CH674420A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Fassung für optische Linsen eines Linsensystems innerhalb eines Fassungskörpers, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Linsenfassungen in Linsensystemen, wie z. B. in Objektiven, haben die Aufgabe, die einzelnen Linsen in einer bestimmten Distanz zueinander, in der korrekten axialen Position und in der korrekten Neigung, das heisst koaxial zur gemeinsamen Systemachse, zu halten. Abweichungen jeder Linse bezüglich dieser drei Hauptkriterien haben unerwünschte Systemfehler zur Folge. Dabei wirken sich Fehler der einzelnen Linsen nicht gleich stark aus. Bestimmte Linsen sind an Systemfehlern stärker beteiligt als andere. In besonderem Mass machen sich Justierfehler in hochpräzisen Linsensystemen mit einer Vielzahl von Einzellinsen bemerkbar. Solche Systeme verlangen z. B. eine axiale Ausrichtung einzelner Linsen in der Grössenordnung von 0,5 bis 3,0 |im. Diese Werte lassen sich bei Verwendung von herkömmlichen Fassungen nur noch mit beträchtlichem Justieraufwand von besonders geschultem Personal beherrschen.

Unter der Voraussetzung, dass die Einzellinsen des Systems hinsichtlich ihrer optischen Werte im Rahmen vorgegebener Fertigungstoleranzen liegen, sind bei der Justage des Gesamtsystems im wesentlichen die Fehlereinflüsse des fertigungsbedingten mechanischen Grundspiels zu berücksichtigen.

Dieses setzt sich aus der gesamten Masstoleranz der Linsenaufnahme im Fassungskörper und dem Linsenaussendurchmes-ser, ferner aus der Formtreue dieser Teile sowie aus der Messunsicherheit bei der Erfassung ihrer Masse zusammen, ergänzt schliesslich durch die Dilatationen dieser Teile unter Tempera-tureinfluss. Beispielsweise übt der Reinigungsvorgang der Einzellinsen mit einer Reinigungsflüssigkeit wegen der entstehenden Verdunstungskälte bereits ëinen erheblichen Temperaturein-fluss aus, der aber wiederum je nach Glassorte oder Oberflächenqualität der Linsen verschieden gross ist.

Der Justiervorgang grösserer Linsensysteme wird ganz erheblich dadurch erschwert, dass bei Korrektur einer Linse häufig auch benachbarte Linsen aus ihrer Halterung vorübergehend entfernt oder verschoben werden müssen und diese anschliessend nicht mehr reproduzierbar positioniert werden können. Dadurch wird nicht selten der Gesamtfehler des Systems vergrös-sert anstatt verkleinert, so dass der letzte Justierschritt wiederholt werden muss, oder - sofern dies überhaupt möglich ist -durch Justierung anderer Linsen kompensiert werden muss.

Es sind bereits Lösungsansätze zur Beherrschung der Probleme bekannt, wie sie bei der Fassung von Linsensystemen auftreten. Die bekannten Lösungen betreffen jedoch immernur Teilprobleme, ohne die Gesamtheit der Fehlerquellen, insbesondere bei den oben genannten äusserst strengen Masstoleranzen, zu berücksichtigen. Dadurch können zwar singuläre Verbesserungen hinsichtlich einzelner Systemparameter erreicht werden, nicht jedoch eine systematische Fehlerkompensation an hochpräzisen, aus einer Vielzahl von Linsen zusammengesetzten Systemen.

So ist aus der GB-PS 1528 084 eine federnde Lagerung der Einzellinsen in axialer Richtung bekannt. Dabei werden die Linsen spielfrei an eine Auflage im Fassungskörper gepresst, wobei auf der Gegenseite der Auflage, in axialer Richtung gesehen, ein Federring vorzugsweise an einzelnen Punkten der Linsenfläche angreift und damit den Linsenkörper gegen die Auflage drückt. Sind die Linsen einmal im Fassungskörper montiert, lassen sie sich anschliessend nicht mehr fein-justieren, wie dies für hochpräzise Systeme erforderlich ist.

