ES2332761B1 - Membrana flexible para una lente optica variable. - Google Patents
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Abstract
Membrana flexible para una lente óptica
variable.
Membrana (3, 3') flexible, del tipo de las
utilizadas en una lente óptica de distancia focal variable llena de
fluido (4) en donde las variaciones de presión provocan la variación
de la curvatura de dicha membrana y en consecuencia la variación de
la potencia óptica de la lente, que esencialmente se forma por la
unión de dos regiones laminares (6, 7), con distintas propiedades
mecánicas, entre sí, siendo la región laminar central (6) la que
ocupa la parte central de la membrana (3) y constituye la parte
ópticamente útil y la otra región laminar periférica (7) la que se
soporta desde el bode rígido de la cámara.
Description
Membrana flexible para una lente óptica
variable.
La presente invención se refiere a una membrana
para una lente óptica del tipo de las que consisten en una cámara
llena de un fluido transparente, en la que las variaciones de
presión provocan la variación de la curvatura de dicha membrana y
en consecuencia la variación de la potencia óptica de la lente, para
su aplicación en un foróptero, microscopio, telescopio u otro
instrumento óptico.
Más concretamente la presente invención se
refiere a una membrana que ha de actuar como superficie
transparente y flexible que limita el fluido del interior de la
cámara, la cual presenta una estructura tal que, ante las
variaciones del empuje de dicho fluido, mantiene su forma esférica,
cilíndrica u otra evitando las aberraciones de la misma. A la vez
permite, eligiendo la forma de dicha estructura, obtener lentes
variables de comportamiento esférico, cilíndrico u otro.
Es bien conocido el principio de fabricación de
una lente óptica de distancia focal variable a partir de una cámara
de forma cilíndrica o similar cerrada por dos láminas planas
transparentes a la luz y perpendiculares al eje del cilindro, en
donde al menos una de ellas presenta cierta flexibilidad. Esta
cámara se llena de un fluido transparente y las variaciones de
diferencia de presión entre el interior y el exterior de la cámara
por desplazamiento de las paredes, inyección de fluido o cualquier
otro medio provocan la deformación de la lámina flexible o
membrana.
Cuando dicha membrana posee unas propiedades
mecánicas homogéneas, no se ejercen momentos sobre su periferia y
la presión es uniforme tiende, de modo natural, a adoptar una forma
establecida (esférica, cilíndrica, etc.) cuyo radio de curvatura
depende de la presión. Sin embargo, cuando alguna o algunas de las
tres condiciones citadas se incumplen, la forma de dicha membrana
se separa de la establecida, lo que conlleva a la aparición de
aberraciones en la lente obtenida.
Con objeto de conseguir una membrana que pudiera
trabajar bajo esas condiciones ideales se han desarrollado
diferentes soluciones. Una de ellas consiste en construir dicha
membrana mediante una lámina de un material muy flexible, con una
tenacidad casi nula, lo que impide la transmisión de momentos desde
su borde periférico. Este es el caso de la recogida en EP 291596,
en donde además se monta mediante un mecanismo que la mantiene con
tensión radial hacia el exterior. Sin embargo, cuanto menor sea la
tenacidad del material empleado, mas sensible será la forma que
adopte la membrana a las diferencias de presión hidrostática en
puntos situados a diferentes alturas dentro de la propia lámina, no
pudiéndose entonces considerar la presión uniforme.
Por el contrario, en otras realizaciones como la
recogida en US 5.684.637 lo que se ha hecho es fabricar
una membrana a partir de una lámina de un material más tenaz, lo que
evita el problema anterior. Sin embargo en este caso se exige un
complejo sistema de suspensión que impida la transmisión de momentos
desde su periferia para evitar las aberraciones que conlleva.
La membrana que la invención propone resuelve de
forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente
expuesta, ya que no solo presenta unas propiedades mecánicas
homogéneas, sino que evita la formación de momentos sobre su
periferia y facilita la uniformidad de la presión del líquido de la
cámara.
