DE102004047597A1

DE102004047597A1 - Fassung für optische Elemente

Info

Publication number: DE102004047597A1
Application number: DE200410047597
Authority: DE
Inventors: Reiner Dr. Hofmann; Georg Dr. Günther; Karl-Heinz Klopfleisch; Jens Dr. Hofmann
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: DE102004047597B4

Abstract

Um eine Fassung für optische Elemente, insbesondere zur Aufnahme einer oder mehrerer optischer Linsen oder Linsengruppen für den optischen Gerätebau, bestehend aus zwei Teilen, zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar sowie leicht und schnell montierbar ist und dabei eine höhere Genauigkeit gewährleistet, unter Beachtung der Notwendigkeit der Integration eines Kompensations- und Haltemediums zwischen optischer Linse und Fassung und der Anbindung der Fassung an ein die Fassung umgebendes Gehäuse, wird vorgeschlagen, dass die Fassung aus zwei funktionell getrennt, unterschiedlich ausgebildeten und in der Montagesolllage zu einer geschlossenen Einheit verbundenen Halbschalen (2, 3) besteht, wobei die Halbschale (2) Elemente (4, 5, 7) zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe (1) und die Halbschale (3) federnde Elemente (6) zur Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe (1) aufweist und zur Aufnahme eines Kompensationsmediums dient und wobei an einer Halbschale Führungsmittel (8, 9) zur Anbindung der Fassung an ein sie umschließendes Gehäuse vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fassung für optische Elemente, insbesondere zur Aufnahme einer oder mehrerer optischer Linsen oder Linsengruppen für den optischen Gerätebau, bestehend aus zwei Teilen, wobei Mittel zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linsen in der Fassung und Mittel zur Anbindung der Fassung an ein die Fassung umschließendes Gehäuse vorgesehen sind.

Im optischen Gerätebau werden beim gegenwärtigen Stand der Technik vorwiegend einteilige runde Fassungen aus Aluminium, Messing oder Kunststoff eingesetzt. Es sind auch Fassungen bekannt, die sich aus zwei gleichen, weitgehend identischen Teilen hinsichtlich ihrer Gestaltung und des verwendeten Materials zusammensetzen. So ist aus der DE-AS 1 122 738 eine Fassung bekannt, die aus zwei gleichen Teilen besteht, die im montierten Zustand eine geschlossene Einheit bilden und deren Schnittflächen parallel zur optischen Achse verlaufen, wobei die zwei Teile durch eine Nut-Federverbindung gegen eine axiale Verschiebung gegeneinander gesichert sind und in den Teilen senkrecht zur opti schen Achse liegende Nuten für die Aufnahme der optischen Linsen vorgesehen sind und zusätzlich die beiden Teile von einer sie zusammenhaltenden Hülse umgeben sind.

Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, dass die Lage der optischen Linsen in der Fassung allgemein in axialer Richtung durch die Anordnung entsprechender Anschläge definiert ist und in radialer Richtung durch die Innenwand der Fassung bestimmt wird. Die axiale und radiale Fixierung der optischen Linsen in der Fassung erfolgt im Allgemeinen durch Schnapphaken, Bördelgrat, Klemm- oder Spreizring sowie Vorschraubring oder durch ungerichtetes Kleben.

Es besteht ein immer größerer Bedarf dahingehend, die Herstellung derartiger Fassungen und die Montage der optischen Linsen oder Linsengruppen in einer Fassung mit einer höheren Genauigkeit und gleichzeitig schneller und einfacher durchzuführen, wobei unter Berücksichtigung der gemeinsamen Forderung für alle Linsensysteme nach Übereinstimmung der optischen Achse der Linse mit der mechanischen Achse der Fassung die reproduzierbare Genauigkeit bei der Montage des optischen Systems so hoch sein soll, dass eine Justierung der optischen Linsen in der Fassung nicht notwendig ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fassung zur Aufnahme von einzelnen sowie mehreren optischen Linsen oder Linsengruppen zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar sowie leicht und schnell montierbar ist und dabei eine höhere Genauigkeit gewährleistet, unter Beachtung der Notwendigkeit der Integration eines Kompensations- und Haltemediums zwischen optischer Linse und Fassung und der Anbindung der Fassung an ein die Fassung umgebendes Gehäuse.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Fassung aus zwei funktionell getrennt, unterschiedlich ausgebildeten und in der Montagesollage zu einer geschlossenen Einheit verbundenen Halbschalen besteht, wobei die eine Halbschale Elemente zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe und die andere Halbschale federnde Elemente zur Lagefixierung der opti schen Linse oder Linsengruppe aufweist und zur Aufnahme eines Kompensationsmediums zum Ausgleich der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der optischen Linsen und der Fassung dient und wobei an einer Halbschale Führungsmittel zur Anbindung der Fassung an ein sie umschließendes Gehäuse vorgesehen sind.