Andererseits ist aus FR-OL 2 428 852 eine Fassung mit einem Federring bekannt, der an der Peripherie des Linsenkörpers angreift und den Linsenkörper axial bezüglich des Fassungskörpers zentrieren soll. Damit soll ein Achsenversatz zwischen der optischen Achse der Linse und der mechanischen System-Achse aufgefangen werden. Auch dieser Vorschlag genügt nicht zur reproduzierbaren Beseitigung von Systemfehlern, die sich durch fertigungsbedingte Toleranzen der Einzellinsen einstellen, insbesondere bei den oben genannten hohen Genauigkeitsanforderungen.

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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fassung für diametral ergänzen. Dabei zeigt Fig. 1 ein von aussen an den ein optisches Linsensystem dahingehend zu verbessern, dass eine Tubus 1 angesetztes einstellbares Federelement 6, welches auf systematische und reproduzierbare Korrektur von fertigungsbe- die Peripherie einer zu justierenden Linse 2 einwirkt. Entspre-

dingten Toleranzen mit vertretbarem Aufwand ermöglicht wird, chend zeigt Fig. 2 auf der diametral gegenüberliegenden Seite der so dass sich das Linsensystem systematisch auf optimale Abbil- 5 Linse 2 einen Mikrometeransatz 7, mit welchem sich die Linse 2 dungseigenschaften justieren lässt, ohne dass sich bei der Korrek- gegen den Federdruck des Federelements 6 längs der der Koordi-

tur einer Linse der Gesamtfehler des Systems dadurch vergrös- natenachse verschieben lässt.

sern kann, dass benachbarte Linsen aus ihrer Halterung vorüber- Im einzelnen enthält das Federelement 6 eine Stellschraube, gehend entfernt oder verschoben werden müssen und danach z. B. eine Rändelschraube 10, welche über ein Feingewinde 11 in nicht mehr reproduzierbar positioniert werden können. Ausser- io einem Federgehäuse 12 geführt ist. Das Federgehäuse ist am dem soll durch die Art der Linsenfassung das Auftreten von Tubus 1 abnehmbar befestigt, im Beispiel über zwei zur Tubusmechanischen Spannungen am Linsenkörper besser ausgeschal- achse konzentrische Ringpartien 13 und 14. Im Inneren des tet werden als mit bekannten Fassungstypen. Federgehäuses ist die Stellschraube mit einem Führungsdorn 15

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentan- versehen, auf welchem eine Feder 16 geführt ist. Die Feder 161" bt sprach 1 definierten Merkmale gelöst. 15 eine bezüglich der Stellschraube axiale Druckkraft auf einenKol-

Durch diese Massnahmen wird eine überraschend zuverläs- ben 17 aus. Der Kolben ist in dem Federgehäuse 12 geführt.

sige und zweckmässige Justiermöglichkeit derjenigen Einzellin- Durch eine Öffnung 18 im Federgehäuse 12 wirkt die Spitze des sen des Systems erreicht, welche die optischen Eigenschaften des Kolbens 17 auf einen Stellstift 19, welcher direkt an der Periphe-

Systems entscheidend beeinflussen. Durch Trennung von Halte- rie der Linse 2 anliegt. Der Stellstift 19 ist in einer Hilfsschraube rangs- und Justierfunktion an der gleichen Vorrichtung wird die 20 20 axial beweglich im Tubus 1 geführt.

