CH674583A5

CH674583A5 -

Info

Publication number: CH674583A5
Application number: CH196687A
Authority: CH
Inventors: Max Appius
Original assignee: Wild Leitz Ag
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1990-06-15
Also published as: DE3730094A1; DE3730094C2; WO1988009520A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Fassung für optische Elemente, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. DESCRIPTION The invention relates to a holder for optical elements, according to the preamble of patent claim 1.

Solche Fassungen dienen der präzisen mechanischen Halterung von optischen Elementen, z. B. den Linsen eines Objektivs, in genau bestimmten Positionen innerhalb eines optischen Systems, und zwar in mehrfacher Hinsicht: Durch die Fassung werden z. B. die Linsen eines Objektivs in einer bestimmten Distanz zueinander gehalten, ferner in der korrekten radialen Position, in welcher das Linsenzentrum mit der optischen Achse des Systems zusammenfällt, sowie in der korrekten Neigung der Linsenebene rechtwinklig zur optischen Achse des Systems. Insbesondere bei Hochleistungsobjektiven haben schon geringfügige Abweichungen einer Linse bezüglich eines dieser drei Hauptkriterien unerwünschte Systemfehler zur Folge. In Linsensystemen erfolgt daher nach dem Zusammenbau eine Feinkorrektur der Lin-s senjustierung, bei welcher einzelne, insbesondere das System kritisch beeinflussende Linsen hinsichtlich ihrer Relativposition korrigiert werden. Nur durch diese Massnahmen lässt sich der Gesamtfehler eines Linsensystems unter Berücksichtigung aller Fertigungstoleranzen der einzelnen Linsen sowie io der beteiligten mechanischen Bauteile optimal korrigieren. Von besonderem Einfluss bei der Korrektur im zusammengebauten Zustand eines Hochleistungsobjektivs ist die korrekte Linsenneigung, also die Lage der Linsenebene rechtwinklig zur optischen Achse des Systems. Ebenso ist die Zentrierung 15 des Linsenkörpers zur optischen Achse von erheblichem Einfluss auf die Genauigkeit des Systems. Such sockets serve the precise mechanical mounting of optical elements, eg. B. the lenses of a lens, in precisely defined positions within an optical system, in several ways. B. the lenses of a lens at a certain distance from each other, further in the correct radial position in which the lens center coincides with the optical axis of the system, and in the correct inclination of the lens plane perpendicular to the optical axis of the system. In the case of high-performance lenses in particular, slight deviations of a lens with respect to one of these three main criteria result in undesirable system errors. In lens systems, therefore, after assembly, the lens adjustment is fine-tuned, in which individual lenses, in particular those that critically influence the system, are corrected with regard to their relative position. Only through these measures can the total error of a lens system be optimally corrected, taking into account all manufacturing tolerances of the individual lenses and io of the mechanical components involved. Correct lens inclination, i.e. the position of the lens plane perpendicular to the optical axis of the system, is particularly important when correcting when a high-performance lens is assembled. Centering 15 of the lens body relative to the optical axis also has a significant influence on the accuracy of the system.

Gemäss dem Stand der Technik werden die Linsen von Präzisionsobjektiven in sehr genau hergestellte Fassungen eingesetzt bzw. eingepasst. Die Abstände der Einzellinsen 20 werden durch fixe oder abstimmbare Zwischenringe gewährleistet. Statt des direkten Einfügens der Linsen in eine Gesamtfassung sind auch Hilfsfassungen für die Einzellinsen bekannt, in welche die Linsen mit Hilfe mechanischer Mittel, durch Einkleben oder sonstige Haftmittel eingebettet 25 werden. Dabei sind auch Vorrichtungen bekannt, um die Einflüsse der unterschiedlichen Materialien, z. B. bezüglich ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten, auszugleichen, ohne dass die Linsenkörper dabei Schaden nehmen oder die optischen Eigenschaften des Systems unzulässig verändert 30 werden. Für das Einbauen der aus Linse und Hilfsfassung bestehenden Kombination in die Hauptfassung gelten bezüglich der Genauigkeit des Gesamtsystems die gleichen Kriterien wie anfangs allgemein erwähnt. Die gewünschten Abstände zwischen den Einzelelementen werden z. B. durch 35 entsprechende Gestaltung der Hilfsfassungen oder durch nicht verstellbare Distanzelemente eingestellt. Beispiele für Linsensysteme, welche nach dem zuletzt erwähnten Prinzip aufgebaut sind, sind aus der DE-OS 15 72 729 bekannt. According to the state of the art, the lenses of precision lenses are inserted or fitted into very precisely manufactured frames. The distances between the individual lenses 20 are ensured by fixed or adjustable intermediate rings. Instead of directly inserting the lenses into an overall frame, auxiliary frames for the individual lenses are also known, in which the lenses are embedded 25 with the aid of mechanical means, by gluing or other adhesive means. Devices are also known to the influences of different materials, for. B. in terms of their coefficient of thermal expansion, to compensate without the lens body being damaged or the optical properties of the system being changed inadmissibly 30. For the installation of the combination consisting of lens and auxiliary frame in the main frame, the same criteria apply with regard to the accuracy of the overall system as were initially mentioned. The desired distances between the individual elements are such. B. by 35 corresponding design of the auxiliary frames or by non-adjustable spacer elements. Examples of lens systems which are constructed according to the principle mentioned last are known from DE-OS 15 72 729.

