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Die Erfindung betrifft eine justierbare Optikfassung, in der eine Streifenoptik gefasst ist und mit der die Streifenoptik innerhalb eines optischen Systems, das eine mechanische Bezugsebene aufweist, so angeordnet werden kann, dass die optische Achse der Streifenoptik (optische Achse) zu der optischen Achse des optischen Systems (Systemachse) um einen vorgegebenen Winkel geneigt angeordnet ist.
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Bei einer Streifenoptik handelt es sich meist um eine auf einen Streifen um die optische Achse reduzierte sphärische, asphärische oder Zylinder-Linse. Es kann sich hierbei auch um einen sphärischen, asphärischen, Zylinder- oder Planspiegel handeln. Im Falle eines Planspiegels tritt dessen Flächennormale an die Stelle der optischen Achse, die gegenüber einer Systemachse auszurichten ist. Im Weiteren soll der Einfachheit halber immer von einer optischen Achse der Streifenoptik gesprochen werden, unabhängig davon, ob es sich um die optische Achse einer Linse oder eines Spiegels oder um eine Flächennormale handelt. Die Streifenoptik weist in Richtung der optischen Achse eine Dicke, und hierzu radial eine Länge und eine Höhe auf.
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Um insbesondere einer langen und dünnen Streifenoptik mechanische Stabilität zu geben, ist es üblich, die Streifenoptik vor der Montage in einem optischen System oder auch bereits vor der finalen Bearbeitung ihrer optisch wirksamen Flächen auf einer Trägerleiste entlang einer Fügefläche stoffschlüssig aufzubringen. Die Trägerleiste bleibt dann dauerhaft mit der Streifenoptik verbunden.
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Es gibt eine Vielzahl von Optikfassungen für Streifenoptiken, in denen die Streifenoptik entlang einer optisch nicht wirksamen Seitenfläche stoffschlüssig mit einer Trägerleiste verbunden ist, die im justierten Zustand der Optikfassung gegenüber einer Grundplatte ausgerichtet ist. Bei den meisten dieser Optikfassungen geht es darum, Linsen, die sehr dünn im Vergleich zu Ihrer Länge sind, über ihre Länge durch einen punktuellen Krafteintrag entlang der Länge zu deformieren, wozu die Trägerleiste lokal unterschiedlich gegenüber der Grundplatte ausgelenkt wird. Solche Optikfassungen sind beispielhaft in der der Anmelderin eigenen PCT-Anmeldung
WO 2012/116693 A2 in der Beschreibung des Standes der Technik angegeben und in Form der dort beanspruchten Optikfassung offenbart.
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Eine in der vorgenannten
WO 2012/116693 A2 als Stand der Technik anhand von
1 beschriebene Optikfassung mit gefasster Streifenoptik besteht im Wesentlichen aus einer lang gestreckten Trägerleiste mit einer Fügefläche, auf der eine Streifenoptik über deren gesamte Streifenlänge aufgebracht ist, und einer steifen Grundplatte, die auf der zur Fügefläche gegenüberliegenden freien Seite der Trägerleiste angeordnet ist. Die Grundplatte ist geringfügig länger als die Trägerleiste und weist entlang ihrer Länge eine Reihe von im Wechsel angeordneten abgesenkten Durchgangslöchern und durchgehenden Gewindebohrungen auf. An den Enden sind die Trägerleiste und die Grundplatte mit einem vorgegebenen Justageabstand zueinander an seitlichen Haltern montiert. Über die Halter kann die Optikfassung an einer Referenzfläche, die z.B. an einem Gehäuse eines Scan-Objektivs vorgesehen ist, befestigt werden. In die Durchgangslöcher und die durchgehenden Gewindebohrungen sind jeweils Stellschrauben eingeführt, über deren gezieltes Manipulieren die Trägerleiste und somit die mit der Trägerleiste fest verbundene Streifenoptik im Submikrometerbereich senkrecht zur Länge der Streifenoptik verformt wird. Eine gleiche Funktion erfüllt die in der vorgenannten
WO 2012/116693 A2 beanspruchte Optikfassung, die einen geringeren Bauraum einfordert, aber konstruktiv aufwendiger ist.
