DE102015115931B3 - Spannungsentkoppelte monolithische Linsenfassung - Google Patents

Abstract

Spannungsentkoppelte monolithische Linsenfassung, gebildet aus einem Ringkörper mit einer Ringhöhe (hf), der durch Materialausnehmungen in einen Fassungsaußenring (1), einen Fassungsinnenring (2) und drei um 120° zueinander versetzt angeordnete Verbindungsstrukturen (3) unterteilt ist, wobei die Verbindungsstrukturen (3) ein oder zwei zu einem Symmetriepunkt (S) punktsymmetrische Querstege (3.1) sowie einen Radialsteg (3.2) mit einer Verbindungsachse (R) umfassen, die durch den Symmetriepunkt (S) verläuft, und in Richtung einer Symmetrieachse (0) der wenigstens eine Radialsteg (3.2) eine Steghöhe (hr) aufweist, die geringer ist als die Ringhöhe (hf).

Description

• Grundsätzlich dienen Linsenfassungen der präzisen mechanischen Halterung von optischen Einzellinsen bzw. mehreren stoffschlüssig miteinander verbundenen Linsen, sogenannten Kittgruppen (nachfolgend nur Linse genannt), in genauen montierten und / oder justierten Positionen innerhalb eines Linsensystems, d. h. in einer bestimmten Distanz und Ausrichtung zueinander. Für Linsensysteme, an deren Abbildungsqualität hohe Ansprüche gestellt werden, ist es darüber hinaus von Bedeutung, dass die Linsen umweltstabil weitmöglichst deformations- und spannungsfrei gefasst sind und die Linsenfassung einschließlich der gefassten Linse eine hohe Eigenfrequenz hat.
• Es gibt die verschiedensten Ursachen für in einer Linsenfassung entstehende Spannungen und damit auf die gefasste Linse wirkende Kräfte.
• Bei den nachfolgend genannten drei Ursachen handelt es sich um die hauptsächlichen Ursachen, die für sich allein oder auch gleichzeitig Spannungen ursächlich in der Linsenfassung oder zwischen der Linsenfassung und der Linse bewirken können.
• Eine Ursache sind thermische Spannungen, die durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Fassung und des optischen Elementes hervorgerufen werden. Sie entstehen durch die Schwankung der Umgebungstemperatur oder insbesondere, wenn die Linse durch die Beaufschlagung mit Strahlung erwärmt wird. Bei radial gefassten Linsen wirken sich die entstehenden thermischen Spannungen auf die Linse im Wesentlichen durch einen radialen Kräfteeintrag in die Linse aus.
• Eine weitere Ursache für Spannungen kann die Betätigung von Justiereinheiten sein, über die bei einer in einen Fassungsinnenring und einen Fassungsaußenring unterteilten Linsenfassung der Fassungsinnenring, in dem die Linse gehalten ist, innerhalb einer radialen Ebene gegenüber dem Fassungsaußenring justiert wird. Auch hier werden im Wesentlichen radial wirkende Kräfte (nachfolgend radiale Kräfte) oder zumindest Kräfte, die in einer radialen Ebene wirken, in die Linse eingetragen.
• Während die thermisch bedingten Kräfte in der Regel symmetrisch zur Symmetrieachse der Linsenfassung wirken, wirken die Kräfte verursacht durch die Betätigung von Justiereinheiten punktuell und asymmetrisch.
• Eine dritte Ursache ist in der Verbindung einzelner Linsenfassungen miteinander zu finden. Eine solche Verbindung kann z. B. hergestellt werden, indem Linsenfassungen eines gleichen Außendurchmessers nacheinander in ein Objektivrohr gefüllt und mittels eines Vorschraubrings fixiert werden. Eine solche Verbindung kann auch hergestellt werden, indem die Linsenfassungen z. B. über Schrauben miteinander verbunden werden. Abweichungen in der Ebenheit bereits im µm-Bereich führen aufgrund der hohen Haltekräfte zu signifikanten Verformungen der Linsenfassungen, die, sofern sie unvermindert auf die Linse übertragen werden, in einem Maß zur Deformation und zum Eintrag von Spannungen in die Linse führen, welches deren Abbildungsqualität nicht tolerierbar beeinträchtigt.
• Unabhängig von der Art der Verbindung der Linsenfassungen untereinander kommen dabei Stirnflächen jeweils zweier benachbart angeordneter Linsenfassungen direkt oder über Abstimmringe zur Anlage miteinander. Jede Unebenheit in den Stirnflächen der Linsenfassungen und / oder gegebenenfalls der Abstimmringe führt grundsätzlich zu einer Verwindung der Linsenfassungen und damit zu auf die Linse einwirkenden radial und axial wirkenden Kräften. Diese Verwindung kann auch durch unterschiedliche Anzugsmomente an den Schrauben im Falle der Verbindung mit Schrauben verursacht werden.
