DE102014113733B3

DE102014113733B3 - Optische Linse mit Halteelementen und Fassungsbaugruppe mit optischer Linse

Info

Publication number: DE102014113733B3
Application number: DE102014113733.7A
Authority: DE
Inventors: Torsten Erbe; Frank Schröder
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2034-09-24

Abstract

Optische Linse (1) mit zwei optisch wirksamen Stirnflächen (2.1), einer optischen Achse (2.0) und einer Umfangsfläche (2.2) sowie wenigstens drei Halteelementen (4.1), die jeweils in einen Kontaktbereich (7) an der Umfangsfläche (2.2) oder in hier ausgebildeten Aussparungen angeklebt sind und über die Umfangsfläche (2.2) in einer durch die Lage der Umfangsfläche (2.2) bestimmten Ebene hinausragen.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Linse mit Halteelementen sowie eine Fassungsbaugruppe, die eine solche Linse und eine Linsenfassung umfasst.
Eine gattungsgemäße optische Linse sowie eine gattungsgemäße Fassungsbaugruppe sind aus der DE 10 2004 018 656 A1 bekannt.
Um den optischen Strahlengang durch eine optische Linse nicht abzuschatten, müssen optische Linsen grundsätzlich außerhalb der optisch wirksamen Flächen ihrer beiden Stirnflächen gefasst werden.
Es sind hierfür Lösungen bekannt, bei denen Linsenfassungen über die Umfangsfläche mit der Linse in Kontakt stehen, wie sie z. B. aus der DE 101 39 805 C1 bekannt sind.
Um einen Kontakt einer Linsenfassung auf den Stirnseiten der Linse zu ermöglichen, werden die Linsen in ihrem Durchmesser größer dem Durchmesser der optisch wirksamen Flächen gefertigt, sodass an deren Stirnflächen um die optisch wirksamen Flächen Randbereiche entstehen.
Insbesondere zur Minimierung des Eintrages von mechanischen Spannungen in das Volumen der Linse zwischen den optisch wirksamen Flächen ist es bekannt, diese Randbereiche von den Stirnflächen abzusetzen, indem diese z. B. als ein beidseitig planer Bund begrenzend ausgeführt werden. Es stehen dann zum Fassen der Linse zwei parallele, senkrecht zur optischen Achse der Linse angeordnete Kontaktflächen zur Verfügung, wie z. B. aus der US 2002/0163741 A1 bekannt.
Es ist auch bekannt, anstelle eines umlaufenden Bundes nur drei Halteelemente am Umfang der Linse auszubilden, die Segmente eines Bundes darstellen, was zu einer Reduzierung des Bearbeitungsaufwandes und des Gewichtes führt, wie aus der DE 10 2004 018 656 A1 bekannt.
In allen vorgenannten Fällen sind die Linsen monolithisch hergestellt, das heißt, der Rohling muss wenigstens einen Durchmesser aufweisen, gleich dem Durchmesser der optisch wirksamen Flächen, zuzüglich eines Randbereiches, der ausreichend groß ist, um die Halteelemente auszuarbeiten. Der Gestaltungsfreiheit für die Halteelemente sind damit enge Grenzen gesetzt. Im Sinne der Erfindung sind diese Linsen als monolithische Linsen zu verstehen, bestehend aus einem Linsenkörper, an dem monolithisch verbunden Halteelemente ausgebildet sind.
Je nach Gestaltung und Dimensionierung des Bundes bzw. der Segmente erfolgt über abtragende Verfahren ein Materialabtrag, der zu einem mit der Erfindung vergleichsweise hohen Arbeitsaufwand und hohem Materialverlust führt. Die monolithische Herstellungsweise hat auch den Nachteil, dass die Bearbeitung der Stirnflächen der Linse und die Herstellung und Bearbeitung der Geometrie des Bundes bzw. der Segmente des Bundes nicht unabhängig voneinander erfolgen können.