Vorteilhaft ist, dass die eine Halbschale zur Aufnahme von Elementen zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe als Präzisionshalbschale mit hoher Lagegenauigkeit für die Elemente ausgebildet ist, so dass dieser Teil der Fassung durch seine Funktion und Ausbildung die Genauigkeit der Fassung gewährleistet, indem die optische Linse oder Linsengruppe in einer genau definierten Raumlage in der Halbschale gehalten wird.

Desweiteren ist vorteilhaft vorgesehen, dass die andere Halbschale zur Aufnahme federnder Elemente zur radialen Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe und zur Kompensation von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Linsen- und Fassungsmaterial sowie von Linsendurchmes sertoleranzen als Federhalbschale mit elastischen Eigenschaften ausgebildet ist, um ein spielfreies Fassen der optischen Linse oder Linsengruppe zu erhalten, wobei mittels der federnden Elemente ein Ausgleich der Auswirkungen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von optischer Linse und Fassung erzielt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die Präzisions- und die Federhalbschale lösbar, insbesondere mittels einer Schraub- oder Schnappverbindung miteinander zu einer Einheit verbunden sind, oder als Variante kann die Präzisions- und die Federhalbschale unlösbar, insbesondere durch eine Schweißverbindung miteinander zu einer Einheit verbunden sein.

Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass in der Präzisionshalbschale zur radialen Lagepositionierung der optischen Linse insbesondere zwei V-förmig angeordnete und vorzugsweise rechteckförmig ausgebildete Auflageflächen vorgesehen sind.

Dadurch, dass in vorteilhafter Weise in der Präzisionshalb schale zur axialen Lagepositionierung der optischen Linse insbesondere mindestens drei symmetrisch angeordnete und vorzugsweise konisch ausgebildete Anlageflächen vorgesehen und über die Mittellinie der Präzisionshalbschale hinausgehend ausgebildet sind, wird ein Verkippen der optischen Linse verhindert.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass zur axialen Lagefixierung der optischen Linse in der Präzisionshalbschale insbesondere drei dreieckförmig ausgebildete Stege vorgesehen sind, die den konisch ausgebildeten Anlageflächen gegenüber so angeordnet sind, dass die optische Linse zwischen den konisch ausgebildeten Anlageflächen und den dreieckförmig ausgebildeten Stegen durch ein Federelement der Federhalbschale eingepreßt wird und die optische Linse durch diese vorteilhafte Dreipunktpressung in ihrer axialen Lage beim Verbinden der beiden Halbschalen fixiert ist.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung wird ebenfalls darin gesehen, dass die dreieckförmig ausgebildeten Stege ela stisch-plastisch verformbar ausgebildet sind, um Linsendikkentoleranzen zu kompensieren.

Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass zur Befestigung der Fassung in einem die Fassung umgebenden Gehäuse an der Präzisionshalbschale vorzugsweise zwei Führungsarme angeordnet sind, die als ein Hauptführungsarm und ein Nebenführungsarm ausgebildet sind.

Ein weiterer großer fertigungstechnischer Vorteil der zweiteiligen Ausführungsform der Fassung besteht darin, dass einerseits eine Anbindung der Fassung an ein sie umgebendes Gehäuse unabhängig vom Außendurchmesser der Fassung mittels der an der Präzisionshalbschale angeordneten Führungsarme erzielt wird und anderseits mehrere Einzelfassungen zu einer Fassung für mehrere Linsen bzw. Linsengruppen verbunden werden können.

Eine für die Genauigkeit der Endfassung vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass bei Einsatz von Linsengruppen vor dem Verbinden der Präzisions- und Federhalb schale mittels eines Bildauswertesystems eine Korrektur der Zentrierung durchführbar ist.

Fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist bei der vorliegenden neuen technischen Lösung, dass für eine Halbschale eine hohe Formtreue und für die andere Halbschale eine hohe Elastizität gewährleistet ist, so dass die Mängel bekannter Fassungen hinsichtlich des in Abhängigkeit von dem verwendeten Kunststoff auftretenden geringeren Elastizitätsmodul vermieden werden. Bei Einsatz von hochwertigen, formtreuen Kunststoffen ist der Einsatz von unterschiedlichen Formmaterialien für die Halbschalen nicht zwingend notwendig.

