DE10042844C1 - Radial justierbare Linsenfassung - Google Patents

Abstract

Radial justierbare Linsenfassung mit einem Fassungsring 1 einer Linse 3 und einer Vielzahl von Blattfederelementen 4, von denen jeweils ein Ende fest mit dem Fassungsring 1 verbunden ist und das andere Ende in einer an der Umfangsfläche der Linse 3 ausgebildeten Ringnut 5 zur Anlage kommt. Die Linsenfassung gewährt eine reibungsfreie und verkippungsfreie Justierung der Linse und haltert die Linse langzeitstabil unabhängig von thermischen und mechanischen Belastungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine radial justierbare Linsenfassung, wie sie aus FR 2428852 bekannt ist.

Linsenfassungen dienen der präzisen mechanischen Halterung von optischen Linsen in genauen Positionen innerhalb eines Linsensystems, d. h. in einer bestimmten Distanz und Ausrichtung zueinander. Insbesondere in Hochleistungsobjektiven können jedoch schon geringfügige Lageabweichungen einzelner Linsen unerwünschte Systemfehler zur Folge haben. Daher erfolgt nach dem Zusammenbau des Linsensystems eine Justierung zumindest der Linsen, deren Lageabweichung sich kritisch auf das Linsensystem auswirkt.

Nur durch diese Maßnahme lässt sich der Gesamtfehler des Linsensystems unter Berücksichtigung aller Fertigungstoleranzen der einzelnen Linsen sowie der mechanischen Bauteile optimal korrigieren.

Von besonderer Bedeutung bei der Justierung eines Hochleistungsobjektives ist die exakte Ausrichtung der Linsenebenen (senkrechte Ebene zur optischen Achse der Linse) zur optischen Achse des Linsensystems. Ebenso ist die Zentrierung der Linsen zur optischen Achse des Linsensystems von erheblichem Einfluss auf dessen Genauigkeit. Beides erreicht man durch eine zur optischen Achse radiale möglichst feinfühlige Justierung unter Vermeidung der Verkippung der Linse. Je nach Einsatz des optischen Systems kommen zusätzliche Forderungen hinzu bezüglich der thermischen Stabilität oder der Lagesicherung gegen mechanische Belastungen.

Dazu erforderliche Vorrichtungen können als radial justierbare Linsenfassungen zusammengefasst werden.

Die gefasste oder ungefasste Einzellinse wird in derartigen Vorrichtungen in Ihrer Linsenebene bezüglich einer mechanischen Basis, welche ein Linsentubus, eine Fassung oder eine in einer Hauptfassung justierbare Hilfsfassung sein kann, verschoben.

Dabei ist für die Genauigkeit der Justierung, die insbesondere durch eine feinfühlige Verschiebung und Fixierung der Linse ohne Dejustierung erreicht wird, entscheidend.

Aus der DE 37 12 179 A1 ist eine radial justierbare Linsenfassung bekannt, bei welcher ein Linsentubus die mechanische Basis für die Justierung darstellt.

Um 90° versetzt greifen am Umfang des Linsentubus zwei Hilfsvorrichtungen an, die jeweils aus einem sogenannten Federelement und einem diametral gegenüberliegend angeordneten, sogenannten Mikrometeransatz bestehen. Das Federelement und der Mikrometeransatz sind spezielle mechanische Baugruppen, die nach der Fixierung der justierten Linse mit Hilfe einer weiteren dafür vorgesehenen Vorrichtung, entfernt werden können, um sie für eine gleiche Justierung an anderer Stelle wiederzuverwenden. Die Verschiebung in eine Richtung erfolgt mittels Betätigung einer im Federelement geführten Stellschraube.

Die Gesamtlösung stellt einschließlich der Hilfsvorrichtung und der in den Linsentubus integrierten Vorrichtung zur Fixierung eine konstruktiv aufwendige Lösung dar. Für den Justiervorgang nachteilig ist, dass die Linse jeweils bei Verschiebung in einer Justierrichtung gegen durch die zweite Hilfsvorrichtung senkrecht zur Justierrichtung wirkende Kräfte verschoben wird. Die dabei erzeugte Reibung führt zu dem Effekt des Ruckgleitens und vermindert so die Feinfühligkeit der Justierung. Darüber hinaus garantiert die hier angegebene Vorrichtung zur Fixierung, die z. B. aus drei am Linsentubus angebrachten Klemmbacken besteht, keine verkippungsfreie Fixierung, da diese einzeln festgestellt werden.

