DE102004026400A1

DE102004026400A1 - Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung

Info

Publication number: DE102004026400A1
Application number: DE200410026400
Authority: DE
Inventors: Jürgen Köhler
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2004-05-29
Filing date: 2004-05-29
Publication date: 2005-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung, bevorzugt zur Aufnahme von linsenförmigen optischen Bauelementen (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen, wobei die optischen Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen, ausgehend von der Montageöffnung (7) der Fassung (1), entlang der gemeinsamen optischen Achse in ihren Außenabmaßen zueinander kontinuierlich abgestuft sind, in der Fassung (1) zum Zwecke der Lagepositionierung der Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) und/oder der Baugruppen radiale und axiale Anlageformflächen (8, 9, 10, 11, 12) ausgebildet sind und die Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen durch radial auf ihre Außenkonturen wirkende Druckelemente (14, 15, 16, 17, 18) fixiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung, bevorzugt zur Aufnahme von linsenförmigen optischen Bauelementen oder Baugruppen, wobei die optischen Bauelemente oder Baugruppen, ausgehend von der Montageöffnung der Fassung, entlang der gemeinsamen optischen Achse in ihrem Außenabmaßen zueinander kontinuierlich abgestuft sind, in der Fassung zum Zwecke der Lagepositionierung der Bauelemente und/oder der Baugruppen radiale und axiale Anlageformflächen ausgebildet sind und die Bauelemente oder Baugruppen durch radial auf ihre Außenkonturen wirkende Druckelemente fixiert sind.
Optische Bauelemente, wie beispielsweise Linsen oder Linsengruppen, werden in optischen Systemen vorwiegend in zylinderförmigen Fassungen (Füllfassungen) aufgenommen, justiert und anschließend in ihrer Lage fixiert.
Die Fertigungstoleranzen der optischen Bauelemente sowie der Fassungsteile selbst führen oftmals zu einer unzureichenden Abbildungsqualität.
Die Lagefixierung in der Fassung erfolgt dabei vorwiegend über Klebsubstanzen oder durch Vorschraubringe, die axial auf das an einer Anschlagfläche anliegende Bauelement wirken und somit das Bauelement positionieren und lagefixieren. Hierzu sind aufwendige Montageanlagen erforderlich.
Um den gewünschten Abstand zwischen den optischen Bauelementen oder Baugruppen herzustellen werden beispielsweise Zwischenringe zwischen die einzelnen Elemente eingebracht oder die Elemente werden direkt an ihren nicht optisch wirksamen Flächen an Auflagekonturen der Fassung angelegt.
Eine weitere bekannte Möglichkeit der Lagefixierung besteht darin, die Bauelemente in den Fassungen über Bördelverbindungen zu fixieren. Bei derartigen Lösungen sind zusätzliche Hilfselemente notwendig, die viel Bauraum benötigen. Darüber hinaus sind spezielle Montagewerkzeuge und Vorrichtungen erforderlich, so dass der Kostenaufwand relativ hoch ist. Zusätzliche Hilfselemente führen zu einer Summation von Fertigungstoleranzen und somit zu einer Verschlechterung der Abbildungseigenschaften.
In DE-OS 10155637 A1 wird eine Halte- und Fixiereinrichtung für optische Elemente beschrieben, bei der die Fassung nicht aus einem geschlossenen Hohlzylinder, sondern aus mehreren Segmenten zusammengesetzt wird. Nach der Positionierung der einzelnen optischen Elemente erfolgt das Zusammenfügen der Fassung. Dies hat zwar den Vorteil, dass di9e Bauelemente auf relativ einfache Art und Weise in die Fassung eingelegt werden können. Nachteilig hingegen ist der hohe fertigungstechnische Aufwand.
