DE102015111375B4

DE102015111375B4 - Anordnung zur Abstützung eines optischen Bauteils

Info

Publication number: DE102015111375B4
Application number: DE102015111375.9A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Piehler; Björn Hauer
Original assignee: Sypro Optics GmbH
Current assignee: Jabil Optics Germany GmbH
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: US20170017055A1; US10409024B2; US10690878B2; US20190353870A1; DE102015111375A1; US20190353869A1; US10656371B2

Abstract

Optische Anordnung (100) umfassend:ein optisches Bauteil (10) mit einem Grundkörper (11);mindestens ein Halteelement (20), welches als integraler Bestandteil des optischen Bauteils (10) ausgebildet ist oder mit dem optischen Bauteil (10) in Wirkverbindung steht, wobei ein zum Grundkörper (11) ausgerichtetes erstes Ende des Halteelements (20) an einer ersten Kontaktposition (12, 121, 122) des Grundkörpers (11) fixiert ist; und einen Träger (30), auf welchem das optische Bauteil (10) mittels des Halteelements (20) abgestützt ist, wobei ein zum Träger (30) ausgerichtetes zweites Ende des Halteelements (20) an einer zweiten Kontaktposition (32) des Trägers (30) fixiert ist;wobei das Halteelement (20) schwenkbar zwischen der ersten Kontaktposition (12) und der zweiten Kontaktposition (32) angeordnet ist;dadurch gekennzeichnet, dassdie zweite Kontaktposition (32) sich innerhalb einer im Träger (30) angeordneten Nut befindet, wobei die Nut eine Bodenfläche und eine Seitenfläche aufweist; wobei das zweite Ende des Halteelements (20) innerhalb der Nut angeordnet ist; wobei das zweite Ende des Halteelements (20) die Bodenfläche der Nut kontaktiert; wobei eine Seitenfläche des Halteelements (20) die Seitenfläche der Nut kontaktiert; und wobei ein Winkel zwischen der optischen Achse (O) des optisches Bauteils (10) und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des Halteelements erstreckt, kleiner als 90° und größer als 70° ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abstützung eines optischen Bauteils. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur Abstützung einer Kunststofflinse auf einem Träger, so dass die bei einer Temperaturveränderung auftretenden Abbildungsfehler der Linse innerhalb eines Abbildungssystems durch eine auf der thermischen Ausdehnung der Materialien beruhende und den Abbildungsfehlern entgegen gerichtete Bewegung der Linse im Träger kompensiert werden können.
Technologsicher Hintergrund der Erfindung
Bei der Auslegung und im Aufbau leichter und kompakter optischer Systeme ist neben der erreichbaren Justiergenauigkeit bei der Herstellung vor allem die Stabilität der damit erreichten Abbildungseigenschaften ein ganz wesentliches Qualitätskriterium. Neben einer ausreichenden mechanischen Stabilität müssen solche Systeme auch möglichst unempfindlich gegenüber einer Veränderung der Betriebsbedingungen sein. Insbesondere thermische Einflüsse bei einer auftretenden Temperaturänderung stellen dabei eine Herausforderung dar. Durch thermische Ausdehnung und den thermo-optischen Effekt werden die geometrischen und optischen Eigenschaften eines Abbildungssystems häufig stark temperaturabhängig, so dass vielfach entsprechende Gegenmaßnahmen zu deren Ausgleich vorgenommen werden müssen.
Erschwerend kommt hinzu, dass besonders kompakte optische Abbildungssysteme aufgrund ihres geringeren Gewichtes und der deutlich reduzierten Herstellungskosten heutzutage vielfach aus optischen Kunststoffen bzw. Polymeren, beispielsweise PMMA, COC, COP oder PC, hergestellt werden. Diese Materialien weisen gegenüber bisher verwendeten konventionellen optischen Gläsern einen vergleichsweise hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf und dehnen sich bei einer Temperaturerhöhung um etwa zwei Zehnerpotenzen stärker aus als beispielsweise konventionelles Quarzglas. Der thermische Ausdehnungskoeffizient α von optischen Polymeren liegt dabei etwa im Bereich zwischen 0,1·10^-4 K^-1 und 0,85·10^-4 K^-1 (zum Vergleich: Quarzglas 0.54 10^-6 K^-1). Weiterhin sind auch die optischen Eigenschaften über den thermo-optischen Koeffizienten β bei diesen Materialien stark temperaturabhängig, so dass neben einer Längen- bzw. Abstandsänderung auch eine Brechzahländerung der Materialien zu berücksichtigen ist. Es ist zudem bekannt, dass bei optischen Polymeren sogar ein direkter linearer Zusammenhang zwischen deren thermischen Längenausdehungsverhalten und der auftretenden thermischen Brechzahländerung der Materialien besteht (Zhang et al., Polymer 47 (2006) 4893-4896).
Insbesondere Kunststofflinsen haben die Eigenschaft, wegen einer starken Brechzahländerung des Materials bei Temperaturänderung großen Einfluss auf die Fokusdrift einer Abbildung zu nehmen. In mehrlinsigen Systemen nach dem Stand der Technik wird die Fokusdrift oft durch die Verwendung von Linsen mit positiver und negativer Brechzahl aus Kunststoff ausgeglichen. Bei einfachen Optiken mit nur einer einzigen Linse, wie z.B. für die Kollimation von Laserdioden verwendet, ist dies oft nicht möglich. Die konventionelle konstruktive Anwendung von nur einer einzelnen Kunststofflinse ist bezüglich der auftretenden Fokusdrift nicht für die Einhaltung der notwendigen Abbildungsleistung (Spotdurchmesser) geeignet. Auch eine Kompensation durch Fassungsmaterialien mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten ist oft nicht anwendbar, da sich dadurch der Platzbedarf und das Gewicht der Abbildungsoptik zumeist deutlich erhöhen.
Herkömmliche optische Systeme sind beispielsweise aus DE 10 2013 209 814 A1 ; US 6 040 950 A ; JPS 5975217 A ; JP H01 297610 A ; US 7 345 8322 B2 und US 5 177 641 A bekannt. Diese Systeme erreichen durch die Art der Kontaktierung aber keine robuste und stabile Lagerung eines Grundkörpers im Träger.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Abstützung eines optischen Bauteils, das beispielsweise eine Linse, ein Fenster, ein Spiegel, ein Strahlteiler, eine Wellenplatte, ein Filter oder ein nichtlinearer Kristall sein kann, sowie ein diese Anordnung umfassendes optisches System zur Verfügung zu stellen, welche eines oder mehrere der geschilderten Probleme des Standes der Technik beim Aufbau kompakter optischer Systeme vermeidet oder zumindest deutlich verringert. Insbesondere ist eine Anordnung zur Abstützung einer Kunststofflinse auf einem Träger (auch als Rahmen oder Halterung bezeichnet) erforderlich, bei der die bei einer Temperaturveränderung auftretenden Abbildungsfehler der Linse innerhalb eines Abbildungssystems ohne zusätzlichen Platzbedarf oder einer Erhöhung des Gewichts kompensiert werden können und bei der eine durch Brechzahländerung erzeugte Fokusdrift besser kompensiert wird als durch ein Material mit hohem Ausdehnungskoeffizient zwischen Laserdiode und Linse.