• Um die unterschiedlich genannten Spannungen möglichst nicht auf die in der Linsenfassung gehaltene Linse zu übertragen, werden im Stand der Technik die unterschiedlichsten Maßnahmen getroffen. Diese können in der Materialwahl, der Dimensionierung und / oder der konstruktiven Gestaltung der Linsenfassung liegen.
• Eine Deformation der Linse zumindest zu vermindern, indem man den Fassungsinnenring einer in einen Fassungsaußenring und einen Fassungsinnenring unterteilten Fassung so steif ausführt, dass es zu keiner erheblichen Deformation der Kontaktflächen kommt, über die die Linsenfassung mit der Linse in Verbindung steht, wäre der konstruktiv einfachste Weg. Dieser steht jedoch dem Interesse an einem kleinen Bauraum, einem sparsamen Materialeinsatz und einer Leichtbauweise entgegen und ist für höchste Anforderungen technologisch nicht möglich.
• Üblicher ist es, gezielt die Verbindungsstrukturen, über die der Fassungsaußenring und der Fassungsinnenring miteinander verbunden sind, so zu gestalten, dass eine Übertragung von auf den Fassungsaußenring wirkenden Kräften oder Momenten auf den Fassungsinnenring vermieden wird.
• Auch ist es bekannt, einen die Linse unmittelbar haltenden Fassungsring, das kann auch ein Fassungsinnenring sein, speziell zu gestalten, um auf ihn übertragene Kräfte aufzunehmen und nicht auf die Linse zu übertragen. Hierzu ist z. B. aus der EP 1 094 348 B1 eine Linsenfassung bekannt, an der elastische Segmente ausgebildet sind, die radial in eine an der Linse ausgebildete Ringnut greifen.
• Die drei aufgezeigten grundsätzlich verschiedenen Maßnahmen, nämlich eine massive Ausführung, wodurch es keine Deformationen der Kontaktflächen mit der Linse gibt, die Aufnahme von Kräften durch Verbindungsstrukturen und die Aufnahme von Kräften durch den die Linse unmittelbar haltenden Fassungsring, können einzeln oder auch in Kombination miteinander getroffen werden, um die Linse in der Linsenfassung spannungsentkoppelt zu halten.
• Spannungsentkoppelt, oder auch deformationsentkoppelt genannt, im Sinne der vorliegenden Beschreibung heißt nicht, dass tatsächlich keinerlei in einen Fassungsaußenring erzeugte Spannungen auf den Fassungsinnenring übertragen werden, sondern dass diese höchstens vernachlässigbar übertragen werden.
• Die aufgezeigten Ursachen für im Fassungsaußenring erzeugte Spannungen sind wie erläutert vornehmlich wirkende Kräfte, die zum einen zu einer Biegung der Verbindungsstrukturen jeweils um eine zu einer radialen Achse senkrechte Achse oder zu einer Dehnung der durch die jeweilige Verbindungsstruktur verlaufenden gedachten radialen Achse, nachfolgend Verbindungsachse, führen. Zum anderen bewirken um die Verbindungsachsen wirkende Torsionsmomente Verwindungen der Verbindungsstrukturen. Bei allen genannten auch in Kombination auftretenden Effekten wirken auf die Verbindungsstrukturen Kräfte, die mehr oder weniger, in Abhängigkeit von der Dehnungs-, Biege- und Torsionssteifigkeit der Linsenfassung und damit der Verbindungsstrukturen, übertragen werden. Dabei charakterisiert die Dehnungssteifigkeit die Steifigkeit entlang einer radialen Achse, die Biegesteifigkeit die Steifigkeit um eine senkrechte Achse zu einer radialen Achse und die Torsionssteifigkeit die Steifigkeit um eine radiale Achse.
• Unter einer Verbindungsstruktur, die den Fassungsinnenring mit dem Fassungsaußenring spannungsentkoppelt verbindet, soll eine Verbindungsstruktur verstanden werden, die durch zu erwartende Kräfte oder Torsionsmomente in den Fassungsaußenring eingebrachte Spannungen höchstens in einem unerheblichen Maße auf den Fassungsinnenring überträgt.