Aus GB-PS 1 528 084 ist eine federnde Lagerung von Ein-40 zellinsen 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 45 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. From GB-PS 1 528 084 a resilient mounting of single-40 cell lenses in the axial direction is known. The lenses are pressed without play against a support in the frame body, a spring ring acting on the opposite side of the support, viewed in the axial direction, preferably at individual points on the lens surface and thus pressing the lens body against the support. Once the lenses have been mounted in the frame, they can no longer be fine-tuned, as is required for high-precision systems.

Andererseits ist aus FR-OL 2 428 852 eine Fassung mit so einem Federring bekannt, der an der Peripherie des Linsenkörpers angreift und den Linsenkörper axial bezüglich des Fassungkörpers zentrieren soll. Damit soll ein Achsenversatz zwischen der optischen Achse der Linse und der mechanischen System-Achse aufgefangen werden. Dieser Vorschlag 55 genügt nicht zur reproduzierbaren Feinkorrektur von On the other hand, a frame with such a spring ring is known from FR-OL 2 428 852, which acts on the periphery of the lens body and is intended to center the lens body axially with respect to the frame body. This is intended to compensate for an axis offset between the optical axis of the lens and the mechanical system axis. This proposal 55 is not sufficient for the reproducible fine correction of

Systemfehlern, die sich durch fertigungsbedingte Toleranzen der Einzellinsen einstellen, insbesondere bei den oben genannten hohen Genauigkeitsanforderungen. System errors that arise due to manufacturing tolerances of the individual lenses, especially with the high accuracy requirements mentioned above.

Insgesamt genügt keine der bisher vorgeschlagenen 60 Lösungen zur Feineinstellung einzelner Elemente eines optischen Systems bezüglich der eingangs erwähnten Kriterien, wie dies z. B. für die Linsen von Hochleistungsobjektiven erforderlich ist. Overall, none of the 60 solutions proposed so far for fine-tuning individual elements of an optical system with respect to the criteria mentioned at the outset is sufficient. B. is required for the lenses of high performance lenses.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fassung 65 für optische Elemente zu schaffen, welche das individuelle Justieren von optischen Einzelelementen innerhalb eines optischen Systems erlaubt, um die Elemente äusserst genau zentrieren zu können und sie insbesondere bezüglich des It is an object of the present invention to provide a holder 65 for optical elements, which allows the individual adjustment of individual optical elements within an optical system, in order to be able to center the elements very precisely, and in particular with respect to the

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Winkels zur optischen Achse des Systems ausrichten zu können. Align angle to the optical axis of the system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in Patentanspruch 1 definierten Merkmale gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features defined in claim 1.