Zusammenfassung der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Die Erfindung stellt eine optische Anordnung zur Abstützung eines optischen Bauteils zur Verfügung. Diese Anordnung umfasst ein optisches Bauteil mit einem Grundkörper; mindestens ein Halteelement, welches als integraler Bestandteil des optischen Bauteils ausgebildet ist oder mit dem optischen Bauteil in Wirkverbindung steht, wobei das Halteelement an einer ersten Kontaktposition des Grundkörpers fixiert ist; und einen Träger, auf welchem das optische Bauteil mittels des Halteelements abgestützt ist, wobei das Halteelement an einer zweiten Kontaktposition des Trägers fixiert ist. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement schwenkbar zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition angeordnet ist. Die zweite Kontaktposition befindet sich innerhalb einer im Träger angeordneten Nut, wobei die Nut eine Bodenfläche und eine Seitenfläche aufweist; wobei das zweite Ende des Halteelements innerhalb der Nut angeordnet ist; wobei das zweite Ende des Halteelements die Bodenfläche der Nut kontaktiert; wobei eine Seitenfläche des Halteelements die Seitenfläche der Nut kontaktiert; und wobei ein Winkel zwischen der optischen Achse des optisches Bauteils und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des Halteelements erstreckt, kleiner als 90° und größer als 70° ist.
Gemäß einem weiteren Aspekts der Erfindung wird eine optische Anordnung offenbart, umfassend: ein optisches Bauteil mit einem Grundkörper; mindestens ein Halteelement, welches als integraler Bestandteil des optischen Bauteils ausgebildet ist oder mit dem optischen Bauteil in Wirkverbindung steht, wobei das Halteelement an einer ausgedehnten ersten Kontaktposition des Grundkörpers fixiert ist; und einen Träger, auf welchem das optische Bauteil mittels des Halteelements abgestützt ist; wobei das Halteelement an einer zweiten Kontaktposition des Trägers fixiert ist; und wobei das Halteelement um die zweiten Kontaktposition schwenkbar zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition angeordnet ist.
Dabei wird die Anordnung eines Elementes zwischen zwei Kontaktpositionen als schwenkbar bezeichnet, wenn die Verbindung zwischen diesen beiden Kontaktpositionen nicht starr und unflexibel ist, sondern vielmehr dazu in der Lage, sich in gewissen Grenzen flexibel auf eine Scherung der beiden Kontaktpositionen einzustellen. Bei einer Scherung sind insbesondere Veränderungen in der räumlichen Winkelbeziehung zwischen den Kontaktpositionen gemeint. Schwenkbarkeit kann dabei durch eine intrinsische Eigenschaft des Elements selbst erreicht werden oder beispielsweise auch unter Zuhilfenahme eines flexiblen Fixiermittels entstehen. Ein solches Fixiermittel stellen insbesondere hochviskose Klebstoffe dar, da diese auch im ausgehärteten Zustand eine ausreichende Flexibilität zur versetzungsfreien Aufnahme von zwischen geklebten Komponenten auftretenden winkelverändernden Scherkräften aufweisen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die thermische Ausdehnung eines optischen Bauteils und/oder eines Halteelements bei Temperaturerhöhung quer zur optischen Achse für eine Verschiebung der Linse in Richtung entlang der optische Achse genutzt werden kann. Dies kann insbesondere durch die Anbringung von im Außenbereich des optischen Bauteils schräg angeordneten Halteelementen aus Kunststoff oder einem anderen Material mit einem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten realisiert werden. Dazu können die Halteelemente in einen Träger mit vergleichsweise hoher Steifigkeit und möglichst geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten eingebracht werden, so dass dadurch die bei der thermischen Ausdehnung auftretenden Kräfte zu einer Verschiebung des optischen Bauteils entlang der optischen Achse und damit zum Ausgleich einer temperaturabhängigen Modulation der Brechzahl genutzt werden können. Das optische Bauteil kann beispielsweise bei niedriger Temperatur bzw. bei der niedrigsten vorgesehenen Betriebstemperatur spielfrei in die Halterung eingepasst werden. Bei einer Erwärmung können sich die Halteelemente des optischen Bauteils durch die Ausdehnung des Materials dann so verbiegen, dass eine Verschiebung des optischen Bauteils entlang der optischen Achse ermöglicht wird. Alternativ ist es auch möglich, dass sowohl der Träger als auch das Halteelement als Komponenten mit hoher Steifigkeit ausgebildet sind, wobei in diesem Fall das Halteelement sowohl am Träger als auch am Grundkörper des optischen Bauteils drehbeweglich angeordnet ist.
Die Ausnutzung der im Betrieb auftretenden thermischen Ausdehnung der Komponenten zur Kompensation von Abbildungsfehlern setzt eine ganz bestimmte Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander voraus. Bei der thermischen Ausdehnung des Grundkörpers und/oder eines Halteelements einer erfindungsgemäßen Anordnung kommt es effektiv zu einem Kraftfluss zwischen einer ersten Kontaktstelle am optischen Bauteil (erster Angriffspunkt der Kraft) und einer zweiten Kontaktstelle am Träger (zweiter Angriffspunkt der Kraft) entlang einer gemeinsamen Wirklinie. Wenn diese Wirklinie einen Winkel von kleiner 90° mit der optischen Achse einschließt, dann kann dieser Kraftfluss zu einer Bewegung des optischen Bauteils entlang der optischen Achse führen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist daher das Halteelement derart schwenkbar ausgebildet, dass eine thermische Ausdehnung des Grundkörpers des optischen Bauteils in Richtung des Trägers eine Bewegung der ersten Kontaktposition entlang der optischen Achse bewirkt. Weiterhin kann auch eine thermische Ausdehnung des Halteelements selbst eine Bewegung der ersten Kontaktposition entlang der optischen Achse bewirken. Ebenso kann eine Kombination dieser beiden Ausführungsformen für eine Bewegung der ersten Kontaktposition entlang der optischen Achse genutzt werden. Dabei sind der Grundkörper und das Halteelement vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei das Halteelement den Grundkörper vollständig umfasst. Weiterhin bevorzugt ist auch eine quadratische Form des Grundkörpers.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Winkel zwischen der optischen Achse des optisches Bauteils und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des Halteelements erstreckt, zwar kleiner als 90° jedoch größer als 70° ist (Vollkreis entspricht 360°). Diese bevorzugte Anordnung der real wirksamen Längsachse des schwenkbaren Halteelements führt zu einer vergleichsweise großen Verschiebung des optischen Bauteils entlang der optischen Achse bei einer vorgegebenen thermischen Ausdehnung des optischen Bauteils quer zur optischen Achse. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Winkel größer als 72°, bevorzugter größer als 74°, noch bevorzugter größer als 76° und noch bevorzugter größer als 78°. Soweit die erste Kontaktposition und/oder die zweite Kontaktposition des Halteelements eine ausgedehnte Erstreckung entlang einer Richtung parallel zur optischen Achse aufweisen, erstreckt sich die genannte Verbindungslinie zwischen den geometrischen Mittelpunkten der jeweiligen Kontaktposition (bezogen auf ihre jeweilige Ausdehnung parallel zur optischen Achse).