• Aus der Patentschrift US 5 353 166 A ist ein Fassungssystem bekannt, bestehend aus einer Vielzahl von optischen Ringen, die entweder als Fassungsringe, Linsen oder andere optische Elemente haltend, als Abstandsringe oder Adapterringe, zur Anpassung von Fassungsringen unterschiedlichen Durchmessers, dienen. Es wurde festgestellt, dass bei der Oberflächenbearbeitung der Stirnflächen dieser optischen Ringe kleine Vertiefungen um die für die Verschraubung der Ringe vorgesehenen Bohrungen entstehen, die dazu führen, dass sich die Ringe beim Verschrauben miteinander deformieren. Um diese Deformation zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die optischen Ringe um die Bohrlöcher in axialer Richtung verstärkt auszuführen, das heißt die optischen Ringe werden dicker und damit massiver ausgeführt, während die Schrauben versenkt eingeschraubt werden. Nachteilig ist die Erhöhung des Mindestabstandes zwischen benachbarten Linsen, der damit erhöhte Bauraum in axialer Richtung und das Mehrgewicht. Eine Verwindung der beiden verbundenen optischen Ringe infolge von Toleranzen der Stirnflächen bleibt hier außer Betracht.
• In der Offenlegungsschrift DE 100 30 005 A1 wird eine Linsenfassung vorgeschlagen, mit der ein optisches Element deformationsentkoppelt gehalten werden soll. Eine solche Linsenfassung besteht aus einem Außenring, der mit anderen Außenringen verbunden werden kann, und einem eine Linse haltenden Innenring. Der Außenring und der Innenring stehen über eine Dreipunktlagerung in Verbindung. Diese kann aus drei in der Außenfassung angeordneten Lagerkörpern gebildet sein, die mit kugelförmigen Lagerflächen versehen sind, welche in bzw. auf Lagerstellen der Innenfassung gelagert sind. Die Dreipunktlagerung gewährleistet eine präzise definierte Lage des Innenrings im Außenring, wobei die Übertragung von Kräften und damit von Spannungen vom Außenring auf den Innenring und damit die Linse ausgeschlossen wird. Nachteilig an einer solchen Linsenfassung sind der vergleichsweise hohe Fertigungs- und Montageaufwand.
• In der DE 198 07 094 A1 ist eine Baugruppe mit einer Fassung und einem in dieser über eine Verbindungsstruktur gehaltenen Element beschrieben. Die Verbindungsstruktur ist so ausgelegt, dass sie eine durch die Bestrahlung des optischen Elementes ungleichmäßige Erwärmung wenigstens teilweise homogenisiert.
• Die Verbindungsstrukturen können Stege aus Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit oder Stege mit unterschiedlichem Querschnitt sein.
• Die Patentschrift EP 1 310 829 B1 legt eine Linsenfassung offen, in der eine Linse von Deformationen der Linsenfassung entkoppelt gehalten wird. Die Linsenfassung weist die Grundfläche eines gleichseitigen Dreiecks auf, an dessen Ecken drei Blöcke ausgebildet sind. Jede Ecke verbindet zwei plattenähnliche äußere Streben, welche die Seiten der dreieckigen Linsenfassung bilden. Die Blöcke können jeweils mit einem Aktor verbunden oder Teil eines solchen sein. Zwischen den äußeren Streben kann es innere Streben geben, welche die Linsenfassung versteifen. Jeweils mittig zwischen zwei Blöcken sind in den äußeren Streben runde Ausschnitte vorhanden, in die membranähnliche Teile eingesetzt sind. Diese können blattähnlich oder bevorzugt speichenradähnlich sein. Die Linsenfassung und die membranähnlichen Teile können aus einem gleichen Material gefertigt sein; sie sind jedoch bevorzugt getrennt hergestellt. Auch werden die Blöcke bevorzugt separat hergestellt und montiert. Die Linse liegt an den drei membranähnlichen Teilen an und wird so über diese von der eigentlichen Linsenfassung spannungsentkoppelt gehalten. Nachteilig an dieser Linsenfassung ist vor allem der erheblich große radiale Bauraum.
• Aus der DE 10 2004 025 832 A1 ist ein Optikmodul bekannt, in dem koaxial zur Modulachse des Optikmoduls in einem äußeren Flansch mehrere Fassungen jeweils über drei Bipode gehalten werden. Dabei sind die jeweils drei Bipode in einer Ebene über ein nach Art eines Kugelgelenkes bewegliches Biegegelenk mit dem Flansch und einer anderen Ebene über zwei nach Art eines Kugelgelenkes bewegliche Biegegelenke mit einer der Fassungen verbunden. Die Fassungen werden mit einem Freiheitsgrad in Richtung der Modulachse nicht überbestimmt gehalten. Auf den Flansch wirkende Kräfte werden theoretisch, ohne dass diese auf die Fassungen übertragen werden, in eine axiale Bewegung umgesetzt. Praktisch wird jedoch eine Kräfteübertragung auf die Fassung schon aufgrund der in den beweglichen Biegegelenken entstehenden Reibung nicht hinreichend vermeidbar sein.