Durch diese Massnahme lassen sich einzelne optische Elemente besonders einfach und zuverlässig ausrichten, wobei die Justierung im zusammengebauten Zustand des Systems von aussen erfolgen kann. Dadurch wird die Justierung insbesondere von Hochleistungsobjektiven erheblich vereinfacht und die Zuverlässigkeit für eine optimale Justierhaltung erhöht. This measure allows individual optical elements to be aligned particularly easily and reliably, and the adjustment can be carried out from the outside when the system is assembled. This considerably simplifies the adjustment, in particular of high-performance lenses, and increases the reliability for optimal adjustment.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with the aid of preferred exemplary embodiments with the aid of the drawings. Show it:

Fig. 1A und 1B Schnitt und Aufsicht für ein erstes Ausführungsbeispiel einer Linsenfassung, 1A and 1B section and top view for a first embodiment of a lens frame,

Fig. 2 eine exzentrische VerStelleinrichtung gemäss Fig. 1, 2 shows an eccentric adjusting device according to FIG. 1,

Fig. 3 A und 3B Schnitt und Aufsicht für ein zweites Ausführungsbeispiel, 3 A and 3B section and top view for a second embodiment,

Fig. 4 eine Teilansicht der Justiereinrichtung für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 A und 3B, und Fig. 4 is a partial view of the adjusting device for the embodiment of FIGS. 3 A and 3B, and

Fig. 5 A und 5B Schnitt und Aufsicht für eine Justiereinrichtung einer Hilfsfassung in einer Hauptfassung. 5 A and 5B section and top view for an adjusting device of an auxiliary frame in a main frame.

Die im folgenden anhand der Beispiele näher beschriebene Erfindung sieht im wesentlichen eine Hilfsfassung vor, welche wiederum in eine Hauptfassung eingesetzt ist. Die Hilfsfassung weist dabei VerStelleinrichtungen zum Justieren in drei Freiheitsgraden auf. Insbesondere ist sie mit Justierelementen für die Winkelausrichtung des gefassten optischen Elementes und für die individuell einstellbare gegenseitige Abstandshaltung längs der optischen Achse versehen. The invention described in more detail below with reference to the examples essentially provides an auxiliary version, which in turn is inserted into a main version. The auxiliary frame has adjustment devices for adjustment in three degrees of freedom. In particular, it is provided with adjusting elements for the angular alignment of the mounted optical element and for the individually adjustable mutual spacing along the optical axis.

Vorzugsweise befinden sich zwischen der Hilfsfassung und der Hauptfassung zweite Justiermittel, so dass die Hilfsfassung mit dem optischen Element relativ zur Hauptfassung in den drei restlichen Freiheitsgraden, insbesondere in eine Ebene senkrecht zur optischen Achse, also z. B. in X- und Y-Richtung, mit der optischen Systemachse als Z-Achse, justierbar ist. Preferably, there are second adjustment means between the auxiliary mount and the main mount, so that the auxiliary mount with the optical element relative to the main mount in the three remaining degrees of freedom, in particular in a plane perpendicular to the optical axis, that is to say e.g. B. in the X and Y directions, with the optical system axis as the Z axis, is adjustable.

Gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1A und 1B ist eine Linse 1 in einer Hilfsfassung 2 gefasst. An der äusseren Peripherie der Hilfsfassung 2 sind im Beispiel drei exzentrische Versteileinrichtungen 4A, 4B und 4C vorgesehen. Der Exzenter dieser VerStelleinrichtung liegt an eine Basis 3 an, welche im bevorzugten Beispiel durch die später näher beschriebene Hauptfassung dargestellt wird. Eine Druckfeder 5 im Bereich jeder der exzentrischen Versteileinrichtungen 4 sorgt für einen Gegendruck auf die Hilfsfassung 2, wodurch die VerStelleinrichtung spielfrei gegen die Basis 3 gedrückt wird. According to a first exemplary embodiment according to FIGS. 1A and 1B, a lens 1 is held in an auxiliary frame 2. In the example, three eccentric adjusting devices 4A, 4B and 4C are provided on the outer periphery of the auxiliary frame 2. The eccentric of this adjusting device rests on a base 3, which is represented in the preferred example by the main version described in more detail later. A compression spring 5 in the area of each of the eccentric adjusting devices 4 provides counter pressure on the auxiliary mount 2, as a result of which the adjusting device is pressed against the base 3 without play.

Im bevorzugten Beispiel hat der Exzenter der VerStelleinrichtung die Form einer archimedischen Spirale. Wie Fig. 2 zeigt, ist die VerStelleinrichtung 4 mit einem Schlitz 6 versehen, so dass sich die VerStelleinrichtung 4 von aussen mit einem geeigneten Werkzeug, z. B. mit einem Schraubenzieher, verstellen lässt. In the preferred example, the eccentric of the adjusting device has the shape of an Archimedean spiral. As shown in FIG. 2, the adjusting device 4 is provided with a slot 6, so that the adjusting device 4 can be moved from the outside with a suitable tool, e.g. B. can be adjusted with a screwdriver.