Das heißt, bei der Bearbeitung der Stirnflächen bzw. der Bearbeitung des Bundes oder der Segmente eines Bundes muss das benachbarte Vorhandensein des Bundes oder der Segmente des Bundes bzw. der optisch wirksamen Flächen beachtet werden. Insbesondere stärker gekrümmte konvexe Stirnflächen können zu einem nur schmalen – bezogen auf die Übertragung der für das Halten der Linse gegenüber den geforderten Störgrößen und Betriebslasten notwendigen Fläche bzw. bezogen auf den für eine geringe optisch relevante Verspannung notwendigen Abstand von der freien optisch relevanten Apertur – verbleibenden Bund bzw. zu nur schmalen Segmenten eines Bundes führen. Häufig können die Stirnflächen dann nicht bis an ihre Umfangslinie bearbeitet werden, sodass die Linse größer/dicker gefertigt werden muss, als sie optisch notwendig gestaltet werden müsste. Auch ist eine freie Wählbarkeit der Geometrie des Bundes oder der Segmente eines Bundes in diesem Fall begrenzt. Die aus der dickeren Ausführung der Linsen folgenden optischen Nachteile hinsichtlich Transmission und Homogenität wie auch die dadurch wiederum steigende Linsenmasse sind ebenso nachteilig zu werten wie die durch die Größe des Rohlings bedingten höheren Materialkosten des Halbzeuges.
Insbesondere bei hochgeöffneten optischen Systemen mit einer numerischen Apertur von größer 0,7 ist es nicht selten, dass sich das Verhältnis des freien Durchmessers einer optischen Linse zu seinem Krümmungsradius bis auf 2 erhöht, womit die optisch wirksame Fläche zu einer Halbkugel wird. Die ansonsten zylindrische Umfangsfläche wird zu einer kegelförmigen Umfangsfläche und entartet in eine Kreisringfläche. Eine monolithische Ausbildung von Halteelementen im Randbereich ist hier ohne unerwünschte Beschneidung der freien optischen Apertur nicht mehr möglich.
Das gleiche trifft zu, wenn optische Linsen aufgrund der Krümmung der Stirnflächen randscharf auslaufen. Randscharf heißt, dass bei Einhaltung der freien Durchmesser der gekrümmten Stirnflächen eine Umfangsfläche übrig bleibt, die so schmal ist, dass sie unter Berücksichtigung der mechanischen Montage- und Fertigungstoleranzen ein Aufbringen einer Haltekraft nicht mehr – oder nur beschränkt reproduzierbar – erlaubt.
Auch aus technologischen Gründen werden optische Linsen randscharf gefertigt, z. B. aufgrund des geforderten Politurüberlaufs bei der Herstellung der gekrümmten Stirnflächen.
Die beschriebenen monolithischen Linsen können für UV-Anwendungen nur eingeschränkt verwendet werden, wenn die Verbindung der Linse über den Bund bzw. die Segmente eines Bundes mit einer Linsenfassung über eine Klebeverbindung mit organischem Klebestoff erfolgt, da nicht sicher vermieden werden kann, dass entstehendes Streulicht auch in den Bund oder die Segmente eines Bundes und somit zur Klebeverbindung gelangt. Das UV-Licht führt einerseits zur Degradation des Klebstoffes als auch zur Emission von Partikeln infolge der Zersetzung des Klebstoffes, was wiederum nach Ablagerung an den optisch wirksamen Flächen zur Herabsetzung der optischen Eigenschaften der Linse führen kann. Zwingend muss dann ein UV-resistenter anorganischer Klebstoff für die exemplarisch genannten Linsenformen verwendet werden.
Monolithisch gefertigte Linsen mit Halteelementen haben für geforderte spannungsarme Linsen zudem den Nachteil, dass sich die Koppelstellen zwischen den Halteelementen und einer Linsenfassung in der Regel nahe der optisch wirksamen Stirnflächen befinden. In den Koppelstellen entstehende thermische Spannungen werden zusätzlich zu infolge der für das Halten notwendigen Kräfte bzw. durch den Schrumpf eines Klebstoffes oder Lotes entstehenden Verspannungen in die Linse eingebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Linse mit Halteelementen zu schaffen, mit einer vergleichsweise großen Gestaltungsfreiheit für die Halteelemente, welche auch das Fassen dünner Linsen über den Umfang ermöglicht. Vorteilhaft soll die optische Linse für UV-Anwendungen einsetzbar sein.
Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, eine einfache Fassungsbaugruppe mit einer solchen Linse zu schaffen, die vorteilhaft für UV-Anwendungen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird für eine optische Linse mit zwei optisch wirksamen Stirnflächen, einer optischen Achse und einer Umfangsfläche, die eine Höhe aufweist, sowie wenigstens drei Halteelementen, die an der Umfangsfläche angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die Umfangsfläche zur optischen Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist und gemeinsam mit den beiden Stirnflächen einen Linsenkörper begrenzt. Die Halteelemente sind an der Umfangsfläche jeweils in einem zwischen dem Linsenkörper und einem der Halteelemente gebildeten Kontaktbereich angeklebt und weisen jeweils eine Höhe auf, die größer als die Höhe der Umfangsfläche ist, sodass sie über die Umfangsfläche in einer durch die Lage der Umfangsfläche bestimmten Ebene hinausragen.
Vorteilhaft bestehen der Linsenkörper und die Halteelemente aus einem gleichen Material oder Materialien mit einem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und sind mit einem Klebstoff aneinandergeklebt, der einen wenigstens annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, sodass innerhalb der optischen Linse keine thermischen Spannungen entstehen.
Die Umfangsfläche kann vorteilhaft eine Zylinder-Umfangsfläche, eine Kegel-Umfangsfläche oder eine in eine Ringfläche entartete Umfangsfläche sein.
Insbesondere für sehr dünne Linsen ist es von Vorteil, wenn an der Umfangsfläche Aussparungen vorhanden sind, in welche die Halteelemente eingefügt sind, womit sich der Kontaktbereich vergrößert.
Für ein besonders spannungsarmes Fassen sind die Halteelemente so ausgeführt, dass sie jeweils wenigstens einseitig in tangentialer Richtung zur Umfangsfläche über den jeweiligen Kontaktbereich hinausragen.
Es können drei und mehr Halteelemente vorhanden sein, bis dahin, dass diese durch einen Haltering ersetzt sind, womit die Halteelemente letztendlich miteinander verbunden jeweils einen integralen Bestandteil eines Halteringes bilden.
Für UV-Anwendungen sind die Halteelemente jeweils wenigstens im Kontaktbereich mit einer reflektierenden Beschichtung versehen.
Die Aufgabe wird für eine Fassungsbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen optischen Linse dadurch gelöst, dass eine Linsenfassung vorhanden ist, bestehend aus einem Fassungsring und mit diesem verbundenen Stiften, die jeweils in einem der Halteelemente in einem dafür vorgesehenen Bohrloch fixiert sind.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierzu zeigen:
1a ein erstes Ausführungsbeispiel einer Linse, mit einer Zylinder-Umfangsfläche und Halteelementen, die über die Höhe der Zylinder-Umfangsfläche hinausragen,
1b ein zweites Ausführungsbeispiel einer Linse, mit einer Zylinder-Umfangsfläche und Halteelementen mit einer in tangentialer Richtung größeren Ausdehnung als die Kontaktflächen,
2a ein drittes Ausführungsbeispiel einer Linse, mit einer Kegel-Umfangsfläche und Halteelementen, die über die Höhe der Kegel-Umfangsfläche hinausragen,
2b ein viertes Ausführungsbeispiel einer Linse, mit einer Kegel-Umfangsfläche und Halteelementen mit einer in tangentialer Richtung größeren Ausdehnung als die Kontaktflächen,
2c ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Linse, mit einer Kegel-Umfangsfläche und Halteelementen, die in Aussparungen der Kegel-Umfangsfläche eingesetzt sind,
3a ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Linse, mit einer in eine Ringfläche entarteten Umfangsfläche und Halteelementen, die über die Höhe der Ringfläche hinausragen,
3b ein siebentes Ausführungsbeispiel einer Linse, mit einer in eine Ringfläche entarteten Umfangsfläche und Halteelementen mit einer in tangentialer Richtung größeren Ausdehnung als die Kontaktflächen,
3c ein achtes Ausführungsbeispiel einer Linse, mit einer in eine Ringfläche entarteten Umfangsfläche und einem Haltering,
4 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Fassungsbaugruppe mit einer Linse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1a,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Fassungsbaugruppe mit einer Linse gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel nach 3b,
6 eine erste Ausführung eines Kontaktbereiches und
7 eine zweite Ausführung eines Kontaktbereiches.
