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Verfahren zum optischen Einrichten der Linsen eines mehrgliedrigen
optischen Systems zueinander und nach diesem Verfahren eingerichtetes optisches
System mit Fassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum optischen Einrichten
der Linsen eines mehrgliedrigen Systems zueinander.
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Die Leistung mehrgliedriger Linsensysteme wird unter anderem heeinflußt
von den Toleranzgrößen, die für die Abmessungen der Einzelteile wie Linsen, Fassung
und des gesamten optischen Systems in der Fassung festgelegt sind.
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Die Zentrierung der Linsen eines mehrgliedrigen Systems zueinander,
die Einhaltung der Linsen abstände entsprechend der Berechnung des optischen Linsensystems
und die verspannungsfreie Halterung besonders bei empfindlichen, also dünnen Linsen
lassen sich mit bisherigen Methoden und Fassungskonstruktionen nicht ohne Restfehler
erreichen. Diese Restfehler wirken sich auf die Bildgüte des Systems hekanntlich
qualitätsmindernd aus.
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Bekannt sind Justiervorrichtungen für Fassungen, mit welchen die
Einzellinsen im gefaßten Zustand im Fassungskörper hinsichtlich Parallelversetzuzng
der optischen Achse und auf gegenseitigen Abstand justiert werden können. Zur vollständigen
Justierung gehört aber noch die Beseitigung einer Verkippung der optischen Achse
einer Einzellinse zu einer vorgegebenen Bezugsachse. Die Bezugsachse kann durch
eine mechanische Achse des Fassungskörpers oder durch die optische Achse einer bereits
gefaßten Einzellinse gegeben sein.
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Ferner ist es bekannt, die Einzellinsen mittels Ringschneiden in
die gewünschte Lage zu hringen.
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Die Linsen werden dann mit mechanischen Befestigungsmitteln oder durch
Einbettung in angeschmolzene Metallringe oder in die Fassung eingespritzte Plastikringe
arretiert. Die erzielbare Justiergenauigkeit ist dabei von der mechanischen Präzision
der Ringschneidenvorrichtniig und von der Linsenform abhängig.
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Das Ziel vorliegender Erfindung ist die Ausschaltung oder weitestgehende
Reduzierung aller der Fehlerquellen, die durch maschinell erzeugte Randzentrierung
der Einzellinsen, durch maschinell bedingten Zentrier- und Schlagfehler der Fassungsteile,
durch Spiel in den Passungssitzen, durch Formänderung dünnwandiger Teile, durch
Fassen der Linsen bei nicht einwandfreier Linsenanlage oder durch Verspannen der
Linsen beim Fassen auftreten.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zunächst die optische
Achse einer genauen Justiereinrichtung, deren optischer Teil im wesentlichen aus
einem Autokollimationsfernrohr mit Fokussiereinrichtung besteht, in Übereinstimmung
gebracht wird mit der mechanischen Achse der Fassung, welche mittels einer Halterung
auf dem mechanischen Teil der Justiereinrichtung aufliegt, oder mit der optischen
Achse
einer bereits in der Fassung befestigten Linse, daß dann der entsprechend der Berechnung
des optischen Linsensystems vorgeschriebene binsenabstand nach Einführung eines
zweiten Linsengliedes mittels Tiefenschärfenmessung der Oberflächenbilder durch
Feinverschiebung einer in Richtung der optischen Achse einstellbaren Riiigschneidenauflage
eingestellt wird und daß schließlich die optische Achse der auszurichtenden zweiten
Linse zu der der ersten Linse in hezug auf Achsenversetzung und Achsenverkippung
dadurch justiert wird, daß zuerst das Reflexbild des Krümmungsmittelpunktes der
auf der Ringschneide liegenden Linsenfläche mittels Verschieben dieser Ringschneidenauflage
quer zur Achse der optischen Justiereinrichtung in Übereinstimmung mit der optischein
Achse der Justiereinrichtung und danach durch eine mittels Verschieben der Linse
auf der Ringschneidenauflage herbeigeführte Verkippung das Reflexbild des Krümmungsmittelpunktes
der anderen binseufläche ebenfalls mit der optischen Achse der Justiereinrichtung
in Übereinstimmung gebracht wird.