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper des optischen Bauteils einen optisch transparenten Kunststoff umfasst. Als mögliche Materialien sind dabei insbesondere Poly(methyl acrylate) (PMMA), Polycarbonate (PC), Cycloolefin-Copolymere (COC), Cycloolefin-Polymere (COP), Polystyrole (PS), Styrol-Acrylnitrilcopolymere (SAN), Polyetherimide (PEI), Poly-(ether)-sulfone (PES/PSU), Acrylnitril-Butadien-Styrolcopolymere (ABS), Styrene-Acrylonitrile (SAN), Polymethacrylmethylimide (PMMI), Silikone und Gießharze (CR 39) bevorzugt. Ein bestimmtes Material wird dabei als optisch transparent bezeichnet, wenn ein daraus hergestelltes optisches Bauteil in einem gewünschten Wellenlängenbereich (vorzugsweise im sichtbaren Spektralbereich zwischen 380 nm und 780 nm sowie in den Spektralbereiche des UV, NIR und VIR und in beliebigen Kombinationen daraus) ein genügend hohes Transmissionsvermögen (vorzugsweise über 0.5, vorzugsweise über 0.75, vorzugsweise über 0.9, vorzugsweise über 0.95) und ausreichende Homogenität, d.h. eine auf die typischen Längenskalen im Bereich der Betriebswellenlängen bezogene möglichst stetige räumliche Verteilung der Brechzahl mit maximalen Indexsprüngen, bevorzugt kleiner 10^-3, besonders bevorzugt kleiner 10^-5, für die Nutzung in einem optischen Abbildungssystem aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halteelement aus einem flexiblen Material ausgebildet ist und wobei das Halteelement intrinsisch deformier- und schwenkbar ist. Insbesondere kann es sich bei dem flexiblen Material um ein Federelement, beispielsweise ein Federblech oder einen flexiblen Gummi, handeln. Des Weiteren ist auch die Ausbildung des Halteelements unter Benutzung einer oder mehrerer Spiralfedern oder sonstiger flexibler Dämpfungselemente möglich. Das Federelement soll ermöglichen, dass durch eine thermische Ausdehnung des Grundkörpers des optischen Bauteils und/oder des Halteelements eine Rückstellkraft in dem Federelement erzeugt werden kann, so dass diese der durch die thermische Ausdehnung des Grundkörpers und/oder des Halteelements verursachten Bewegung der ersten Kontaktposition entlang der optischen Achse entgegenwirkt. Bei einer entsprechenden Auslegung der Stärke des Federelements in Bezug auf eine die Bewegung der ersten Kontaktposition entlang der optischen Achse verursachende Kraft kann das Federelement auch bei der niedrigsten vorgesehenen Betriebstemperatur durchaus noch eine gewisse Vorspannung aufweisen, so dass damit gleichzeitig auch eine hohe mechanische Stabilität der gesamten optischen Anordnung durch den zusätzlich auftretenden Anpressdruck erreicht werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Träger aus einem Material besteht, dessen Längenausdehnungskoeffizient kleiner als der des Materials ist, aus dem der Grundkörper des optische Bauteil und/oder das Halteelement besteht. Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Träger aus einem Material besteht, dessen Steifigkeit (insbesondere dessen Schub- und Biegesteifigkeit) höher ist als die des Materials, aus dem der Grundkörper des optischen Bauteils und/oder das Halteelement besteht. Für diese beiden Ausführungsformen kann der Träger jedoch auch noch weitere Materialien mit anderen Materialeigenschaften umfassen. Entscheidend für eine erfindungsgemäße Umsetzung der genannten Ausführungsformen ist dann das Gesamtverhalten des kompositen Trägermaterials bezüglich seiner Festigkeit und seines Längenausdehnungskoeffizienten in Bezug auf das Material des Grundkörpers des optischen Bauteils und/oder des Haltelements. Bei den gennannten Ausführungsformen wird dies dadurch erreicht, dass der Träger gegenüber den sich thermisch verändernden Komponenten der Haltevorrichtung im Wesentlich formstabil bleibt und sich daran anschließende Elemente wie eine zusätzliche Laserdiode oder weitere optische Bauteile weitgehend unbeeinflusst von der erfindungsgemäßen Kompensation der auftretenden Abbildungsfehler sind. Besonders bevorzugt sind dabei Verhältnisse zwischen den Längenausdehnungskoeffizienten des Materials des Trägers zum Material des Grundkörpers des optische Bauteils und/oder des Halteelements von < 1, < 0.5, < 0.1, < 0.01 und < 0.001 sowie den Schub- bzw. Biegesteifigkeiten in entsprechend umgekehrten Verhältnissen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halteelement durch ein Fixierungsmittel mit hoher Viskosität am Träger und/oder am Grundkörper des optischen Bauteils schwenkbar fixiert ist. Schwenkbar bedeutet dabei gemäß der weiter oben in der Beschreibung genannten Definition insbesondere die Fähigkeit, sich an eine Veränderung der auftretenden räumlichen Winkelbeziehung zwischen erster und zweiter Kontaktposition anpassen zu können. Eine Fixierung durch ein Fixierungsmittel bedeutet, dass eine feste aber flexible Verbindung zwischen den jeweiligen Komponenten besteht, welche dazu in der Lage ist, sowohl Zug- als auch Schubkräfte zwischen den Komponenten zu übertragen. Insbesondere kann es sich bei einem solchen Fixierungsmittel um einen flexiblen Klebstoff, beispielsweise auf Latex- oder Silikonbasis, handeln. Eine hohe Viskosität des Fixierungsmittels ist demzufolge dahingehend zu interpretieren, dass die damit erzielte Verbindung gegenüber den damit verbundenen Komponenten eine deutlich verringerte Festigkeit aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich Haltelemente (erstes und zweites Haltelement) an zwei gegenüberliegenden Seiten des optischen Bauteils befinden und diese Haltelemente zusammen mit der optischen Achse eine gemeinsame Ebene aufspannen. Diese Halterung an zwei Seiten des optischen Bauteils dient den Zweck, dass bei speziellen Anforderungen an die Höhe eines optischen Systems der Platzbedarf der Haltevorrichtung in bestimmten Raumwinkelbereichen auf ein Minimum reduziert