Eine erfindungsgemäße Linse 1 besteht grundsätzlich, wie in 1a gezeigt, aus einem Linsenkörper 2 mit einer optischen Achse 2.0, begrenzt durch zwei Stirnflächen 2.1 (nur die obere Stirnfläche sichtbar) und eine Umfangsfläche 2.2, an die wenigstens drei Halteelemente 4.1 angeklebt sind. Im Unterschied zum Stand der Technik sind die Halteelemente 4.1 somit kein integraler Bestandteil der Linse 1, sondern als Einzelteile gefertigt und an dem Linsenkörper 2 in Kontaktbereichen 7 angeklebt.
Der Vorteil liegt zum einen darin, dass der Linsenkörper 2 und die Halteelemente 4.1 voneinander unabhängig gefertigt werden können. Der Geometrie und den Abmessungen der Halteelemente 4.1 sind somit keine Beschränkungen auferlegt, die durch die Größe und die Form eines Rohlings zur Herstellung eines Linsenkörpers 2 gegeben sind. Sie können aus Materialresten bzw. kleineren Glaskörpern hergestellt werden, an die insbesondere keine aus der Abbildungsfunktion des Linsenkörpers 2 resultierenden Qualitätsanforderungen gestellt werden müssen. Vorteilhaft sind sie allerdings aus einem gleichen Material wie der Linsenkörper 2 hergestellt, um ein gleiches thermisches Dehnungsverhalten zu haben. Der Linsenkörper 2 kann auf anderen Maschinen bearbeitet werden als die Halteelemente 4.1. Insbesondere beim Schleifen und Polieren optisch wirksamer konvexer Stirnflächen 2.1 sind somit den Werkzeugen, deren Kalotten über die Umfangsfläche 2.2 hinaus bewegt werden, keine monolithisch vorhandenen Halteelemente im Wege.
Aufgrund der separaten Herstellung der Halteelemente 4.1 können diese auch beschichtet bzw. anders beschichtet werden als der Linsenkörper 2, sodass durch die Linse 1 verlaufende Strahlung, abgeschirmt durch die Beschichtung, nicht in die Halteelemente 4.1 gelangen kann. Dies hat insbesondere bei UV-Anwendungen den Vorteil, dass die Halteelemente 4.1 auch über organische Klebstoffe 3 an Koppelstellen in einer Linsenfassung 5 gehalten werden können.
Eine frei wählbare Geometrie und insbesondere Dimensionierung der Halteelemente 4.1 ist in Verbindung mit dünnen Linsen 1 von Vorteil. Sie können teilweise überhaupt erst ein Fassen außerhalb des Linsenkörpers 2 ermöglichen und dem Linsenkörper 2 eine axiale Stabilität verleihen.
In Abhängigkeit von den optischen Anforderungen an die Linse 1, betreffend die Krümmungen der Stirnflächen 2.1, die Linsendicke und die freie Öffnung, kann die Umfangsfläche 2.2, wie in der Beschreibung des Standes der Technik dargelegt, zylindrisch (z. B. 1a) oder kegelförmig (z. B. 2a) sein und auch so schmal werden, dass sie in eine plane Ringfläche (z. B. 3a) entartet. Würde man derartig dünne Linsen 1 mit einem vertretbaren Material- und Fertigungsaufwand monolithisch mit den Halteelementen 4.1 fertigen wollen, wie das für dicke Linsen 1 aus dem Stand der Technik bekannt ist, würden die Halteelemente 4.1 den mechanischen Mindestanforderungen nicht genügen, um die Linse 1 über die Halteelemente 4.1 in einer Linsenfassung 5 über einzelne Koppelstellen zu halten.
Gemäß dem Stand der Technik können derartige dünne Linsen 1 nicht über ihren Umfang oder daran monolithisch ausgebildete Halteelemente gehalten werden, ohne dass sie auf einen Fassungsring 6 aufgeklebt werden. Sie müssen über ihre Stirnflächen 2.1 gehalten werden, wodurch diese mit ihrem Durchmesser größer gefertigt werden müssen als der geforderte freie Durchmesser.