Aus der DD 206 591 B1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Hilfslinsenfassung (mechanische Fassung) in einer kardanisch aufgehängten und rechtwinklig zur Achse des Linsentubus (Vorrichtungsachse) verstellbaren Hauptfassung (Halterung) radial verschiebbar angeordnet ist. Sowohl das Verschieben der Hilfslinsenfassung innerhalb der Hauptfassung als auch das Halten der Hilfslinsenfassung erfolgt über radial angreifende Verstellelemente. Da die Verstellelemente auch eine Haltefunktion haben, kommen als Verstellelemente nur mechanische Stellschrauben in Frage. Sie müssen zur Justierung alle gelöst werden, so dass die Hilfslinsenfassung während der Justierung verrutschen kann. Mit dem Anziehen der Stellschrauben wird die Linse fixiert. Damit es zu keiner Dejustierung während des Fixierens der Hilfslinsenfassung kommt, müssen die Stellschrauben nach dem Anlegen an die Hilfslinsenfassung mit gleichmäßiger Kraft angezogen werden, was praktisch schwierig erscheint.

Eine bezüglich der radialen Linsenjustierung mit der DD 206 591 B1 vergleichbare Lösung ist in OE-Reports, No. 67, p. 13, July 1989 published by SPIE beschrieben. Eine Hilfslinsenfassung mit zwei Planflächen, innerhalb derer die Linse fixiert ist, ist über Stellelemente innerhalb einer Hauptlinsenfassung senkrecht zur optischen Achse verstellbar. Die Hilfslinsenfassung liegt dabei mit einer der Planflächen auf einer Planfläche der Hauptlinsenfassung auf, so dass während der Justierung Reibung entsteht, was zum Ruckgleiten führen kann und so der Feinfühligkeit entgegenwirkt. Im Gegensatz zur vorhergenannten Lösung wird hier allerdings die einjustierte Lage durch das Einbringen von Klebstoff fixiert, d. h. eine Dejustierung beim Fixieren kann nicht passieren, da keine mechanischen Kräfte wirken. Allerdings ist damit auch die Justierung nicht reversibel.

In der DE PS 37 30 094 C2 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher eine in einer Hauptfassung verschiebbare Hilfsfassung durch eine senkrecht zur Verschieberichtung wirkende Federkraft mittelbar an eine Basisfläche angedrückt wird. Die diese Klemmverbindung bestimmenden Kräfte müssen bei einer Justierung, radial zur optischen Achse, überwunden werden und wirken somit der Feinfühligkeit entgegen.

Für alle genannten Lösungen erfolgt eine Justierung der Linse in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Justierrichtungen zu einer mechanischen Basis mittels Stellschrauben oder Gewindestiften. Dabei müssen während der Justierung in einer Justierrichtung die in die andere Richtung wirkenden Stellschrauben bzw. Gewindestifte entweder gelöst oder deren Andruckkraft überwunden werden. Beides ist für den Justiervorgang von Nachteil. Werden sie gelöst und haben sie neben der Justierfunktion auch eine Haltefunktion, dann kann es zur erneuten Dejustierung in der bereits einjustierten Richtung kommen.

Werden sie nicht gelöst entsteht Reibung, die zum Ruckgleiten führen kann. Für Lösungen, bei denen eine zusätzliche Vorrichtung zum Halten vorhanden ist, werden diese meist entweder erst nach Abschluss des Justiervorganges zur Wirkung gebracht (DE 37 12 179), oder deren Wirkung wird während des Justiervorganges wenigstens teilweise aufgehoben, wie aus der DE 44 00 869 bekannt.

