DE10112714A1

DE10112714A1 - Anordnung zur Lagefixierung eines optischen Bauteiles

Info

Publication number: DE10112714A1
Application number: DE10112714A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Klarner; Nico Correns; Werner Hoyme; Felix Kerstan
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-09-19
Also published as: GB2374383A; US20020171956A1; FR2822251B1; GB0205463D0; US6654186B2; FR2822251A1; GB2374383B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lagefixierung eines optischen Bauteiles (2) in einem Gerätegehäuse, umfassend eine Halterung (1), die mit dem Gehäuse (10) verbunden ist und die das Bauteil (2) unter Vorspannung in eine an dem Gehäuse (10) ausgebildete Aussparung (12) drückt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Halterung (1) einstückig aus elastischem Material gefertigt und mit angeformten Klemmbügeln (3, 4, 5, 6) versehen, von denen jeweils mindestens einer das Bauteil (2) unter Vorspannung in Richtung einer der Koordinaten X, Y, Z gegen eine Bezugsebene (13, 14, 15) drückt, und an die Halterung (1) sind weiterhin Befestigungselemente zu ihrer Fixierung am Gehäuse (10) angeformt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lagefi xierung eines optischen Bauteiles in einem Gerätegehäuse, umfassend eine Halterung, die mit dem Gehäuse verbunden ist und die das Bauteil unter Vorspannung in eine an dem Gehäu se ausgebildete Aussparung drückt.

Zur Lagefixierung optischer Baueile in mechanischen Fassun gen beziehungsweise in Gehäusen optischer Geräte sind eine Vielzahl von Lösungsvarianten bekannt, die überwiegend un ter Verwendung von speziell konfigurierten Klebsubstanzen die Bauteile an definierten Bezugsflächen in einer defi nierten Lage halten.

Dazu bedarf es mehr oder weniger aufwendiger Vorrichtungen, mit denen die Bauteile zunächst in ihrer Einbaulage ju stiert werden. Anschließend erfolgt die Lagefixierung, in dem der Kleber mittels weiterer Vorrichtungen an die vorge sehenen Verbindungsstellen zwischen Bauteil und Fassung be ziehungsweise Gehäuse gebracht wird.

Neben dem verhältnismäßig hohen Aufwand an Vorrichtungen ist hierbei häufig von Nachteil, daß der Aushärteprozeß der Klebsubstanzen technologisch bedingte Wartezeiten verur sacht, die unter wirtschaftlichem Aspekt unerwünscht sind. Ferner sind zur Vermeidung von mechanischen Spannungen, insbesondere bei Anordnungen, die hohen thermischen und me chanischen Belastungen ausgesetzt sind, für den jeweiligen Anwendungszweck speziell entwickelte Kleber erforderlich.

So ist die Konfiguration der verwendeten Klebsubstanz an die Ausdehnungskoeffizienten der Materialien des optischen Bauteiles sowie des Gehäuses anzupassen. Eine vollflächige Anlage des optischen Bauteiles an eine Bezugsfläche des Ge häuses ist nahezu nicht realisierbar, so daß der mechani schen Belastbarkeit derartiger Anordnungen, wie sie bei spielsweise bei der Verbindung eines kleinen Plasmagitters auf einem Invar-Träger gefordert wird, Grenzen gesetzt sind.

Ferner sind Befestigungen für insbesondere platten- oder auch quaderförmige optische Bauteile in einem Gehäuse be kannt, bei denen das Bauteil über mechanische Elemente, wie beispielsweise über Justier- und Feststellschrauben, im Ge häuse lagefixiert wird.

Derartige Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß die Außenkonturen der Bauteile den mechanischen Befestigungs elementen angepaßt werden müssen, wie beispielsweise bei der gegen Verdrehung gesicherten Lagefixierung von Spiegeln oder Gittern, was zusätzlich kostenaufwendig ist.

Ausgehend von den beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine An ordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuent wickeln, daß mit verringertem technologischen Aufwand eine auch unter thermischer und mechanischer Belastung nahezu spannungsfreie Lagefixierung geschaffen wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Halterung einstückig aus elastischem Material gefertigt und mit angeformten Klemmbügeln versehen ist, von denen jeweils mindestens einer das Bauteil unter Vorspannung in Richtung einer der Koordinaten X, Y, Z gegen eine Bezugsebene drückt und an die Halterung weiterhin Befestigungselemente zu ih rer Fixierung am Gehäuse angeformt sind.