Die Halteelemente 4.1 haben bei allen Ausführungen der Linse 1 gemeinsam, dass sie in ihrer Ausdehnung in einer durch die Umfangsfläche 2.2 beschriebenen Ebene über die Umfangsfläche 2.2 hinausragen und damit eine Dimension erreichen, dass sie eine ausreichende Stabilität und Dimension aufweisen, um mit einer Linsenfassung 5 über Koppelstellen, die nicht auf eine plane Klebefläche reduziert sein müssen, verbunden werden zu können. Durch derart ausgeführte Halteelemente 4.1 wird auch die Stabilität der Linse 1 in axialer Richtung erhöht. Auch können die Koppelstellen vergleichsweise von dem optisch wirksamen Volumen der Linse 1 weit weg ausgebildet werden. Wenn in idealer Weise die freie Öffnung der Linse 1 durch den Durchmesser des Linsenkörpers 2 bestimmt ist, sind die Stirnflächen 2.1 vollständig auch optisch wirksame Flächen und das dazwischen liegende Volumen ist vollständig optisch wirksam.
In den Ausführungsbeispielen sind die Halteelemente 4.1 als Quader dargestellt. Solche Halteelemente 4.1 lassen sich am einfachsten fertigen. Sie können im Verhältnis zu den Dimensionen des Linsenkörpers 2 in axialer, radialer oder tangentialer Ausdehnung in ihrer Dimension so angepasst werden, dass sie für die verschiedensten Verbindungstechniken mit einer Linsenfassung 5 optimiert sind. Die Geometrie der Halteelemente 4.1 kann auch beliebig von einer Quaderform abweichen, was durch die Gestaltung einer Linsenfassung 5, in der die Linse 1 gehalten werden soll, und die Ausführung der Koppelstellen bedingt sein kann.
Vorteilhaft können in den Halteelementen 4.1 Bohrlöcher 4.3 vorgesehen sein, in welche an einem Fassungsring 6 vorhandene Stifte 6.1 eingeführt werden. Die Halteelemente 4.1 sind so dimensioniert, dass die Bohrlöcher 4.3 eine ausreichend große Führungslänge und damit auch Klebefläche für die Stifte 6.1 bieten. Die Koppelstellen, die hier durch die Bohrlöcher 4.3 und die Stifte 6.1 gebildet werden, können durch eine größere radiale Ausdehnung der Halteelemente 4.1 weiter vom Linsenkörper 2 entfernt gelegt werden. Damit wird jedoch auch der erforderliche Bauraum für die Fassungsbaugruppe, gebildet durch die Linse 1 und die Linsenfassung 5, größer. Eine größere Entfernung der Koppelstellen wird daher vorteilhaft erreicht, indem die Halteelemente 4.1 tangential stärker ausgedehnt werden (siehe 1b) und die Bohrlöcher 4.3 weitestmöglich entfernt von dem Kontaktbereich 7, an den Enden der Halteelemente 4.1 angeordnet werden.
Die Dimensionierung und Geometrie der Halteelemente 4.1 sind unabhängig von der Ausführung der Umfangsfläche 2.2. Nachfolgende Ausführungsbeispiele, die sich insbesondere durch die Gestalt der Umfangsfläche 2.2, Ausführung und Dimensionierung der Halteelemente 4.1, Beschichtung und Gestaltung des Kontaktbereiches 7, siehe hierzu 6 und 7, unterscheiden, sind untereinander kombinierbar.
In den Zeichnungen zu den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind jeweils drei Halteelemente 4.1 gezeigt. Die Anzahl drei stellt ein Minimum und gleichzeitig ein Optimum dar. Es können jedoch auch vier, fünf oder mehr Halteelemente 4.1 vorhanden sein. Für den Fall, dass die Umfangsfläche 2.2 eine Kegel-Umfangsfläche ist oder in eine Ringfläche entartet ist, können die Halteelemente 4.1 auch durch einen Haltering 4.2 ersetzt sein.
Die Halteelemente 4.1 können über organischen oder, insbesondere vorteilhaft für UV-Anwendungen, über anorganischen Klebstoff 3 am Linsenkörper 2 angeklebt sein.
In einer an späterer Stelle beschriebenen Fassungsbaugruppe kann jede Ausführung der Linse 1 gefasst sein. Die hier beschriebene Verbindung der Linsenfassung 5 mit der Linse 1 über in die Halteelemente 4.1 eingeklebte Stifte 6.1 ergibt sich durch die Möglichkeit der hierfür geeigneten Dimension der Halteelemente 4.1.