werden kann und damit eine mit konventionellen Halterungssystemen für optische Bauteile vergleichbare Bauhöhe zumindest abschnittsweise sichergestellt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Winkel zwischen der Verbindunglinie zwischen den ersten Kontaktpositionen der zwei Halteelemente und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des ersten Halteelements erstreckt, zwar größer als 0° jedoch kleiner als 20° ist (dies entspricht einem Winkel zwischen der optischen Achse des optisches Bauteils und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des ersten Halteelements erstreckt von größer als 70° und kleiner als 90°). In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein zweiter Winkel zwischen der Verbindunglinie zwischen den ersten Kontaktpositionen der zwei Halteelemente und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des zweiten Halteelements erstreckt, ebenfalls zwar größer als 0° jedoch kleiner als 20° ist (dies entspricht einem Winkel zwischen der optischen Achse des optisches Bauteils und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des zweiten Halteelements erstreckt von größer als 70° und kleiner als 90°). Diese bevorzugte Anordnung der real wirksamen Längsachsen der schwenkbaren Halteelemente führt zu einer vergleichsweise großen Verschiebung des optischen Bauteils entlang der optischen Achse bei einer vorgegebenen thermischen Ausdehnung des optischen Bauteils quer zur optischen Achse. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Winkel und der zweite Winkel kleiner als 18°, bevorzugter kleiner als 16°, noch bevorzugter kleiner als 14° und noch bevorzugter kleiner als 12° (entspricht einem Winkel zwischen der optischen Achse des optisches Bauteils und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des jeweiligen Halteelements erstreckt von größer als 72° und kleiner als 90°, bevorzugter größer als 74° und kleiner als 90°, noch bevorzugter größer als 76° und kleiner als 90° und noch bevorzugter größer als 78° und kleiner als 90°).
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind dabei, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine räumlich-schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung in Gesamtansicht und als Teildarstellung im Querschnitt;
2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung gemäß der Teildarstellung nach 1;
3a eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung gemäß einer Teildarstellung nach 1;
3b, 3c schematische Darstellungen weiterer bevorzugter Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung als Teildarstellung im Querschnitt;
4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung mit einem integralen Federelement als Teildarstellung im Querschnitt;
5a, 5b schematische Darstellungen des Querschnitts weiterer besonders bevorzugter Ausführungsformen des Trägers einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung;
6 eine räumlich-schematische Darstellung einer realen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung in Anlehnung an 1 in Gesamtansicht und als Schnittdarstellung;
7 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung gemäß der Darstellung nach 6;
8 eine räumlich-schematische Darstellung einer bevorzugten realen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung in Anlehnung an 5a in Gesamtansicht und als Schnittdarstellung; und
9 eine räumlich-schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten realen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung in Anlehnung an 5a in Gesamtansicht und als Schnittdarstellung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine räumlich-schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 in Gesamtansicht und als Teildarstellung im Querschnitt. Bei dem beispielhaft dargestellten optischen Bauteil 10 handelt es sich um eine sogenannte Stablinse (z.B. eine Gradientenindexlinse) mit einem Grundköper 11 und einer den Grundkörper 11 durchziehenden optischen Achse O. Der Grundkörper 11 des optischen Bauteils 10 ist rotationssymmetrisch von zwei ringförmig ausgebildeten Haltelementen 20 umschlossen. Diese Haltelemente 20 sind als integraler Bestandteil des optischen Bauteils 10 ausgebildet und jeweils an einer ersten Kontaktposition 12 am Grundkörper 11 fixiert. Wie aus der Teildarstellung zu ersehen, kann die äußere Form der Halteelemente 20 im Querschnitt einem Dreieck entsprechen, an dem sich die Kontaktposition 12 entlang einer Seitenkante des Dreiecks befindet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dreieckige Halteelemente 20 beschränkt, sondern die Halteelemente 20 können eine beliebige Form aufweisen.
Der Grundkörper 11 mit den integralen Haltelementen 20 ist von einem Träger 30 umgeben, der als Hohlzylinder mit einem zum Außendurchmesser des optischen Bauteils 10 passendem Innendurchmesser ausgeprägt ist. Dieser Träger 30 schützt das optische Bauteil 10 vor äußeren Einflüssen und kann unter anderem zur Kopplung und Fixierung an weitere externe optische Komponenten genutzt werden. Dazu ist der Träger 30 aus einem festen und formstabilen Material mit einem möglichst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt. Dabei ist erfindungsgemäß der Längenausdehnungskoeffizient des Materials, aus dem der Träger 30 aufgebaut ist, wesentlich geringer als der Längenausdehnungskoeffizient des Materials, aus dem der Grundkörper 11 und die integralen Halteelementen 20 aufgebaut sind. Innerhalb des Trägers 30 wird der Grundkörper 11 mittels der integralen Haltelemente 20 spielfrei abgestützt. Dazu befinden sich innerhalb des Trägers 30 ringförmige Aussparungen, in die die Haltelemente 20 eingreifen können und dadurch das optische Bauteil 10 jeweils entlang einer kreisförmigen zweiten Kontaktposition 32 am Träger 30 fixieren. In der Teildarstellung ist zu erkennen, dass die Aussparungen im Querschnitt des Trägers 30 ebenfalls die Form eines Dreiecks haben. Um den Halteelementen 20 bei einer thermischen Expansion genügend Freiraum zu lassen, weist dieses Ausschnittsdreieck an der zweiten Kontaktposition 32 einen stumpfen Winkel von größer 90° auf. An der dargestellten optischen Anordnung 100 ist kennzeichnend, dass eine Fixierung des optischen Bauteils 10 über kreisförmige (bzw. in der Teildarstellung punktförmige) zweite Kontaktpositionen 32 über die äußere Form der Haltelemente 20 und der Aussparungen des Trägers 30 erfolgt. Diese Fixierungsstellen bleiben auch bei einer thermischen Expansion der einzelnen Komponenten weitgehend erhalten und ermöglichen dadurch ein potentielles Schwenkverhalten der Haltelemente 20 um diese strukturell festen und ortsunveränderlichen zweiten Kontaktpositionen 32.