Durch die Erfindung ist es möglich, eine leichte, schnell und einfach montierbare Fassung für eine oder mehrere optische Linsen oder Linsengruppen mit hoher Genauigkeit unabhängig von den aus dem Stand der Technik bekannten Mängeln für die einzelnen Fassungsvarianten herzustellen, wobei die der Genauigkeitsanforderung entsprechende Toleranz durch die Formgebung der beiden Halbschalen erhalten wird.

Der Einsatz von entsprechenden Formmaterialien für die beiden Halbschalen ist dabei frei wählbar unabhängig von dem Nachteil bekannter Fassungen, dass eine hohe Formtreue eines Kunststoffteiles mit einem geringeren Elastizitätsmodul verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Fassung mit einer Linsengruppe in schematischer Darstellung;
2 eine Präzisionshalbschale;
3 eine Federhalbschale.
Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Fassung ist für eine Vielzahl von optischen Linsen bzw. Linsengruppen 1 einsetzbar und stützt sich auf das Prinzip der Füllfassung. Die Fassung für eine optische Linsengruppe 1 besteht gemäß
1 aus zwei funktionell unterschiedlichen Halbschalen, einer Präzisionshalbschale 2 und einer Federhalbschale 3. Aufgrund des Widerspruches zwischen hoher Formtreue eines Kunststoffteiles und dem damit geringeren Elastizitätsmodul bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fassungsvarianten sind die Halbschalen 2 und 3 unabhängig vom verwendeten Fassungsmaterial entweder aus unterschiedlichen Kunststoffen herstellbar oder aus einem hochwertigen formtreuen Kunststoff. Die Präzisionshalbschale 2 und die Federhalbschale 3 können sowohl durch Schraubverbindungen 10 oder andere geeignete Verbindungen miteinander zu einer Einheit lösbar oder nicht lösbar, beispielsweise durch Ultraschallschweißen verbunden werden.
Die in 2 näher dargestellte Präzisionshalbschale 2 ist der Teil der Fassung, der durch den Einsatz eines hochwertigen anisotropen Kunststoffes die Genauigkeit der Fassung gewährleistet, um die Linsengruppe 1 in einer genau definierten Lage zu halten. Die radiale Lagepositionierung der Linsengruppe 1 wird dabei vorzugsweise durch zwei V-förmig angeordnete und rechteckförmig ausgebildete Auflageflächen 4a, 4b, einem sogenannten V-Lager gewährleistet. Die axiale Lagepositionierung der optischen Linsen bzw. der Linsengruppe 1 erfolgt durch vorzugsweise drei symmetrisch angeordnete und konisch gestaltete Anlageflächen 5a, 5b, 5c. Diese konisch gestalteten Anlageflächen 5a, 5b, 5c gehen insbesondere über die Mittellinie der Präzisionshalbschale 2 hinaus, wodurch eine Verkippung der optischen Linse bzw. der Linsengruppe 1 verhindert wird.
Da man die optischen Linsen 1 aufgrund des Halbschalenprinzips der Fassung vor dem Verbinden von Präzisionshalbschale 2 und Federhalbschale 3 in der Präzisionshalbschale 2 drehen kann, ist eine Korrektur der Zentrierung der zu einer Linsengruppe gehörenden optischen Linsen 1 durchführbar, um eine höhere Genauigkeit der Linsengruppe 1 zu erhalten. 3 zeigt die Federhalbschale 3, die hier aus einem Kunststoff mit elastischen Eigenschaften besteht und in die entsprechend der Lage der einzelnen optischen Linsen 1 federnde Elemente 6 integriert sind. Durch diese federnden Elemente 6 erfolgt die radiale Lagefixierung der optischen Linsen 1, indem die federnden Elemente 6 die optischen Linsen 1 auf das V-Lager 4a, 4b der Präzisionshalbschale 2 drücken.
Zusätzlich dienen die federnden Elemente 6 der Federhalbschale 3 zum Ausgleich der Auswirkungen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Linsen- und Fassungsmaterial. Weiterhin können durch die federnden Elemente 6 noch die Linsendurchmessertoleranzen kompensiert werden, indem die federnden Elemente 6 die optischen Linsen 1 zwischen die Anlageflächen 5a, 5b, 5c der Präzisionshalbschale 2 und den Stegen 7a, 7b, 7c einpressen und damit in ihrer axialen Lage fixieren.
Die axiale Lagefixierung der optischen Linsen 1 wird durch vorzugsweise drei dreieckförmig ausgebildete Stege 7a, 7b, 7c gemäß 2, die in die Präzisionshalbschale 2 integriert sind, gewährleistet. Die dreieckförmig ausgebildeten Stege 7a, 7b, 7c liegen den, der axialen Lagepositionierung dienenden rechteckförmig ausgebildeten Anlageflächen 5a, 5b, 5c gegenüber. Die optische Linse 1 wird zwischen den rechteckförmig ausgebildeten Anlageflächen 5a, 5b, 5c und den dreieckförmig ausgebildeten Stegen 7a, 7b, 7c eingepreßt und damit in ihrer axialen Lage fixiert. Die dreieckförmig ausgebildeten Stege 7a, 7b, 7c sind elastisch-plastisch verformbar, um Linsendickentoleranzen zu kompensieren.

