwendet. Das in Fig. 5 gezeigte selbstfokussierende Linsensystem mit einstellbarer Membran weist ein drittes Gehäuseteil 47 auf, das in das Teil 37 mit einer getrennten O-Ring-Dichtung 48 geschraubt ist.
• Das dritte Teil 47 hält eine durch einen O-Ring gespannte dritte Membran 49, die in der Bohrung 31a einen zweiten Hohlraum 50 definiert. Das dritte Teil 47 kann zur Druckeinstellung in der den Hohlraum 50 füllenden Flüssigkeit relativ zum zweiten Teil 37 axial verstellt werden. Dieses Verstellen kann über einen Ring 51 erfolgen, der ähnlich wie oben für den Ring 44 beschrieben funktioniert. Da die Membran 36 den Hohlräumen 40 und 50 nun gemein ist, wirkt sich die Druckeinstellung in einem auf die von dem anderen definierte Brechkraft der Flüssigkeitslinse aus. Dies kann von Vorteil sein; wenn nicht, kann ein Ausgleich jedoch leicht durch geeignete erneute Verstellung des anderen Rings 44 oder 51 erfolgen. In den beiden Hohlräumen 40 und 50 können unterschiedliche Flüssigkeiten verwendet werden.
• Die Fig. 6 und 7 stellen eine Linse relativ kompakter Ausführung dar. Wie bei den vorherigen Ausführungen sind zwei durchsichtige Membranen (z. B. 23 Mikrometer dick, Typ D "Mylar" (eingetragenes Warenzeichen)- Material) 31 und 36 vorhanden (strichpunktiert gezeigt), die jeweils zwischen Paaren von O-Ringen 34, 35 bzw. 38, 39 gespannt sind. Das Gehäuse 32 umfaßt ein Paar ringförmiger Glieder 52 und 53, die eine flüssigkeitsdichte Kammer veränderlichen Volumens definieren, wenn sie mit den Membranen fest in Eingriff sind. Die O-Ringe 34, 35 werden auf jeder Seite der Membran 31 durch eine ringförmige Aufspannplatte 52a unter Druck gesetzt, und die O- Ringe 38, 39 werden auf jeder Seite der Membran 36 durch eine ringförmige Aufspannplatte 53a unter Druck gesetzt. Beide Aufspannplatten werden zur Spannung der jeweiligen "Mylar"-Membran mittels eines Rings von Schrauben (nur schematisch bei 54 gezeigt) festgezogen.
• Die ringförmigen Glieder 52, 53 werden durch einen O-Ring 55, der zur Aufnahme in einer Nut 56 in einer zylindrischen Außenfläche 57 des Glieds 53 ausgeführt ist, flüssigkeitsdicht verschlossen. Ein Teil 58 der Fläche 57 ist zum Eingriff mit einem Gewindeteil 59 einer Teil des Glieds 52 bildenden, zweiten zylindrischen Fläche 60 verschraubt. Die Größe des O-Rings 55 und die Abmessungen der ihn aufnehmenden Nut 56 werden so (auf bekannte Weise) ausgewählt, daß eine ausreichende Verformung des O-Rings erreicht wird, um für eine gute, flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen den Flächen 57 und 60 zu sorgen, jedoch nicht eine derartig große Verformung, daß bei einzustellender Brechkraft der Linse eine relative Drehung zwischen den Gliedern 52, 53 nur schwer auszuführen ist. Die im Glied 52 durch die Dichtung 55 und die Membranen 31 und 36 gebildete Kammer 61, könnte mit luftfreiem, destilliertem Wasser 62 gefüllt werden, wie beispielsweise in Fig. 7 gezeigt.
• In Fig. 7 ist die Ausführungsform der Fig. 6 fertig zusammengebaut und so angeordnet gezeigt, daß eine negative Bikonkavlinse gebildet wird. Die die Kammer 61 zwischen den Membranen 31 und 36 füllende Flüssigkeit 62 weist einen unteratmosphärischen Druck auf, wobei der Druck durch Schrauben des Glieds 53 in das Glied 52 oder aus ihm heraus eingestellt wird. Durch Einschrauben wird die Brechkraft der Negativlinse vermindert, und durch Herausschrauben wird die Brechkraft der Linse erhöht.
• Deshalb ist ersichtlich, daß die in Fig. 4 bis 7 gezeigten Linsenausführungen jeweils eine kolbenartige Anordnung aufweisen, bei der sich ein Gehäuseglied wie ein verschlossener Kolben im anderen bewegt, um eine "pumpenlose" Linse zu bilden.
• Bei jeder der dargestellten Linsenausführungen kann eine der Membranen durch ein im wesentlichen starres, massives, flüssigkeitsdichtes, durchsichtiges Glied ersetzt werden, dessen Brechkraft gleich oder ungleich Eins sein kann.