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Wie die in der vorgenannten
WO 2012/116693 A2 offenbarten Optikfassungen innerhalb eines optischen Systems zur Systemachse positioniert und justiert werden, ist nicht angegeben.
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Aus der Offenlegungsschrift
JP 2001-194 613 A ist eine Einrichtung zum Justieren eines optischen Elements eines Scanners bekannt. Das monolithische optische Element aus Kunststoff besteht aus einem optisch wirksamen Bereich, einer den optisch wirksamen Bereich aussteifenden Verstärkung und einem als Auflage dienenden Träger. Der Träger weist einseitig zum optisch wirksamen Bereich ein flexibles Gelenk auf, um das der Neigungswinkel des optischen Elements in einer Nebenscanrichtung justiert werden kann. Zum Justieren wird mittels einer Justierschraube eine Kraft auf die Verstärkung ausgeübt, wobei durch das flexible Gelenk die Gegenkraft erzeugt wird.
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Die
US 2006/0262373 A1 offenbart einen justierbaren Halter für eine lange Zylinderlinse eines Scanners. Der Halter weist einen Rahmen auf, auf dem die Zylinderlinse spannungsfrei aufgenommen ist. Mit dem Rahmen kann der Winkel der Zylinderlinse in einer Nebenscanrichtung justiert werden. Dazu ist der Rahmen an zwei entgegengesetzten Enden an einem beweglichen Lagersitz aufgenommen. Eine hintere Lagerstelle bildet ein Drehlager für die Winkelverstellung. Eine vordere Lagerstelle weist einen Exzenter auf, mit dem der Rahmen justiert werden kann.
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In der
US 2006/0132880 A1 ist ein Halter für ein langes optisches Element eines Scanners offenbart. Das optische Element ist zwischen mindestens drei Paaren, bestehend aus jeweils einer elastischen und einer starren Lagerstelle, aufgenommen, wobei sich die elastischen Lagerstellen gegenüber einer stabilen Referenzoberfläche abstützen und die starren Lagerstellen an einem Niederhalter befestigt sind. Zum Justieren des optischen Elements sind die starren Lagerstellen einstellbar und wirken jeweils entgegen einer Federkraft der elastischen Lagerstellen. Das optische Element kann dadurch um eine zur optischen Achse parallel liegende Achse gekippt oder über seine Längsausdehnung verformt werden.
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Eine aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2016 002 003 U1 bekannte monolithische Justagehalterung für eine optische Linse weist einen Linsenhalter und eine Befestigung auf, die über ein Festkörperparallelogramm elastisch miteinander verbunden sind. Mit einem an der Befestigung angeordneten Exzenter kann der Linsenhalter mit Linse in einem Freiheitsgrad relativ gegenüber der Befestigung bewegt werden. Dadurch ist die Justage der Linse in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse möglich.
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Die
US 2006/0238845 A1 offenbart einen Halter zum Justieren einer langen Zylinderlinse eines Scanners. Die Linse ist an ihren beiden Enden an einer starren Auflage aufgenommen. In der Mitte der Linse wirken Spannschrauben in einer Nebenscanrichtung mittig auf die Linse ein. Durch das Verformen der Linse mit den Spannschrauben kann die Durchbiegung der Scanlinie reduziert werden. Durch Ändern der Neigung der Linse mit den Spannschrauben kann die Lage der Scanlinie justiert werden.
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Aus der
US 2004/0125193 A1 ist ein Scangerät bekannt, in dem eine Baugruppe, bestehend aus einer Optikfassung und einer Streifenoptik, innerhalb der die Neigung der optischen Achse der Steifenoptik (optische Achse) justierbar ist, vorhanden ist. Zur Korrektur von Deformationen ist die Streifenoptik hier zwischen zwei Metallplatten, die über Abstandshalter miteinander verbunden sind, angeordnet. Die obere Metallplatte ragt über die Abstandshalter beidseitig hinaus und ist an seinen Enden an einer Basiseinheit, die Teil des Gehäuses des Scangerätes ist, befestigt. Nahe den beiden Enden ist die obere Metallplatte bis auf zwei in Längsrichtung der oberen Metallplatte verlaufende schmale Stege verjüngt. Die Stege bilden jeweils eine biegeelastische Verbindung zwischen dem inneren, mit der Streifenoptik verbundenen Teil der oberen Metallplatte und den an die beiden Enden angrenzenden äußeren Teilen der oberen Metallplatte, die jeweils mit der Basiseinheit verbunden sind. Um den inneren Teil der Metallplatte, und damit die Streifenoptik, um eine gedachte Achse in Längsrichtung der Streifenoptik auslenken zu können, sind am inneren Teil jeweils nahe der Stege drei Schrauben vorhanden. Über die Manipulation der jeweils mittleren der drei Schrauben kann die Streifenoptik in Längsrichtung verkippt werden, während über die Manipulation der jeweils beiden äußeren Schrauben eine Verkippung in Querrichtung erfolgt.