• In der DE 198 25 716 A1 ist eine Baugruppe aus einem optischen Element und einer Fassung beschrieben, bei der das optische Element über eine Vielzahl von Laschen mit einem Zwischenring (Fassungsinnenring) gekoppelt ist und der Zwischenring mit einer Fassung (Fassungsaußenring) über Stellglieder verbunden ist.
• In der US 5 488 514 A soll eine Lösung gefunden werden, die es erlaubt, mehrere Fassungsringe (Linsenfassungen) als Stapel miteinander zu verbinden, ohne dass durch die Verbindung der Fassungsringe untereinander entstehende mechanische Spannungen auf die gefassten Linsen übertragen werden. Zu diesem Zweck ist ein Fassungsring durch Schlitze in einen Fassungsaußenring und einen Fassungsinnenring unterteilt, die miteinander monolithisch über drei elastische Elemente (Verbindungsstrukturen) verbunden sind. Es werden Verbindungsstrukturen vorgeschlagen, die sämtlich jeweils ein Ringsegment bilden, welches mit dem Fassungsaußenring und dem Fassungsinnenring verbunden ist. Die Verbindungsstrukturen stellen jeweils ein einzelnes Federelement dar. Die radiale Biegesteifigkeit und die Torsionssteifigkeit sind über nur wenige Parameter veränderbar und werden konstruktions- und dimensionsabhängig von der Breite der Ringsegmente in radialer Richtung und ihrer Länge entlang dem Umfang bestimmt.
• In der DE 10 2006 060 088 A1 ist eine monolithische Linsenfassung beschrieben, die eine geringe radiale Biegesteifigkeit aufweist, um thermisch bedingte radiale Ausdehnungsdifferenzen zwischen einer gefassten Linse und der Linsenfassung zu kompensieren, und tangential und axial steif ist. Die Linsenfassung wird grundsätzlich aus einem Ringkörper gebildet, der durch Materialausnehmungen in einen Fassungsaußenring, einen Fassungsinnenring und drei um 120° zueinander versetzt angeordnete Verbindungsstrukturen unterteilt ist. Die Verbindungsstrukturen sind jeweils aus einem tangential ausgerichteten Steg gebildet, dessen Enden mit dem Fassungsaußenring verbunden sind und der mittig über einen radial ausgerichteten Steg mit dem Fassungsinnenring verbunden ist. Die Steghöhen entsprechen der Höhe des Ringkörpers.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Linsenfassung mit einem Fassungsaußenring und einem Fassungsinnenring zu schaffen, die über Verbindungsstrukturen monolithisch verbunden sind, die so ausgelegt sind, dass insbesondere durch in den Fassungsaußenring eingebrachte Spannungen an den Verbindungsstrukturen bewirkte Torsionsmomente nicht auf den Fassungsinnenring übertragen werden.
• Diese Aufgabe wird für eine monolithische Linsenfassung, gebildet aus einem Ringkörper mit einer Symmetrieachse und einer Ringhöhe in Richtung der Symmetrieachse, der durch Materialausnehmungen in einen Fassungsaußenring, einen Fassungsinnenring und drei um 120° zueinander versetzt angeordnete Verbindungsstrukturen unterteilt ist, dadurch gelöst, dass die Verbindungsstrukturen jeweils einen Radialsteg mit einer radial verlaufenen Verbindungsachse sowie einen oder zwei zu einem auf der Verbindungsachse liegenden Symmetriepunkt punktsymmetrisch ausgebildete Querstege aufweisen, die mit einer durch die Verbindungsachse gelegten gedachten Tangente einen Winkel größer / gleich 0°, kleiner 45° einschließen und über zwei Enden mit dem Fassungsaußenring und mittig über den Radialsteg mit dem Fassungsinnenring verbunden sind, wobei der Radialsteg eine Steghöhe kleiner der Ringhöhe aufweist.
• Besonders einfach herstellbar sind Verbindungsstrukturen, die jeweils genau einen Quersteg aufweisen, der mit der Tangente einen Winkel von 0° einschließt.
• Eine bessere Spannungsentkopplung wird erreicht, wenn der Quersteg und der Radialsteg entlang der Verbindungsachse durchgehend geschlitzt sind.