In eine Hilflinsenfassung (Linsenfassung) sind hier Piezotranslatoren eingefügt, die während der Justierung eine Kraft erzeugen, die der zum definierten Halten der Hilfslinsenfassung in einer Hauptfassung (erste Fassung) erzeugten Andruckkraft entgegenwirkt und diese teilweise kompensiert, so dass ein Verschieben der Hilfslinsenfassung mit geringer radialer Kraftwirkung möglich ist. Auch bei dieser Lösung wird durch das Verschieben mechanischer Teile gegeneinander Reibung erzeugt, die zu dem bereits erwähnten Ruckgleiten führen kann.

Alle bisher aufgezeigten Lösungen sind über die genannten Kritikpunkte hinaus bei thermischen und oder mechanischen Belastungen mehr oder weniger nur bedingt einsetzbar.

Nahezu keine mechanische Reibung entsteht bei der Zentrierung einer Linse mit einer Fassung gemäß FR 2428852. Zwischen Linse und Fassung sind hier an der Umfangsfläche der Linse mittelbar anliegende Federelemente angeordnet, die eine nahezu gleichmäßig verteilte radial wirkende Federkraft zwischen der Fassung und der Linse bewirken und die Linse zur Achse der Fassung hin zentrieren sollen. Diese Federkraft kann mit einem fast vollständig die Linse umschließenden Federring unterschiedlicher Ausführung oder einer Vielzahl von einzelnen Federelementen, wie Druckfedern oder Blattformfedern erzeugt werden. Über eine mittelbar an der Linse angreifende Stellschraube kann eine Justierung in eine Richtung eingeleitet werden.

Da die Federelemente bei einer Beanspruchung quer zur Federachse eine deutlich geringere Steifigkeit als starre Elemente, wie z. B. eine Stellschraube haben, werden sie im Bereich kurzer Verstellwege eine Auslenkung erfahren, so dass keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Reibung an der Kontaktfläche zwischen der Linse und dem Federelement entsteht, die der Feinfühligkeit der Justierung entgegen wirken könnte.

Zur Justierung muss ein die Linse in ihrer Lage fixierender Vorschraubring gelöst werden, so dass eine derartige justierbare Fassung nur für eine ein Linsensystem begrenzende Linse verwendet werden kann, da sonst kein Zugriff auf den Vorschraubring möglich ist. Darüber hinaus ist eine Verdrehung der Linse beim Einschrauben des Vorschraubrings und eine damit bewirkte Dejustierung nicht zu vermeiden. Eine direkte messtechnische Erfassung des Verstellweges während der Justierung ist mit dieser Lösung nicht möglich.

Die Linsenfassung scheint geeignet für thermische Belastungen. Mechanische Belastungen wie Stöße in axialer Richtung werden ungedämpft auf die Linse übertragen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue radial justierbare Linsenfassung zu schaffen, die es gestattet, eine an beliebiger Stelle innerhalb eines Hochleistungsobjektives angeordnete Linse verkippungsfrei und mit hoher Feinfühligkeit radial zu justieren. Darüber hinaus soll die Linsenfassung temperaturstabil und mechanisch belastbar sein.

Diese Aufgabe wird für eine radial justierbare Linsenfassung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Federelemente Blattfederelemente sind, die an ihrem einen Ende mit der Fassung starr verbunden sind und an ihrem anderen Ende in eine an der Umfangsfläche der Linse vorhandene Ringnut eingreifen, wodurch die Linse radial und axial gehalten wird. Durch eine Biegung der Blattfederelemente am festen Ende haben die Blattfederelemente auch in axialer Richtung eine Federwirkung.

Zum Eingriff der Blattfederelemente in die Ringnut sind deren freie Enden als Krallen ausgebildet. Entsprechend ist das Blattfederelement gekröpft oder mit einer Wulst versehen. Ein besonders guter Halt wird erreicht, wenn das Ende des gekröpften Blattfederelementes bzw. die Wulst in ihrer Form an den Querschnitt der Nut angepasst ist.

Die Blattfederelemente weisen über ihre Länge, vorzugsweise nahe dem festen Ende eine Biegung auf. Im Bereich des freien Endes verlaufen die Blattfederachsen der vorgespannten Federn parallel zur Achse des Fassungsringes. Zwei diametral gegenüberangeordnete Blattfederelemente werden demnach bei einer Auslenkung gleichermaßen ausgelenkt, so dass es zu keiner Verkippung der Linse bei der Justierung kommen kann.