Allen bekannten Lösungen haften die Nachteile an, dass der Montageaufwand sehr hoch und somit die gesamte Anordnung sehr kostenintensiv ist. Zum anderen hat die Summation von Fertigungstoleranzen bei Verwendung vieler Werkzeuge und Hilfselemente negativen Einfluss auf die Abbildungseigenschaften der Anordnung.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung zu schaffen, bei der mehrere optische Elemente oder Baugruppen zueinander mit hoher Genauigkeit und unter minimalen Montageaufwand positioniert und fixiert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass entlang von mindestens drei um 120 Grad zueinander versetzt verlaufenden Mantellinien der Fassung radiale Öffnungen eingebracht sind, jede Öffnung auf einer Mantellinie in Richtung der Außenkontur eines optischen Bauelementes oder einer Baugruppe orientiert ist und zur Fixierung der optischen Bauelemente oder Baugruppen in den Öffnungen radial auf die Außenkonturen und/oder auf die der Montageöffnung zugewandten optisch unwirksamen Flächenelemente der optischen Bauelemente oder Baugruppen wirkende, elastische Druckhebel vorgesehen sind.
Zeckmäßigerweise sind die entlang einer Mantellinie angeordneten Druckhebel Bestandteile eines Druckhebelverbundelementes, wobei das Druckhebelverbundelement in einer angeformten Führungsnut der Wandung der Fassung sowie über mindestens einen Zentrierverbund positioniert und durch ein an der Montageöffnung der Fassung befestigtes, axial auf seine Stirnfläche wirkendes Spannelement fixiert ist.
Über die Montageöffnung werden die optischen Bauelemente, beginnend mit dem Bauelement mit den kleinsten Außenmaßen, in die Fassung eingebracht. Anschließend erfolgt die Montage der Druckhebelverbundelemente, in dem die einzelnen Druckhebel in die entsprechenden radialen Öffnungen der Fassung so eingeführt werden, dass die Bauelemente in ihrer Lage mit geringer Vorspannung fixiert sind. Die Druckhebelverbundelemente werden dabei durch die Zentrierverbunde in der Wandung der Fassung positioniert. Über das an der Montageöffnung der Fassung angeordnete Spannelement wirken bei dessen Montage im positionsfesten Zustand auf die der Montageöffnung zugewandten Stirnflächen der Druckhebelverbundelemente axiale Kräfte, die sowohl die optischen Bauelemente, als auch die Druckhebelverbundelemente in ihrer Lage fest fixieren.
Vorteilhafterweise ist das Spannelement als gegen einen Anschlag einschraubbarer Druckring ausgebildet. Denkbar sind auch ein Schnappmechanismen oder Klemmführungen, die mit der Fassung verbunden ist.
Zur problemlosen Positionierung des Druckhebelverbundelementes in der Fassung ist der Zentrierverbund zweckmäßigerweise durch ein am Druckhebelverbundelement angeformten Zylinder, der in eine Gegenkontur in der Fassung eingreift, realisiert, wobei auch andere Kombinationen, wie beispielweise an den Druckhebelverbundelementen angeformte Kugeln oder Kegelspitzen mit entsprechenden Gegenkonturen an der Fassung möglich sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Funktionsflächen der elastischen Druckhebel an die Konturen der Kontaktflächen der optischen Bauelemente oder Baugruppen angepasst, da damit bereits beim Einführen der Druckhebel durch die Öffnungen der Wandung der Fassung die Bauelemente in ihrer Lage positioniert werden.
Das Druckhebelverbundelement sowie die Druckhebel werden sinnvollerweise aus einem Plastspritzgussteil gefertigt, da die Werkzeuge dazu auf relativ einfache Art und Weise herstellbar sind und zur optimalen Anpassung an Form und Lage der Druckhebel problemlose Korrekturen vorgenommen werden können. Dies bewirkt eine optimale Anpassung des Materials an die gewünschten Eigenschaften, wie. Formstabilität unter Temperaturbelastung, Elastizität und Druckkraft. Man erreicht damit absolut gleiche, rotationssymmetrische Andrückkräfte auf die optischen Elemente. Darüber hinaus ist eine einfache Abdichtung der Verbindung zwischen den Druckhebeln und der Fassung durch Mehrfachspritzguss der Einheit Druckhebelverbundelement – Druckhebel mit elastischen Dichtlippen an den Druckhebeln möglich.