Nach der sehr einfachen, mit einem einzigen Handgriff zu bewerkstelligenden Montage der Halterung wird das optische Bauteil durch die angeformten Klemmbügel in X-, Y- und Z- Richtung unter elastischer Vorspannung gegen die Bezugsebe nen definiert gehalten. Unterschiede in der Längenänderung am Gehäuse, dem optischen Bauteil und der Halterung, verur sacht durch thermische Belastung, werden elastisch ausge glichen. Dies gilt im übertragenen Sinne auch für mechani sche Belastungen aufgrund von Beschleunigung, Stoß oder Schlag.

Vorteilhafterweise ist die Halterung aus einem Federblech gefertigt, bei dem die Klemmbügel freigestanzt und je nach Koordinationsrichtung X, Y, Z abgewinkelt sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Halterung zu sätzlich mit Führungsstegen und das Gehäuse mit Nuten oder umgekehrt ausgestattet, die formschlüssig ineinandergreifen und mit denen die Halterung am Gehäuse befestigt ist.

So sind beispielsweise die Führungsstege durch zwei abge winkelte und dadurch am Federblech krallenförmig auskragen de Abschnitte gebildet, die in korrespondierend gestaltete Gegenkonturen im Gehäuse, die Nuten, eingreifen. Damit ist zunächst eine Verschiebung der Halterung relativ zum Gehäu se wie in einer Geradführung möglich.

Das optische Bauteil wird bei der Montage zunächst in die Aussparung eingelegt und gegen die in X-, Y- und Z-Richtung weisenden Bezugsflächen geschoben. Anschließend erfolgt die Montage des Federbleches, indem die Führungsstege in die Nuten eingeführt werden und das Federblech soweit verscho ben wird, bis das optische Bauteil an den Bezugsflächen un ter Vorspannung anliegt.

Bevorzugt ist die Halterung so ausgestaltet, daß zwei Klemmbügel vorhanden sind, die das optische Bauteil unter Vorspannung gegen eine senkrecht zur Z-Richtung ausgerich tete Bezugsebene drücken und zwei weitere Klemmbügel vor handen sind, von denen jeweils einer das optische Bauteil gegen eine senkrecht zur X-Richtung und eine senkrecht zur Y-Richtung ausgerichtete Bezugsebene drückt.

Mit einem zusätzlichen, ebenfalls am Federblech abgewinkel ten Rastelement, welches im montierten Zustand wiederum un ter elastischer Vorspannung in eine Kontur am Gehäuse ein greift, wird die Halterung in genau der Position gegen Ver schiebung entlang der Nuten gesichert, in der das optische Bauteil seine definierte Lage eingenommen hat.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Klebetechnologie be steht weiterhin in einer problemlos möglichen Auswechslung des optischen Bauteiles ohne Gefahr einer Beschädigung der Halterung oder des Gehäuses.

Die senkrecht zur Z-Richtung ausgerichtete Bezugsebene ist vorteilhafterweise in Form einer Dreipunktauflage ausgebil det. Abweichend davon können die beiden senkrecht zur X- und Y-Richtung ausgerichteten Bezugsebenen in Form von An lageflächen ausgebildet oder durch Anlagepunkte definiert sein.

Damit bei Einwirkung von Beschleunigungskräften und Längen änderungen in X-, Y- oder Z-Richtung der Kraftschluß zwi schen dem optischen Bauteil und den Bezugsflächen am Gehäu se erhalten bleibt, sind zweckmäßigerweise die durch die vorhandenen Klemm-, Rast- und Führungselemente erzeugten Vorspannungen in Abhängigkeit von den im speziellen Anwen dungsfall zu erwartenden Belastungen so bemessen, daß eine Lageveränderung des Bauteils relativ zum Gehäuse verhindert wird. Dies läßt sich beispielsweise durch Anpassung der Form und Vorspannung der Klemmbügel beziehungsweise durch eine Materialauswahl unter Beachtung des Elastizitätsmoduls und der zulässigen Spannungen des Materials erzielen.