Durch Einzelverstellung einer der drei Versteileinrichtungen 4A, 4B, 4C lässt sich die Linsenebene rechtwinklig zur optischen Achse Z des Systems justieren. Durch gemeinsame gleichgerichtete Verstellung aller drei Verstelleinrich-tungen 4A, 4B, 4C lässt sich die Distanz zum nächsten Element des Systems regulieren. Die gemeinsame Verstellung s kann beispielsweise durch eine nicht näher dargestellte Hilfsvorrichtung erfolgen, welche gleichzeitig in die Schlitze 6 der drei Versteileinrichtungen 4A, 4B, 4C eingreift und eine koordinierte Verstellung vornimmt. The lens plane can be adjusted at right angles to the optical axis Z of the system by individually adjusting one of the three adjusting devices 4A, 4B, 4C. The distance to the next element of the system can be regulated by means of common, uniform adjustment of all three adjustment devices 4A, 4B, 4C. The common adjustment s can be carried out, for example, by an auxiliary device (not shown in more detail) which simultaneously engages in the slots 6 of the three adjusting devices 4A, 4B, 4C and carries out a coordinated adjustment.

Die Figuren 3 A, 3B und 4 zeigen ein weiteres Ausfüh-lo rungsbeispiel, in welchem die VerStelleinrichtungen als Kugeln 11 ausgebildet sind, welche in Kugelpfannen 12 und 13 an der Hilfsfassung 2 bzw. an der Basis 3 liegen. Gemäss Fig. 4 kann die Kugelpfanne 12 mit Hilfe eines Käfigs 14 direkt an der Hilfsfassung 2 angebracht sein. FIGS. 3A, 3B and 4 show a further exemplary embodiment in which the adjusting devices are designed as balls 11, which are located in ball sockets 12 and 13 on the auxiliary frame 2 and on the base 3, respectively. 4, the ball socket 12 can be attached directly to the auxiliary frame 2 with the aid of a cage 14.

ls Zum Justieren können entweder Kugeln mit unterschiedlichen Durchmessern in die einzelnen Pfannen eingesetzt werden, wodurch sich die Winkellage der Linsenebene gegenüber der optischen Achse Z einstellen lässt, oder es können alle Kugeln ersetzt werden durch neue Kugeln, deren 20 Durchmesser sich um den gleichen Betrag von den alten Kugeldurchmessern unterscheidet, um so den Abstand zu einem Nachbarelement auf den gewünschten Wert einzustellen. Sofern es sich im Einzelfall als zweckmässig erweist, können die Durchmesser der Kugeln konstant bleiben und 25 statt dessen die Kugelpfannen 12 bzw. 13 durch entsprechendes Abschleifen oder durch Aufweiten von Zentralbohrungen 15,16 verändert werden. ls for adjustment either balls with different diameters can be inserted into the individual pans, whereby the angular position of the lens plane in relation to the optical axis Z can be adjusted, or all balls can be replaced by new balls, the 20 diameters of which are equal to the old ball diameters in order to adjust the distance to a neighboring element to the desired value. If it proves to be expedient in the individual case, the diameter of the balls can remain constant and, instead, the ball sockets 12 and 13 can be changed by appropriate grinding or by widening central bores 15, 16.

Anstelle von Kugeln und Pfannen können auch beliebige andere Formelement-Paare mit ähnlichen Eigenschaften ver-30 wendet werden. Instead of balls and pans, any other pairs of shaped elements with similar properties can also be used.