In Abhängikeit von der Höhe der Fassungskosten oder den Qualitätsansprüchen hinsichtlich der Positioniergenauigkeit der optischen Elemente oder Baugruppen oder des zulässigen Wärmeausdehnungsverhaltens können für die Fassung verschiedene Werkstoffe verwendet werden. Zweckmäßigerweise besteht die Fassung entweder aus einem mechanisch nacharbeitbaren metallischen Gussteil (höchste Genauigkeit) oder aus einem in seiner Form vollständig gestalteten Plastspritzteil (hohe Genauigkeit).
Die erfindungsgemäße Anordnung wird nachfolgend beispielhaft näher erläutert. Die dazugehörenden Zeichnungen zeigen:
1: die Gesamtansicht der Anordnung (aufgebrochen) im montierten Zustand,
2 die Fassungskonstruktion,
3: eine Schnittdarstellung der Fassung und
4: die Gestaltung des Druckhebelverbundelementes
1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, bestehend aus einer im Spritzgussverfahren hergestellten zylinderförmigen Fassung 1, in welcher fünf linsenförmige optische Bauelemente 2, 3, 4, 5, und 6, in ihrem Außenabmaßen zueinander abgestuft, angeordnet sind. Dabei wurde das linsenförmige Bauelement 2 mit dem kleinsten Außendurchmesser bei senkrechter Lage der Fassung 1 zuerst durch die Montageöffnung 7 in die Fassung 1 eingeführt. Die optischen Bauelemente 2, 3, 4, 5, und 6 werden dabei durch die inneren Konturen (Anlageformflächen) 8, 9, 10, 11 und 12 der Fassung 1 axial und radial kraftfrei positioniert.
Zum Zwecke der Fixierung der optischen Bauelemente 2, 3, 4, 5 und 6 in der Fassung 1 befinden sich, in der Wandung der Fassung 1 drei um 120 Grad versetzt zueinander angeordnete Druckhebelverbundelemente 13, an denen sich jeweils zur Fixierung der optischen Bauelemente 2, 3, 4, 5 und 6 benötigte elastische Druckhebel 14, 15, 16, 17 und 18 befinden, die derart positioniert sind, dass sie durch die Öffnungen 19, 20, 21, 22 und 23 (2) auf die nicht optisch wirksamen Randbereiche der optischen Elemente 2, 3, 4, 5 und 6 wirken und diese in ihrer Lage an den Konturen 8, 9, 10, 11 und 12 festhalten.
Die Druckhebelverbundelemente 13 werden dabei in an der Wandung der Fassung 1 angeformte Führungsnuten 24 aufgenommen. Diese Führungsnuten 24 sind in 3 näher dargestellt. Zur Lagepositionierung dienen dabei Zentrierverbunde, bestehend aus einem an jedem Druckhebelverbundelement 13 angeformten Zylinder 25, der jeweils in eine zugeordnete, konzentrisch zur Achse der Fassung 1 verlaufende Bohrung 26 in die Fassung 1 eingreift.
Über ein als Druckring ausgebildetes Spannelement 27, welches in die Montageöffnung 7 der Fassung 1 mittels einer nicht näher dargestellten Gewindepaarung gegen die Stirnflächen der Druckhebelverbundelemente 13 wirkend eingeführt wird, erfolgt die Lagefixierung der Druckhebelverbundelemente 13 sowie der optischen Bauelemente 2, 3, 4, 5 und 6.
Dies geschieht dadurch, dass auf die Druckhebelverbundelemente 13 beim Einführen des mit einem festen Anschlag 28 versehenen Spannelementes 27 in die Fassung 1 Kräfte wirken. Diese Kräfte führen zu geringfügigen translatorischen Bewegungen der Druckhebelverbundelemente 13 mit den Druckhebeln 14, 15, 16, 17 und 18 und erzeugen dabei die zur Lagefixierung der Druckhebelverbundelemente 13 und der optischen Bauelemente 2, 3, 4, 5 und 6 erforderlichen Haltekräfte.