• Vorteilhaft weisen die Verbindungsstrukturen jeweils genau zwei Querstege auf, die mit der Tangente einen Winkel ungleich 0°, bevorzugt zwischen 10° und 30°, einschließen. Dabei weisen die beiden Querstege einen gemeinsamen axialen Stegabschnitt auf, in dem der gemeinsame Symmetriepunkt liegt.
• Insbesondere, wenn die Verbindungsstrukturen jeweils zwei Querstege aufweisen, ist es von Vorteil, wenn diese eine Steghöhe aufweisen, die kleiner der Ringhöhe und größer der Steghöhe der Radialstege ist.
• Die Radialstege werden bevorzugt sehr torsionsweich ausgeführt, indem deren Stegbreite gleich deren Steghöhe sehr klein ausgeführt ist.
• Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert werden.
• Hierzu zeigen:
• 1a eine Draufsicht auf eine Linsenfassung mit einer ersten Ausführung von Verbindungsstrukturen,
• 1b ein Schnittbild der Linsenfassung nach 1a,
• 1c eine Detailansicht einer der Verbindungsstrukturen der Linsenfassung nach 1a,
• 2a eine Draufsicht auf eine Linsenfassung mit einer zweiten Ausführung von Verbindungsstrukturen,
• 2b ein Schnittbild der Linsenfassung nach 2a,
• 2c eine Detailansicht einer der Verbindungsstrukturen der Linsenfassung nach 2a,
• 3a eine Draufsicht auf eine Linsenfassung mit einer dritten Ausführung von Verbindungsstrukturen,
• 3b ein Schnittbild der Linsenfassung nach 3a,
• 3c eine Detailansicht einer der Verbindungsstrukturen der Linsenfassung nach 3a,
• 4 eine Detailansicht einer Linsenfassung mit einer vierten Ausführung der Verbindungsstrukturen und
• 5 eine Detailansicht einer Linsenfassung mit einer fünften Ausführung der Verbindungsstrukturen.
• Eine Linsenfassung wird grundsätzlich gebildet aus einem Ringkörper mit einer Symmetrieachse 0 und einer Ringhöhe h_f in Richtung der Symmetrieachse 0. Der Ringkörper ist durch Materialausnehmungen in einen Fassungsaußenring 1, einen Fassungsinnenring 2 und drei um 120° zueinander versetzt angeordnete Verbindungsstrukturen 3 unterteilt. Die Verbindungsstrukturen 3 sind durch Stege gebildet, über die der Fassungsinnenring 2 mit dem Fassungsaußenring 1 verbunden ist. Der Fassungsaußenring 1 weist in der Regel wenigstens eine Stirnfläche auf, über die er an andere Linsenfassungen angelegt und mit diesen verbunden werden kann. In den Fassungsinnenring 2 ist eine Linse L montierbar.
• Alle Ausführungen der Verbindungsstrukturen 3 weisen einen Radialsteg 3.2 mit einer Verbindungsachse R auf, die mit einer radialen Geraden zusammenfällt, sowie einen oder zwei Querstege 3.1, die mit einer durch die Verbindungsachse R gelegten, an den Radialsteg 3.2 angrenzenden, gedachten Tangente T einen Winkel α größer / gleich 0°, kleiner 45° einschließen. Der eine oder die zwei Querstege 3.1 verlaufen von einer Seite der Verbindungsachse R zur anderen Seite der Verbindungsachse R und sind jeweils über ihre beiden äußeren Enden 3.1.1. unmittelbar mit dem Fassungsaußenring 1 und mittig mittelbar über den Radialsteg 3.2 mit dem Fassungsinnenring 2 verbunden. An den beiden äußeren Enden 3.1.1 angreifende Kräfte eines gleichen Betrages und einer gleichen Wirkungsrichtung würden aufgrund der mittigen Verbindung des einen oder der zwei Querstege 3.1 mit dem Radialsteg 3.2 entgegengesetzt wirkende Torsionsmomente gleichen Betrages auf den Radialsteg 3.2 bewirken und sich somit gegenseitig aufheben. Damit sich die Torsionsmomente weitestmöglich aufheben, sind der eine oder die beiden Querstege 3.1 punktsymmetrisch zu einem Symmetriepunkt S ausgebildet, welcher auf der Verbindungsachse R liegt. Da jedoch an den äußeren Enden 3.1.1 der Querstege 3.1 wirkende Kräfte, die z. B. durch die Verspannung des Fassungsaußenringes 1 bei der Montage mit einer anderen Fassung bewirkt werden, grundsätzlich nicht den gleichen Betrag aufweisen, wird der Eintrag eines Torsionsmomentes auf den Radialsteg 3.2, welches sich aus der Differenz der beiden Torsionsmomente ergibt, nicht völlig vermieden, sondern nur vermindert, weshalb der Radialsteg 3.2 dünn, mit einer Steghöhe h_r wesentlich kleiner der Ringhöhe h_f und somit torsionsweich ausgeführt ist.