Zum Zwecke der Verhinderung des Lichteintritts oder des Eindringens von Feuchtigkeit und Staub zwischen die Bezugs flächen am Gehäuse und die Anlageflächen des optischen Bau teiles kann das optische Bauteil mit dem Gehäuse zusätzlich über eine Dichtungsmasse, beispielsweise in Form einer Wulst, verbunden werden.

Eine mögliche Materialauswahl wäre beispielsweise BK 7 für das optische Bauteil, Dispal für das Gehäuse und Edelstahl federblech für die Halterung.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spieles näher erläutert werden. In den zugehörenden Zeich nungen zeigen

Fig. 1 die Halterung mit eingelegtem optischen Bauteil,

Fig. 2 das in Z-Richtung lagefixierte optische Bauteil (Schnittdarstellung AA aus Fig. 1),

Fig. 3 die Anlage des optischen Bauteiles an den senkrecht zu den X- und Y-Richtungen ausgerichteten Bezugs flächen,

Fig. 4 die Halterung als Einzelteil aus einer ersten Pers pektive und

Fig. 5 die Halterung als Einzelteil aus einer zweiten Perspektive.

Fig. 1 zeigt eine aus Federblech bestehende Halterung 1, in welche - noch im demontierten Zustand - ein quaderförmiges optisches Bauteil 2 eingelegt ist. Die Halterung 1 besteht aus einem gestanzten Formteil mit einem Klemmbügel 3, der eine Vorspannung in X-Richtung erzeugt und einem Klemmbü gel 4, der eine Vorspannung in Y-Richtung erzeugt.

Ferner besitzt die Halterung 1 zwei eine Vorspannung in Z- Richtung hervorrufende Klemmbügel 5 und 6 sowie zwei kral lenförmige Abwinkelungen in Form von Führungsstegen 7 und 8, die zur Befestigung der aus optischem Bauteil 2 und Halterung 1 bestehenden Baugruppe an einem in Fig. 1 nicht dargestellten Gehäuse dienen.

Die Halterung 1 verfügt zusätzlich über ein Rastelement 9, dessen Funktion weiter unten näher beschrieben wird.

In Fig. 2, einer Schnittdarstellung AA aus Fig. 1, und in Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Anordnung im montierten Zu stand dargestellt.

Hier ist auch das Gehäuse 10 angedeutet, das mit einem Durchbruch 11 sowie einer Aussparung 12 versehen ist. Die Aussparung 12 weist eine der Anlage des Bauteiles 2 in X- Richtung dienende Bezugsfläche 13, eine der Anlage des Bau teiles 2 in Y-Richtung dienende Bezugsfläche 14 (vgl. Fig. 3) und eine der Anlage des Bauteiles 2 in Z-Richtung dienende Bezugsebene 15 auf.

Die Bezugsebene 15 ist von drei Auflagepunkten 16 gebildet, so daß sich eine Dreipunktauflage ergibt.

Die Lagefixierung des optischen Bauteiles 2 an den Bezugs flächen 13, 14 und der Bezugsebene 15 erfolgt über die Klemmbügel 3, 4, 5 und 6. Die an der Halterung ausgebilde ten Führungsstege 7, 8 greifen in die Nuten 18, 19 am Ge häuse 10 ein. Das Rastelement 9 greift im montierten Zu stand des Bauteiles 2, wie aus Fig. 3 ersichtlich, in eine in das Gehäuse 10 eingebrachte Kontur 17 ein und verhindert so eine unerwünschte Verschiebung der Halterung 1 mit dem Bauteil 2 in Y-Richtung, zu der die Führungsstege 7, 8 und Nuten 18, 19 parallel ausgerichtet sind.

Bei der Montage wird zunächst das Bauteil 2 in die Ausspa rung 12 eingelegt, wobei die optisch wirksame Fläche 20 in Richtung des Durchbruchs 11 zeigt. Nun werden die Führungs stege 7, 8 der Halterung 1 unter elastischer Vorspannung in die Nuten 18, 19 eingeführt und die Halterung 1 soweit in Y-Richtung verschoben, bis das Bauteil 2 an der Bezugsflä che 14 anliegt.