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 gemäß der Teildarstellung nach 1. In einem ersten Zustand bei einer Temperatur T₁ entspricht die Darstellung der in 1 beschriebenen Teildarstellung eines Querschnitts im Bereich der Halteelemente 20. Bei einer Erhöhung der Temperatur der optischen Anordnung 100 von T₁ zu T₂ kommt es zu einer thermischen Ausdehnung des Grundkörpers 11 und der Haltelemente 20, bei der sich neben reinen Abstandsänderungen im Bezug auf weitere externe optische Komponenten insbesondere auch die damit verbundenen Veränderungen in den abbildenden Eigenschaften des optischen Bauteils 10 negativ bemerkbar machen können. Insbesondere bei optischen Bauteilen 10 aus Kunststoffmaterialien ist aufgrund ihres relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten mit einer mehr oder weiniger isotropen Zunahme der äußeren Abmessungen der Komponenten zu rechnen. Wird diese Expansionsbewegung in bestimmten Richtungen jedoch durch ortsfeste Kontaktpositionen abgefangen, so kommt es stattdessen zu einer teilweisen Erhöhung der inneren Spannungen des Materials. Insbesondere stellen die zweiten Kontaktpositionen 32 des Trägers 30 in einer optischen Anordnung 100 gemäß 1 genau solche festen Kontaktpositionen dar. Bei einer thermischen Ausdehnung der optischen Anordnung 100 sind die zweiten Kontaktpositionen 32, aufgrund vorzugsweise maximal verschieden gewählter thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers 30 und des Grundkörpers 11 mit den integralen Haltelementen 20, nahezu ortsfest. Daher erfolgt eine Ausdehnung des Grundkörpers 11 mit den integralen Haltelementen 20 vorzugsweise um diese Positionen herum. Bei einer Anordnung gemäß 1 ergibt sich dabei eine resultierende Kraft F, die in Richtung des Trägers 30 gerichtet ist und eine Komponente entlang der optischen Achse O aufweist. Entsprechend ergibt sich in 2 ein zweiter Zustand bei einer Temperatur T₂ > T₁ , bei dem sich der Grundkörper 11 mit den integralen Haltelementen 20 thermisch in Richtung des Trägers 30 ausgedehnt hat und zusätzlich eine Bewegung der ersten Kontaktposition 12 entlang der optischen Achse O stattfindet. Das Schwenken der Haltelemente 20 um die zweite Kontaktposition 32 des Trägers 30 ist insbesondere an der veränderten Lage der ersten Kontaktposition 12 zu erkennen. Dadurch kommt es zu einer Änderung des Winkels zwischen der erster Kontaktposition 12 und der zweiten Kontaktposition 32 in Bezug auf den quasi ortsfesten Träger 30.
3a zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 gemäß einer Teildarstellung nach 1. Der prinzipielle Aufbau des dargestellten Halteelements 20 entspricht weitestgehend dem Aufbau des vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Auch hier erfolgt die Fixierung des Halteelements 20 im Träger 30 an der zweiten Kontaktposition 32. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist das Halteelement 20 hier jedoch nicht als integraler Bestandteil des optischen Bauteils 10 ausgebildet, sondern wird als eigenständiges Haltelement mit dem optischen Bauteil mit Hilfe eines geeigneten Fixiermittels 40 (vorzugsweise einem flexiblen Kleber hoher Viskosität η > 10⁶, besonders bevorzugt η > 10¹⁰, und geringer Shore A Härte < 85, besonders bevorzugt Shore A Härte < 50) entlang der ersten Kontaktposition 12 wirkverbunden. Dabei kann das Halteelement 20 aus dem gleichen Material wie das optische Element 10 (vorzugsweise Kunststoff) bestehen oder aus einem beliebigen anderen Material geformt sein. Insbesondere kann dieses Material im Vergleich zu dem für den Träger 30 und den Grundkörper 11 des optischen Bauteils 12 verwendeten Materialien einen von diesen Materialien abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Durch eine entsprechende Anpassung und Abstimmung der einzelnen Materialien aufeinander kann zusätzlich zu den durch die spezielle Ausformung der einzelnen Halteelemente 20 gegebenen Freiheitsgraden ein genau abgestimmtes athermales Verhalten der gesamten optischen Anordnung 100 eingestellt werden. Insbesondere kann durch eine Erhöhung oder Herabsetzung der thermischen Ausdehnung der Halteelemente 20 gegenüber der thermischen Ausdehnung des optischen Bauteils 10 die Bewegung der ersten Kontaktposition 12 entlang der optischen Achse O, und damit des optischen Bauteils 10 an sich, gesteuert werden. Die durch die Ausdehnung oder Schrumpfung des Grundkörpers 11 und der Halteelemente 20 resultierende Kraft F ist ebenfalls eingezeichnet. Die in Richtung der (hier nicht eingezeichneten, jedoch entsprechend der 1 zuordenbaren) optischen Achse auftretenden Kraftkomponenten sind dabei unmittelbar ersichtlich. Die Figur zeigt weiterhin als gestrichelte Konturen die Wirklinien W des Kraftflusses bei maximaler und minimaler Betriebstemperatur, d.h. bei minimaler und maximaler thermischer Ausdehnung der Anordnung. Die erfindungsgemäße Schwenkbewegung des Halteelements 20 um die hierbei ortsfeste zweite Kontaktposition 32 ist dabei zu erkennen.
