DE102007030579A1 - Laterally adjustable socket for optical elements, is divided into static outer part and adjustable inner part by material sections, where adjustable inner part serves to receive optical element, whose Z-axis is aligned by lateral adjustment - Google Patents

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Abstract

The socket (3) is divided into a static outer part (11) and an adjustable inner part (12) by material sections (10). The adjustable inner part serves to receive the optical element, whose Z-axis is aligned by the lateral adjustment. The static outer part and the adjustable inner part are connected by three lever gear (13). The lever gear is coaxially arranged to the optical axis (2) of the optical element (1) and is offset by 120 degrees.

Description

Die Erfindung betrifft eine lateral verstellbare Fassung für optische Elemente, die durch Materialschnitte in einen feststehenden äußeren Teil und einen verstellbaren inneren Teil unterteilt ist, wobei der verstellbare innere Teil der Aufnahme des optischen Elementes dient.The The invention relates to a laterally adjustable socket for optical Elements passing through cuts in a fixed outer part and an adjustable inner part is divided, wherein the adjustable inner part of the receptacle of the optical element is used.

Aus der DE 199 01 295 A1 ist eine optische Abbildungsvorrichtung mit wenigstens einem optischen Element bekannt, bei dem die Bauteile Außenfassung, Innenring und Manipulatoreinrichtung zu einem einstückigen Bauteil vereinigt sind. Die zur weggesteuerten Verschiebung des optischen Elementes in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse dienende Manipulatoreinrichtung besteht zwischen dem Innenring und der Außenfassung aus einem System von Umfangsschlitzen mit dazwischen liegenden Verbindungsgliedern, einem Drehgelenk und wenigstens einem Verstellgelenk mit einem Verstellglied.From the DE 199 01 295 A1 an optical imaging device with at least one optical element is known in which the components outer socket, inner ring and manipulator device are combined to form a one-piece component. The manipulation device for the displacement-controlled displacement of the optical element in a direction perpendicular to the optical axis consists between the inner ring and the outer socket of a system of circumferential slots with intermediate links, a pivot and at least one adjusting joint with an adjusting member.

Der Nachteil dieser Lösung besteht insbesondere darin, dass diese durch die Vielzahl unterschiedlich ausgebildeter Manipulatorelemente einen komplizierten und unsymmetrischen Aufbau besitzt, der für symmetrische Systeme ungeeignet ist oder zu Systeminstabilitäten führt. Insbesondere erhöhen die in Richtung der optischen Achse versteifend wirkenden, kinematisch jedoch überflüssigen Verbindungsglieder den Fertigungsaufwand, erfordern in Abhängigkeit von der Anzahl zusätzliche Stellkräfte und bewirken, dass sich Deformationen stärker auf den inneren Teil auswirken. Außerdem benötigen die Verstellgelenke eine zusätzliche Blattfeder und müssen zur Gewährleistung der beabsichtigten Justierung in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen verstellt werden, so dass Vorspannelemente für beide Richtungen erforderlich sind.Of the Disadvantage of this solution is, in particular, that these differ by the multiplicity trained manipulator elements a complicated and unsymmetrical Construction owns, for symmetric systems is inappropriate or leads to system instabilities. Especially increase the stiffening acting in the direction of the optical axis, kinematically but superfluous links the production cost, depending on the number require additional restoring forces and cause deformations to affect the inner part more. Furthermore need the adjustment joints an additional Leaf spring and must to warranty the intended adjustment in two mutually opposite Directions are adjusted so that biasing elements for both directions required are.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch einen vereinfachten Aufbau den Fertigungsaufwand zu verringern und gleichzeitig eine hohe Systemstabilität zu gewährleisten.Of the The present invention is therefore based on the object by a simplified design to reduce manufacturing costs and at the same time a high system stability to ensure.