Für eine radiale Justierung in nur eine Richtung bedarf es nur einer Gewindebohrung im Fassungsring, durch welche ein Gewindestift auf eine ihm vorgeordnete Blattfederelemente einwirken kann. Mittels eines zweiten Gewindestiftes, der durch eine zweite um 90° zur ersten Gewindebohrung versetzt angeordnete Gewindebohrung geführt ist, wird eine radiale Justierung in zwei Richtungen und damit innerhalb einer Ebene möglich. Da die Blattfederelemente mit dem Einfügen der Linse in den Linsenring so vorgespannt werden, dass ihre Vorspannung über den gesamten Justierweg wenigstens teilweise erhalten bleibt, ist kein Gegenlager oder weiteres Stellelement erforderlich. Vorteilhafterweise kann jedoch den die Gewindestifte führenden Gewindebohrungen je eine weitere Bohrung diametral gegenüberliegend angeordnet sein, durch welche eine Messuhr an ein Blattfederelement angelegt werden kann, welches gegensinnig zu dem mittels Gewindestift ausgelenktem Blattfederelement ausgelenkt ist. Damit ist der Justierweg messtechnisch direkt erfassbar. Wählt man die Gewindestifte so, dass der innere Durchmesser der Gewindebohrung größer dem Durchmesser des Messfühlers der Messuhr ist, können alle Bohrungen als Gewindebohrungen mit gleichen Gewindeparametern ausgebildet sein. Dies erlaubt je nach besserer Zugänglichkeit die Einführung des Gewindestiftes oder der Messuhr.

Vorteilhafterweise wählt man Rechteckfedern, die dicht nebeneinander liegend die Linse gleichmäßig radial kraftschlüssig und axial formschlüssig halten.

Bei der erfindungsgemäßen Linsenfassung tritt während der Justierung keine Reibung zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen auf, sondern diese Relativbewegung zwischen Fassungsring und Linse wird über eine Quersauslenkung der Biegefederelemente kompensiert. Damit wird eine sehr feinfühlige Justierung möglich ohne ein Auftreten des Ruckgleitens.

Für die Langzeitstabilität ergeben sich zwei wertvolle Effekte, einerseits die ideale Eignung über große Temperaturbereiche, da es zu keinen Verspannungen infolge unterschiedlicher Materialausdehnung kommen kann und andererseits ein ständiger mechanischer Schutz der Linse durch die radial und axial gefederte Halterung der Linse, wodurch Stöße aus jeglicher Richtung nur gedämpft übertragen werden.

Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:

Fig. 1 Axialschnitt durch eine Linsenfassung

Fig. 2 Radialschnitt durch eine Linsenfassung gemäß Fig. 1

Fig. 3 Verschiedene Blattfederformen im Schnitt

Das in Fig. 1 dargestellte Schnittbild zeigt einen Fassungsring 1 mit zwei diametral gegenüberliegenden, durchgehenden Gewindebohrungen, einen Gewindestift 2, geführt in einer der Gewindebohrungen, eine Linse 3 mit einer am Umfang umlaufenden Ringnut 5 und einer Vielzahl von Blattfederelementen 4, die hier als axial geschlitztes, rohrförmiges Federelement am Fassungsring ausgebildet sind. Damit sind die Blattfederelemente 4 starr mit dem Fassungsring 1 verbunden und stellen in ihrer Wirkungsweise einseitig eingespannte Blattfedern dar, die jedoch durch eine Biegung eine zusätzliche Federwirkung in Richtung ihrer Blattfederachse aufweisen. Diese Biegung kann, wie hier in Fig. 1 dargestellt, eine 180° Biegung unmittelbar am festen Ende sein. Sie kann ebenso, wie in Fig. 3 dargestellt, eine 90° Biegung sein, wenn die Blattfederelemente an einem Absatz stirnseitig mit dem Fassungsring 1 verbunden ist. Sie könnte sich beispielsweise auch, wie ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich, an beliebig anderer Stelle zwischen dem festen und dem freien Ende des Blattfederelements 4 befinden und über eine größere Länge erstrecken. Am freien Ende ist eine Wulst ausgebildet in Richtung der Achse des Gewindestiftes 2. Wenn die Wulst auf der Achse des Gewindestiftes 2 liegt, wie dargestellt, wird die Kraft über den Gewindestift 2 direkt auf die Wulst und damit die Linsennut gerichtet. Greift der Gewindestift 2 unterhalb der Wulst am Blattfederelement 4 an (gemäß einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel), wodurch die Krafteinwirkung zur Nut einen Versatz erfährt, erfolgt der Kraftfluß über ein Stück der Blattfederlänge. Dies hätte den Vorteil, dass bei mechanischer Belastung der Linsenfassung auch Stöße in Richtung des Gewindestiftes 2 nur gedämpft auf die Linse 3 übertragen werden würden.