Formtreue der einzelnen Linsen erhalten, so dass sich mecha- Auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Tubus 1 ist nisch oder thermisch bedingte Formänderungen der Einzellinsen gemäss Fig. 2 koaxial zum Stellstift 19 ein zweiter Stellstift 21

in Grenzen halten bzw. präzis kalkulierbar sind, insbesondere vorgesehen, welcher ebenfalls an der Peripherie des Linsenkör-

wenn das Material der Fassungselemente hinsichtlich seines pers 2 anliegt. Auch dieser zweite Stellstift 21 ist in einer zweiten temperaturbedingten Ausdehnungsverhaltens auf das Linsenma-25 Hilfsschraube 22 im Tubus 1 geführt. Ferner sind auch auf dieser terial abgestimmt ist. Trotzdem ist eine sehr genaue Justierung Seite an den Ringpartien 13 und 14 Mittel zum lösbaren Ansetzen des Linsensystems auf einfache Weise möglich, so dass sich eines Zusatzelementes vorgesehen. Anstelle des Federgehäuses

Restfehler der optischen Abbildung des Linsensystems, wie z.B. 12 mit dem Federelement 6 ist auf dieser Seite ein Mikrometeran-

Achsenastigmatismus oder Bildfeldwölbung, praktisch vollstän- satz 23 vorgesehen, welcher an der Übergangsstelle zum zweiten dig kompensieren lassen. 30 Stellstift 21 ähnlich ausgebildet ist wie das Federelement 6.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Aus- Mit Hilfe des Mikrometeransatzes 23 lässt sich der Linsenkör-führungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. per 2 gegen die Vorspannkraft des Federelementes 6 genau in die Es zeigen: gewünschte Position bringen. Der Linsenkörper kann unter dem Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch die Vorrichtung mit Einfluss des Mikrometeransatzes 23 einerseits und dem Federangesetztem, zur Justiereinrichtung gehörenden Federelement; 35 element andererseits die gewünschte Bewegung parallel zur

Fig. 2 einen Schnitt, der die radial gegenüberliegende Seite Achse der Stellstifte 19 und 21 durchführen. Der Mikrometerander Vorrichtung mit einer angesetzten Einstellschraube zeigt, satz 23 wird z. B. aufgrund vorgegebener Korrekturwerte ver-

Fig. 3 den entsprechenden Schnitt mit der Darstellung einer stellt. Die tatsächliche Position des Linsenkörpers wird mit lösbaren Fixierbacke, und einem Lineargeber 9 überwacht, der durch die Rändelschraube Fig. 4 den Schnitt A-A nach Fig. 3. 40 10 hindurch, die am Kolben 17 anliegt. Diese z.B. in X-Richtung Die in den Figuren gezeigte Fassung weist als wesentliches vorgenommene Korrektur kann anschliessend durch eine entElement einen stabilen Tubus 1 auf, der als eigentliche mechani- sprechende Korrektur in Y-Richtung ergänzt werden, so dass sehe Basis dient. In dem Tubus 1 sind die zum System gehören- eine vollständige Korrektur der Linsenposition innerhalb der X-den Linsen 2,3, und 4 auf die später näher beschriebene Weise Y-Ebene möglich ist.Nach Durchführung der Korrekturbewe-eingesetzt. Einzelne ausgewählte Linsen werden durch eine in 45 gungen wird die endgültige Positionierung des Linsenkörpers den Tubus integrierte bzw. an diesen angesetzte Hilfsvorrichtung durch Betätigen einer im folgenden näher beschriebenen Fixier-in ihrer Linsenebene fein ausgerichtet und anschliessend fixiert. Vorrichtung fixiert. Danach können die an den Tubus 1 angesetz-Das Ausrichten oder Justieren und das Fixieren sind dabei ten Hilfsmittel, nämlich die Federelemente 6 und die Mikrome-innerhalb der Vorrichtung und damit von ihrer Funktion her teransätze 23 entfernt werden.

voneinander getrennt. so Eine zur Fixation geeignete Vorrichtung wird beispielsweise

Beim Justieren greift eine koordinatenorientierte Feinein- anhand von Fig. 3 beschrieben. An mehreren, im Beispiel drei,

Stellvorrichtung unter Vorspannung an der Linsenperipherie an. ausgewählten Bereichen des Tubus-Umfangs sind lösbare