Für UV-Anwendungen sind die Halteelemente 4.1 mit einem anorganischen Klebstoff 3 am Linsenkörper 2 angeklebt, wobei die Oberfläche der Halteelemente 4.1 vorteilhaft im Kontaktbereich 7, bevorzugt jedoch die gesamte Oberfläche der Halteelemente 4.1 reflektierend beschichtet ist. Die Haltelemente 4.1 sind mit der Linsenfassung 5 über an der Linsenfassung 5 angebrachte und in die Halteelemente 4.1 eingeführte Stifte 6.1 verbunden. Die einfachste Befestigung der Stifte 6.1 in den Halteelementen 4.1 kann über einen organischen Klebstoff 3 erfolgen, da er aufgrund der Beschichtung vor Streustrahlung geschützt ist.
Vorteilhaft bei dieser Ausführung ist, dass die Spannungen, die beim Aushärten durch das Schrumpfen des Klebstoffes 3 entstehen, innerhalb des angeklebten Halteelementes 4.1 entstehen und dort zu einer Druckverspannung führen. Die Stifte 6.1 weisen an allen Positionen innerhalb der Bohrlöcher 4.3 der Halteelemente 4.1 ein hinreichendes Spiel auf.
Es lässt sich so eine für UV-Anwendungen geeignete Fassungsbaugruppe herstellen, die klein, leicht und billig herstellbar ist.
In einem ersten Ausführungsbeispiel für eine Linse 1, gezeigt in 1a, sind an der Umfangsfläche 2.2 drei Halteelemente 4.1 mittels eines Klebstoffs 3 in Kontaktbereichen 7 angeklebt. Die Halteelemente 4.1 weisen jeweils in axialer Richtung der Linse 1 eine Höhe h_H auf, die höher als die Höhe der Umfangsfläche h_L ist, das heißt, sie ragen wenigstens einseitig, hier konkret zweiseitig, über die Umfangsfläche 2.2 innerhalb der Ebene, bestimmt durch die Lage der Umfangsfläche 2.2, hinaus. Die Halteelemente 4.1, und damit auch die Linse 1, erreichen vergleichsweise zu einem Halteelement 4.1 mit einer gleichen Höhe h_H wie die Höhe der Umfangsfläche h_L eine höhere mechanische Stabilität. Für eine Verbindung mit einer Linsenfassung 5 (siehe 4), an der Stifte 6.1 als Verbindungspartner vorhanden sind, bieten sie eine vergleichsweise größere Führungslänge in einem vorgesehenen Bohrloch 4.3.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel für eine Linse 1, gezeigt in 1b, unterscheiden sich die Halteelemente 4.1 von denen nach 1a dadurch, dass die Halteelemente 4.1 tangential weiter ausgedehnt sind. Die Halteelemente 4.1 ragen mit einer Länge l_H deutlich in tangentialer Richtung über die Breite der Kontaktbereiche 7 hinaus und es sind zwei Bohrlöcher 4.3 zur Verbindung mit einem Fassungsring 6 (siehe 5) vorhanden, die weitestmöglich an den Enden der Halteelemente 4.1 angeordnet sind.
In einem dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel für eine Linse 1, gezeigt in den 2a, 2b und 2c unterscheidet sich der Linsenkörper 2 von denen der beiden vorgenannten Ausführungsbeispiele dadurch, dass die Umfangsfläche 2.2 eine Kegel-Umfangsfläche ist, das heißt, die Höhenlinien der Umfangsflächen 2.2 schließen einen Kegelwinkel mit der optischen Achse 2.0 ein. Die Haltelemente 4.1 sind in ihrer Geometrie und Dimensionierung in dem dritten gemäß dem ersten und in dem vierten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Ausgenommen in den beschriebenen Ausdehnungen können sie wie bereits erläutert in allen Ausführungsbeispielen eine beliebige Geometrie aufweisen, um über eine Koppelstelle jeweils mit einem Fassungsring 6 einer Fassungsbaugruppe verbunden zu werden. Die Koppelstellen können durch stoffschlüssige Paarungen, wie später erläutert, formschlüssige Paarungen, kraftschlüssige Paarungen oder Kombinationen hiervon gebildet sein.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel einer Linse 1 (2c) sind die Halteelemente 4.1 nicht an der Umfangsfläche 2.2 direkt angeklebt, sondern in hier vorgesehene Aussparungen 2.2.1 eingesetzt. Bei dieser Variante ist zum einen insbesondere bei beidseitig konvexen Stirnflächen 2.1 der Kontaktbereich 7 größer, da der Linsenkörper 2 zur optischen Achse 2.0 hin dicker wird, und zum anderen kann der Kontaktbereich 7, welcher durch die sich kontaktierenden Flächenbereiche des Linsenkörpers 2 und des Halteelementes 4.1 gebildet wird, eine vom Kegelwinkel abweichende Winkellage zur optischen Achse 2.0 haben, bis dahin, dass dieser ebenso wie bei einer Zylinder-Umfangsfläche parallel zur optischen Achse 2.0 angeordnet ist.
