具体实施方式

在下面的描述中，相同的附图标记用于相同的零件和具有相同效果的零件。

图1示出了根据本发明的光学系统10的第一实施例的截面视图。光学系统10包括透镜20和壳体，其中透镜20被接纳在壳体的安装座40中。壳体相对于周围环境50界定内部60。光学系统10被实施为在水下环境中使用。这意味着光学系统10以及还有壳体或安装座40可以承受高压(例如，几百巴的压力)。

举例来说，光学系统10可以用于水下相机或者可以是水下相机。

透镜20代表光学端口，该光学端口形成穿过壳体在内部60与周围环境50之间的透光或透明连接。这样，来自周围环境50的光可以进入壳体中。

透镜20具有外表面24，该外表面被实施为与水接触。这意味着当光学系统10位于水下环境中时，水接触或触碰透镜20的外表面24。因此，透镜20代表内部60相对于周围环境50的外边界。

透镜20的外表面24具有拱形形式，即透镜20的外表面24是不平坦的。透镜20的外表面24可以具有球面形式。在图1中，外表面24为球面凸面形式，即朝向周围环境50拱起。

但是，也可以想到的是，透镜20的外表面24具有非球面形式。举例来说，外表面24可以具有多个子段，每个子段具有球面形式，这些球面形式的曲率半径彼此不同。

还可以想到的是，透镜20的外表面24具有球面凹面形式，即朝向内部60拱起的形式。

透镜20的外表面24与透镜20的内表面26相反。光轴29延伸穿过透镜20的中心，并且因此延伸穿过外表面24和内表面26。内表面26具有球面凹面形式，即背离内部60拱起。内表面26的曲率中心位于透镜20的光轴29上。

透镜20具有第一接触面28。第一接触面28面向安装座40。第一接触面28与外表面24相反。第一接触面28被形成为接触安装座40的第二接触面48。在图1中，第一接触面28立即或直接触碰安装座40的第二接触面48。这意味着在第一接触面28与第二接触面48之间没有另一中间层等。因此，如果在透镜20的外表面24上有压力，则第一接触面28压在第二接触面48上。

第一接触面28具有球面形式，其中第一接触面28的曲率中心位于透镜20的光轴29上。在图1中，第一接触面28具有球面凸面形式。第二接触面48具有球面凹面形式。第二接触面48的曲率中心位于透镜20的光轴29上。

可以说，第一接触面28围绕透镜20的内表面26延伸。第一接触面28是球面斜面或小平面。

第一接触面28和第二接触面48的曲率半径大小相等或相同。结果，第一接触面28和第二接触面48在大面积上触碰。因此，第一接触面28在很大程度上相对于第二接触面48以互补或一致且同心的方式实施。当周围环境50或周围环境50中的水压在透镜20的外表面24上时，第一接触面28在大面积上压在第二接触面48上。结果，所产生的力被引导到安装座40中，并且张力特别小。因此，可以将在透镜20和安装座40中所产生的机械应力的大小保持得较低。

第一接触面28和第二接触面48触碰的区域(所谓的触碰区域或具有赫兹应力的区域)具有环形球面段的形式。

透镜20的第一接触面28可以被抛光和/或蚀刻。这使透镜20中的微裂纹和/或深度损伤和/或裂纹核最小化。因此，透镜20可以承受较高的压力。

第一接触面28的形式可以非常精确地生产。此外，形式可以非常准确地捕获，并且因此可以使用常规的光学测量方法进行评估。因此，可以以技术上简单的方式非常高精度地生产第一接触面28。因此，光学系统10可以承受特别高的压力，特别是如果第二接触面48同样具有非常高的精度。

借助于第一接触面28，可以将透镜20在安装座40中居中，或者将所述透镜相对于安装座40对准在期望的位置。

侧面27布置在透镜20的外表面24与透镜20的第一接触面28之间。侧面27(也被称为外柱镜)对应于直圆柱镜的侧向面。侧面27以相对于透镜20的光轴29同轴的方式延伸。