Die Aufgabe wird durch eine im Wesentlichen in Richtung der optischen Achse durch eine entsprechende Materialdicke steif ausgebildete lateral verstellbare Fassung der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.The Task is performed by a substantially in the direction of the optical Axis stiff by a corresponding material thickness laterally adjustable version of the aforementioned type according to the characterizing Characteristics of claim 1 solved.

Ein feststehender äußerer Teil und ein verstellbarer innerer Teil der bevorzugt aus einem Stück gefertigten Fassung sind durch Materialschnitte bis auf drei koaxial zur optischen Achse des optischen Elementes und jeweils um 120° versetzt angeordnete Verbindungsstellen voneinander getrennt, wobei als Verbindungsstellen Hebelgetriebe vorgesehen sind, durch welche die Verstellbarkeit des inneren Teils gegenüber dem äußeren Teil erreicht wird.One fixed outer part and an adjustable inner part of the preferably made in one piece Socket are by material cuts except for three coaxial with the optical Axis of the optical element and each offset by 120 ° arranged connection points separated from each other, where as joints lever mechanism are provided, through which the adjustability of the inner part across from the outer part is reached.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.advantageous Embodiments are in the dependent claims contain.

Die ausschließliche Verbindung des äußeren und des inneren Teils über die drei symmetrisch angeordneten Hebelgetriebe bietet mehrere Vorteile, indem

  • – eine zur Verstellung des inneren Teils erforderliche Kraft nur in einer Richtung aufgewendet werden braucht und demzufolge gleichzeitig als Vorspannung genutzt werden kann und
  • – aufgrund von nur drei Verbindungsstellen zwischen dem inneren und äußeren Teil eine Deformationsentkopplung des inneren Teils erreicht wird, woraus eine hohe Lagestabilität resultiert.
The exclusive connection of the outer and the inner part via the three symmetrically arranged lever mechanism offers several advantages by
  • - Required for adjusting the inner part force only needs to be expended in one direction and therefore can be used simultaneously as a bias and
  • - Due to only three joints between the inner and outer part of a deformation decoupling of the inner part is achieved, resulting in a high positional stability results.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Hebelgetriebe aus einem freien Hebelende und zwei Hebelarm bildenden Stegen bestehen, und dass das freie Hebelende über einen ersten der Stege mit dem äußeren Teil und über einen zweiten der Steg mit dem inneren Teil in Verbindung steht.A advantageous development of the invention is that the Lever mechanism forming a free lever end and two lever arm Webs exist, and that the free end of the lever over a first of the webs with the outer part and over a second of the web communicates with the inner part.

Die Verstellung des inneren Teils beschreibt eine Kreisbahn, deren Mittelpunkt im Schnittpunkt verlängerter Hebelarme zweier Hebelgetriebe liegt, wobei der Schnittpunkt einen Versatz zur optischen Achse aufweist.The Adjustment of the inner part describes a circular path whose center point extended at the intersection Lever arms of two lever mechanism is located, the intersection of a Has offset to the optical axis.

Die Hebelarm bildenden Stege können in einer Ausgestaltung parallel zueinander und tangential zu den Materialschnitten ausgerichtet sein.The Lever-forming webs can in an embodiment parallel to each other and tangent to the Be aligned material cuts.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Hebelarm bildenden Stege am Hebelende abgeknickt sind und sich gegenseitig verlängern.A Another embodiment provides that the lever arm forming webs are bent at the end of the lever and extend each other.

Die Hebelenden sind für das Angreifen von Verstellelementen, wie z. B. Gewindestiften oder Piezoaktuatoren ausgebildet, wodurch das optische Element in jede Richtung bewegbar ist, die senkrecht zur optischen Achse verläuft.The Lever ends are for the attacking of adjusting elements, such. B. grub screws or Piezoactuators formed, whereby the optical element in each Direction is movable, which is perpendicular to the optical axis.

