DE102007030579B4

DE102007030579B4 - Lateral adjustable socket for optical elements

Info

Publication number: DE102007030579B4
Application number: DE102007030579A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schletterer
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-06-30
Also published as: DE102007030579A1

Abstract

Bei einer lateral verstellbaren Fassung (3) für optische Elemente besteht die Aufgabe, eine höhere Lateralsteifigkeit zu erreichen. Ein feststehender äußerer Teil (11) und ein verstellbarer innerer Teil (12) der Fassung (3) sind durch Materialschnitte (10) bis auf drei zur optischen Achse (2) des gefassten optischen Elementes (1) jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnete Verbindungsstellen voneinander getrennt, wobei als Verbindungsstellen Hebelgetriebe (13) vorgesehen sind, durch welche die Verstellbarkeit des inneren Teiles (12) gegenüber dem äußeren Teil (11) erreicht wird.In a laterally adjustable socket (3) for optical elements, the object is to achieve a higher lateral rigidity. A fixed outer part (11) and an adjustable inner part (12) of the socket (3) are by material cuts (10) except for three to the optical axis (2) of the captured optical element (1) each offset by 120 ° to each other arranged connection points separated from each other, being provided as joints lever gear (13) through which the adjustability of the inner part (12) relative to the outer part (11) is achieved.

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. Eine gattungsgemäße Fassung ist aus der EP 1 577 693 A2 bekannt.The invention relates to a laterally 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. A generic version is from the EP 1 577 693 A2 known.

Aus der DE 199 01 295 A1 ist eine optische Abbildungsvorrichtung mit wenigstens einem optischen Element bekannt, bei dem eine Außenfassung und ein hierzu verstellbarer Innenring vorzugsweise aus einem Stück gefertigt sind. Eine 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 is known with at least one optical element, in which an outer frame and an inner ring adjustable for this are preferably made of one piece. A for manipulating the displacement of the optical element in a direction perpendicular to the optical axis serving manipulator means between the inner ring and the outer socket of a system of circumferential slots with intermediate links, a hinge and at least one adjusting joint with an adjusting.

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.

Auch aus der EP 1 577 693 A2 ist eine aus einem Stück gefertigte Linsenfassung bekannt. In einer bevorzugten Ausführung ist ein Innenring über drei Verstellgelenke mit jeweils zwei Gelenkarmen (einen Hebelarm bildende Stege) und einem dazwischen liegenden Verstellteil (freies Hebelende) mit einer Außenfassung verbunden. Zur lateralen Verstellung des Innenringes und damit des optischen Elementes greifen Aktuatoren an den Verstellteilen an.Also from the EP 1 577 693 A2 is a one-piece lens frame known. In a preferred embodiment, an inner ring is connected via three adjusting joints, each with two articulated arms (webs forming a lever arm) and an adjusting part (free end of the lever) located therebetween with an outer socket. For lateral adjustment of the inner ring and thus the optical element actuators attack the adjustment.

Gegenüber der vorgenannten DE 199 01 295 A1 zeichnet sich die hier aufgezeigte Lösung durch eine höhere Temperaturstabilität aus.Compared to the aforementioned DE 199 01 295 A1 The solution shown here is characterized by a higher temperature stability.

Wie in der EP 1 577 693 A2 ausgeführt, ergibt sich bei der Erwärmung des optischen Elementes, z. B. einer Linse, das Problem, dass die Wärme über die nur wenigen und schmalen Verbindungsstellen zwischen dem Innenring und der Außenfassung nur schlecht abgeleitet werden kann. Die sich dadurch einstellenden Temperaturunterschiede wirken sich nachteilig auf die Abbildungsqualität aus, da insbesondere eine Längenänderung der in eine gleiche Richtung ausgedehnten Gelenkarme aufgrund von Temperaturänderungen zu einer Verschiebung des Innenringes in dieser Richtung führt, was Aberrationen und Koma zur Folge hat.Like in the EP 1 577 693 A2 executed, resulting in the heating of the optical element, for. As a lens, the problem that the heat over the only few and narrow joints between the inner ring and the outer socket can be derived only poorly. The resulting temperature differences have an adverse effect on the imaging quality, since in particular a change in length of the joint arms extended in the same direction due to temperature changes leads to a displacement of the inner ring in this direction, which has aberrations and coma result.

Dieses Problem wird mit der EP 1 577 693 A2 im Wesentlichen dadurch behoben, dass die Gelenkarme in tangentiale Richtung um 120° zueinander versetzt an der äußeren Umfangsfläche des Innenringes und an der inneren Umfangsfläche der Außenfassung im Uhrzeigersinn vom Innenring weggerichtet angreifen. Eine Längenänderung der Gelenkarme wird hier in eine einheitliche Verdrehrichtung umgesetzt. Verdrehungen dieser Art führen nicht zu Aberrationen, insbesondere nicht bei einer Linse als optisches Element.This problem is with the EP 1 577 693 A2 essentially solved by the articulated arms in the tangential direction offset by 120 ° to each other on the outer peripheral surface of the inner ring and on the inner peripheral surface of the outer frame in the clockwise direction of the inner ring directed away attack. A change in length of the articulated arms is implemented here in a uniform direction of rotation. Twists of this kind do not cause aberrations, especially not with a lens as an optical element.

Eine Linsenfassung gemäß der EP 1 577 693 A2 soll auch den Vorteil haben, dass durch eine Verkürzung der Gelenkarme eine höhere Lateralsteifigkeit der Innenringanbindung erreichbar ist und damit die Linsenfassung mit der gefassten Linse gegen Eigenschwingungen steifer ist.A lens frame according to EP 1 577 693 A2 should also have the advantage that a higher lateral stiffness of the inner ring connection can be achieved by shortening the articulated arms and thus the lens frame with the captured lens is stiffer against natural oscillations.