用于密封第一接触面28与第二接触面48之间的区域的密封件30连接至安装座40，并且覆盖侧面27或外柱镜与安装座40之间的区域。这可以可靠地防止水进入第一接触面28与第二接触面48之间的区域。

光学系统10可以在内部60中包括另外的光学元件。透镜20包括玻璃材料或通常由玻璃材料构成。

可以在第一接触面28与第二接触面48之间布置弹性中间层。即使当第一接触面28变形时，弹性中间层也可以降低所产生的局部表面压力。特别地，中间层可以补偿制造误差和/或沉降迹象。举例来说，弹性中间层可以由弹性材料构成或包括弹性材料。如果存在弹性中间层，则第一接触面28和第二接触面48不直接/立即彼此触碰或接触，而是仅间接地触碰或接触。

弹性中间层和密封件30的实施方式可以使得存在自增强的密封系统。这意味着密封件30或中间层的密封效果随着透镜20的外表面24上的压力增加而增加。代替中间层或除了中间层之外，可以在第一接触面28与第二接触面48之间布置粘合剂或胶粘剂。

如果存在弹性中间层，则在设定第二接触面48的曲率半径时可以考虑其厚度。然后，第一接触面28和第二接触面48的曲率半径仍然基本上相同，但是可以彼此略微不同(例如，小于1％)。

透镜20布置在安装座40中，其方式使得当光学系统10的周围环境50处于标准大气压(1.01325巴)时，第一接触面28以与大于外表面上的标准大气压的压力作用相对应的力压在第二接触面48上。特别地，第一接触面28可以以与透镜的外表面上的大约50巴或大约100巴的压力相对应的力压在第二接触面48上，而仅标准大气压压在透镜20的外表面上。因此，当光学系统10处于在标准大气压下的周围环境50中时，可靠地防止透镜20相对于安装座40的移动。即使是周围环境50的压力对应于光学系统10内部60的压力(例如，如果光学系统位于水下环境之外)，也可以借助螺钉环35或预张紧环或锁定环将透镜20的第一接触面28压在第二接触面48上。螺钉环35部分地布置在透镜20的外表面24上，必要时具有中间元件。

图2示出了根据本发明的光学系统10的第二实施例的透镜20的截面视图。

凸面的第一接触面28的曲率中心位于透镜20的光轴29上的事实可以在图2中特别好地识别出。侧面27，即透镜20的在第一接触面28与外表面24之间的外面，在图2中比在图1中的透镜20的情况下大。

图3示出了根据本发明的光学系统10的第三实施例的截面视图。图4示出了图3的光学系统10的示意性详细视图。

在图3所示的实施例中，第一接触面28和第二接触面48具有与图1所示的实施例不同的形式。

第一接触面28具有凸面形式。第一接触面28的曲率中心位于透镜20的光轴29上。第二接触面48具有凹面形式。第二接触面48的曲率中心不位于光轴29或光学系统的对称线上。在第一接触面28和第二接触面48的理想刚性形式的情况下，第一接触面28和第二接触面48因此沿着围绕光轴29以圆形轴对称的方式延伸的线(可以说是数学上考虑的)触碰。如果第一接触面28压在第二接触面48上，则考虑到透镜20和/或安装座40的弹性变形而形成围绕透镜20的光轴以环状或环形轴对称的方式形成的区域(所谓的触碰区域或具有赫兹应力的区域)。

第一接触面28和第二接触面48的曲率中心位于与触碰区域垂直的直线上，该第一接触面28和该第二接触面48在该触碰区域内触碰。

当考虑到由于在透镜20的外表面24上的高压而导致的载荷而引起形式偏差和/或尺寸偏差时，触碰区域或具有赫兹应力的区域的形式基本上保持不变。仅触碰区域或具有赫兹应力的区域的相对位置和大小会发生变化。这可以在模拟中例如使用有限元法进行计算。