1: optische Linse bzw. Linsengruppe
2: Präzisionshalbschale
3: Federhalbschale
4a, b: rechteckig ausgebildete Auflagefläche
5a, b, c: konisch ausgebildete Anlagefläche
6: federndes Element
7a, b, c: dreieckförmig ausgebildeter Steg
8: Hauptführungsarm
9: Nebenführungsarm
10: Schraube

Claims

Fassung für optische Elemente, insbesondere zur Aufnahme einer oder mehrerer optischer Linsen oder Linsengruppen für den optischen Gerätebau, bestehend aus zwei Teilen, wobei Mittel zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linsen in der Fassung und Mittel zur Anbindung der Fassung an ein die Fassung umschließendes Gehäuse vorgesehen sind, dadurch ge kennzeichnet, dass die Fassung aus zwei funktionell getrennt, unterschiedlich ausgebildeten und in der Montagesollage zu einer geschlossenen Einheit verbundenen Halbschalen (2, 3) besteht, wobei die Halbschale (2) Elemente zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe (1) und die Halbschale (3) federnde Elemente zur Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe (1) aufweist und zur Aufnahme eines Kompensationsmediums dient und wobei an einer Halbschale Führungsmittel zur Anbindung der Fassung an ein sie umschließendes Gehäuse vorgesehen sind.
Fassung für optische Elemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschale (2) zur Aufnahme von Elementen (4, 5, 7) zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe (1) als Präzisionshalbschale mit hoher Lagegenauigkeit für die Elemente (4, 5, 7) ausgebildet ist.
Fassung für optische Elemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschale (3) zur Aufnahme federnder Elemente (6) zur radialen Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe (1) und zur Kompensation unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Linsen- und Fassungsmaterial sowie von Linsendurchmessertoleranzen als Federhalbschale mit elastischen Eigenschaften ausgebildet ist.
Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisions- und die Federhalbschale (2, 3) lösbar, insbesondere mittels einer Schraub- oder Schnappverbindung miteinander zu einer Einheit verbindbar sind.
Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Präzisionshalbschale (2) zur radialen Lagepositionierung der optischen Linse (1) insbesondere zwei V-förmig angeordnete und vorzugsweise rechteckförmig ausgebildete Auflageflächen (4) vorgesehen sind.
Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Präzisionshalbschale (2) zur axialen Lagepositionierung der optischen Linse (1) insbesondere mindestens drei symmetrisch angeordnete Anlageflächen (5) vorgesehen sind.
Fassung für optische Elemente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagenflächen (5) vorzugsweise konisch ausgebildet und insbesondere über die Mittellinie der Präzisionshalbschale (2) hinausgehend ausgebildet sind.
Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen La gefixierung der optischen Linse (1) in der Präzisionshalbschale (2) insbesondere drei dreieckförmig ausgebildete Stege (7), den konisch ausgebildeten Anlageflächen (5) gegenüber liegend, so angeordnet sind, dass die optische Linse (1) zwischen den Anlageflächen (5) und den Stegen (7) axial fixierbar ist.
Fassung für optische Elemente nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dreieckförmig ausgebildeten Stege (7) elastisch-plastisch verformbar ausgebildet sind.
Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der Fassung in einem die Fassung umgebenden Gehäuse an der Präzisionshalbschale (2) vorzugsweise zwei Führungsarme (8, 9) vorgesehen sind.
Fassung für optische Elemente nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsarme insbesondere als ein Hauptführungsarm (8) und ein Nebenführungsarm (9) ausgebildet sind.
Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anbindung der Fassung an ein sie umgebendes Gehäuse unabhängig vom Außendurchmesser der Fassung vorgesehen ist.
Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einzelfassungen zu einer Fassung für mehrere optische Linsen bzw. Linsengruppen verbindbar sind.
Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz von Linsengruppen (1) vor dem Verbinden der Präzisions- und der Federhalbschale (2, 3) mittels eines Bildauswertesystems eine Korrektur der Zentrierung vorgesehen ist.