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Um obige Justierungen vornehmen zu können, mussen in der Fassung
für die Linsen Justierfreiheiten hinsichtlich Abstand, Achsenversetzungen und Achsenverkippung
vorhanden sein. Unmittelbar nach erfolgter Justierung kann die Linse mit einem erstarrenden
Werkstoff, beispielsweise mit einem geeigneten in kurzer Zeit erhärtenden Kitt,
mit der Fassung fest verbllnden werden, ohne daß es anderer Arretierungsmittel bedarf,
um die Lage des verkitteten Linsen gliedes gegenüber der Fassung zu sichern. Dabei
ist es vorteilhaft, das Erhärten des Kittes atbzuwarten, bevor dieser Vorgang für
das Fassen weiterer Linsen glieder wiederholt wird.
die Befestigung
der Linsen an den Fassungswänden mittels Verkitten, ohne daß eine andere tragfähige
Berührung vorhanden ist, erfolgt vorzugswieis mit einem Kitt. welcher die justierte
Linsenlage während des Ausshärtens und auch daach nicht meßbar veränders.
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Empfehlenswert ist s. die Fassung so -40 auszubilden, daß an ihr
wenigstens in radialter Richtung elastischnachgiebige, dünnwandige Stege vorgesehen
sind, die bei unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Linse und Fassungsteil eine
verspannungsfreie Halterang gewährleisten, selbst auch bei dünnen verspannaungsempfindlichen
Linsengliedern. Bei Verkittung an mehreren Stellen werden die Kittstellen zweckmäßig
gleichmäßig über den Linsenumfang verteilt. Sie können an den optisch wirksamen
Flächen der Linsenglieder liegen. Vorteilhafter ist es aber. sie nur an dem Linsenrand.
möglichst in der rechwinklig zur Linsenachse liegenden Schwerpunktebene eines Linsengliedes
anzurodnen. Diese anrodnung gewährleistet. daß etwaige Verspannungen bewirkende
Kräfte auf das Linsenglied nur in der Richtung ihres gräßten Widerstaundsmomentes
wirden. die nachgiebigkeit der stege wird nur bei Stößen auf die Fassung in Anspruch
genommen; sie läßrt ferner unterschiedliche Wärmelehnungen zwischen den Linsengliedern
und den Fassungen zu. diese nachgiebigkeit schafft somit die Voraussetzung für die
Verweindung von Werkstoffen. wie z. b. von Glas und Leichtmetall mitunterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten. ohne daß bei Temperaturänderungen schädliche Verspannungen
auf die Linsen wirken können.
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Der teelmische fortschritt der vorliegenden Erfindung gegenüber bekannten
Verfahren und der dazu ausgebildetern Fassungen besteht darin, daß die Erzielung
der vorgeschriebene linsenabstände durch berührungsfrieies optisches Anmessen der
Linsenscheitel in der Fassung erfolgt. Eine Beschädigung der Linsenoberfläche. wie
dies bei Verwendung mechanisch wirkender Tastorgane eintritt. Wird vermieden. Das
Anmessen nur der einander zugekehrten Linsenscheitel ist sicherer als das messen
der üblichen Ringanlagen in den Fassungsteilen unter Berücksichtigung der Pfeilhöhen
der Kugeligen Linsenflächen. Die Einstellung auf Abstand erfolgt mit Hilfe einer
nur vorübergebhend benutzten Vorrichtung und veeinfacht die Fassung. die solche
Stellmittel nicht zu enthalten braucht. die gegenseitige Ausrichtung der einzelnen
optischen Glieder in bezug auf Versetzung und Verdkippung ihrer optischen achsen
erfolgt unter Verwendung eines genauen speziellen Autokollimationsfernrohres nach
den Reflexbildern ihrer krümmungsmittelpunkte und mit feinfühligen Stellmitteln
der nur vorübergehend angebracten vorrichtung. Durch das Justieren nach den Krüëmmungsmittelpunkten
werden Kriterien henutzt. welche von Linsenrand und Fassungsteiltoleranzen unbeeinflußt
sind. Trotz Justierung der Linsen auf Achsenversentzung und Achsenverkippung erfordert
der Falssungsaufbajhu keinen Mehraufwand, sondern wird einfacher.