Aus der WO 2005/101131 A1 ist eine Linsenfassung bekannt, hier Aufnahmebaugruppe zur Positionierung eines optischen Elementes genannt, bestehend aus einem ersten Rahmen und drei identischen Halteeinheiten, die gleichwinklig am Umfang des ersten Rahmens verteilt einen zweiten Rahmen, der eine Linse trägt, halten. Bei den Halteeinheiten handelt es sich um zusätzliche Bauteile, was unter anderem zu einem höheren Fertigungs- und Montageaufwand führt.From the WO 2005/101131 A1 is a lens frame, here called recording assembly for positioning an optical element, consisting of a first frame and three identical holding units, the equiangularly distributed on the circumference of the first frame a second frame carrying a lens hold. The holding units are additional components, which among other things leads to a higher manufacturing and assembly costs.

In der DE 100 51 706 A1 ist ebenfalls eine Fassung offenbart, die durch Materialschnitte in eine Innenfassung und eine Außenfassung geteilt ist, die über drei am Umfang der Innenfassung verteilte verbleibende Verbindungen, die als Festkörpergelenke wirken, verbunden bleiben. Die Materialschnitte sind so gelegt, dass über die Betätigung der Festkörpergelenke durch angreifende Manipulatoren die Innenfassung und damit die gefasste Linse axial verschiebbar ist und somit keine radial verschiebbare Fassung vergleichbar mit der Erfindung darstellt.In the DE 100 51 706 A1 is also disclosed a socket, which is divided by material cuts in an inner socket and an outer socket, which remain connected over three circumferentially distributed to the inner socket remaining connections that act as solid state joints. The material cuts are placed so that on the operation of the solid state joints by attacking manipulators, the inner frame and thus the captured lens is axially displaceable and thus does not represent a radially displaceable version comparable to the invention.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine temperaturstabile lateral justierbare Fassung mit einer höheren Lateralsteifigkeit zu schaffen.Of the present invention is based on the object, a temperature-stable to provide laterally adjustable socket with a higher lateral rigidity.

Diese Aufgabe wird für eine lateral verstellbare Fassung gemäß Anspruch 1 gelöst.These Task is for a laterally adjustable socket according to claim 1 solved.

Ein feststehender äußerer Teil und ein verstellbarer innerer Teil der aus einem Stück gefertigten Fassung sind durch Materialschnitte bis auf drei zur optischen Achse des optischen Elementes um 120° zueinander versetzt angeordnete Verbindungsstellen voneinander getrennt, wobei als Verbindungsstellen Hebelgetriebe vorgesehen sind, durch welche die Verstellbarkeit des inneren Teils gegenüber dem äußeren Teil erreicht wird.A fixed outer part and a ver adjustable inner part of the one-piece socket are separated by material cuts except for three to the optical axis of the optical element by 120 ° to each other arranged connection points separated from each other, being provided as joints lever mechanism through which reaches the adjustability of the inner part relative to the outer part becomes.

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.

Die Hebelgetriebe bestehen aus einem freien Hebelende und zwei einen Hebelarm bildenden Stegen, wobei das freie Hebelende über einen ersten der Stege mit dem äußeren Teil und über einen zweiten der Stege mit dem inneren Teil in Verbindung steht.The Levers consist of one free end of the lever and two of them Lever forming webs, the free end of the lever over a first of the webs with the outer part and over a second of the webs 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 einen Hebelarm bildenden Stege sind am Hebelende abgeknickt und verlängern sich gegenseitig.The a 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 verstellbare Fassung mit Hebelgetrieben, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind; 1 an adjustable socket with lever mechanisms, as known from the prior art;

2 eine vergrößerte Darstellung eines Hebelgetriebes gemäß 1; 2 an enlarged view of a lever mechanism according to 1 ;

3 eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hebelgetriebes; 3 an enlarged view of a lever mechanism according to the invention;

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 zur optischen Achse 2 um 120° zueinander 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 to the optical axis 2 120 ° offset from each other arranged 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, gemäß 2, 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 , according to 2 , is a material cutting extension 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.

Ein erfindungsgemäßes Hebelgetriebe 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 dem Hebelgetriebe 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.An inventive 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. In contrast to the lever mechanism 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 Hebelgetriebe gemäß 2 und 3 unterscheiden sich in tangentialem und radialem Platzbedarf sowie im Übersetzungsverhältnis.The two lever mechanism according to 2 and 3 differ in tangential and radial space requirements as well as in the transmission ratio.

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 F_R am Hebelende 15 an, so entsteht durch das Hebelgetriebe 13 eine tangentiale Kraftkomponente F_T, 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 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 is 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

Lateral adjustable frame ( 3 ) for optical elements formed by material cuts ( 10 ) into a fixed outer part ( 11 ) and an adjustable inner part ( 12 ), wherein the adjustable inner part ( 12 ) of the recording of the optical element ( 1 ) whose optical axis ( 2 ) by the lateral adjustment. is to be aligned and the fixed outer part ( 11 ) with the adjustable inner part ( 12 ) by three lever gear ( 13 ) facing the optical axis ( 2 ) of the optical element ( 1 ) are offset by 120 ° to each other, connected to each other and the lever mechanism ( 13 ) from a free lever end ( 15 ) and two webs forming a lever arm ( 14 . 14 ' . 14 '' . 14 ''' ), 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 ) is connected, characterized in that the webs forming a lever arm ( 14 '' . 14 ''' ), which by approximately radially directed material cuts ( 10 '' . 10 ''' . 10 '''' ), at the end of the lever ( 15 ) are bent and extend each other.