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Nachteilig an der hier offenbarten Baugruppe ist, dass die Streifenoptik nur innerhalb sehr kleiner Winkelbereiche von Winkelsekunden um eine ebene Basisfläche an der Basiseinheit auslenkbar ist. Die Optikfassung ist damit geeignet, die optische Achse der Streifenoptik (optische Achse) auf die optische Achse des optischen Gesamtsystems (System) zu justieren, jedoch nicht geeignet, sie auf einen größeren Neigungswinkel mit der Systemachse im Winkelgradbereich einzujustieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine optische Baugruppe mit einer Optikfassung und einer Streifenoptik zu schaffen, in der die optische Achse um einen frei wählbaren vorgegebenen Neigungswinkel gegenüber einer ebenen Basisfläche geneigt justierbar ist.
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Diese Aufgabe wird für eine optische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.
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Es ist erfindungswesentlich, dass die an der Trägerplatte vorhandene Fügefläche, auf der die Streifenoptik fixiert ist, eine vorgefertigte Neigung um einen Neigungswinkel (Ist-Neigungswinkel) gegenüber einer an der Trägerplatte vorhandenen Deckfläche von ungleich 0° aufweist und die Trägerplatte und die Basisplatte so dimensioniert und zueinander justierbar angeordnet sind, dass die optische Achse der auf der Fügefläche angeordneten Streifenoptik und eine an der Basisplatte vorhandene Basisfläche zueinander justierbar sind, so dass sie einen vorgegebenen Soll-Neigungswinkel miteinander einschließen. Die optische Baugruppe, mit einjustierter Streifenoptik, kann in ein optisches System integriert werden, ohne dass es einer nachträglichen Justage bedarf, wenn die ebene Basisfläche auf einer ebenen Referenzfläche aufgesetzt wird, zu der die Systemachse des optischen Systems in einem bekannten Abstand parallel verläuft. Damit kann die gefasste Streifenoptik auch durch den Nutzer selbst im optischen System installiert und ausgetauscht werden, ohne dass die Neigung der optischen Achse zur Systemachse nachjustiert werden muss. Um erfindungsgemäße optische Baugruppen zu schaffen, bei denen die optischen Achsen jeweils einen unterschiedlichen Soll-Neigungswinkel mit der jeweiligen Basisfläche und damit, bei einem montierten Zustand innerhalb eines optischen Systems, mit der Systemachse einschließen, wird die Fügefläche jeweils mit einem unterschiedlichen Ist-Neigungswinkel an der Trägerplatte angearbeitet, womit der Soll-Neigungswinkel innerhalb eines gleich großen Justagebereiches eingestellt werden kann.
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Auch kann durch unterschiedliche Dickenmaße der Basisplatte für die optischen Achsen unterschiedlicher Baugruppen ein unterschiedlicher Abstand der optischen Achsen von der Basisfläche und damit, bei einem montierten Zustand innerhalb eines optischen Systems, von der Systemachse realisiert werden. Der Ist-Neigungswinkel und das Dickenmaß sind jeweils so gewählt, dass sie innerhalb eines möglichen Justierbereiches liegen, der durch den Höhenstellbereich der Stellschrauben und deren Anordnung an der Optikfassung bestimmt ist.
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Anhand von Zeichnungen wird die optische Baugruppe im Folgenden beispielhaft näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße optische Baugruppe,
- 2 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels nach 1 in Explosionsdarstellung und
- 3 eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels nach 1.