De esta forma, cada una de las membranas cuyo
radio de curvatura ha de variar en respuesta a las variaciones de
presión provocadas en el fluido se construye mediante la combinación
de dos regiones laminares, cada una de las cuales está compuesta de
un material con distintas propiedades mecánicas. Una de ellas, que
ocupa la parte central de la membrana y que constituye la parte
ópticamente útil de ésta está compuesta por un material
transparente a la luz y, desde un punto de vista mecánico,
virtualmente inextensible y con elevada tenacidad con respecto a la
zona periférica. Esta región interior de la membrana se encuentra
unida a una segunda región laminar periférica que a su vez es la
que se soporta desde el borde rígido de la cámara y que está
compuesta de un material relativamente elástico y a su vez con una
tenacidad despreciable, o al menos muy pequeña comparada con el
material que forma la región central.
Esta combinación de propiedades mecánicas en las
dos regiones laminares que forman la membrana permite que sobre la
región central, ópticamente útil, de la membrana no se ejerzan
momentos que tiendan a alterar la forma que adquiriría por efecto
únicamente de la presión uniforme.
Al mismo tiempo, la forma de cada una de estas
dos regiones laminares que forman la membrana determina el tipo de
deformación de la región central (esférica, cilíndrica, etc.), y en
consecuencia el patrón de refracción o tipo de lente que se obtiene
al inducir cambios en la presión del fluido.
De forma más concreta, se puede definir la forma
de cada una de estas dos regiones laminares definiendo la forma de
sus líneas de contorno. Así, el contorno de la región central
determina la forma superficial de esa región y constituye también
el perímetro interior de la región externa. A su vez, el perímetro
de apoyo de la membrana en la cámara, dado por la sección de la
cavidad, es el que determina el contorno exterior de la región
periférica. La región que se extiende hacia el exterior de este
último contorno puede adoptar una forma y dimensión arbitraria ya
que no se desplaza con las variaciones de presión y tan solo ha de
proporcionar un cierre estanco de la lámina con el cuerpo de la
cámara.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de
realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante
de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en alzado
seccionada de una lente variable rellena de fluido genérica, en
donde pueden observarse la estructura de una lente y la situación
de la membrana de la invención en la misma.
Figura 2.- Muestra una vista en planta y un
corte transversal de la membrana de la invención para una posible
realización de la invención en la que la lente es esférica.
Figura 3.- Muestra finalmente una vista en
planta y un corte transversal de la membrana de la invención para
una posible realización de la invención en la que la lente es
cilíndrica.
A la vista de las figuras reseñadas, y
especialmente en la figura 1 puede observarse de forma general la
estructura de una lente óptica a la cual se destina la membrana de
la invención. Concretamente, en dicha figura 1 se aprecia cómo la
lente óptica está formada por una cámara (1) que puede adoptar una
forma cilíndrica o similar, la cual se encuentra cerrada mediante,
por ejemplo, juntas de estanqueidad (13), y por dos láminas planas
(2, 3) transparentes a la luz y perpendiculares al eje del cilindro,
en donde al menos una de ellas (3) presenta cierta flexibilidad
deformándose gracias a las variaciones de diferencia de presión
entre el interior y el exterior de la cámara (1) que provoca un
fluido transparente (4) en su interior, variaciones provocadas bien
por el desplazamiento de las paredes de dicha cámara (1), por la
inyección de fluido a través de un conducto (5) o cualquier otro
medio.
Dicha lámina (3) se corresponde con la membrana
de la presente invención, cuyo radio de curvatura varía para dar
respuesta a las variaciones de presión provocadas en el fluido (4)
de la cámara (1), y en donde dicha membrana (3) se constituye
mediante la unión por pegado o cualquier otro método apropiado de
dos regiones laminares (6, 7) con distintas propiedades mecánicas
entre sí. Una región laminar central (6) que ocupa la parte central
de la membrana (3) y que constituye la parte ópticamente útil y otra
región laminar periférica (7) que es la que se soporta desde el
borde rígido de la cámara y que presenta un orificio central sobre
el que se situará la región laminar central (6).
