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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterung für ein optisches Element, umfassend
- – einen ringförmigen Körper mit einer Zentralausnehmung zur Aufnahme des optischen Elementes,
- – eine an dem Körper angeordnete Linearführungsstruktur, die axial verschieblich und um einen wenigstens abschnittsweise zylindrischen ersten Führungsstab drehbar, tangential und radial gesichert an dessen zylindrischem Abschnitt lagerbar ist, sowie
- – eine azimutal von der Linearführungsstruktur beabstandet an dem Körper angeordnete, nach radial außen gerichtete, gabelförmige Drehsicherungsstruktur.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Objektiv, umfassend
- – eine Stützstruktur,
- – einen an der Stützstruktur festgelegten, in Axialrichtung erstreckten, wenigstens abschnittsweise zylindrischen ersten Führungsstab,
- – einen an der Stützstruktur festgelegten, in Axialrichtung erstreckten zweiten Führungsstab und
- – eine axial verschiebliche Halterung für ein optisches Element,
wobei die Halterung eine Linearführungsstruktur, mit der sie axial verschieblich und um den ersten Führungsstab drehbar, tangential und radial gesichert an dessen zylindrischem Abschnitt gelagert ist, sowie eine gabelförmige, den zweiten Führungsstab umfassende Drehsicherungsstruktur aufweist.
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Stand der Technik
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Derartige Halterungen und solche Halterungen verwendende Objektive sind bekannt aus der
US 5,150,260 .
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Bei vielen Objektiven, insbesondere Zoom-Objektiven oder Objektiven mit Innenfokussierung, ist es erforderlich, wenigstens ein optisches Element, insbesondere eine Linse oder eine Linsengruppe, axial verschieblich, d.h. in Richtung der optischen Achse verschieblich zu lagern. Hierzu sind üblicherweise spezielle Halterungen vorgesehen, die das optische Element zentriert und verkippsicher haltern und ihrerseits axial verschieblich, im Übrigen aber gegen jegliche Bewegungen gesichert an einer Stützstruktur des Objektivs gelagert sind. Häufig ist noch ein Elektromotor vorgesehen, mit dem die Axialverschiebung durchgeführt werden kann. Insbesondere bei Hochleistungsobjektiven ist eine äußerst präzise Führung von wesentlicher Bedeutung für die optische Qualität der Abbildung.
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Bei dem in der oben genannten, gattungsbildenden Druckschrift offenbarten Objektiv sind zwei in Axialrichtung längs erstreckte Führungsstäbe vorgesehen, von denen wenigstens ein erster Führungsstab wenigstens abschnittsweise zylindrisch ausgebildet ist. Die Führungsstäbe sind achsparallel und azimutal zueinander beabstandet angeordnet. Die eigentliche Halterung, die eine Zentralausnehmung zur Aufnahme des optischen Elementes aufweist, ist an diesen Führungsstäben geführt. Hierzu sind eine Linearführungsstruktur und eine Drehsicherungsstruktur vorgesehen, die als sich radial erstreckende Ausleger an einem ringförmigen, die Zentralausnehmung aufweisenden Halterungskörper festgelegt sind. Die Linearführungsstruktur ist dabei als axial ausgerichtete, zylindrische Durchbrechung ausgebildet, deren Innenumfang exakt auf den Außenumfang des zylindrischen Abschnittes des ersten Führungsstabes abgestimmt ist. Eine solche Lagerung ermöglicht grundsätzlich eine axiale Verschieblichkeit sowie eine Drehbewegung um den ersten Führungsstab, unterbindet jedoch jegliche Radial-, Tangential- oder Kippbewegung. Die grundsätzlich durch diese Lagerung ermöglichte Drehbewegung ist im endmontierten Objektiv unerwünscht. Sie wird daher durch die Drehsicherungsstruktur unterbunden. Diese ist als Gabel mit zwei Zinken ausgebildet, die den zweiten Führungsstab derart umfassen, dass er mit seinem Außendurchmesser an den Innenseiten der Zinken anliegt. Eine solche Führung erlaubt im Ergebnis eine ausschließlich axiale Verschiebung der Halterung.
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Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist jedoch, dass die Führungsstäbe zueinander, zur optischen Achse und zu einer eventuell vorgesehenen Elektromotor-Spindel exakt parallel ausgerichtet sein müssen. Entsprechend genau müssen die Zylinderbohrung der Linearführungsstruktur sowie die Gabel der Drehsicherungsstruktur ausgebildet sein, wobei diese auch hinsichtlich ihrer Dimensionierung und ihrer Oberflächenbeschaffenheit äußerst präzise gefertigt sein müssen, um eine leichtgängige, ruckfreie und dennoch präzise Verschiebung der Halterung zu ermöglichen. Eine derartige Präzision bei Fertigung und Montage ist kostenaufwendig.