Durch definiertes Feinverschieben des Linsenkörpers gegenüber Klemmbacken 30 angebracht, welche den Linsenkörper 2 ela-

dem Tubus, beispielsweise in der X- und Y-Achse eines in der stisch gegen die Tubuswand pressen und damit reibschlüssig

Linsenebene liegenden karthesischen Koordinatensystems, wer- 55 fixieren. Diese Fixierung erfolgt durch definierten Druck auf die den optische Fehler dieser Linse auf das System minimiert. Nach Planfläche des Linsenkörpers 2, und nicht durch Druck auf die

Beendigung dieses Justiervorganges wird die Linse in der korri- Peripherie des Linsenkörpers, wie bei dem zuvor beschriebenen gierten Position fixiert. Die Fixierung erfolgt durch elastisches Justiervorgang.

Anpressen des Linsenkörpers an den Tubus, und zwar durch In einer inneren Aussparung 31 des Tubus 1 ist ein Auflage-Anpressdruck, der auf die Linsenflächen gerichtet is t, also 60 ring 32 eingesetzt, an den der Linsenkörper 2 anzuliegen kommt, senkrecht zur Verstellrichtung beim Justieren verläuft. Vorzugs- Von der anderen Seite des Linsenkörpers her stossen die Klemmweise wird der Linsenkörper nur an wenigen, z. B. an drei Stellen backen 30 mit aufgesetzten elastischen Pufferkörpern 33 gegen mit Hilfe von Fixierbacken elastisch gehalten. den Linsenkörper 2 und pressen ihn so gegen den Auflagering 32

Einzelheiten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels werden am Tubus 1. Die Pufferkörper bestehen z. B. aus Neopren.

im folgenden erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Justierein- 65 Erreicht wird diese Befestigung mit Hilfe einer Führung, z. B.

richtungfür eine Koordinatenachse, z. B. für die X-Achse eines einer Gleitführung 34, welche zwischen den Ringpartien 13 und rechtwinkligen zweidimensionalen Koordinatensystems. Die 14 am Tubus verläuft. Entlang dieser Gleitführung 34 kann die beiden Figuren stellen zwei Halbschnitte dar, die einander Klemmbacke 30 mit Hilfe einer Stellschraube 35 parallel zur

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Achse des Objektivs bewegt werden, bis die Pufferkörper 33 den Derartig gefasste Objektive haben Querbeschleunigungen von Linsenkörper 2 mit der gewünschten Spannkraft elastisch gegen 20 g vollkommen schadlos überstanden. Sie eignen sich daher den Auflagering 32 am Tubus 1 pressen. Soll die Linse später unter anderem vorzüglich für den Einsatz in Flug- oder Satelli-

zwecks Restfehlerkompensation nachjustiert werden, so ist diese tenbeobachtungsgeräten, insbesondere aber auch für Projek-Fixierung jederzeit lösbar. Als Positioniersicherung wird nach s tionsoptiken der Mikrolitographie.

erfolgreicher Endprüfung anstelle der Hilfsschrauben 20 und 22 Die am Beispiel eines einzigen Linsenkörpers beschriebene eine geeignete Sicherungsschraube direkt an die Linsenperiphe- Justier- und Fixiereinrichtung wird bei grösseren Linsensystemen rie leicht angestellt und versiegelt. mit Vorteil an mehreren, und zwar an denjenigen Linsen des

Die beschriebene Fixierung und Sicherung ist aussergewöhn- Systems bzw. des Objektivs vorgesehen, welche die Gesamteilich wirkungsvoll, wobei die Position des Linsenkörpers bezüg- io genschaften des Systems besonders empfindlich beeinflussen.

lieh der X-Y-Koordinaten im Submikronbereich beibehalten Andere Linsen werden direkt im Tubus bzw. Fassungskörper wird. Die Formtreue der auf diese Weise fixierten Linse wird im fixiert.