3b und 3c zeigen schematische Darstellungen weiterer bevorzugter Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 in Teildarstellung im Querschnitt. In 3b ist das Haltelement 20 ebenfalls als eigenständige Komponente ausgelegt, welches hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit in der abstrakten Form eines Rechtecks dargestellt ist. Eine erste Kontaktposition 12 befindet sich innerhalb einer Aussparung des Grundkörpers 11 des optischen Bauteils 10 in Form eines Dreiecks. Dieser Aussparung liegt eine weitere Aussparung im Träger 30 gegenüber, innerhalb derer sich eine zweite Kontaktposition 32 befindet. Zwischen diesen beiden Kontaktpositionen befindet sich das rechteckförmige Haltelement 20, wobei die kurzen Seiten dieses Rechtecks über ein geeignetes Fixiermittel 40 fest miteinander verbunden sind. Für die Wahl der einzelnen Materialien gelten die Ausführungen zu 3a entsprechend. Das dargestellte Haltelement 20 ist durch eine beidseitige Fixierung in der Lage sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen dem Grundkörper 11 und dem Träger 30 zu übertragen. Insbesondere kann in diesem Ausführungsbeispiel für die Haltelemente 20 ein Material mit einem sehr hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewählt werden, so dass dieses die Funktion eines thermisch getriebenen Linearverstellers übernehmen kann. Insbesondere sind dabei Verhältnisse zwischen den Längenausdehnungskoeffizienten des Materials des Trägers 30 zum Material des Halteelements 20 von < 1, < 0.5, < 0.1, < 0.01 und < 0.001 besonders bevorzugt. Bei dessen Ausdehnung oder Schrumpfung wirkt dann eine resultierende Kraft F entlang der Längsachse der Halteelemente 20, wobei sich auch in diesem Beispiel effektiv eine Verkippung der gezeigten Wirklinien W bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen und damit ein Schwenken des Halteelements 20 um die quasi ortsfeste zweite Kontaktposition 32 ergeben. Dieses Verkippen wird vor allem dadurch bedingt, dass eine Ausdehnung des Halteelements 20 in Richtung senkrecht zum Träger 30 durch den Grundkörper 11 und den Träger 30 eingeschränkt ist und somit eine Ausdehnung vorzugsweise in Richtung der optischen Achse stattfindet. Die Ausführungsform in 3c zeigt eine in deren wesentlichen Merkmalen vergleichbare Anordnung der Komponenten. Das Halteelement 20 ist hier jedoch nicht durch ein Fixiermittel 40 mit dem Grundkörper 11 oder dem Träger 30 verbunden, daher können bei einer Ausdehnung des Haltelements 20 lediglich Druckkräfte in eine Richtung, vorzugsweise in eine Richtung senkrecht zum Träger 30, übertragen werden. Als entsprechendes Rückstellelement dient ein zusätzliches Federelement 50, welches sich zwischen dem Grundkörper 11 und dem Träger 30 befindet, wobei eine durch das Federelement 50 verursachte Kraft F₂ entgegen der durch die thermische Ausdehnung verursachten Bewegung der ersten Kontaktposition 12 entlang der optischen Achse O wirkt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel erfolgt analog zu der Ausführungsform nach 3b bei einer Änderung der Temperatur eine Verkippung der Wirklinien W bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen um die zweite Kontaktposition 32. Bei einer Ausdehnung des Grundkörpers 11 bzw. der Halteelemente 20 wirkt eine Kraft F₁ entlang einer die zweite Kontaktposition 32 durchstoßenden Wirklinie W, bei einer Schrumpfung der genannten Komponenten wirkt eine über das Federelement 50 eine entsprechende Rückstellkraft F₂ hingegen vorzugsweise in Richtung der optischen Achse O. Die in der Darstellung eingezeichnete Verkippung der Kraft F₂ gegenüber der Achse des Federelements 50 resultiert dabei aus nicht eingezeichneten Zwangskräften. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen wurden die Halteelemente 20 als Rechtecke dargestellt und die Aussparungen am Grundkörper 11 und am Träger 30 entsprechend in der Form angepasst. Dies stellt jedoch keine Einschränkung in der Allgemeinheit der erfinderischen Umsetzung dar, vielmehr können die Halteelemente 20 und die entsprechenden Aussparungen auch in anderer passender Form realisiert werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 mit einem integralen Federelement 50 als Teildarstellung im Querschnitt. Insbesondere stellt diese Ausführungsform eine Kombination der in den 3b und 3c offenbarten Ausführungsformen dar. Das besondere an dieser Ausführungsform ist, dass das Haltelement 20 entsprechend den Ausführungen zu 3b als lineares Verstellelement dient, gleichzeitig jedoch auch als das rückstellende Federelement 50 einer Ausführungsform nach 3c fungiert. Das Halteelement 20 sollte dazu vorzugsweise aus einem hochgradig flexiblen und stark federnden Material mit einem relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Dabei sind insbesondere thermische Ausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 1·10^-3 K^-1 und 1·10^-4 K^-1 und Federkonstanten zwischen 10² N·m^-1 und 10⁶ N·m^-1 bevorzugt. Bei einer Temperaturerhöhung wird sich ein solches Material stark ausdehnen, wird jedoch durch den aufliegenden Grundkörper 11 entlang eines ersten Abschnitts 121 der ersten Kontaktposition 12 teilweise daran gehindert. Dadurch kommt es zu einer Verbiegung des Haltelements 20, wodurch dieses eine intrinsische Federspannung aufbaut. Unter Berücksichtigung einer ebenfalls auftretenden Ausdehnung des Grundkörpers 11 kommt es daher effektiv zu einer Verkürzung des Halteelements 20 entlang einer seiner Längsachsen, so dass über einen zweiten Abschnitt 122 der ersten Kontaktposition 12 neben der Federspannung ebenfalls eine Bewegung der ersten Kontaktposition, umfassend einen ersten Abschnitt 121 der ersten Kontaktposition 12 und einen zweiten Abschnitt 122 der ersten Kontaktposition 12, entlang der optischen Achse O bewirkt wird. Durch die unterschiedlichen Richtungen der wirkenden Kräfte sind bei der Ausdehnung der einzelnen Materialien mehrere Abschnitte 121, 122 für die ersten Kontaktpositionen 12 zu berücksichtigen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die im Halteelement 20 wirkenden Kräfte beim Ausdehnen (F₁ ) und Zusammenziehen (F₂ ) von Grundkörper 11 und Halteelement 20 mit eingezeichnet. Bei dieser Ausführungsform werden die im Haltelement 20 auftretenden Spannungen daher direkt zur Erzeugung einer Rückstellkraft genutzt. Mithin kann diese Ausführungsform einer direkt gefederten optischen Anordnung 100 zur Abstützung eines optischen Bauteils 10 auch bei Halteelementen 20, die als integraler Bestandteil des optischen Bauteils 10 ausgebildeten worden sind, umgesetzt werden (entsprechende Linsen werden auch als Flügel- oder Schmetterlingslinsen bezeichnet).
5a und 5b zeigen verschiedene schematische Darstellungen des Querschnitts bevorzugter Ausführungsformen des Trägers 30 einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100. Hierbei sind ohne Einschränkung der Allgemeinheit verschiedene alternative Ausführungsformen der in 1 gezeigten räumlich-schematischen Darstellung mit Blick in Richtung der optischen Achse O dargestellt. Der Grundkörper 11 des in 5a gezeigten Bauteils zeigt einen kreisförmigen Querschnitt, wobei das Bauteil mittels integraler Haltelemente 20 in einen Träger 30 mit quadratischem Querschnitt abgestützt ist. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 umschließt das Haltelement 20 hier jedoch nicht ringförmig den gesamten Grundkörper 11, sondern ist aus Platzgründen vorzugsweise nur entlang einer oder weniger Stützachsen lokalisiert. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel liegt insbesondere eine einachsige Anordnung der Haltelemente 20 an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 11 vor, wobei diese Haltelemente zusammen mit der optischen Achse O eine gemeinsame Ebene aufspannen. In 5b ist wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1 zu illustrativen Zwecken ein Grundkörper 11 mit einem umlaufenden integralen Halteelement 20 in quadratischer Form gezeigt.