A partir por lo tanto de la combinación de
regiones laminares (6, 7) de diferentes contornos se obtienen
diferentes tipos de lentes en función de los comportamientos que de
la misma quieran obtenerse, como por ejemplo diferentes patrones de
refracción.
Tal y como puede verse en la figura 2, para una
posible realización de la invención en donde se desea obtener una
lente esférica, es necesaria la utilización de regiones laminares
(6, 7) en donde la línea de contorno (8) de la región laminar
central (6) y el perímetro de apoyo de la membrana en la cámara que
determina el contorno exterior de la región periférica (9) son
circunferencias concéntricas para obtener una membrana (3) cuya
región central tienda a deformarse, al aplicar presión en el fluido,
según un casquete esférico.
En dicha figura 2 puede además apreciarse como
la membrana (3) de la invención se forma a partir de la unión de
dos regiones laminares (6, 7) concéntricas en donde la región
laminar central (6) se constituye a partir de una lámina circular
de diámetro ligeramente mayor que el diámetro útil requerido para la
lente y realizada en un material transparente, inextensible y con
relativa tenacidad como podría ser, por ejemplo, una delgada lámina
de metacrilato o vidrio.
A su vez, para la región laminar periférica (7)
de la membrana (3) se utiliza una lámina a la que se le ha
practicado un agujero circular (10) de diámetro ligeramente menor al
de la región central (6), y en donde el material utilizado es
relativamente elástico y presenta una tenacidad muy pequeña
comparada con el material que forma dicha región central (6), como
por ejemplo el látex o silicona.
Finalmente, para formar la membrana (3), se unen
o fijan las dos regiones laminares (6, 7), mediante un pegamento o
cualquier otro material o sistema adecuado y compatible tanto con
los dos materiales usados como con el fluido (4) que alberga la
cámara (1) de la lente, de tal manera que el agujero practicado en
la región laminar periférica (7) quede ocluido.
En la mencionada figura 2 puede también
apreciarse cómo para esta realización preferente la zona de unión
entre las regiones laminares (6, 7) forma una zona de superposición
(11) limitada por los contornos (8, 10) de las regiones central (6)
y periférica (7) respectivamente, y que para este caso aparenta
adoptar una forma de corona circular.
La forma de dicha zona de superposición (11) es,
sin embargo, arbitraria, por lo que para ésta realización
preferente no importaría que ambas regiones laminares (6, 7) se
situasen sin demasiada precisión una sobre otra, siempre y cuando
haya oclusión del agujero circular de la región periférica (7).
Esta característica es debida a que la región de
superposición (11) no se distingue mecánicamente del resto de la
región central (6) al ser el material de ésta mucho mas rígido que
el de la región periférica (7), comportándose la unión como si se
tratase únicamente de la región central (6).
Resulta por lo tanto evidente la ventaja que se
obtiene de esta característica, por cuanto hay un amplio margen de
error tanto en el posicionamiento entre zonas (6, 7) como en la
forma del agujero de la región periférica (7).
Asimismo, puede observarse como el perímetro de
apoyo de la membrana (3) en la cámara (1), o lo que es lo mismo, el
contorno de apoyo (9) de la región periférica (7), se encuentra
determinado por la sección de dicha cámara, y que el contorno
exterior (12) de la región laminar periférica (7) puede adoptar una
forma y dimensión arbitraria ya que no se desplaza con las
variaciones de presión y tan solo ha de proporcionar un cierre
estanco de la lámina con el cuerpo de la cámara.