• Ein Teleobjektiv ist ein System von Linsen, die so ausgelegt sind, daß mit einem Fotoapparat ein vergrößertes Bild entfernter Objekte aufgenommen werden kann. Ein Zoom-Objektiv ist ein System von Linsen, die durch Ändern der physikalischen Anordnung der darin enthaltenen Linsenkomponenten eingestellt werden können, so daß die Gesamtbrennweite und das Gesamtbildfeld geändert werden, um ihm teleskopische oder Nahfeldeigenschaften zu verleihen. Selbstfokussierende Linsen der oben beschriebenen Art können anstelle von massiven Linsen in einem Teleobjektiv oder Zoom-Objektiv, Fernrohr, Fernglas, Mikroskop, Fotoapparat oder anderen optischen Gerät verwendet werden. Sie können in Kombination mit feststehenden Linsen verwendet werden. So kann ein Zoom-Objektiv aus zwei aufeinanderfolgenden selbstfokussierenden Linsen mit einstellbarer Membran, wobei eine eine negative und die andere eine positive Brechkraft aufweist, hergestellt werden. Zur Änderung der Brennweite der Kombination müssen die relativen Stellungen der Linsen zueinander nicht geändert werden. Dies kann durch Drehen des inneren oder äußeren Teils der Haltevorrichtung einer der beiden selbstfokussierenden Linsen geschehen.
• Ist die vordere Fläche einer Flüssigkeitslinse (beispielsweise Membran 31 in Fig. 4) mit einem reflektierenden Belag bedeckt, wird hierdurch ein Spiegel mit flexibler Membran gebildet. Durch Verschieben des inneren Teils 37 der Haltevorrichtung 32 in Fig. 4 kann die Brennweite des Membranspiegels 31 geändert werden. Ein Spiegel derartiger Ausführung kann als selbstfokussierender Membranspiegel angesehen werden.
• Eine Brille ist eine aus zwei Linsen in einem Rahmen bestehende Vorrichtung, die das Tragen der Linsen vor den Augen zur Korrektur von Brechungsfehlern oder Ergänzung unzulänglicher Akkommodation ermöglicht. Brillen werden üblicherweise aus massiven Linsen hergestellt. Diese haben den Nachteil, daß die Brennweite begrenzt ist (bei Zweistärkenglas auf zwei Werte) und nicht nach Bedarf verstellbar ist. In Fig. 8 ist eine mögliche Ausführung für Brillen dargestellt, bei der die massiven Linsen durch selbstfokussierende Linsen ersetzt wurden. In dem Rahmen (bei 70 in Fig. 8 gezeigt) sind zwei Haltevorrichtungen 72, 72' eingebaut. Durch Drehen der Innenteile 77 und 77' in der linken und rechten Linse kann die Brennweite jeder Linse über einen durchgehenden Wertebereich eingestellt werden, um sich dem Auge des Brillenträgers für ein betrachtetes Objekt in einer gegebenen Entfernung anzupassen. Der Rahmen 70 kann direkt an das Teil 77 anschließen, wobei dann das äußere Teil 72 über eine Schraub- oder Gleitverbindung auf das Teil 77 aufgesteckt wird.
• Scheiben 81 und 82 aus durchsichtigem, unzerbrechlichem Kunststoff oder Glas können an dem hinteren oder vorderen Teil jeder Flüssigkeitslinsen- Haltevorrichtung befestigt werden, um die flexiblen Membranen 71 und 76 vor Schmutz und Beschädigung zu schützen. Die Scheiben 81 und 82 können aufsteckbar oder auf andere Weise abnehmbar befestigt sein (z. B. über eine Bajonett- oder Schraubverbindung), oder sie können fest eingebaut sein. Bei den Scheiben 81 und 82 selbst kann es sich um massive Linsen handeln, die für eine grundlegende Korrektur des Sehvermögens sorgen, das durch Ändern der Brennweiten der Flüssigkeitslinsen noch weiter eingestellt werden kann. Sie können planar sein oder eine zylindrische Fläche aufweisen, um der Korrektur von Astigmatismus Rechnung zu tragen. Die Flächen einer oder beider Scheiben können derart geformt sein, daß mit der Flüssigkeitslinse verbundene Abbildungsfehler über einen Bereich von Brennweiten korrigiert werden. Sie können durchsichtig oder getönt sein (z. B. in Abhängigkeit der Lichtstärke farbtonreguliert), so daß die Brille als Sonnenbrille mit veränderlicher Brennweite und veränderlicher Tönung verwendet werden kann. In der Brille der Fig. 8 werden Flüssigkeitslinsen der in Fig. 4 gezeigten Art verwendet, andere Ausführungen sind jedoch selbstverständlich möglich. Eine solche Brille kann in eine Gesichtsmaske oder ein Atemschutzgerät integriert werden, so daß das Sehvermögen des Trägers eingestellt werden kann, ohne daß dieser zusätzlich zur Maske eine Brille tragen muß.
• Somit betrifft die Erfindung neuartige Arten von Flüssigkeits- und halbmassiven Linsen, bei denen die Brennweite der Linse durch Ändern der relativen Stellungen der Komponenten der Linsenhaltevorrichtungen zueinander direkt geändert werden kann. Solche Linsen können aus mindestens einer zwischen O-Ringen gehaltenen Membran hergestellt werden. Direkte Änderung des Volumens der von der (den) Membran(en) begrenzten Kammer kann zur Änderung des Innendrucks in der Linse und somit ihrer Brennweite verwendet werden, wodurch eine direkt fokussierbare Linse entsteht. Solche Flüssigkeitslinsen können zur Herstellung von Linsensystemen kombiniert werden, wobei beide Komponenten getrennt oder auf verbundene Weise einstellbar sind, und sie können zur Herstellung von Fernrohren, Zoom-Objektiven, Brillen, Fotoapparaten und eines weiten Bereichs anderer optischer Geräte verwendet werden.