• Darüber hinaus ist der Radialsteg 3.2 so mit dem einen Quersteg 3.1 bzw. mit den beiden Querstegen 3.1 verbunden, dass sich die Verbindungsachse R und eine Nulllinie N des Quersteges 3.1 bzw. der beiden Querstege 3.1 schneiden. Die Nulllinie N einer der Querstege 3.1 ist eine längs durch den Quersteg 3.1 verlaufende Linie, die bei der Biegung des Quersteges 3.1 keine Zug- oder Druckspannungen aufnimmt. Sie verläuft durch die Flächenschwerpunkte der Querschnitte entlang des Quersteges 3.1. Damit wird erreicht, dass in dem Quersteg 3.1 durch dessen Verbiegung entstehende Zug- und Druckspannung nicht auf den Radialsteg 3.2 übertragen werden. Im gegebenen Fall, in dem die Querstege 3.1 punktsymmetrisch zu einem Symmetriepunkt S ausgebildet sind, welcher die Verbindungsachse R schneidet, ist der Radialsteg 3.2 an der Nulllinie N mit dem Quersteg 3.1 verbunden.
• Die Nulllinie N der Querstege 3.1 muss nicht jeweils in einer Ebene verlaufen, wie beispielsweise gemäß dem nachfolgenden ersten Ausführungsbeispiel, sondern kann, wie beispielsweise gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, in zueinander versetzten Ebenen verlaufen. Die Steghöhe h_q der Querstege 3.1 kann gleich oder bevorzugt kleiner der Ringhöhe h_f des Ringkörpers sein. Sie kann auch partiell an den äußeren Enden 3.1.1 durch eine Ausnehmung 3.1.4 verringert sein.
• Die Radialstege 3.2 weisen eine Stegbreite b_r auf, die bevorzugt sehr klein ist. Im günstigsten Fall wäre der Querschnitt des Radialsteges 3.2 rund, was sich jedoch fertigungstechnisch nur sehr schwer herstellen ließe. Vorteilhaft ist der Querschnitt des Radialsteges 3.2 quadratisch, sodass die Steghöhe h_r des Radialsteges 3.2 gleich der Stegbreite b_r des Radialsteges 3.2 ist.
• Anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen einzelne vorteilhafte Merkmale aufgezeigt werden. Sie sind jedoch nicht auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auf andere Ausführungsbeispiele übertragbar. Sie unterscheiden sich insbesondere in der Ausführung des einen oder der zwei Querstege 3.1, womit die Verbindungsstruktur 3 mehr oder weniger dehnungs- und biegesteif ist und mehr oder weniger einfach herstellbar ist. Die den Fassungsaußenring 1 und den Fassungsinnenring 2 trennenden Materialausnehmungen sind hier mit einer ringförmigen Schnittführung dargestellt, können aber eine beliebig andere sinnvolle Schnittführung haben. Ebenso sind hier am Fassungsinnenring 2 zur Aufnahme einer Linse L beispielhaft elastische Elemente dargestellt. Die erfindungsgemäße Linsenfassung ist jedoch nicht auf eine solche Ausführung des Fassungsinnenringes 2 beschränkt, sondern schließt jegliche Ausführungen von Fassungsinnenringen 2 oder Fassungsaußenringen 1 ein, die monolithisch über drei erfindungsgemäße Verbindungsstrukturen 3 verbunden sind.
• Wie bereits erläutert weisen alle Ausführungsbeispiele, wie in 1a gezeigt, einen Fassungsaußenring 1 und einen Fassungsinnenring 2 auf, die monolithisch über drei bevorzugt um 120° zueinander versetzte Verbindungsstrukturen 3 verbunden sind. Die Ausführungsbeispiele unterscheiden sich lediglich in der Ausführung der Verbindungsstrukturen 3, weshalb für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele nur die Verbindungsstrukturen 3 erläutert und in den Figuren vorrangig dargestellt werden.
• Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, dargestellt in den 1a, 1b und 1c, weist die Verbindungsstruktur 3 einen Quersteg 3.1 in Form eines Quaders auf, mit einer Steghöhe h_q in Höhe der Ringhöhe h_f. Er ist mit seiner Länge in Richtung der gedachten Tangente T ausgerichtet und schließt daher, ebenso wie seine Nulllinie N, einen Winkel α gleich 0° mit der Tangente T ein.
• Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, gezeigt in den 2a, 2b und 2c, unterscheidet sich der Quersteg 3.1 gegenüber dem des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass dessen Steghöhe h_q kleiner als die Ringhöhe h_f ausgeführt ist, womit der Quersteg 3.1 torsionsweicher wird. Darüber hinaus weist der Quersteg 3.1 die Form eines Ringsegmentes auf, welches die gedachte Tangente T über ihre Länge vollständig einschließt.