Bei einem sechsten, siebenten und achten Ausführungsbeispiel, gemäß den 3a, 3b und 3c ist die Umfangsfläche 2.2 des Linsenkörpers 2 in eine Ringfläche, die senkrecht zur optischen Achse 2.0 liegt, entartet. Die Ausführung der Halteelemente 4.1 im sechsten Ausführungsbeispiel ist wieder gemäß dem ersten und im siebenten wieder gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im achten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Halteelemente 4.1 durch einen Haltering 4.2 ersetzt. Man kann das auch so verstehen, dass die einzelnen Halteelemente 4.1 integraler Bestandteil eines Halteringes 4.2 sind bzw. in einen solchen übergehen. Die Fertigung und Montage eines einzelnen Halteringes 4.2 geht regelmäßig schneller als die mehrerer einzelner Halteelemente 4.1.
In 4 ist eine erste Ausführung einer Fassungsbaugruppe mit einer Linse 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1a gezeigt. Sie weist einen Fassungsring 6 auf, an dem Stifte 6.1 in axialer Richtung ausgerichtet vorhanden sind, in einer gleichen Anzahl, wie Halteelemente 4.1 vorhanden sind. Diese Stifte 6.1 können in die dafür vorgesehenen Bohrlöcher 4.3 in die Halteelemente 4.1 eingeklebt oder durch diese geführt und mit einer Mutter verschraubt sein.
Vorteilhaft sind die Bohrlöcher 4.3 mit einem hinreichend großen Spiel gefertigt, sodass die eingeführten Stifte 6.1 die Halteelemente 4.1 nicht berühren. Durch die die Stifte 6.1 einschließende Einbringung des Klebstoffes 3 in die Bohrlöcher 4.3 werden infolge des Schrumpfens des Klebstoffes 3 die Halteelemente 4.1 auf Druck verspannt. Sie sind so bemessen, dass die Druckverspannung bis zum Linsenkörper 2 auf ein hinreichend kleines Maß abfällt. Das Spiel der Bohrlöcher 4.3 ist dabei ausreichend groß, sodass Positionier- und Fertigungstoleranzen eine hinreichend kleine Streuung der Verspannungswerte ergeben.
In 5 ist eine zweite Ausführung einer Fassungsbaugruppe mit einer Linse 1 nach dem siebenten Ausführungsbeispiel gemäß 3b gezeigt. Der Fassungsring 6 unterscheidet sich zu einem gemäß der ersten Ausführung der Fassungsbaugruppe nur dadurch, dass pro Halteelement 4.1 zwei Stifte 6.1 zuordenbar vorhanden sind.
Die Koppelstellen zwischen dem Fassungsring 6 und der Linse 1 sind hier jeweils Klebeverbindungen innerhalb der Bohrlöcher 4.3. Grundsätzlich kann eine erfindungsgemäße Linse 1 mit einem Fassungsring 6 durch eine geometrisch anders ausgeführte Klebeverbindung oder auch eine kraft- oder formschlüssige Kontaktstelle verbunden sein. Die aufgezeigte Ausführung führt zu einer Fassungsbaugruppe, wie sie für dünne Linsen 1 nur aufgrund einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Linse 1 möglich ist.
6 zeigt einen Kontaktbereich 7, wie er zwischen den Halteelementen 4.1 und einer Umfangsfläche 2.2 ausgeführt sein kann, wenn die Umfangsfläche 2.2 eine Zylinder- oder Kegel-Umfangsfläche ist. Grundsätzlich können die Umfangsfläche 2.2 und die Halteelemente 4.1 eine gleiche Krümmung aufweisen, sodass für einen dazwischen gefügten Klebstoff 3 über den Kontaktbereich 7 jeweils eine konstante Klebstoffdicke entsteht. Vorteilhaft weisen die Halteelemente 4.1 einen geringfügig größeren Krümmungsradius auf, als ihn die Umfangsfläche 2.2 aufweist. Bei der Montage der Halteelemente 4.1 am Linsenkörper 2 entsteht somit ein definierter Linienkontakt, jeweils zwischen der Umfangsfläche 2.2 und einem der Halteelemente 4.1. Auch bei schwankenden Mengen von Klebstoff 3 zum Ankleben der einzelnen Halteelemente 4.1 haben die Halteelemente 4.1 einen gleichen definierten Abstand zur optischen Achse 2.0.