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Eine erfindungsgemäße Baugruppe enthält grundsätzlich, wie in 1 an einem Ausführungsbeispiel gezeigt, eine Optikfassung 0 und eine Streifenoptik 1 mit einer optischen Achse 1.0 und einer Länge I radial zur optischen Achse 1.0 verlaufend. Die Streifenoptik 1 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Streifenlinse, kann aber auch ein anderes optisches Bauteil sein, dass unter den einleitend erläuterten Begriff der Streifenoptik fällt.
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Die Optikfassung 0 weist eine Trägerplatte 2 mit einer Fügefläche 2.1.1 und eine Basisplatte 3 mit einer der Trägerplatte 2 abgewandten ebenen Basisfläche 3.1 auf. Die Streifenoptik 1 ist auf der Fügefläche 2.1.1 angeordnet und hier vorteilhaft mittels Klebstoff stoffschlüssig fixiert. Insbesondere um ein Kriechen des Klebstoffes zu begrenzen, ist vorteilhaft eine Flachdichtung zwischen der Fügefläche 2.1.1 und der Streifenoptik 1 angeordnet. Die Trägerplatte 2 und die Basisplatte 3 stehen über höhenverstellbare Stellschrauben 4, deren Schraubenachsen 4.0 orthogonal zu einer Deckfläche 2.1 der Trägerplatte 2 und der Basisfläche 3.1 verlaufen, zueinander verkippbar miteinander in Verbindung. An der einjustierten optischen Baugruppe sind die optische Achse 1.0 und die Basisfläche 3.1 zueinander geneigt und schließen einen Soll-Neigungswinkel β miteinander ein, wie in 3 gut erkennbar. Dieser Soll-Neigungswinkel β ergibt sich aus der Summe eines vorgefertigten Ist-Neigungswinkels α, den die Deckfläche 2.1 der Trägerplatte 2 und die daran angearbeitete Fügefläche 2.1.1 miteinander einschließen, und, bei einer im Wesentlichen parallelen Anordnung der Deckfläche 2.1 zur Basisfläche 3.1, eines Justagewinkels, der durch die jeweiligen Höheneinstellungen der Stellschrauben 4 einstellbar ist. Bei dem Soll-Neigungswinkel β handelt es sich um einen Flächenwinkel, der in einer die optische Achse 1.0 einschließenden Ebene orthogonal zu Basisfläche 3.1 liegt. Der vorgefertigte Ist-Neigungswinkel α kann von dem Soll-Neigungswinkel β sowohl im Betrag als auch in der Neigungsrichtung abweichen, weshalb zum Einjustieren des Soll-Neigungswinkels β die Trägerplatte 2 gegenüber der Basisplatte 3 mittels der Stellschrauben 4 um zwei gedachte Achsen kippbar ist.
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Hierzu sind vorteilhaft drei Stellschrauben 4 vorhanden, die ein gedachtes Dreieck miteinander aufspannen, mit einer gedachten Verbindungslinie zwischen zwei der drei Stellschrauben 4 in Richtung der Länge l der Streifenoptik 1. Die Umfangsform der Trägerplatte 2 und der Basisplatte 3 ist dabei unerheblich, sie ist jedoch bevorzugt auf zwei zueinander orthogonal angeordnete Schenkel reduziert.
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Besonders vorteilhaft bilden die Trägerplatte 2 und die Basisplatte 3 jeweils eine L-Form, mit jeweils gleich langen oder einem längeren Schenkel 2l , 3l und einem hierzu orthogonal verlaufenden kürzeren Schenkel 2k , 3k . Über eine unterschiedliche Schenkellänge können bei gleicher Steigung der Stellschrauben 4 die Einstellgenauigkeit der Kippung um eine jeweils zum Schenkel 2k , 3k , 2l , 3l senkrechte Achse und der mögliche Kippwinkelbereich unterschiedlich festgelegt werden, wobei eine Mindestlänge für einen der Schenkel 2l , 2k durch die Länge der Fügefläche 2.1.1 vorgegeben ist. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fügefläche 2.1.1 auf dem längeren Schenkel 2l angeordnet. Über den Schenkel, auf dem die Fügefläche 2.1.1 liegt, kann die Streifenoptik 1 quasi um ihre optische Achse 1.0 kippbar gegenüber der Basisfläche 3.1 justiert werden, was insbesondere für den Fall einer als Zylinderlinse ausgeführten Streifenoptik 1 von Interesse ist. Natürlich kann die Fügefläche 2.1.1 auch auf dem kürzeren Schenkel 2k angeordnet sein. Der Schenkel, auf dem die Streifenoptik 1 nicht angeordnet ist, ist jedoch bevorzugt der kürzere Schenkel 2k . Um den benötigten Bauraum für die Baugruppe gering zu halten, ist der kürzere Schenkel 2k nur so lang ausgeführt, wie er für eine gewünschte Einstellgenauigkeit erforderlich ist.
