CN87102834A - 液体折射望远镜 - Google Patents

Abstract

本发明系光学和弹性力学这两门完全不同学科的结合，并用以研制出结构原理完全新颖且突破传统琢磨工艺的光学元件——大口径液体透镜。

本技术是应用透明液体作为折射介质并利用均荷(液压)成型技术使包容该液体的透明圆薄膜挠曲成足够精确的球面透镜或组合消色差透镜。且球面曲率半径和焦距可通过调压来实现连续可变。该技术可应用于大型折射天文望远镜和其它光学仪器上。

Description

本发明涉及光学球面透镜，特别是用于折射望远镜上的球面透镜。透镜球面的成型方法还涉及弹性力学的一个分支即均荷（指液压）成型技术。

迄今为止，制作大口径的球面透镜必须要求质地均匀的光学玻璃为材料。在制作技艺上也仍采用传统的琢磨整形工艺，因此周期长造价昂贵以及“自重弯曲”等问题已成为透镜向大型发展的主要障碍。为此，寻求原则意义上完全新颖的成型技术才能有所发展。

已经公知，首先提出液体透镜思想的人是美国纽约罗彻斯特大学的光学教授米切尔，利（            ）可是他研制的液体镜头口径仅有1/3毫米，是靠电压来成型的。目前，其用途还受到很大限制，此外，还未检索到有关大口径液体透镜的成果报道。

本发明的目的即是应用透明液体作为透镜的折射介质，并结合均荷（液压）成型技术来研制突破传统琢磨工艺的光学元件-大口径液体透镜。

理论探讨结果表明，周界固定的绝对柔勒园板（即透明园薄膜）在均荷下的大挠度所形成的曲面系一近似旋转抛物面。同时还解折表述了在一定规范内的中曲面上的曲率半径、面积应力和面积应变为三个常数，也即在一定规范内曲面又近似一球面。由此结论而提出的解决方案是：应用透明液体作为透镜的折射介质也兼为液压成型中的工质，使包容该液体且周界固定的透明园薄膜在液压下自动动挠曲成一球面透镜的成型方法。

本发明的进一步改进是应用各种不同折射率的正负液体透镜的组合来校正部分球差和位置色差，例如由水和酒精所组成的消色差透镜。另外，在大口径设计时还必须考虑透镜的自重弯曲和由于镜面倾斜而产生的液位变形（即镜面的支承）问题。前者可以加强周界固定用的内圈和压圈的刚度来消除。后者也可以通过合理选用薄膜厚度和调整液压来提高中曲面上的张力以抵消液位变化对镜面曲率的影响。显然，这种透镜在零重力条件下，即用于空间望远镜上就不存在上述二缺点，原则上可向超大型发展。

本发明与已有技术相比有以下四个优点：

1、透镜曲面的液压成型将大幅度降低镜面的研制时间和成本;

2、液体透镜不存在内应力和折射率不均匀等疵病。也不存在一般双胶物镜由于温升而使胶合面恶化和脱胶等缺点;

3、焦距能连续可变，因此望远***也能有效地连续变倍;

4、由于透镜曲面的支承和成型的和谐结合将有利于折射望远镜向大型化发展。

本发明也存在折射率小于常用光学玻璃，因此相对口径还不如玻璃折射望远镜，以及焦点易受温度变化而漂移等缺点。

附图描述了本发明的一个实施例。

图中采用光洁透明而又各向同性的醋酸纤维幻灯片基（大口径时可用工业有机玻璃片基，表面光洁度 14;疵病等级B-VⅡ为二种片基的微观精度要求）来组成外薄膜1和内薄膜2，然而在内外薄膜之间以及在薄膜和玻璃园板8之间分别置金属内圈9和3，当二端压紧后便形成二个密封腔。再分别用图示弹性压水器4和压酒精器5向二个腔内压注净水和酒精。二腔内的压力可通过调整螺栓6和7来调整。当调整到水腔内的压力P1大于酒精腔内压力P2且都大于气压力（或环境压力）p_o时，内外薄膜即在均荷下挠曲成附图所示球面形状。净水腔鼓成-正透镜而酒精腔则凹成-负透镜。有关设计数据，如园薄膜所受均荷p1最大挠度fmax以及最小薄膜厚Tmin等都有相应公式可计算。

本发明已成功地应用于折射天文望远镜上成像质量也有初步鉴定。

Claims (3)

1、球面透镜，特别是用于折射望远镜上的球面透镜。透镜球面的成形方法涉及弹性力学，是由周界固定的绝对柔刃园板(即透明园薄膜)在液压下的大挠度所形成的。其特征是，应用透明液体为透镜的折射介质也兼为液压成型中的工质。使包容该液体且周界固定的透明园薄膜(1)和(2)。在均荷下自动挠曲成一球面透镜的成型方法。

2、按照权利要求1所述透镜，其特征是可以应用各种不同折射率的正负液体透镜的组合。来校正部分球差和位置色差的消色差透镜。

3、根据权利要求1和2所述透镜。其特征是配备有调整螺柱（6）和（7）的弹性压注器。（4）和（5）来控制透镜内的液压。

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