Nach 7 können die Halteelemente 4.1 und die Umfangsfläche 2.2 in den Kontaktbereichen 7 plan ausgeführt sein. Ebenso wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel (siehe 2c), wo die Halteelemente 4.1 in an der Umfangsfläche 2.2 vorgesehenen Aussparungen 2.2.1 eingesetzt sind, ist der prozentuale Verlust des optisch wirksamen Volumens, vorausgesetzt, die gesamte Stirnfläche 2.1 wird bis an die Umfangsfläche 2.2 optisch wirksam genutzt, vernachlässigbar.
Bezugszeichenliste

1: Linse
2: Linsenkörper
2.0: optische Achse
2.1: (optisch wirksame) Stirnfläche
2.2: Umfangsfläche
2.2.1: Aussparung
3: Klebstoff
4.1: Halteelement
4.2: Haltering
4.3: Bohrloch
5: Linsenfassung
6: Fassungsring
6.1: Stift
7: Kontaktbereich
h_L: Höhe (der Umfangsfläche 2.2)
h_H: Höhe (des Halteelementes 4.1)
l_H: Länge (des Halteelementes 4.1)

Claims

Optische Linse (1) mit zwei optisch wirksamen Stirnflächen (2.1), einer optischen Achse (2.0) und einer Umfangsfläche (2.2), die eine Höhe (h_L) aufweist, sowie wenigstens drei Halteelementen (4.1), die an der Umfangsfläche (2.2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (2.2) zur optischen Achse (2.0) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und gemeinsam mit den beiden Stirnflächen (2.1) einen Linsenkörper (2) begrenzt, die Halteelemente (4.1) an der Umfangsfläche (2.2) jeweils in einem zwischen dem Linsenkörper (2) und einem der Halteelemente (4.1) gebildeten Kontaktbereich (7) angeklebt sind und jeweils eine Höhe (H_H) aufweisen, die größer als die Höhe (h_L) der Umfangsfläche (2.2) ist, sodass sie über die Umfangsfläche (2.2) in einer durch die Lage der Umfangsfläche (2.2) bestimmten Ebene hinausragen, der Linsenkörper (2) und die Halteelemente (4.1) aus Materialien mit einem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen und mit einem Klebstoff (3) aneinandergeklebt sind, der einen wenigstens annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, sodass innerhalb der optischen Linse (1) keine thermischen Spannungen entstehen, wobei die Halteelemente (4.1) einen geringfügig größeren Krümmungsradius aufweisen als die Umfangsfläche (2.2), sodass ein definierter Linienkontakt jeweils zwischen der Umfangsfläche (2.2) und einem der Halteelemente (4.1) entsteht.
Optische Linse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (2.2) eine Zylinder-Umfangsfläche darstellt.
Optische Linse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (2.2) eine Kegel-Umfangsfläche darstellt.
Optische Linse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (2.2) in eine Ringfläche entartet ist.
Optische Linse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Umfangsfläche (2.2) Aussparungen (2.2.1) vorhanden sind, in welche die Halteelemente (4.1) eingefügt sind, womit sich der Kontaktbereich (7) vergrößert.
Optische Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Umfangsfläche (2.2) angeklebten Halteelemente (4.1) jeweils wenigstens einseitig in tangentialer Richtung zur Umfangsfläche (2.2) über die Kontaktbereiche (7) hinausragen.
Optische Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (4.1) wenigstens im Kontaktbereich (7) mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sind.
Fassungsbaugruppe mit einer optischen Linse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linsenfassung (5) vorhanden ist, bestehend aus einem Fassungsring (6) und mit diesem verbundenen Stiften (6.1), die jeweils in einem der Halteelemente (4.1) in einem dafür vorgesehenen Bohrloch (4.3) fixiert sind.