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Alle drei Juitierfreiheiten der Linse (Luftabstand. achsensverstzung,
Achsenverdkippung) werden durch eine einzige Justiervorrichtung berücksichtigt und
können durch ausfüllen des Zlvischenraumes zwischen Linse und benachbarter Fassungswand
mit einem erstarrenden Werkstoff fixiert werden. Die Fassung bzw. die Fassungsteile
sind daher frei von Bund- oder Ringschneidenauflagen, Abstandringen, Stellschrauben
od. ä. Dadurch, daß Linsenanlageflächen in den Fas-
sungsteilen auf Grund dieser
Linsebefestigung entfallen, können Verspannungen der Linsen als Folge nicht völlig
deformationsfreier Anglaeflächen nicht auftreten.
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Durch die in der Fassung vorgesehenen drei Justierfreiheiten und
durch die Verwendung geeignerter, nur an die Fassung vorübergehend herangebrachter
Richt-und Stellmittel entstehen an Fassungsteilen weder Abstimm- nach Nacharbeiten
noch müssen Fassungsteile oder Linsen in unterschiedlichen Größen zur auswahl bereitstehen.
Die ohne Einspannwirkung nur mittels Kitt an elastisch nachgiebigen Stegen befestigten
linsenglieder gewährleisten eine verspannungsfreie halterung.
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In der Zeichnung ist in Fig. i die Justiervorrichtung für das erfindungsgemäße
Verfahren für ein zweigliedriges Objektiv Sowie eine Fassung mit Linsensyatem gemäß
dam Verfahren justiert und in der degenseitigen Lage fixiert schematixsch dargestellt.
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Fig. 2 veranschaulicht eine Fassung mit dreigliedreigenm Linsensystem
und in der gegenseitigen Lage fixiert nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem
Schnitt entlang der optischen Achse des Objektivs.
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Fig. 3 und 4 veranschaulich eilte Fassung. von der zwei Teile mit
federndeit Lappen augestattet sind. und zwar ist Fig. 3 teilweise ein Schnitt entlang
der optischen Achse des Objektivs. teilweise die entsprechende AnAnsicht. während
Fig. 4 eine Ansicht in der Richtung der optische wachse ist. Fig. 5 zeigt die Haltelappen
für das Linsenglied 3 bei weggelassenem Linsenglied iii perspektivischer Darstellung.
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In Fig. t ist in einem als Büchse ausgebildeten Fassungstile 14 die
vordere Linse 15 eines zweigliedrigen Linsensystems in üblicher Weise so befestigt,
daß ihre optische Achse X-X mit der Achse des Fas sungsteils zusammenfällt. Um dei
hintere Linse 16 durch Justierung in eine vorgeschriebene Stellung zu der vorderen
Linse 15 bringen zu können, Fassungsteil 14 mittels eines Flansches 17 auf ein Zvlindrinehes
Gehäuse 18 so aufzusetzen, daß die Geshäuseachse mit der optischen Achse X-X zusammenfällt.