Gegensatz zu vielen anderen Fassungsmethoden auch bei extrem Vorteilhaft bei der Montage und bei der anschliessenden hohen Genauigkeitsansprüchen beibehalten, insbesondere wenn Justierung ist die lösbare Fixierung der verstellbaren Linsen, so das Material der Fassungselemente hinsichtlich seines tempera- 15 dass nicht an sich einwandfrei justierte Linsen aus ihrer Fassung turbedingten Ausdehnungsverhaltens auf das Linsenmaterial herausgenommen werden müssen, um an die zu verstellende abgestimmt ist. Als besonders geeignet haben sich Nickel-Eisen- Linse heranzukommen, wodurch dann häufig neue Systemfehler Legierungen für den Tubus bzw. Fassungskörper 1 erwiesen. durch die später wieder eingesetzten Linsen entstanden sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

674 420 PATENTANSPRÜCHE

1. Fassung für optische Linsen eines Linsensystems innerhalb eines Fassungskörpers, wobei Linsen unter elastischer Vorspannung im Fassungskörper gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung mindestens im Bereich einer Linse des Linsensystems mit einer an der Linsenperipherie angreifenden koordinatenorientierten Justiereinrichtung (21,23,19,6) versehen ist, welche elastisch an der Peripherie des Linsenkörpers angreift, und dass lösbare Fixiereinrichtungen (30,32,33,34,35) zum Andrücken der Linse an den Fassungskörper (1) unter Ausübung eines elastischen Anpressdruckes auf die Planfläche der Linse (2) vorgesehen sind.

2. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die koordinatenorientierte Justiereinrichtung (21,23,19,6) aus einem an den Fassungskörper (1) lösbar ansetzbaren Federelement (6) besteht, welches über ein bezüglich des Linsenkörpers (2) radial verschiebbares Kupplungselement (19) mit der Peripherie des Linsenkörpers in Verbindung steht, und dass auf der diametral gegenüberliegenden Seite eine ebenfalls an der Peripherie des Linsenkörpers angreifende Feineinstellvorrichtung (21,23) vorgesehen ist, welche dem Federelement entgegenwirkt.

3. Fassung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement als Stellstift (19) ausgebildet ist, welcher in einer hülsenartigen Hilfsschraube (20) am Fassungskörper (1) axial beweglich geführt ist.

4. Fassung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feineinstellvorrichtung (21,23) über einen zweiten Stellstift (21) an der Peripherie des Linsenkörpers (2) angreift, wobei die Achse des Stellstiftes radial bezüglich des Linsenkörpers (2) verläuft, und dass der zweite Stellstift in einer zweiten hülsenartigen Hilfsschraube (22) am Fassungskörper (1) geführt ist.

5. Fassung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6) und die Feineinstellvorrichtung (23) an gemeinsamen, längs des Umfangs des Fassungskörpers (1) vorgesehenen Befestigungspartien (13,14) angebracht sind.

6. Fassung nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, dass auch die lösbaren Fixiereinrichtungen (30,32-35) an den B efesti-gungspartien (13,14) angebracht sind.

7. Fassung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungspartien (13,14) ringförmig ausgebildet sind, welche mit einem tubusförmigen Fassungskörper (1) ein integrales Bauteil bilden.

8. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbaren Fixiereinrichtungen (30,32,33,34,35) aus mehreren, längs des Linsenumfanges verteilten Klemmbacken (30) bestehen, welche parallel zur optischen Achse des Linsensystems verstellbar sind.

9. Fassung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbacken (30) mit elastischen Pufferkörpern (33) versehen sind, welche an der Planfläche des Linsenkörpers (2) reibschlüssig anliegen.

10. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fassungskörper aus einem Material besteht, dessen temperaturbedingtes Ausdehnungsverhalten weitgehend demjenigen der verwendeten Linsengläser, mindestens der feinregulierbaren Linsen (2) entspricht.