4 zeigt die speziell für das Ausführungsbeispiel gestaltetes Druckhebelverbundelement 13 mit den daran befindlichen Druckhebeln 14, 15, 16, 17 und 18 und dem Zylinder 25 als Bestandteil des Zentrierverbundes. Das gesamte Element ist ein Plastspritzgussteil. Ein mechanisches Nacharbeiten der einzelnen Konturen ist nicht erforderlich.

1: Fassung
2, 3, 4, 5, 6: optisches Bauelement
7: Montageöffnung
8, 9, 10, 11, 12: Kontur
13: Druckhebelverbundelement
14, 15, 16, 17, 18: Druckhebel
19, 20, 21, 22, 23: Öffnung
24: Führungsnut
25: Zylinder
26: Bohrung
27: Spannelement(Druckring)
28: Anschlag

Claims

Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung, bevorzugt zur Aufnahme von linsenförmigen optischen Bauelementen (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen, wobei die optischen Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen, ausgehend von der Montageöffnung (7) der Fassung (1), entlang der gemeinsamen optischen Achse in ihrem Außenabmaßen zueinander kontinuierlich abgestuft sind, in der Fassung (1) zum Zwecke der Lagepositionierung der Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) und/oder der Baugruppen radiale und axiale Anlageformflächen (8, 9, 10, 11,12) ausgebildet sind und die Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen durch radial auf ihre Außenkonturen wirkende Druckelemente fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass entlang von mindestens drei um 120 Grad zueinander versetzt verlaufenden Mantellinien der Fassung (1) radiale Öffnungen (19, 20, 21, 22, 23) eingebracht sind, jede Öffnung (19, 20, 21, 22, 23) auf einer Mantellinie in Richtung der Außenkontur eines optischen Bauelementes (2, 3, 4, 5, 6) oder einer Baugruppe orientiert ist und zur Fixierung der optischen Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen in den Öffnungen (19, 20, 21, 22, 23) radial auf die Außenkonturen und/oder auf die der Montageöffnung zugewandten optisch unwirksamen Flächenelemente der optischen Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen wirkende, elastische Druckhebel (14, 15, 16, 17, 18) vorgesehen sind.
Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang einer Mantellinie angeordneten Druckhebel (14, 15, 16, 17, 18) Bestandteile eines Druckhebelverbundelementes (13) sind, wobei das Druckhebelverbundelement (13) in einer angeformten Führungsnut (24) der Wandung der Fassung (1) sowie über mindestens einen Zentrierverbund (25, 26) positioniert und durch ein an der Montageöffnung (7) der Fassung (1) befestigtes, axial auf seine Stirnfläche wirkendes Spannelement (27) fixiert ist.
Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (27) als in die Fassung (1) gegen einen Anschlag (28) einschraubbarer Druckring ausgebildet ist.
Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (27) über einen Schnappmechanismus oder eine Klemmführung mit der Fassung (1) verbunden ist.
Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung nach Anspruch 2, dass der Zentrierverbund (25, 26) durch ein am Druckhebelverbundelement (13) angeformten Zylinder (25), der in eine Gegenkontur (26) in der Fassung (1) eingreift, realisiert ist.
Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsflächen der Druckhebel (14, 15, 16, 17, 18) an die Konturen der Kontaktflächen der optischen Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6) oder Baugruppen angepasst sind.
Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhebelverbundelement (13) und die Druckhebel (14, 15, 16, 17, 18) aus einem Plastspritzgussteil bestehen.
Anordnung zur Lagefixierung optischer Bauelemente in einer zylinderförmigen Fassung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (1) aus einem mechanisch nacharbeitbaren metallischen Gussteil oder aus einem in seiner Form vollständig gestalteten Plastspritzteil besteht.