• Die Verbindungsstrukturen 3 gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel sind im Vergleich zu den nachfolgenden Ausführungsbeispielen am einfachsten herstellbar, aber vergleichsweise am wenigsten spannungsentkoppelt.
• Der im zweiten Ausführungsbeispiel dargestellte Radialsteg 3.2 soll im Vergleich zu dem des ersten Ausführungsbeispiels eine wesentlich geringere Stegbreite b_r aufweisen und ist damit torsionsweicher.
• In einem dritten Ausführungsbeispiel, gezeigt in den 3a, 3b und 3c, ist der Fassungsinnenring 2 demonstrativ nicht weiter ausgeführt und die Verbindungsstrukturen 3 weisen jeweils zwei Querstege 3.1 auf, die einen gemeinsamen axialen Stegabschnitt 3.1.2 miteinander teilen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kompensieren sich die auf den Radialsteg 3.2 wirkenden Torsionsmomente vergleichsweise besser. Der gemeinsame axiale Stegabschnitt 3.1.2 befindet sich mittig in den Querstegen 3.1 und ist in Richtung der Symmetrieachse 0 angeordnet, mit einer Länge gleich der Ringhöhe h_f. An die Enden des gemeinsamen axialen Stegabschnittes 3.1.2 grenzen jeweils zueinander axial versetzt zwei äußere Stegabschnitte 3.1.3 der beiden Querstege 3.1, deren Steghöhe h_q kleiner der halben Ringhöhe h_f ist. Die Querstege 3.1 sind nicht nur im Einzelnen punktsymmetrisch ausgebildet, sondern ihr Symmetriepunkt S ist der gleiche. In diesem Symmetriepunkt S schneidet sich die Nulllinien N der Querstege 3.1 mit der Verbindungsachse R. Damit werden über die vier äußeren Stegabschnitte 3.1.3 Torsionsmomente auf den gemeinsamen axialen Stegabschnitt 3.1.2 und auf den Radialsteg 3.2 übertragen, die sich weitaus besser aufheben als bei den Ausführungsbeispielen mit nur einem Quersteg 3.1. Die Querstege 3.1 liegen sich gegenüber und schließen mit der gedachten Tangente T einen Winkel α von z. B. 20° ein. Diese Verbindungsstrukturen 3 weisen darüber hinaus gegenüber den vorgenannten Ausführungen eine vergleichsweise geringere Dehnungssteifigkeit, jedoch eine höhere Biegesteifigkeit auf. Sie herzustellen ist aufwendiger.
• Ein viertes Ausführungsbeispiel, gezeigt in 4, unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der eine Quersteg 3.1 mittig durch einen Schlitz entlang der Verbindungsachse R durchtrennt ist. Damit ist die Dehnungssteifigkeit der Verbindungsstruktur 3 herabgesetzt, womit die Verbindungsstruktur 3 radial weicher ist.
• Die Dehnungssteifigkeit kann weiter herabgesetzt werden, wenn die Verbindungsstrukturen 3 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, wie es in 5 gezeigt ist. Hier wurde auch der Radialsteg 3.2 entlang der Verbindungsachse R, der vorteilhaft bis an die Verbindung des Fassungsinnenringes 2 mit dem Radialsteg 3.2 reicht, geschlitzt.
• Bei allen Ausführungsbeispielen können über die Dimensionierung der Querstege 3.1, der Radialstege 3.2 und des Winkels α unabhängig von der Materialwahl für den Ringkörper die Biegesteifigkeit, die Torsionssteifigkeit und die Dehnungssteifigkeit für die Verbindungsstrukturen 3 so beeinflusst werden, dass eine Übertragung von zu erwarteten, im Fassungsaußenring 1 erzeugten Spannungen auf den Fassungsinnenring 2 verhindert wird. Zur Dimensionierung der Radialstege 3.2 und der Querstege 3.1 stehen auch deren Längen zwischen deren Enden und deren Dicken, senkrecht zu deren Steghöhen h_r, h_q, zur Verfügung.
• Unabhängig von der Ausführung der Verbindungsstrukturen 3 sind der Fassungsaußenring 1 und der Fassungsinnenring 2 wie aus dem Stand der Technik vielfältig ausführbar. Unterschiede in der Ausführung des Fassungsaußenringes 1 können sich insbesondere durch unterschiedliche Rahmenbedingungen, wie sie für die Montage der Linsenfassung innerhalb eines optischen Systems vorgegeben sind, ergeben.
• Unterschiede in der Ausführung des Fassungsinnenringes 2 können sich durch eine radiale oder axiale, stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung mit der gefassten Linse L ergeben.
• Bezugszeichenliste