Während dieses Vorganges wird das Rastelement 9 unter manu eller Krafteinwirkung soweit angehoben, daß es über die Kante der Bezugsfläche 14 gleitet und schließlich dann, wenn das Bauteil 2 die Bezugsfläche 14 erreicht, in die Kontur 17 am Gehäuse 10 einrastet.

Durch die Vorspannung der Klemmbügel 3, 4, 5, 6 erfolgt die Lagefixierung gegen die Bezugsflächen 13, 14 und 15, das heißt das Bauteil 2 nimmt die vorgegebene definierte Posi tion ein.

Auch bei thermischer Belastung erfolgt keine Lageverände rung, da durch die Klemmbügel 3, 4, 5 und 6 sowie das Ra stelement 9 Längenänderungen kompensiert werden.

Die Montage des Bauteiles 2 kann sehr schnell erfolgen; es bedarf keiner technologisch bedingten Wartezeiten, wie bei spielsweise bei Anwendung von Klebsubstanzen und keiner technischen Hilfsmittel, wie Montagewerkzeuge. Bei voraus sehbar erhöhten thermischen und mechanischen Belastungen kann die Halterung 1 schnell und problemlos gegen eine an dere, zwar geometrisch gleiche, jedoch höhere Vorspannungen erzeugende, ausgewechselt werden.

Bezugszeichenliste

1

Halterung

2

optisches Bauteil

3

Klemmbügel X-Richtung

4

Klemmbügel Y-Richtung

5

,

6

Klemmbügel Z-Richtung

7

,

8

Führungsstege

9

Rastelement

10

Gehäuse

11

Durchbruch

12

Aussparung

13

Bezugsfläche X-Richtung

14

Bezugsfläche Y-Richtung

15

Bezugsebene Z-Richtung

16

Auflagepunkte

17

Kontur

18

,

19

Nuten

20

optisch wirksame Fläche

Claims

1. Anordnung zur Lagefixierung eines optischen Bautei les (2) in einem Gerätegehäuse, umfassend eine Halte rung (1), die mit einem Gehäuse (10) verbunden ist und die das Bauteil (2) unter Vorspannung in eine an dem Gehäuse (10) ausgebildete Aussparung (12) drückt, da durch gekennzeichnet, daß

- die Halterung (1) einstückig aus elastischem Material gefertigt und mit angeformten Klemmbügeln (3, 4, 5, 6) versehen ist, von denen jeweils mindestens einer das Bauteil (2) unter Vorspannung in Richtung einer der Ko ordinaten X, Y, Z gegen eine Bezugsebene (13, 14, 15) drückt und
- an die Halterung (1) weiterhin Befestigungselemente zu ihrer Fixierung am Gehäuse (10) angeformt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Halterung (1) Federblech vorgese hen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Halterung (1) mit Führungsstegen(7, 8) und das Gehäuse (10) mit Nuten (18, 19) oder umgekehrt aus gestattet sind, die formschlüssig ineinandergreifen und mit denen die Halterung (1) am Gehäuse (10) befestigt ist.

4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zwei Klemmbügel (5, 6) vor handen sind, die das optische Bauteil (2) unter Vor spannung gegen eine senkrecht zur Z-Richtung ausgerichtete Bezugsebene (15) drücken und zwei weitere Klemmbü gel (3, 4) vorhanden sind, von denen jeweils einer das optische Bauteil (2) gegen eine senkrecht zur X-Rich tung und eine senkrecht zur Y-Richtung ausgerichtete Bezugsebene (13, 14) drückt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Z-Richtung ausgerichtete Bezugsebe ne (15) durch drei Auflagepunkte 10 gebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden senkrecht zur X- und Y-Richtung ausgerichte ten Bezugsebenen (13, 14) in Form von Anlageflächen ausgebildet oder durch Anlagepunkte definiert sind.

7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß an die Halterung (1) mindes tens ein Rastelement (9) angeformt ist, das die Halte rung (1) in der durch die Ausrichtung der Führungsste gen (7, 8) und Nuten (18, 19) vorgegebenen Verschiebe richtung fixiert.

8. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das optische Bauteil (2) zu sätzlich über eine Dichtungsmasse mit dem Gehäuse (10) verbunden ist.

9. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das optische Bauteil (2) aus BK 7, das Gehäuse (10) aus Dispal und die Halterung (1) aus einem Edelstahlfederblech gefertigt sind.