Zwar sieht die Erfindung keine Achsenentkopplung vor, so dass eine Verstellung über mindestens zwei Hebelgetriebe erfolgen muss, doch lässt eine Komponentenzerlegung eine einfache Berechnung über die Winkelverhältnisse zu.Though the invention provides no axle decoupling, so that an adjustment over at least two lever mechanism must be done, but leaves a component decomposition a simple calculation about the angular relationships to.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention will be explained below with reference to the schematic drawing. It demonstrate:

1 eine erfindungsgemäße verstellbare Fassung für optische Elemente; 1 an adjustable version according to the invention for optical elements;

2 eine erste Ausführung eines Hebelgetriebes, wie es bei der erfindungsgemäßen verstellbaren Fassung gemäß 1 verwendet werden kann; 2 a first embodiment of a lever mechanism, as in accordance with the invention according to the adjustable version 1 can be used;

3 eine zweite Ausführung eines Hebelgetriebes, wie es bei der erfindungsgemäßen verstellbaren Fassung gemäß 1 verwendet werden kann; 3 a second embodiment of a lever mechanism, as in the inventive adjustable version according to 1 can be used;

Die in 1 gezeigte Fassung 3 besteht aus einem feststehenden äußeren Teil 11 und einem gegenüber dem feststehenden äußeren Teil 11 senkrecht zur optischen Achse 2 eines zu fassenden optischen Elementes 1 verstellbaren inneren Teil 12. Der feststehende äußere Teil 11 ist üblicherweise mit einem übergeordneten, nicht dargestellten Bauteil, wie zum Beispiel einem Füllrohr, einem Halteflansch oder einem äquivalenten Bauteil fest verbunden. Der verstellbare innere Teil 12 dient zur Aufnahme des optischen Elementes 1 und ist entsprechend der DE 100 43 344 C2 ausgebildet, deren Offenbarung hier eingeschlossen ist. Materialschnitte 10 in Form von erodierten Schlitzen trennen den äußeren und inneren Teil 11 und 12 bis auf drei koaxial zur optischen Achse 2 und jeweils um 120° versetzt angeordnete Verbindungsstellen voneinander. Die Verbindungsstellen werden durch Hebelgetriebe 13 gebildet, durch welche die Verstellbarkeit des inneren Teils 12 gegenüber dem äußeren Teil 11 erreicht wird.In the 1 shown version 3 consists of a fixed outer part 11 and one opposite the fixed outer part 11 perpendicular to the optical axis 2 an optical element to be grasped 1 adjustable inner part 12 , The fixed outer part 11 is usually firmly connected to a parent, not shown component, such as a filling tube, a retaining flange or an equivalent component. The adjustable inner part 12 serves to accommodate the optical element 1 and is according to the DE 100 43 344 C2 trained, the disclosure of which is included here. material cuts 10 in the form of eroded slots separate the outer and inner parts 11 and 12 except for three coaxial with the optical axis 2 and in each case offset by 120 ° connection points from each other. The joints are by lever gear 13 formed by which the adjustability of the inner part 12 opposite the outer part 11 is reached.

Im Bereich der Hebelgetriebe 13, von dem in 2 eine erste Ausführung gezeigt ist, ist eine Materialschnitterweiterung 10' vorgesehen, die Platz für ein freies Hebelende 15 sowie für Hebelarm bildende, zu den Materialschnitten 10 tangential und zueinander parallel ausgerichtete Stege 14, 14' bietet, zwischen denen eine verbreiterte Materialaussparung 10'' als Verlängerung eines Materialschnittes 10 vorhanden ist. Das freie Hebelende 15 steht über einen ersten Steg 14 mit dem äußeren Teil 11 und über einen zweiten Steg 14' mit dem inneren Teil 12 in Verbindung.In the area of the lever mechanism 13 of which in 2 a first embodiment is shown is a Materialschnitterweiterung 10 ' provided space for a free lever end 15 and for lever arm forming, to the material cuts 10 tangential and mutually parallel webs 14 . 14 ' offers, between which a broadened material recess 10 '' as an extension of a material cut 10 is available. The free end of the lever 15 stands over a first jetty 14 with the outer part 11 and over a second jetty 14 ' with the inner part 12 in connection.