• Wird das Mittel zur Einstellung des auf die Membran ausgeübten Drucks auf irgendeine Weise kalibriert, können die oben beschriebenen Flüssigkeitslinsen von einem Ophthalmologen bei der Bestimmung der Brechung bei einem Patienten oder von einem Optiker bei der Bestimmung der für jedes Auge eines Patienten zu verschreibenden Brechkraft sphärischer Linse verwendet werden.
• Die Kalibrierung wird zweckmäßigerweise so angeordnet, daß direkt in Dioptrien abgelesen werden kann; die Verwendung einer anderen Meßskale und einer Bezugstabelle, um die Skalenanzeigen mit der geeigneten Brechkraft der Linse in Beziehung zu setzen, ist jedoch auch möglich. So könnten die beschriebenen Anordnungen dazu verwendet werden, die Kalibrierung durch Markieren einer Skale auf einem Glied und Bilden eines Zeigers, einer Linie oder eines anderen Bezugszeichens auf dem anderen, die sich bei Änderung der Brechkraft der Linse entlang der Skale bewegen, bereitzustellen.
• Es ist vorgesehen, daß eine oder mehrere kleine scheibenförmige Flüssigkeitslinsen, wie die in Fig. 6 gezeigte, als Ersatz für die beim Verschreiben von Brillen und für andere opthalmologische Zwecke normalerweise verwendeten vielen Fixfokusobjektive verwendet werden können.
• Ist die Bedienung der Brennweiteneinstellung in beispielsweise der Brille der Fig. 8 ausreichend vereinfacht und von einem durch die Flüssigkeitslinsen sehenden Patienten manuell zugänglich, kann der Patient des weiteren zur Optimierung der Abbildungsstärke, die er/sie bei einem Test erfährt, den Brechwert einstellen, wodurch die Auswahl der zum Ausgleich von Sehfehlern richtigen Brechkraft der Linse erleichtert wird.
• Wenn ein Altern der Membran zu einem Verlust der Kalibrierungsgenauigkeit führt, kann an jeder Flüssigkeitslinse eine Einrichtung zur Neueinstellung vorgesehen werden, um regelmäßige Neukalibrierung zu ermöglichen. Hierbei könnte es sich um ein getrenntes, voreinstellbares Druckeinstellmittel handeln, oder die Befestigungsstelle des obenerwähnten Zeigers am Gehäuse könnte verstellbar sein.
• Eine fokussierbare zylindrische Flüssigkeitslinse kann unter Verwendung von Membranen abgestufter Dicke hergestellt werden, und solche Flüssigkeitslinsen können zur Korrektur von astigmatischen Fehlern verwendet werden.
• Des weiteren ist die Bereitstellung einer Flüssigkeitslinse mit einer zumindest teilweisen zylindrischen Linse möglich, indem die flexible Membran zwischen sich gegenüberstehenden, jeweils in zylindrischen Flächen folgenden Nuten gehaltenen O-Ringen eingeschlossen wird. So können die die O-Ringe 34 und 35 in Fig. 4 aufnehmenden Nuten beispielsweise jeweils auf einer zylindrischen Fläche liegen, anstatt, wie gezeigt, koplanar zu sein, wobei (beispielsweise) der O-Ring 34 auf einer ersten zylindrischen Fläche mit gegebenem Radius und der O-Ring 35 auf einer zweiten zylindrischen Fläche des gleichen oder im wesentlichen gleichen Radius liegen. Bei einer Flüssigkeitslinse mit mehreren Kammern können zu mehr als einer der Membranen zylindrische Komponenten hinzugefügt werden, und die Achsen der zwei oder mehr verschiedenen zylindrischen Komponenten der Linsenflächen brauchen nicht parallel zu sein. Die von einem sich gegenüberstehenden Paar O-Ringen gefolgten Flächen brauchen nicht zylindrisch zu sein, wenn sie nicht planar sind, womit die Möglichkeit einer Herstellung komplexer Linsenflächenformen für spezielle Anwendungen offen gelassen wird.
• Obgleich die unter Spannung stehenden Bereiche der bisher offenbarten Membranen in Draufsicht rund sind, muß dies nicht der Fall sein, und die Erfindung soll nicht-runde unter Spannung stehende Membranbereiche mit umfassen. Bei einigen Anwendungen könnte eine rechteckige Membran verwendet werden, und eine solche Membranform kann entweder durch Verwendung eines rechteckigen O-Rings (z. B. aus Längen einer elastomeren Stange runden Querschnitts mit Gehrverbindung an den Ecken) erreicht werden oder durch Verwendung eines Paars begrenzender runder O- Ringe zur Bildung der Hauptdichtung des Hohlraums zur Membran und zur Spannung der Membran, aber unter Berührung der gespannten Membran in der Bohrung der O-Ringe durch einen rechteckigen Rahmen, der die optische Grenzschicht der Flüssigkeitslinse definiert.