In dem Gehäuse 18 ist ein zylindrischer Körper 19 in der Richtung der Achse X-X
feinverstellbar angeordnet, auf dessen Stirnwand 20 der Träger 21 einer Ringschneide
22 mittels zrveier Stellschrauben 23 (volt denen in der Zeichnung nur die eine sichtbar
ist) in zwei zueinander und zur Achse X-X senkrechten Richtungen gegenüber dem Gehäuse
18 und dem damit gegenüber dem Fassungsveil 14 verschieblich angeordnet ist. Jeder
Stellschraube 23 gegenüber liegt ciii in dem Gehäuse 18 senkrecht zur Achse X-X
verschieblicher Stift 24, der unter der Wirkung einer Feder 25 den Träger 21 gegen
die Stellschraube 23 drückt. Auf der Ringschneide 22 ist die Linse 16 gelagert.
Sie kantl mittels zweier Stellschrauben 26 (von denen in der Zeichnung nur die eine
sichtbar ist), die durch Löcher in dem Fassungsteil 14 hindurchgreifen, in zwei
zueinallder und zur Achse X-X senkrechten Richtungen gegenüber dem Fassungsteil
14 verschoben werden. Jeder Stellschraube 26 gegenüber ist dem Gehäuse 18 ein Stift
27 senkrecht zur Achse X-X verschieblich angeordnet, der durch ein Loch des Fassuitgsteils
14 hindurchragt utid unter der NVirkung einer Feder 28 die Linse 16 gegen die Stellschraube
26 drückt.
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Der oben beschriebenen Anordnung zum \~erstellen der Linse 16 gegenüber
dem Fassungsdteil 14 ist zum Zwecke der Justierung der Linse 16 gegeniiber der Linse
15 ein Autokollimationsfernrohr zugeordnet, das ein Objektiv 29 und ein Okular 30
enthält, die
eine gemeinsame optische Achse Y-Y haben. Das Objektiv
29 ist in der Richtung der optischen Achse Y-Y verschieblich angeordnet. Mit 31
ist ein in der okulaubildebene liegende Marke bezeichnet. Sie dist als Strichkreuz
ausgebildet, dessen Striche sich in der optischen Achse 1 schneiden. Zwischen dieser
Marke und dem Objektiv 29 liegt im Strahlengang ein Strahlellteilullgsxvürfel 32,
dem eine durch eine Lichtquelle 33 belcuchtete zweite marke 34 so zugeordnet ist.
daß sie zur Alarme 31 spiegelhildlich ist.
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Zur Justierung der Linse 16 gegenüber der Linse 15 ist die Achse
Y-Y des Autokollimationsfernrohrs in eine soiclic Lage zu bringen, daß sie mit der
optischen Achse S-N der Linse 15 zusammenfällt. Der Kriimmungsmittelpunkt M1 der
Vorderflüche der Linse 15 liegt dann in der Achse Y-Y. Alsdann ist dis auf der Ringschnidide
22 gelagerte Linse 16 durch axiale Einstellung das Körpers 19 durch Fokussieren
auf die in Frage kommenden Linsensecheitel in diejeenige lage zu bringen. in der
der Mittenabstand der Vorderfläche der Linse 16 voll der Hinterfläche der Linse
15 den vorgeschriebene Wert 1 hat. Darauf ist das Objektiv 29 axial so einzustellen,
daß ein nach Reflexsion der abbildenden Strahlen an der hinterfläche der Linse 16
erzeugtes Bild der Marke 34 in der Bildeben des Okulars 30 liegt, worauf durch Betätigung
der Stellschrauben 23 eine solche Einstellung des Trägers 21 mit der Ringschneide
22 ggenüber dem Körper 19 vorzunehmen ist, daß der Krümmungsmittelpunkt M4 der Hinterfläche
der Linse 16 auf der Achse Y0-Y liegt, was daran erkenntlich ist, daß jenes Bild
der marke 34 mit der Äfarke 31 zusammenfällt. Alsdann ist das Objektiv 29 axial
so einzustellen, daß ein nach Reflexion der abbildendett Strahlen an der Vorderfläche
der Linse 16 erzeugtes Bild der Marke 34 in der Bildebeune des Okulars 30 liegt,
worauf durch Betätigung der Stellschrauben 26 eine solche Einstellung der Linse
16 gegenüber der Ringschneide 22 herbeizuführcn ist, daß der Krümmungsmittelpunkt
M3 der Vorderfläche die Linse 16 auf der Achse Y-Y liegt. was daran zu erkennen
ist, daß jenes letztere Bild mit der Starke 31 zusamutenfällt.