Eine weitere Ausführungsform eines Hebelgetriebes 13 ist in 3 gezeigt. Ein in einer Materialschnitterweiterung 10' frei positioniertes Hebelende 15 ist über Stege 14'' und 14''' mit dem äußeren sowie mit dem inneren Teil 11 und 12 verbunden. Im Unterschied zu der Ausführung gemäß 2 sind die zwei als Hebelarme fungierenden Stege 14" und 14'' am Hebelende 15 stark abgeknickt und verlängern sich gegenseitig. Die Stege 14'' und 14'' werden durch annähernd radial gerichtete Materialschnitte 10'', 10'' und 10'' gebildet, wobei der Materialschnitt 10'' einen der entlang des Umfanges des inneren Teils verlaufenden Materialschnitte 10 schneidend begrenzt.Another embodiment of a lever mechanism 13 is in 3 shown. One in a material cutting extension 10 ' freely positioned lever end 15 is over jetties 14 '' and 14 ''' with the outer as well as with the inner part 11 and 12 connected. Unlike the version according to 2 are the two acting as lever arms webs 14 " and 14 '' at the end of the lever 15 severely bent and extend each other. The bridges 14 '' and 14 '' are made by approximately radially directed material cuts 10 '' . 10 '' and 10 '' formed, with the material cut 10 '' one of the along the circumference of the inner part extending material cuts 10 limited cutting.

Die beiden Ausführungen gemäß 2 und 3 unterscheiden sich in tangentialem und radialem Platzbedarf sowie im Übersetzungsverhältnis. Demgemäß erfolgt auch deren bevorzugte Anwendung.The two versions according to 2 and 3 differ in tangential and radial space requirements as well as in the transmission ratio. Accordingly, their preferred application also takes place.

Die Arbeitsweise zur Verstellung des inneren Teils 12 soll anhand der Ausführung gemäß 1 und 2 erläutert werden.The way of working to adjust the inner part 12 should be based on the execution according to 1 and 2 be explained.

Greift eine radiale Kraft FR am Hebelende 15 an, so entsteht durch das Hebelgetriebe 13 eine tangentiale Kraftkomponente FT, die den verstellbaren inneren Teil 12 bewegt. Der verstellbare innere Teil 12 bewegt sich dabei auf einer Kreisbahn 20, deren Mittelpunkt 21 der Schnittpunkt der gedachten Verlängerungen 22 der Stege 14 und 14' bzw. 14'' und 14'' zweier Hebelgetriebe 13 ist und der durch einen für die Ausführungen gemäß 2 und 3 unterschiedlichen Versatz zur optischen Achse 2 das Übersetzungsverhältnis bestimmt. Da der Radius 23 der Kreisbahn im Verhältnis zum Verstellweg, der in der Regel ca. einige Mikrometer beträgt, sehr groß ist, kann die Verstellung der optischen Achse 2 als quasilinear angesehen werden.Attacks a radial force F R at the end of the lever 15 on, so arises through the lever mechanism 13 a tangential force component F T , which is the adjustable inner part 12 emotional. The adjustable inner part 12 moves on a circular path 20 whose center 21 the intersection of the imaginary extensions 22 of the bridges 14 and 14 ' respectively. 14 '' and 14 '' two lever mechanism 13 is and by a for the embodiments according to 2 and 3 different offset to the optical axis 2 determines the gear ratio. Because the radius 23 the circular path in relation to the adjustment, which is usually about a few microns, is very large, can be the adjustment of the optical axis 2 be regarded as quasi-linear.