Claims (12)

1. Anordnung für eine flexible Membran, die eine flexible Membran (10) umfaßt, die als Grenzfläche einer Flüssigkeitslinse oder eines Spiegels mit flexibler Membran dienen soll, sowie eine Halterung für die flexible Membran, die zwei identische Ringe (13, 14) umfaßt, die sich gegenüber in einem ringförmigen Rahmen mit der zwischen den beiden Ringen angebrachten Membran gehalten werden, und bei der über den Rahmen Druck auf die Ringe ausgeübt wird, wodurch ein Umfangsbereich jedes die Grenzfläche umgebenden Rings gegen die Membran (10) gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ring elastisch und derartig gestaltet ist, daß er anfangs eine Berührungslinie mit der Membran bildet, wobei sich die beiden Berührungslinien gegenüberstehen, und daß durch den ausgeübten Druck (A, B) jede dieser Berührungslinien ein ringförmiger Bereich (C) wird, wobei an allen Stellen in der Membran eine nach außen gerichtete Nettoradialspannung (D) erzeugt und die Membran somit unter Spannung in einem flachen Zustand gehalten wird.

2. Anordnung für eine flexible Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei jedem Ring um einen in einer Nut in einem Rahmen (18) gehaltenen elastomeren O-Ring handelt, der durch auf die Rahmen ausgeübten Druck gegen die Membran gedrückt wird.

3. Anordnung für eine flexible Membran nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß zwei identische elastische Ringe (13', 14') nicht-runden Querschnitts verwendet und in Nuten angebracht werden, die nach außen zur Membran hin geneigt sind.