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Nach diesen Einsteillungen hat die Linse 16 die vorgeschriebene Lage
gegenüber der Linse 15 und es katitt ihrc Fixierung in dem Fassungsteil 14 vorgenommen
werden. indem zwischen der Innenwandeung des Fassunsteiles 14 und der zylindrischen
Begrenzungsfläche der Linse 16 möglichst an drei gleichmäßig über den Umfanhg verteilten
fStellen Kitt znzu-Bringen ist. Nach Erhärten des Kittes kaitit das Fassungsteil
14 von dem Gehäuse 18 abgenommen weden.
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Bei der Abnahme sind die Stellschrauben 26 und die Stifte 27 in eine
solche Lage zu bringen. daß sie die Abnahme nicht behindern.
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Das Objektiv nach Fig. besteht aus zwei Einzellinsen 1 und 2, von
denen 1 das vorderste Linsenglied des Objektivs ist, und einem Paar miteinander
verkitteter Linsen 3, die das dritte Linsenglied des Objektivs bilden und von denen
die hintere Linse einen etwas größeren Durchmesser hat als die vordere Linse. Als
Fassung für sämtliche drei Linsenglieder dient eine Büchse 4. Die vorderste Linse
1 enthält eine zur Objektivachse senkrechte ebene Fläche 5 und ist an drei über
den Umfang gleichmäßig verteilten Stellen -1 mit einer Stirnfläche 6 der Büchse
4 verkittet.
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Von der Linse 2 ist die zylindrische Begrenzungsfläche 7 an drei über
ihren Umfang gleichmäßig verteilten Stellen B mit der inneren Zylinderfläche 8 der
Büchse 4 verkittet. Von dem Linsenglied 3 ist der freie Teil der Kittfläche 9 an
drei über seinen Umfang
gleichmäßig verteiten Stellen C mit einer kegelfärmigen Stirtifläche
10 der Büchse 4 verkittet.
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Das Objektiv nach Fig. 3 besteht wie bei den ersten Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 aus zwei einzellinsen 1 und 2 und einem paar miteinander verkitteter
Linsen 3. Die vordere Einzellinse 1 ist mittels eines Schraubringes 11 in üblicher
Weise mechanisch gefaßt. Eine Büchse 12 der Fassung enthält drei über den Unfang
gleichmäßig verteilte feclernde Lappen 12', von denen jeder mit der zylindrischen
BegrenzungsHäche der Linse 2 punktförmig verkittet ist.
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Eine mit der Büchse 12 verschraubte Büchse 13 enthält drei über den
Unfang gleichmäßig verteilte federnde Lappen 13', von denen jeder mit der zylindrischen
Begrenzungsfläche des Linsengliedes 3 punktfömig verkittet ist.
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Vor dem Verkitten der Linse 2 mit der Büchse 4 (Fig. 2) oder den
Lappen 12' (Fig. 3) ist die Linse 2 mittels einer geeigneten, nicht zur Fassung
gehörenden Justiereinrichtung nach Fig. 1 in die vorgeschrieleine Lage zu der Linse
1 zu bringe. Alsdann erfolgt das Verkitten, worauf die Justiereinrichtung zu entfernen
und <las Linsenglied 3 unter erneuter zeitweiliger Benutzung der Justeiereinrichtung
in die vorgeschriebene Lage zu den Linsen 1 und 2 zu bringen und seine Verkittung
mit der Büchse 4 (Fig. 1) oder den Lappen 13' (Fig. 3) vorzunehmen ist.