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Aus der
EP 0 745 230 B1 sind ein Objektiv und eine Halterung bekannt, die diesem Problem teilweise dadurch begegnen, dass die Ankopplung der Halterung an einen motorischen Antrieb richtungsselektiv flexibel gestaltet ist. Durch diese Maßnahme lässt sich jedoch lediglich die notwendige Präzision der Ausrichtung der Führungsstäbe und der Elektromotor-Spindel zueinander reduzieren. Im Hinblick auf die erforderliche Präzision der Fertigung der Halterung und ihrer Ausrichtung relativ zu den Führungsstäben zeitigt diese Maßnahme keinen Vorteil.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Halterung für ein optisches Element und ein eine solche Halterung verwendendes Objektiv derart weiterzubilden, dass die erforderliche Präzision bei Fertigung und Ausrichtung von Halterung und Führungsstäben reduziert werden kann.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Linearführungsstruktur als eine in Axialrichtung längserstreckte und in Tangentialrichtung quererstreckte Keilnut ausgebildet ist, über deren Nutöffnung ein in Richtung des Nutgrundes wirksames Federelement angeordnet ist.
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Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7 dadurch gelöst, dass die Linearführungsstruktur als eine in Axialrichtung längserstreckte und in Radialrichtung quererstreckte Keilnut ausgebildet ist, an deren Nutwänden der erste Führungsstab anliegt, wobei ein einerseits an der Halterung und andererseits an dem ersten Führungsstab abgestütztes Federelement den ersten Führungsstab in Richtung des Nutgrundes der Keilnut federkraftbeaufschlagt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung betrifft die spezielle konstruktive Ausgestaltung der Linearführungsstruktur, sodass die Halterung eine separat schützenswerte Erfindung darstellt. Ihre Vorteile entfaltet die Erfindung jedoch insbesondere durch ihre Wechselwirkung mit weiteren Strukturen eines Objektivs, insbesondere dessen Führungsstäben, sodass nachfolgend die erfindungsgemäße Halterung und das erfindungsgemäße Objektiv gemeinsam diskutiert werden sollen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es zur drehbeweglichen, axialverschieblichen, aber tangential, radial und verkippsicheren Gleitlagerung eines Zylinders keiner vollumfänglichen Kontaktierung seines Zylindermantels bedarf. Vielmehr genügt eine Kontaktierung entlang dreier axial erstreckter, azimutal beabstandeter Kontaktlinien. Eine solche Minimalkontaktierung stellt die vorliegende Erfindung zur Verfügung. Zwei Kontaktlinien werden durch die Anlage der schräg zueinander stehenden Nutwände der Keilnut am Zylindermantel erzeugt. Die dritte Kontaktlinie entsteht durch das Federelement, welches durch seine Abstützung einerseits an der Halterung selbst und andererseits am ersten Führungsstab letzteren in die Anlage der Keilnut hineinpresst bzw. die Keilnut in ihre Anlageposition am Führungsstab zieht. Ungenauigkeiten der Fertigung fallen aufgrund der Minimalkontaktierung, die eine Überbestimmtheit des Freiheitsgradesystems ausschließt, sowie aufgrund der Anpassungsfähigkeit der Federkraftbeaufschlagung nicht ins Gewicht. Insbesondere wird durch die Federkraftbeaufschlagung jegliches Spiel unterbunden.
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Die Keilnut ist vorzugsweise in Form einer V-Nut ausgebildet, wobei der Fachmann jedoch erkennen wird, dass es zur Funktion der Erfindung lediglich auf die winklig zueinander stehende Ausrichtung der Nutwände sowie auf deren Winkelabstimmung relativ zum Durchmesser des ersten Führungsstabes ankommt. Insbesondere muss der Durchmesser des Führungsstabes so groß bzw. der Winkel zwischen den Nutwänden so klein sein, dass die oben erläuterte Zwei-Linien-Anlage des ersten Führungsstabes an den Nutwänden zustande kommen kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Linearführungsstruktur zwei axial beabstandete Führungsabschnitte auf, die jeweils einen Abschnitt der Keilnut tragen. Bei dieser Ausführungsform wird die Keilnut also von zwei durch eine Lücke getrennten Keilnutabschnitten gebildet. Diese Ausgestaltung gewährleistet die gleiche Verkippsicherung wie eine entsprechend lange, durchgehende Keilnut, reduziert jedoch erneuert die notwendige Fertigungspräzision, da auch in axialer Richtung die Überbestimmtheit des Freiheitsgradesystems reduziert wird.