Fig. 2 zeigt einen Radialschnitt durch die beschriebene Linsenfassung. Dargestellt ist die um 90° versetzte Anordnung der Gewindestifte 2, denen jeweils gegenüberliegend auf gleicher Achse mit den Gewindestiften 2 eine Messuhr 7 zugeordnet ist. Damit die Gewindestifte 2 und die Messuhren 7 sämtlich mittig auf der Breite eines Blattfederelementes zur Anlage kommen, sind diese dicht nebeneinanderliegend angeordnet und ihre Anzahl ist ein Vielfaches von Vier. Durch eine höhere Anzahl von Blattfederelementen wird die Linse mit höherer Kraft gehalten. Nach der Justierung werden die Gewindestifte 2 gegen Verdrehung gesichert, um eine selbsttätige Dejustage zu vermeiden.

Claims (9)

1. Radial justierbare Linsenfassung mit einem Fassungsring (1), wenigstens einem Gewindestift (2), der im Fassungsring in einer radial verlaufenden Gewindebohrung geführt ist, einer Linse (3) und mehreren vorgespannten Federelementen, die um den Linsenumfang verteilt angeordnet sind und deren eines Ende jeweils mit dem Fassungsring (1) und deren anderes Ende jeweils mit der Linse (3) in Verbindung steht dadurch gekennzeichnet,
dass die Federelemente einseitig eingespannte gebogene Blattfederelemente (4) mit einer Blattfederachse (6) sind, wobei die Einspannung durch eine feste Verbindung mit dem Fassungsring (1) realisiert ist,
dass die Linse (3) eine umlaufende Ringnut (5) aufweist,
dass die Blattfederachsen (6) im Bereich der freien Enden der vorgespannten Federelemente (1) im wesentlichen parallel zur Achse des Fassungsringes (1) verlaufen und die freien Enden der Federelemente in die Ringnut (5) eingelegt sind und
dass jeder Gewindestift (2) auf ein Federelement wirkt.

2. Radial justierbare Linsenfassung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfederelemente (4) an ihren freien Enden gekröpft sind.

3. Radial justierbare Linsenfassung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfederelemente (4) an ihren freien Enden eine Wulst aufweisen, die in ihrer Form der Ringnut (5) angepasst ist.

4. Radial justierbare Linsenfassung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestifte (2), die Wulst und die Ringnut (5) in einer Ebene liegen.

5. Radial justierbare Linsenfassung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente paarweise gegenüberliegend angeordnet sind.

6. Radial justierbare Linsenfassung nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass im Fassungsring (1) genau zwei Gewindestifte (2) um 90° zueinander versetzt vorhanden sind, denen jeweils diametral gegenüberliegend eine weitere Gewindebohrung zugeordnet ist, in welche während der Justierung eine Messuhr (7) eingeführt werden kann.

7. Radial justierbare Linsenfassung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebohrungen sämtlich die gleichen Gewindemaße aufweisen, um abhängig von der Zugänglichkeit der Einführung der Gewindestifte (2) und der Messuhr (7) entscheiden zu können.

8. Radial justierbare Linsenfassung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfederelemente (4) Rechteckfedern sind, die eng nebeneinander angeordnet sind.

9. Radial justierbare Linsenfassung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Rechteckfedern von einem axial geschlitzten rohrförmigen Federring gebildet werden.