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Je eine der drei Stellschrauben 4 ist an einem der zwei freien Enden der Schenkel und den jeweils zwei miteinander verbundenen Enden der Schenkel angeordnet. Die Fügefläche 2.1.1 ist hier vorteilhaft am längeren Schenkel 2l der Trägerplatte 2 vorhanden. Für eine feinfühlige Einstellung der Stellwege der Stellschrauben 4 sind diese bevorzugt als Differenzialschrauben ausgeführt.
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Mit dem Ziel, die optische Baugruppe innerhalb eines optischen Systems in Richtung dessen Systemachse zu Justierzwecken verschieben zu können, ist es von Vorteil, dass in der Basisplatte 3 in Richtung der kürzeren Schenkel 2k , 3k ausgerichtete Langlöcher 5 vorhanden sind. Die optische Baugruppe kann so bei der Montage in einem optischen System entlang dessen Systemachse variierbar auf einer Referenzfläche justiert und befestigen werden. Um den Justierweg zu vergrößern, sind in einer bevorzugten Ausführungsform, gut sichtbar in 2, in der Basisplatte 3 mehrere Bohrmuster bildende Bohrlöcher 3.2 vorhanden, die jeweils auf die Anordnung der Stellschrauben 4 zueinander abgestimmt sind. Die Stellschrauben 4 können so alternativ in die Bohrlöcher 3.2 eines der Bohrmuster eingreifen, so dass die Trägerplatte 2 für eine Montage der optischen Baugruppe in einem optischen System entlang dessen Systemachse variierbar auf der Basisplatte 3 befestigt ist. In 2 sind drei Bohrmuster dargestellt, die jeweils ein gleiches Dreieck miteinander ausspannen die Bohrlöcher 2.2 in der Trägerplatte 2, wobei die Bohrmuster in Richtung der Langlöcher 5 zueinander versetzt in die Basisplatte 3 eingebracht sind.
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Neben der Steigung der Stellschrauben 4 bzw. der Steigungsdifferenz der Differenzialschrauben ist deren Abstand zueinander bestimmend für die Feinfühligkeit der Höhenverstellung der Trägerplatte 2 gegenüber der Basisplatte 3 am jeweiligen Angriffpunkt der Stellschrauben 4. Für den Abstand wird vorteilhaft die jeweilige Schenkellänge ausgenutzt bzw. die Schenkellänge bedarfsgerecht vorgegeben. Die Schenkellängen können folglich auch gleich sein oder die Fügefläche 2.1.1 kann auf dem kurzen Schenkel 2k vorhanden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Optikfassung
- 1
- Streifenoptik
- 1.0
- optische Achse der Streifenoptik 1
- l
- Länge der Streifenoptik 1 radial zur optischen Achse 1.0
- 2
- Trägerplatte
- 2l
- längerer Schenkel der Trägerplatte 2
- 2k
- kürzerer Schenkel der Trägerplatte 2
- 2.1
- Deckfläche
- 2.1.1
- Fügefläche
- 2.2
- Bohrloch in der Trägerplatte 2
- 3
- Basisplatte
- 3l
- längerer Schenkel der Basisplatte 3
- 3k
- kürzerer Schenkel der Basisplatte 3
- 3.1
- Basisfläche
- 3.2
- Bohrloch in der Basisplatte 3
- 4
- Stellschraube
- 4.0
- Schraubenachse
- 5
- Langloch
- α
- Ist-Neigungswinkel
- β
- Soll-Neigungswinkel