6 zeigt eine räumlich-schematische Darstellung einer realen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 in Anlehnung an 1 in Gesamtansicht und als Schnittdarstellung. Bei dem dargestellten optischen Bauteil 10 handelt es sich um eine zylinderförmige Linse mit einem Grundköper 11 und einer den Grundkörper 11 durchziehenden optischen Achse O. Der Grundkörper 11 des optischen Bauteils 10 ist rotationssymmetrisch von einem ringförmig ausgebildeten Haltelement 20 umschlossen. Dieses Haltelement 20 ist als integraler Bestandteil des optischen Bauteils 10 ausgebildet und jeweils an einer ersten Kontaktposition 12 am Grundkörper 11 fixiert. Wie aus der Schnittdarstellung zu ersehen, entspricht die äußere Form der Halteelemente 20 im Wesentlichen einem Parallelogramm, an dem sich die zweite Kontaktposition 32 gegenüber der ersten Kontaktposition 12 befindet. Der Grundkörper 11 mit dem integralen Haltelement 20 ist von einem Träger 30 umgeben, der als Hohlzylinder mit einem zum Außendurchmesser des optischen Bauteils 10 passendem Innendurchmesser ausgeprägt ist. Der Winkel zwischen den Längsachsen der Haltelemente 20 und der optischen Achse O beträgt kleiner 90° jedoch größer als 70°, wodurch eine thermische Erwärmung des optischen Bauteils 10 (Grundkörpers 11) zu einer vergleichsweise großen Verschiebung entlang der optischen Achse O führt.
7 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 gemäß der Darstellung nach 6. Der Inhalt dieser Darstellung entspricht im Wesentlichen den in 2 dargestellten Sachverhalten. Das Haltelement weist eine alternative Formgebung auf, die prinzipielle Funktionsweise der gesamten optischen Anordnung 100 wird dadurch jedoch nicht beeinflusst und gilt entsprechend. In der Abbildung stellen die schraffiert hinterlegten Bereiche die Verformung der einzelnen Baugruppen dar, die durch eine Temperaturerhöhung verursacht werden. Dabei kommt es zu einer thermischen Ausdehnung insbesondere des Grundkörpers 11 und des Haltelements 20. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der zweiten Kontaktposition 32 um eine ausgedehnte Kontaktfläche mit mehreren Bereichen, die durch den Rahmen 30 in einer möglichen Ausdehnung stark eingeschränkt ist. Bei einer entsprechenden Temperaturerhöhung erfolgt daher eine thermische Ausdehnung hauptsächlich in Richtung auf die Kontaktposition 12 hin. Durch die parallelogrammartige Formung des Haltelements 20 und dessen Einspannung im Rahmen 30 wird die Richtung so definiert, dass eine erfindungsgemäße Bewegung der ersten Kontaktposition 12 entlang der optischen Achse O und damit ein Schwenken des Haltelements 20 zwischen der ersten Kontaktposition 12 und der zweiten Kontaktposition 32 bewirkt wird. Der Winkel zwischen den Längsachsen der Haltelemente 20 und der optischen Achse O beträgt kleiner 90° jedoch größer als 70°, wodurch eine thermische Erwärmung des optischen Bauteils 10 (Grundkörpers 11) zu einer vergleichsweise großen Verschiebung entlang der optischen Achse O führt.
8 zeigt eine räumlich-schematische Darstellung einer bevorzugten realen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 in Anlehnung an 5a in Gesamtansicht und als Schnittdarstellung. Diese Ausführungsform dient insbesondere zur Realisierung einer möglichst flachen Bauweise bei speziellen Anforderungen an die Höhe der verwendeten Optik. Dargestellt ist eine dicke Linse, bei der die verwendeten integralen Haltelemente 20 sich an zwei gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 11 des optischen Bauteils 10 befinden und diese Haltelemente 20 zusammen mit der optischen Achse O eine gemeinsame Ebene aufspannen. Zur weiteren Abflachung des Aufbaus wurde zusätzlich zu der in 5 gezeigten Ausführungsform auch der äußere Bereich des Grundkörpers 11 in seiner Höhe beschränkt, so dass auch das optische Bauteil 10 kein rotationssymmetrisches Profil mehr aufweist. Wie aus der entsprechenden Schnittdarstellung ersichtlich wird, entspricht die prinzipielle Formgebung der Halteelemente 20 jedoch im Wesentlich einer Formgebung nach 6. Daher gilt die Beschreibung der Funktionsweise entsprechend und kann direkt der Beschreibung zu 7 entnommen werden. Der Winkel zwischen den Längsachsen der Haltelemente 20 und der optischen Achse O beträgt kleiner 90° jedoch größer als 70°, wodurch eine thermische Erwärmung des optischen Bauteils 10 (Grundkörpers 11) zu einer vergleichsweise großen Verschiebung entlang der optischen Achse O führt.