Gemäss den Figuren 5A und 5B ist die in Fig. 5A strichpunktiert gezeichnete Hilfsfassung 22 in einer Hauptfassung 23 in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse Z justierbar. Zu diesem Zweck sind an der Hauptfassung zweite Verstell-35 einrichtungen 24A und 24B vorgesehen, welche durch diametral gegenüberliegende Druckfedern 25,26 ergänzt sind, so dass die Hilfsfassung 22 unter dem Einfluss der Druckfedern 25,26 gegen die zweiten Versteileinrichtungen 24A, 24B gepresst wird. Die zweiten Versteileinrichtungen 24A, 24B 40 können wiederum als Exzenter, vorzugsweise in Form von archimedischen Spiralen, ausgebildet sein. Über einen Schlitz 27 lassen sich die Exzenter von aussen, z. B. mit Hilfe eines Schraubenziehers, verstellen. Wie in Fig. 5B angedeutet, ergibt sich so eine Verstellmöglichkeit über die zweite 45 VerStelleinrichtung 24A in X-Richtung und über 24B in Y-Richtung. Ausserdem lässt sich die Hilfsfassung innerhalb der Hauptfassung um die optische Achse Z verdrehen. According to FIGS. 5A and 5B, the auxiliary mount 22 shown in dash-dot lines in FIG. 5A can be adjusted in a main mount 23 in a plane perpendicular to the optical axis Z. For this purpose, second adjustment devices 24A and 24B are provided on the main frame, which are supplemented by diametrically opposed pressure springs 25, 26, so that the auxiliary frame 22 is pressed against the second adjusting devices 24A, 24B under the influence of the pressure springs 25, 26 . The second adjusting devices 24A, 24B 40 can in turn be designed as eccentrics, preferably in the form of Archimedean spirals. About a slot 27, the eccentric from the outside, for. B. with the help of a screwdriver. As indicated in FIG. 5B, this results in an adjustment possibility via the second adjustment device 24A in the X direction and via 24B in the Y direction. In addition, the auxiliary frame can be rotated around the optical axis Z within the main frame.

Die Kontaktstellen zwischen den Versteileinrichtungen und den zu verstellenden Teilen sind von einwandfreier so Kinematischer Gestaltung. Z. B. sind sie als Gleitflächen an zwei um 90 Grad gegeneinander verdrehten Zylinderflächen ausgebildet, welche sich nur an genau einem Punkt berühren. The contact points between the adjusting devices and the parts to be adjusted are of perfect kinematic design. For example, they are designed as sliding surfaces on two cylinder surfaces rotated by 90 degrees with respect to one another, which only touch at exactly one point.

Insbesondere die Kombination Kugel/Pfanne erlaubt 55 einen spielfreien Kontakt zwischen den Verstellvorrich-tungen und den zu verstellenden Teilen und, vorzugsweise in Verbindung mit den Gegendruckelementen, eine exakte Positionshaltung, auch bei Schock- und Vibrationsbeanspruchung. In particular, the combination ball / socket allows 55 a play-free contact between the adjustment devices and the parts to be adjusted and, preferably in connection with the counter pressure elements, an exact position, even under shock and vibration loads.

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

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1. holder for optical elements belonging to an optical system with an optical axis, consisting of a main holder and an auxiliary holder for the optical element, the auxiliary holder having at least three support points in the outer circumferential area with which it is supported against other system components, characterized in that the support points are designed as first adjusting devices (4A, 4B, 4C) for the individual adjustment of the optical element (1) in relation to the other system components in three degrees of freedom and that between the auxiliary frame (2) and the main frame (3) second Adjustment devices (24A, 24B) are provided for adjusting the optical element (1) in three further degrees of freedom.

2. Socket according to claim 1, characterized in that the first adjusting devices (4A, 4B, 4C) are designed as eccentrically rotatable spacers.

3. Socket according to claim 2, characterized in that the first adjusting devices (4A, 4B, 4C) are designed as eccentrics in the form of an Archimedean spiral.

4. Socket according to claim 1, characterized in that the first adjusting devices have individual spacers (11) with centering properties.

5. Socket according to claim 4, characterized in that the first adjusting devices consist of balls with an individually selectable diameter, which can be clamped between ball sockets (12, 13), one ball socket being supported on the auxiliary frame and the other ball socket on a common reference element.

6. Socket according to claim 1, characterized in that the first adjusting devices (4A, 4B, 4C) are designed for double angular adjustment relative to the optical axis (Z) of the system and for longitudinal adjustment parallel to the optical axis.

7. Socket according to claim 1, characterized in that the second adjusting devices (24A, 24B) are designed for adjusting the optical element in a plane perpendicular to the optical axis, in particular for adjusting in right-angled X and Y coordinates if the optical axis represents the Z axis.

8. Socket according to claim 7, characterized in that the auxiliary frame 62) can be rotated about the optical axis (Z) within the main frame (3).

9. Socket according to claim 1, characterized in that the first or second adjusting devices (4A, 4B, 4C or 24A, 24B) are provided with ferelastic pressure elements (5 or 25, 26) in order to ensure that the to ensure first or second adjusting device parts moving relative to each other.