Eine Verstellung kann an jedem Hebelende 15 eingeleitet werden, so dass das optische Element 1 in jede beliebige Richtung bewegt werden kann, die senkrecht zur optischen Achse 2 verläuft. Als Verstellelement kann im einfachsten Fall ein Gewindestift am Hebelende 15 angreifen. In einer anderen Ausführungsform kommt dazu zum Beispiel ein Piezoaktuator zum Einsatz. Es sind jedoch auch andere, nicht weiter benannte und für den Fachmann gebräuchliche Verstellelemente denkbar.An adjustment can be made at each end of the lever 15 be initiated so that the optical element 1 can be moved in any direction perpendicular to the optical axis 2 runs. As adjustment can in the simplest case, a threaded pin at the end of the lever 15 attack. In another embodiment, a piezoactuator is used for this purpose, for example. However, there are also other, not further named and customary for those skilled adjusting conceivable.

Da sich die Steifigkeit der Fassung 3 in Richtung der optischen Achse 2 durch die Fassungsdicke in dieser Richtung anpassen lässt, kann durch eine ausreichend dicke Ausführung der Fassung 3 eine hohe Steifigkeit in Richtung der optischen Achse 2 erreicht werden.Because the stiffness of the socket 3 in the direction of the optical axis 2 can adjust by the socket thickness in this direction, can by a sufficiently thick version of the socket 3 a high rigidity in the direction of the optical axis 2 be achieved.

Besonderes vorteilhaft wirkt sich zur Lösung der Aufgabe die symmetrische Anordnung der Bauteile, insbesondere der Hebelgetriebe 13 aus. Durch die Verbindung von äußerem und innerem Teil 11, 12 der Fassung 3 an nur drei Stellen, werden Deformationen, die von außen in die Fassung 3 eingebracht werden und bei Montageprozessen unausbleiblich sind, quasi nicht auf das optische Element 1 übertragen.Particularly advantageous to solve the problem affects the symmetrical arrangement of the components, in particular the lever mechanism 13 out. Through the connection of outer and inner part 11 . 12 the version 3 in only three places, deformations are made from the outside into the socket 3 are introduced and inevitable in assembly processes, virtually not on the optical element 1 transfer.

Aufgrund der Anordnung von drei Hebelgetrieben 13 reicht es aus, die Hebelenden nur in eine Richtung zu bewegen, um trotzdem in erfinderischer Weise eine Verstellung in alle Richtungen senkrecht zur optischen Achse 2 vornehmen zu können, indem z. B. mit einem Gewindestift radial auf das Hebelende 15 gedrückt wird.Due to the arrangement of three lever gears 13 it is sufficient to move the lever ends only in one direction, yet in an inventive way an adjustment in all directions perpendicular to the optical axis 2 to be able to make by z. B. with a threaded pin radially on the lever end 15 is pressed.

Die erfindungsgemäße Fassung 3 lässt sich einfach herstellen und ist äußerst Platz sparend. Geeignet ist die Fassung 3 insbesondere für sehr kleine Objektive, wie z. B. Mikroskopobjektive.The version according to the invention 3 Easy to make and extremely space-saving. Suitable is the version 3 especially for very small lenses, such. B. Microscope lenses.

Claims (12)

Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente, die durch Materialschnitte in einen feststehenden äußeren Teil und einen verstellbaren inneren Teil unterteilt ist, wobei der verstellbare innere Teil der Aufnahme des optischen Elementes dient, dessen optische Achse durch die laterale Verstellung auszurichten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende äußere Teil (11) und der verstellbare innere Teil (12) durch drei Hebelgetriebe (13) miteinander verbunden sind.Lateral adjustable socket for optical elements, which is divided by material cuts in a fixed outer part and an adjustable inner part, wherein the adjustable inner part of the receptacle of the optical element is used, whose optical axis is to be aligned by the lateral adjustment, characterized in that the fixed outer part ( 11 ) and the adjustable inner part ( 12 ) by three lever gear ( 13 ) are interconnected. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelgetriebe (13) koaxial zur optischen Achse (2) des optischen Elementes (1) und um 120° versetzt angeordnet sind.Lateral adjustable socket for optical elements according to claim 1, characterized in that the lever mechanism ( 13 ) coaxial to the optical axis ( 2 ) of the optical element ( 1 ) and offset by 120 °. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelgetriebe (13) aus einem freien Hebelende (15) und zwei Hebelarm bildenden Stegen (14, 14', 14'', 14'') bestehen, und dass das freie Hebelende (15) über einen ersten der Stege (14, 14'') mit dem äußeren Teil (11) und einen zweiten der Stege (14', 14'') mit dem inneren Teil (12) in Verbindung steht.Lateral adjustable socket for optical elements according to claim 1 or 2, characterized in that the lever mechanism ( 13 ) from a free lever end ( 15 ) and two lever arm forming webs ( 14 . 14 ' . 14 '' . 14 '' ), and that the free end of the lever ( 15 ) over a first of the webs ( 14 . 14 '' ) with the outer part ( 11 ) and a second of the webs ( 14 ' . 14 '' ) with the inner part ( 12 ). Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des inneren Teils (12) eine Kreisbahn (20) beschreibt, deren Mittelpunkt (21) im Schnittpunkt verlängerter Hebelarme zweier Hebelgetriebe (13) liegt, wobei der Schnittpunkt einen Versatz zur optischen Achse (2) aufweist.Lateral adjustable socket for optical elements according to claim 3, characterized in that the adjustment of the inner part ( 12 ) a circular path ( 20 ) whose center ( 21 ) at the intersection of extended lever arms of two lever gears ( 13 ), where the intersection point is an offset to the optical axis ( 2 ) having. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarm bildenden Stege (14, 14') parallel zueinander und tangential zu den Materialschnitten (10) ausgerichtet sind.Lateral adjustable socket for optical elements according to claim 4, characterized in that the lever arm forming webs ( 14 . 14 ' ) parallel to one another and tangential to the material cuts ( 10 ) are aligned. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarm bildenden Stege (14'', 14'') am Hebelende (15) abgeknickt sind und sich gegenseitig verlängern.Lateral adjustable socket for optical elements according to claim 4, characterized in that the lever arm forming webs ( 14 '' . 14 '' ) at the end of the lever ( 15 ) are bent and extend each other. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelenden (15) für das Angreifen von Verstellelementen ausgebildet sind, wodurch das optische Element (1) in jede Richtung bewegbar ist, die senkrecht zur optischen Achse (2) verläuft.Lateral adjustable socket for optical elements according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lever ends ( 15 ) are formed for the engagement of adjusting elements, whereby the optical element ( 1 ) is movable in any direction perpendicular to the optical axis ( 2 ) runs. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellelement ein Gewindestift vorgesehen ist.Lateral adjustable socket for optical elements according to claim 7, characterized in that as adjustment a threaded pin is provided. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellelement ein Piezoaktuator vorgesehen ist.Lateral adjustable socket for optical elements according to claim 7, characterized in that as adjusting a piezoelectric actuator is provided. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Teil (11), der innere Teil (12) und die Hebelgetriebe (13) aus einem Stück gefertigt sind.Lateral adjustable socket for optical elements according to one of claims 1 to 9, characterized in that the outer part ( 11 ), the inner part ( 12 ) and the lever gear ( 13 ) are made in one piece. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassungssteifigkeit in Richtung der optischen Achse (2) des zu fassenden optischen Elementes (1) durch die Fassungsdicke in dieser Richtung eingestellt ist.Lateral adjustable socket for optical elements according to claim 10, characterized in that the frame stiffness in the direction of the optical axis ( 2 ) of the optical element to be grasped ( 1 ) is set by the frame thickness in this direction. Lateral verstellbare Fassung für optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende äußere Teil (11) mit einem übergeordneten Bauteil fest verbunden ist.Lateral adjustable socket for optical elements according to one of claims 1 to 11, characterized in that the fixed outer part ( 11 ) is firmly connected to a parent component.
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