9 zeigt eine räumlich-schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten realen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung 100 in Anlehnung an 5a in Gesamtansicht und als Schnittdarstellung. Bei dieser Ausführungsform soll ebenfalls eine möglichst flache Bauweise realisiert werden, wobei das Haltelemente 20 hier jedoch nicht als integraler Bestanteil des optischen Bauteils ausgeformt ist, sondern erfindungsgemäß lediglich mit dem optischen Bauteil 10 in einer direkten Wirkverbindung steht. Der Grundkörper 11 des optischen Bauteils 10 liegt bei der dargestellten Ausführungsform flächig an einer ersten Kontaktposition 12 auf einem Teil des Halteelements 20 auf. Dieses Haltelement 20 weist weiterhin entsprechende zweite Kontaktpositionen 32 an einem Träger 30 auf. Die Formgebung des Halteelements 20 entspricht im Bereich um die zweiten Kontaktpositionen 32 im Wesentlich einer Formgebung nach 8, daher bewirkt auch hier eine thermische Ausdehnung des Halteelements erfindungsgemäß eine entsprechende Bewegung der ersten Kontaktposition 12 entlang der optischen Achse O und damit ein Schwenken des Haltelements 20 zwischen der ersten Kontaktposition 12 und der zweiten Kontaktposition 32. Durch die Bewegung der ersten Kontaktposition 12 erfolgt im Ausführungsbeispiel auch eine entsprechend gerichtete Bewegung des Grundkörpers 11 des optischen Bauteils 10. Das optische Bauteil 10 ist hier für eine größere Stabilität beispielhaft von einer zusätzlichen Fassung 13 umgeben. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine starre, nicht temperaturveränderlich ausgelegte Verbindung zwischen dem Grundkörper 11 des optischen Bauelements 10 und der Fassung 13. Die Fassung 13 ist rein optional und hat keinen Einfluss auf die erfindungsgemäße Funktion der Erfindung. Es besteht jedoch auch durchaus die Möglichkeit in einer weiteren Ausführungsvariante, anstatt der als starr angesehenen Verbindung zwischen dem optischem Bauteil 10 und der Fassung 13 auch eine Ausführungsform entsprechend der 9 mit flexiblen Elementen zur Halterung zu wählen. Mit Hilfe einer solch ineinandergreifenden zweistufigen optischen Anordnung können beispielsweise größere Verstellwege für eine Bewegung des optischen Bauteils 10 in Richtung der optischen Achse O erreicht werden. Eine solche Ausführungsform ergibt sich durch direkte Mehrfachanwendung der erfindungsgemäßen Idee. Der Winkel zwischen den Längsachsen der Finger der Haltelemente 20 und der optischen Achse O beträgt kleiner 90° jedoch größer als 70°, wodurch eine thermische Erwärmung des optischen Bauteils 10 (Grundkörpers 11) zu einer vergleichsweise großen Verschiebung entlang der optischen Achse O führt.
Bezugszeichenliste

10: optisches Bauteil
11: Grundkörper
12: erste Kontaktposition
13: Fassung
121: erste Abschnitt der ersten Kontaktposition
122: zweiter Abschnitt der ersten Kontaktposition
20: Haltelement
30: Träger
32: zweite Kontaktposition
40: Fixiermittel
50: Federelement
100: optische Anordnung
T₁: erste Temperatur
T₂: zweite Temperatur
O: optische Achse
F: Kraft
F₁: erste Kraft
F₂: zweite Kraft
W: Wirklinie

Claims

Optische Anordnung (100) umfassend: ein optisches Bauteil (10) mit einem Grundkörper (11); mindestens ein Halteelement (20), welches als integraler Bestandteil des optischen Bauteils (10) ausgebildet ist oder mit dem optischen Bauteil (10) in Wirkverbindung steht, wobei ein zum Grundkörper (11) ausgerichtetes erstes Ende des Halteelements (20) an einer ersten Kontaktposition (12, 121, 122) des Grundkörpers (11) fixiert ist; und einen Träger (30), auf welchem das optische Bauteil (10) mittels des Halteelements (20) abgestützt ist, wobei ein zum Träger (30) ausgerichtetes zweites Ende des Halteelements (20) an einer zweiten Kontaktposition (32) des Trägers (30) fixiert ist; wobei das Halteelement (20) schwenkbar zwischen der ersten Kontaktposition (12) und der zweiten Kontaktposition (32) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontaktposition (32) sich innerhalb einer im Träger (30) angeordneten Nut befindet, wobei die Nut eine Bodenfläche und eine Seitenfläche aufweist; wobei das zweite Ende des Halteelements (20) innerhalb der Nut angeordnet ist; wobei das zweite Ende des Halteelements (20) die Bodenfläche der Nut kontaktiert; wobei eine Seitenfläche des Halteelements (20) die Seitenfläche der Nut kontaktiert; und wobei ein Winkel zwischen der optischen Achse (O) des optisches Bauteils (10) und einer Verbindungslinie, die sich zwischen der ersten Kontaktposition und der zweiten Kontaktposition des Halteelements erstreckt, kleiner als 90° und größer als 70° ist.
Optische Anordnung (100) umfassend: ein optisches Bauteil (10) mit einem Grundkörper (11); mindestens ein Halteelement (20), welches als integraler Bestandteil des optischen Bauteils (10) ausgebildet ist oder mit dem optischen Bauteil (10) in Wirkverbindung steht, wobei das Halteelement (20) an einer ausgedehnten ersten Kontaktposition (12, 121, 122) des Grundkörpers (11) fixiert ist; und einen Träger (30), auf welchem das optische Bauteil (10) mittels des Halteelements (20) abgestützt ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (20) an einer linienförmigen zweiten Kontaktposition (32) des Trägers (30) fixiert ist; wobei das Halteelement (20) um die zweiten Kontaktposition (32) schwenkbar zwischen der ersten Kontaktposition (12) und der zweiten Kontaktposition (32) angeordnet ist.
Optische Anordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Grundkörper (11) einen optisch transparenten Kunststoff umfasst.
Optische Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Bauteil (10) eine optische Achse (O) aufweist und das Halteelement (20) derart schwenkbar ausgebildet ist, dass eine thermische Ausdehnung des Grundkörpers (11) in Richtung des Trägers (30) eine Bewegung der ersten Kontaktposition (12) entlang der optischen Achse (O) bewirkt.
Optische Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halteelement (20) derart schwenkbar ausgebildet, dass eine thermische Ausdehnung des Halteelements (20) eine Bewegung der ersten Kontaktposition (12) entlang der optischen Achse (O) bewirkt.
Optische Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halteelement (20) aus einem flexiblem Material ausgebildet ist und wobei das Halteelement (20) intrinsisch deformier- und schwenkbar ist.
Optische Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch eine thermische Ausdehnung des Grundkörpers (11) und/oder des Halteelements (20) eine Rückstellkraft in einem Federelement (50) erzeugt wird, welche einer durch die thermische Ausdehnung des Grundkörpers (11) und/oder des Halteelements (20) verursachten Bewegung der ersten Kontaktposition (12) entlang der optischen Achse (O) entgegenwirkt.
Optische Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (30) aus einem Material besteht, dessen Längenausdehnungskoeffizient kleiner als der des Materials ist, aus dem der Grundkörper (11) des optischen Bauteils (10) und/oder das Halteelement (20) besteht; und/oder wobei der Träger (30) aus einem Material besteht, dessen Steifigkeit höher ist als die des Materials, aus dem der Grundkörper (11) des optischen Bauteils (10) und/oder das Halteelement (20) besteht.
Optische Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halteelement (20) durch ein Fixierungsmittel mit hoher Viskosität am Träger (30) und/oder am Grundkörper (11) des optischen Bauteils (12) schwenkbar fixiert ist.
Optische Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich Haltelemente (20) an zwei gegenüberliegenden Seiten des optischen Bauteils (12) befinden und diese Haltelemente zusammen mit der optischen Achse (O) eine gemeinsame Ebene aufspannen.