Según otra posible realización de la invención
mediante la cual se desea obtener una membrana (3') adecuada para
formar una lente cilíndrica, y tal y como puede observarse en la
figura 3, la misma se configura también a partir de dos regiones
laminares (6', 7') en donde la región laminar central (6') se
constituye a partir de una lámina con forma de contorno (8')
rectangular. En este caso, la región laminar periférica (7') puede
presentar la misma forma que para la obtención de la lente esférica,
también con un orificio de contorno circular (10'), aunque dicha
forma, según se comentó anteriormente puede ser arbitraria, siempre
que, al proceder a la unión de las dos regiones laminares (6', 7')
por su zona de superposición (11'), el orificio quede ocluido.
Obviamente, para la obtención de una lente
cilíndrica, la cavidad (1) del cuerpo de la lente no ha de ser
cilíndrica, sino con una sección que podría ser la mostrada por una
curva que coincide con el contorno de apoyo (9') de la región
periférica (7'), y en donde dicha curva presenta dos lados rectos y
paralelos entre sí, y de al menos la longitud del lado del cuadrado
que forma el contorno (8') de la región laminar central (6'), que
se completan con otras dos curvas con forma semielíptica. Para este
contorno de apoyo (9'), el eje menor ha de ser tan solo ligeramente
mayor que el lado de dicho del cuadrado que forma el contorno (8'),
mientras que el eje mayor ha de superar al anterior en una
magnitud, tanto mayor, cuanto menor sea la elasticidad del material
de la región periférica.
Dada esta estructura, una vez montada la
membrana (3') se obtiene una lente en la que la región central (6')
se transforma, bajo el empuje de la presión del fluido (4), en un
casquete cilíndrico.
Al igual que en el caso anterior, el contorno
exterior (12') de la región laminar periférica (7') situado más
allá del contorno de apoyo (9') podrá adoptar una forma y dimensión
arbitraria.
En otra posible realización preferente de la
invención, se podría simplificar la estructura de la membrana (3)
de forma que la región periférica (7,7') estuviese realizada en un
material transparente de las propiedades adecuadas, por lo que no
sería necesario que la misma contase con el agujero central, y en
donde la zona de superposición (11) pasaría a ser toda la
superficie de contacto entre la región central (6, 6') y la
periférica (7, 7').
Claims (10)
1. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable del tipo de las que varían su curvatura en función
de las variaciones de presión de un fluido (4) en una cámara (1)
para obtener una distancia focal variable, caracterizada
porque está formada por la unión de dos regiones laminares (6, 6') y
(7, 7') realizadas en materiales que tienen distintas propiedades
mecánicas entre sí.
2. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación primera caracterizada
porque una región laminar (6, 6') ocupa la parte central de la
membrana (3, 3') y constituye la parte ópticamente útil y porque la
otra región laminar (7, 7') ocupa la zona periférica y es la que se
soporta desde el borde rígido de la cámara (1).
3. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación 2ª caracterizada porque
la región laminar central (6, 6') tiene un contorno circular
(8).
4. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación 2ª caracterizada porque
la región laminar central (6, 6') tiene un contorno rectangular
(8').
5. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación 2ª caracterizada porque
la región laminar periférica (7, 7') presenta un orificio central
sobre el que se sitúa la región laminar central (6, 6').
6. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación 2ª caracterizada porque
la región laminar periférica (7, 7') está realizada en un material
transparente.
7. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación 1ª caracterizada porque
la región laminar central (6, 6') está realizada en un material
transparente, inextensible y tenaz.
8. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación 7ª caracterizada porque
la región laminar central (6, 6') es de metacrilato o vidrio.
9. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación 1ª caracterizada porque
la región laminar periférica (7, 7') está realizada en un material
de tenacidad muy pequeña comparada con el material que forma la
región central (6, 6').
10. Membrana (3, 3') flexible para una lente
óptica variable según reivindicación 9ª caracterizada porque
la región laminar periférica (7, 7') es de látex o silicona.
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