0

Symmetrieachse

1

Fassungsaußenring

2

Fassungsinnenring

3

Verbindungsstruktur

3.1

Quersteg

3.1.1

äußeres Ende

3.1.2

gemeinsamer axialer Stegabschnitt

3.1.3

äußerer Stegabschnitt

3.1.4

Ausnehmung

3.2

Radialsteg

h_f

Ringhöhe

h_q

Steghöhe (eines Quersteges 3.1)

h_r

Steghöhe (eines Radialsteges 3.2)

b_r

Stegbreite (eines Radialsteges 3.2)

L

Linse

R

Verbindungsachse

T

Tangente

α

Winkel

N

Nulllinie

S

Symmetriepunkt

Claims (5)

1. Spannungsentkoppelte monolithische Linsenfassung, gebildet aus einem Ringkörper mit einer Symmetrieachse (0) und einer Ringhöhe (h_f) in Richtung der Symmetrieachse (0), der durch Materialausnehmungen in einen Fassungsaußenring (1), einen Fassungsinnenring (2) und drei um 120° zueinander versetzt angeordnete Verbindungsstrukturen (3) unterteilt ist, wobei die Verbindungsstrukturen (3) jeweils einen Radialsteg (3.2) mit einer radial verlaufenen Verbindungsachse (R) sowie einen zu einem auf der Verbindungsachse (R) liegenden Symmetriepunkt (S) punktsymmetrisch ausgebildete Querstege (3.1) aufweisen, die mit einer durch die Verbindungsachse (R) gelegten gedachten Tangente (T) einen Winkel (α) gleich 0° einschließen und über zwei äußere Enden (3.1.1) mit dem Fassungsaußenring (1) und mittig über den Radialsteg (3.2) mit dem Fassungsinnenring (2) verbunden sind, wobei der Radialsteg (3.2) eine Steghöhe (h_r) kleiner der Ringhöhe (h_f) aufweist und der Quersteg (3.1) entlang der Verbindungsachse (R) durchgehend geschlitzt ist.
2. Spannungsentkoppelte monolithische Linsenfassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialsteg (3.2) entlang der Verbindungsachse (R) durchgehend geschlitzt ist.
3. Spannungsentkoppelte monolithische Linsenfassung, gebildet aus einem Ringkörper mit einer Symmetrieachse (0) und einer Ringhöhe (h_f) in Richtung der Symmetrieachse (0), der durch Materialausnehmungen in einen Fassungsaußenring (1), einen Fassungsinnenring (2) und drei um 120° zueinander versetzt angeordnete Verbindungsstrukturen (3) unterteilt ist, wobei die Verbindungsstrukturen (3) jeweils einen Radialsteg (3.2) mit einer radial verlaufenden Verbindungsachse (R) sowie zwei zu einem auf der Verbindungsachse (R) liegenden Symmetriepunkt (S) punktsymmetrisch ausgebildete Querstege (3.1) aufweisen, die mit einer durch die Verbindungsachse (R) gelegten gedachten Tangente (T) einen Winkel (α) größer 0°, kleiner 45° einschließen und über zwei äußere Enden (3.1.1) mit dem Fassungsaußenring (1) und mittig über den Radialsteg (3.2) mit dem Fassungsinnenring (2) verbunden sind, wobei der Radialsteg (3.2) eine Steghöhe (h_r) kleiner der Ringhöhe (h_f) aufweist und die beiden Querstege (3.1) einen gemeinsamen axialen Stegabschnitt (3.1.2) aufweisen, in dem der gemeinsame Symmetriepunkt (S) liegt.
4. Spannungsentkoppelte monolithische Linsenfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstege (3.1) eine Steghöhe (h_q) aufweisen, die kleiner der Ringhöhe (h_f) und größer der Steghöhe (h_r) der Radialstege (3.2) ist.
5. Spannungsentkoppelte monolithische Linsenfassung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das die Radialstege (3.2) eine Stegbreite (b_r) aufweisen, die gleich deren Steghöhe (h_r) ist.

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