因此，在第一接触面28与第二接触面48之间的触碰区域或具有赫兹应力的区域具有相对于透镜20的对称轴线或光轴对称的形式。在图4所展示的截面视图中，触碰区域是点状的(在理想的刚性透镜20和理想的刚性安装座40的情况下)。考虑到透镜20和/或安装座40的变形较小，实际上，在第一接触面28与第二接触面48之间的触碰区域或具有赫兹应力的区域具有环形漏斗形段或圆锥台的侧向面的形式。触碰区域或具有赫兹应力的区域的平行于光轴的截面则为线形式。

如果在第一接触面28与第二接触面48之间布置中间层和/或粘合剂，则两个接触面28、48不会立即/直接彼此触碰。在存在中间层或粘合剂的情况下，如果不存在中间层两个接触面28、48会触碰的区域将彼此压靠。

第一接触面28和第二接触面48的曲率半径可以在模拟中(例如，使用有限元法)进行确定或优化，其方式使得在水下环境中预期的压力下，机械应力被限制在透镜或光学系统可以承受这些应力而不会损坏的程度。结果，透镜20或光学系统10也能够承受特别高的压力。

密封件布置在侧面27与安装座40之间。密封件30以水密方式密封在侧面27或外柱镜与安装座40之间的区域。这可靠地防止水进入第一接触面28与第二接触面48之间或侧面27与安装座40之间的区域。

安装座40具有围绕透镜20的光轴29延伸的底切42或凹口或收缩部。与底切42齐平处，安装座40的与透镜20的光轴29垂直的直径小于安装座40的其余区域中的直径。底切42或底切的面43与周围环境50流体连接。这意味着，例如在水下环境中，处于与水压在透镜20的外表面24和安装座的外侧上相同压力下的水位于底切42中。结果，通过短的、直接力路径使第一接触面28和第二接触面48的区域中的弯矩最小化，因为底切42中的水按原样压抵压在安装座40的与透镜20相邻的边缘区域70上的水。这最小化或甚至防止第二接触面48的变形。因此，这防止触碰区域发生变化。换句话说，壳体或安装座40的外面以及底切42的面43与底切42承受相同的压力水平。因此，在安装座40的边缘区域中没有弯矩的情况下，存在短的、直接的力流。结果，在第一接触面28和第二接触面48的区域中，安装座40上的弯曲载荷最小化。

与底切42齐平处，安装座40的与透镜20的光轴29垂直的直径(光轴29在图3中从顶部延伸至底部，或反之亦然)基本上对应于透镜20的与透镜20的光轴29垂直的直径。结果，在第二接触面48的区域中，弯曲载荷以及由此产生的安装座40的一部分的变形最小化。在水下环境中，底切42中的水压抵压在安装座40的与透镜20的外表面24齐平的部分或边缘区域70上的水(在图3中，高度从顶部延伸至底部，或反之亦然)。因此，使第一接触面28和第二接触面48不受到弯曲力矩。

光学系统10包括另外的光学元件(例如，另外的透镜、CCD传感器等)(未示出)。另外的光学元件紧固到安装座40的背向透镜20或第二接触面48的平面71，并且不被立即/直接紧固到壳体的紧靠安装座40的另外部分。在透镜20和安装座40由于周围环境50中的水压而相对于壳体的另外部分发生轴向位移的情况下(即，在沿光轴29移位的情况下)，另外的光学元件的位移量与透镜20的位移量相同。因此，光学系统10的光学元件之间的距离保持不变，这与周围环境50中的压力无关。因此，光学系统10的光学成像质量保持不变。

在附图中，在各自情况下仅部分地展示壳体或安装座40。

附图标记清单

10 光学系统

20 透镜

24 外表面

26 内表面

27 侧面

28 第一接触面

29 透镜的光轴

30 密封件

35 螺钉环

40 安装座

42 底切

43 底切的面

48 第二接触面

50 周围环境

60 内部

70 安装座的边缘区域

71 安装座的平面。