Halterung für optische Elemente Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterung für optische Elemente, wie z. B. Spiegel und Linsen.
Gewisse neuzeitliche optische Geräte, z. B. Flug zeugkameras, verlangen sehr genaue Verfahren zur Befestigung der Teile des optischen Systems im Ge rätegehäuse. Schwierigkeiten können verursacht wer den sowohl durch die gewünschte Höhengenauigkeit als auch durch die Form und Lage der optisch wirk samen Flächen und durch die stets zunehmenden Abmessungen und das Gewicht der optischen Ele mente, bedingt durch die zunehmenden Brennweiten und zugehörigen Öffnungsweiten des optischen Systems.
Viel Sorgfalt ist aufzuwenden, um sicherzustellen, dass die wirksamen Oberflächen der Elemente durch die Halterung nicht deformiert werden, wenn diese Elemente im Gerät angebracht werden. Solche Defor mationen können auftreten als Folge des Eigen gewichtes der Elemente oder der Klemmkräfte, aus geübt auf die Elemente, durch die Halterung selbst.
Um das Durchhängen grosser Spiegel unter ihrem Eigengewicht sehr gering zu halten, werden solche Spiegel oft nicht mehr längs -ihres Aussendurchmessers gehaltert, sondern vorzugsweise an drei Stellen, die so gewählt sind, dass das Durchhängen an keiner Stelle einen gewissen, zulässigen Wert überschreitet.
In diesen Fällen kann ein beträchtlicher Gewinn an Gewicht erhalten werden, indem die Dicke des Spie gelkörpers herabgesetzt wird und ein Lichtverlust ver ursacht durch Teile der Halterung, welche einiges einfallendes Licht abdecken, wird in Kauf genommen.
Um Deformationen, verursacht durch die Klem- mung zu vermeiden, wurde im Schweizer Patent Nr.345179 vorgeschlagen, kleine Halbkugeln als Klemmelemente zu verwenden, welche mit ihrer Basis federnd gegen die Oberfläche des optischen Elementes und mit ihrer kugeligen Fläche in koni schen Vertiefungen, die mit -dem Gehäuse des Gerätes verbunden sind, getragen werden.
Der wesentliche Punkt ist dabei, d'ass die in den Vertiefungen liegenden Halbkugeln etwas um ihr Zentrum gekippt werden können, wenn .das optische Element so befestigt wird, dass durch die Halbkugeln keine exzentrischen Klemmkräfte auf das optische Element ausgeübt wer den.
Eine sehr wichtige Anforderung an die Halterung ist, dass Temperaturänderungen, Stösse, Erschütterun gen oder Lageänderungen des Gerätes keinen dauern den Einfluss auf die Form oder Zentrierung des opti schen Elementes haben. Die Halterung sollte daher so sein, dass nach einer Störung eine Rückkehr des opti schen Elementes in die Ausgangslage gestattet wird, welcher Art diese Störung auch sei.
Die Praxis hat gezeigt, dass die Halterung, be schrieben im Schweizer Patent Nr. 345179 die oben angeführten Anforderungen nicht voll erfüllt. Es hat sich gezeigt, dass bei grossen Spiegeln, welche mittels Halbkugeln gemäss diesem Patent gehaltert werden, geringe seitliche Verschiebungen des Spiegelkörpers und daraus sich ergebende Dezentrierung des Spiegels während normalen Arbeitsbedingungen schwer ver- meidbar sind.
Es ist festzuhalten, dass, obschon solche Verschiebungen im allgemeinen sehr klein sind (von der Grössenordnung von einigen Zehn Mikron), deren Einfluss auf die Bildqualität bei gewissen Gerätetypen erheblich ist.
Die bekannte Halterung ergab ausserdem keine genau definierte Einstellung des optischen Elementes. Nach vorübergehenden Änderungen der Temperatur oder nach Stössen oder Erschütterungen wird die ur sprüngliche Lage nicht wieder vollständig hergestellt, wodurch sich eine geringe und bleibende Herab setzung der Bildqualität ergeben kann. Obschon eine volle Erklärung dieser Wirkungen schwierig ist, kann mit grosser Wahrscheinlichkeit gesagt werden, dass bei der bekannten:
Halterung die Reibungsverbindung zwischen den Halbkugeln und der Glasoberfläche mindestens zum Teil für dieselben verantwortlich ist, da sie einerseits dem optischen Element gestatten, leicht seitlich verschoben zu werden und anderseits die vollständige Rückkehr des. opti schen Elementes in die Ursprungslage nach Stössen usw. erschwert.
Es ist ein Hauptzweck der Erfindung, eine Halte rung für ein optisches Element zu schaffen, bei dem die obenerwähnten Unzulänglichkeiten vermieden sind. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, eine Halterung für optische Spiegel zu schaffen, welche keinen Lichtverlust, veranlasst durch einzelne, in den Weg der auf den Spiegel fallenden Lichtstrahlen lie gende Teile verursacht.
Gemäss vorliegender Erfindung weist ein optisches Element eine Mehrzahl von Vertiefungen, vorzugs weise drei, auf, welche in das optische Element ge bohrt sind, sich aber zweckmässig nicht bis zur gegen überliegenden: Oberfläche erstrecken. In diese Ver tiefungen sind Metaaäpfe eingesetzt und in das um gebende Glas eingekittet.
Federnde Tragglieder, vor zugsweise Blattfedern, sind einenends an den Metall näpfen befestigt und andernends am Gehäuse des Gerätes, um durch Temperaturschwankungen be dingte Relativbewegungen zwischen dem optischen Element und dem Gehäuse zu kompensieren.