4. Spiegel mit flexibler Membran, dadurch gekennzeichnet, daß er eine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 beanspruchte Anordnung für eine flexible Membran benutzt und daß die Membran dieser Anordnung reflektierend ist.

5. Einstellbare(r) Flüssigkeitslinse oder Spiegel, die/der folgendes umfaßt: eine von einer flexiblen Membranfläche (31) begrenzte Kammer (61), ein erstes die Kammer füllendes strömungsfähiges Medium (62), das bei einer Linse eine von der eines zweiten strömungsfähigen Mediums, das die andere Seite der flexiblen Membran berührt, verschiedene Brechzahl aufweist, und ein ringförmiges Stützglied (32) für die flexible Membran, das relativ zueinander bewegliche erste und zweite Bauteile (52, 53) umfaßt, die eng benachbarte, zusammenpassende zylindrische Flächen (57, 60) aufweisen, zwischen denen eine O-Ring-Dichtung (55) angebracht ist, und die flüssigkeitsdicht in einstellbarer Weise verbunden sind, wobei das Volumen der Kammer durch derartiges Bewegen des einen Bauteils des Stützglieds gegenüber dem anderen entlang ihrer gemeinsamen zylindrischen Achse eingestellt werden kann, daß der Druck im ersten strömungsfähigen Medium (62) geändert und dadurch die Form der Membranfläche verändert wird, wobei die die Membranfläche definierende Membran zwischen einem zusammengepreßten Paar O- Ringe (34, 35) festgehalten wird.

6. Linse oder Spiegel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten strömungsfähigen Medium um eine durchsichtige flüssige, halbfeste oder gelatinöse Substanz handelt.

7. Linse oder Spiegel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile des Stützglieds miteinander verschraubt sind, so daß eine relative Drehung des einen in oder auf dem anderen die erforderliche Druckänderung im ersten strömungsfähigen Medium verursacht.

8. Flüssigkeitslinse nach Anspruch 5, 6 oder 7, gekennzeichnet durch zwei voneinander beabstandete flexible Membranflächen (31, 36), die die mit dem Fluid gefüllte Kammer (61) begrenzen, wobei die relativ zueinander einstellbaren Bauteile des Membranstützglieds über Teil der ineinandergreifenden zylindrischen Flächen (43) verschraubt sind und ein O-Ring (42) zwischen den Flächen (43) eingesetzt ist, der einen Teil der Grenzfläche der Kammer definiert, wodurch Drehung eines Teils (33) des einen Stützglieds relativ zu dem anderen (37) den Druck des ersten Fluids in der Kammer ändert und somit eine Änderung der Form jeder flexiblen Membranfläche bewirkt, wobei jede eine Membranfläche definierende Membran zwischen einem zusammengepreßten Paar O-Ringe (34, 35; 38, 39) in ihrem jeweiligen Stützglied festgehalten wird.

9. Flüssigkeitslinse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß drei flexible Membranen (31, 36, 49) zwei benachbarte, mit einem Fluid gefüllte Kammern (40, 50) definieren, die in einem Gehäuse mit äußeren (33), mittleren (37) und inneren (47) Komponenten ausgebildet sind, wobei eine der Kammern teilweise von einer zwischen der äußeren und mittleren Komponente ausgebildeten Dichtung (42) und die andere Kammer teilweise von einer zwischen der mittleren und inneren Komponente ausgebildeten Dichtung (48) definiert wird und die dritte Membran auch zwischen einem zusammengepreßten Paar O-Ringe festgehalten wird.

10. Flüssigkeitslinse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Relativbewegung zwischen der mittleren (37) und äußeren (33) Komponente möglich ist, um das Volumen der einen Kammer (40) zu ändern, und eine Relativbewegung zwischen der mittleren (37) und inneren (47) Komponente möglich ist, um das Volumen der anderen Kammer (50) zu ändern.

11. Brille, Schutzbrille, Gesichtsmaske oder Atemschutzgerät, die zwei in einem Rahmen (70) eingesetzte Flüssigkeitslinsen nach einem der Ansprüche 5 bis 10 umfassen.

12. Kombination aus einer Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10 mit einer weiteren Linse zur Schaffung eines Teleobjektivs oder Zoom-Objektivs, eines Fernrohrs, eines Fernglases, eines Mikroskops oder eines Fotoapparats.