In der :beiliegenden Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. l einen Axialschnitt eines Teiles eines opti schen Gerätes mit einem darin angebrachten Spiegel, Fig.2 eine Rückansicht des Spiegelkörpers in Fig. 1,
Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 1 in grösserem Mass stab und Fig. 4 eine Variante der Halterung nach der Er findung,
teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt. In Fig. 1 ist der Spiegel 3 am Deckel 1 des Geräte gehäuses 2 befestigt. Der Spiegel 3 ist auf seiner kon kaven Oberfläche mit einem reflektierenden über zug versehen und besitzt Meniskusform. Er ist von drei zylindrischen Näpfen 4, 5 und 6 getragen, welche in zylindrische Bohrungen, die in die konvexe Rück seite des Spiegels 3 gebohrt sind, eingekittet sind.
Die Näpfe besitzen einen dünnen Wandteil 13 und einen verhältnismässig dicken Bodenteil (Fig. 3). Das Glas in den Bohrungen ist nicht ganz entfernt, so d'ass ein zentraler Block 14 erhalten wird, der sich längs der Innenseite des Wandteiles des Napfes erstreckt. Der Durchmesser dieser Blöcke ist vorzugsweise so ge wählt, dass die Näpfe bei normalen Temperaturen lose in die zylindrische Ringnut einsetzbar :ist.
Jeder der Näpfe 4, 5 und 6 ist an seinem Boden mit einer Nute versehen, in welcher Blattfedern 7, 8 oder 9 befestigt sind, z. B. durch Löten. Die andern Enden der Federn .sind in gleicher Weise starr in Nuten von Halteplatten befestigt, von denen in Fig. 1 nur zwei, nämlich die Platten 10 und 11, sichtbar sind. Diese Platten sind in der Fig. 2 nicht dargestellt, da diese Figur einen Querschnitt durch die Blattfedern 7, 8 und 9 darstellt.
Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Halteplatten, wie 10 und 11, mittels Schrauben 15 und 16 am Deckel dies Gerätegehäuses befestigt. Um zu verhüten, dass im Spiegel 3 Spannungen auftreten, wenn derselbe befestigt wird, ist das nachstehende Vorgehen empfehlenswert.
Nach dem Befestigen der Halteplatten 10, 11 zusammen mit den damit ver bundenen Blattfedern und Näpfen, die provisorisch am Deckel 1 befestigt wurden, wird der mit den Boh rungen versehene Spiegel auf gute Passung geprüft. Wenn die Näpfe nicht leicht in die Bohrungen gleiten, wird die Lage der Näpfe durch geringe seitliche Verschiebung der Platten, durch Verformung der gegenüberliegenden Seiten der Platten und des Deckels oder durch Unterlagen oder dergleichen verändert, bis alle Näpfe leicht in die Bohrungen hineingleiten.
Erst dann werden die Halteplatten definitiv befestigt und der Spiegel an den Näpfen festgekittet.
Die dargestellte Halterung besitzt die folgenden Vorteile. Reibungsklemmung ist vollständig vermie den, so dass dauernde Lageänderungen des Spiegels verunmöglicht werden. Trotzdem wird beim Auftreten von Relativbewegungen zwischen dem Spiegel und dem Gehäuse, die durch Temperaturänderungen her vorgerufen werden, das Entstehen von grösseren Span nungen leicht durch die Blattfedern 7, 8 und 9 ver hindert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind diese Blatt federn auf einem Kreis 12 angeordnet, dessen Zen trum in der optischen Achse des optischen Elementes liegt, und zwar derart, dass sie leicht in radialer Rich tung gebogen werden können.
Da die Verbindung zwischen den Blattfedern und dem Spiegel mittels der Näpfe ganz starr ist, wird der Spiegel, nach vorüber gehender Verstellung, stets genau in die Ausgangslage zurückkehren:.
Der Spiegel ist an drei Stellen gelagert, die auf einem Kreise liegen, der einen kleineren Durchmesser besitzt als der Spiegel, wodurch Deformationen unter dem Eigengewicht des Spiegels herabgesetzt werden. Auf jeden Fall besitzt die Halterung keine Teile, welche an der Vorderseite des Spiegels in die in den selben einfallenden Lichtstrahlen ragen, so dass Licht verluste vermieden werden.
Fig. 4 zeigt eine Variante der Halterung, welche für grosse Linsen und Spiegelkörper mit zylindrischer Mantelfläche anwendbar ist. Wie aus der Fig. 4 er sichtlich ist, ist :das optische Element an drei Stellen, um 120 voneinander abstehend, an seiner Mantel fläche gehalten. In zylindrischen Bohrungen, die radial in die Mantelfläche des Elementes gebohrt sind, sind Näpfe 18, 19, 20 eingekittet.
Am Boden dieser Näpfe sind Blattfedern 21, 22 und 23 angebracht, welche in Ebenen tangential zum Spiegel liegen und die mit ihren andern Enden am nicht dargestellten Geräte- gehäuse, mittels Schrauben oder anderer Mittel, be festigt sind.
Aus Fig. 4 ist wiederum ersichtlich, dass durch Temperaturschwankungen bedingte Relativ bewegungen zwischen Spiegel und Halterung durch Verformung der Blattfedern 21, 22 und 23 kompen siert werden und dank der starren Verbindung zwi schen den Blattfedern und den Elementen keine Dezentrierung des Elementes verursachen können.
Die Verbindung ist sehr stabil und widersteht Temperaturschwankungen sehr gut. Die dünne Wand der Näpfe erlaubt Schwankungen durch Ausdehnung oder Zusammenziehung zwischen den Näpfen und dem sie umgebenden Glas zu kompensieren, wodurch ein Lösen des Kittes und starke Beanspruchungen im optischen Element vermieden werden.