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Das Federelement ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt axial zwischen den Keilnutenabschnitten angeordnet. Auf diese Weise verteilt sich die Federkraft in etwa gleichmäßig auf die vier Kontaktlinienabschnitte (jeweils zwei in einem Keilnutabschnitt).
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Besonders bevorzugt ist das Federelement als eine die Keilnut quer überspannende Blattfeder ausgebildet. Die Blattfeder kann einseitig, vorzugsweise radial innen an der Halterung festgelegt sein. Um in der oben erläuterten Weise mit dem ersten Führungsstab in Wechselwirkung treten zu können, muss dieser allerdings bei dieser Ausführungsform über die Nutkante der Keilnut hinausragen. Anderenfalls bedarf es eines in die Keilnut hineinragenden Federelementes, um den ersten Führungsstab erfindungsgemäß zu kontaktieren. Auch dies ist grundsätzlich mit einer modifizierten Blattfeder erreichbar.
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Zur Erleichterung der Montage ist bevorzugt vorgesehen, dass die Keilnut radial randständig an der Halterung angeordnet ist und ihre radial äußere Nutkante nach radial außen hin mit einer Anlaufschräge versehen ist. Insbesondere im Zusammenhang mit der vorerläuterten Ausgestaltung des Federelementes als eine radial innen festgelegte und nach radial außen ragende Blattfeder lässt sich mit Hilfe einer solchen Anlaufschräge die Halterung bei der Montage in einfacher Weise auf den ersten Führungsstab aufschieben wobei die Blattfeder entgegen ihrer Federkraft kurzfristig aufgebogen wird und der erste Führungsstab federkraftgetrieben in die Keilnut einschnappt.
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Bevorzugt weist die Halterung einen ringförmigen Körper mit einer Zentralausnehmung auf, an dem die Linearführung und/oder die Drehsicherung als radial erstreckte Ausleger festgelegt sind. Die Zentralausnehmung dient der Aufnahme des optischen Elementes. Die Ausleger dienen der Überbrückung eines eventuell zu den Führungsstäben bestehenden, radialen Abstandes, wobei durch die auslegerartige Gestaltung der Materialaufwand und damit das Gewicht gegenüber einer scheibenartigen Ausgestaltung deutlich reduziert wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Halterung,
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2: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Halterung,
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3: eine andere perspektivische Darstellung der Halterung von 2.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Bauteile hin. Die Figuren sollen nachfolgend gemeinsam diskutiert werden.
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Die erfindungsgemäße Halterung 10 weist einen Ringkörper 12 mit einer Zentralausnehmung 14 auf. Die Zentralausnehmung 14 dient der Aufnahme eines nicht dargestellten optischen Elementes, das bezüglich seiner optischen Funktion beliebig gestaltet sein kann und im Hinblick auf seine konstruktive Gestaltung vorzugsweise einen der Zentralausnehmung angepassten Querschnitt aufweist. Es kann dies der Querschnitt der optischen Funktionsteile selbst oder eines entsprechenden Adapters sein. Typischerweise kann es sich um eine mittels einer Fassung mit rundem Außenprofil gefasste Linse oder Linsengruppe handeln. Eine solche Linse oder Linsengruppe kann beispielsweise die Fokussierlinse oder Fokussierlinsengruppe eines Objektivs mit Innenfokussierung sein. Die konkrete Art der Festlegung des optischen Elementes in der Zentralausnehmung 14 ist für die vorliegende Erfindung nicht von Belang. Beispielsweise kann es sich um eine Verklebung, Verklemmung, Verschraubung, Federhaltung etc. handeln.
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An dem Ringkörper 12 setzten azimutal voneinander beabstandet eine Linearführungsstruktur 18 und eine Drehsicherungsstruktur 16 an. Bei der gezeigten Ausführungsform sind beide Strukturen 16, 18 in Form radial ausgerichteter Ausleger gestaltet, wobei der Fachmann jedoch erkennen wird, dass auch die Ausarbeitung der Strukturen 16, 18 beispielsweise aus einem scheibenförmigen Halterungskörper ohne weiteres möglich ist.
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Die Drehsicherungsstruktur 16 ist gabelförmig mit zwei Gabelzinken ausgestaltet, in deren Zwischenraum ein Führungsstab angeordnet ist, der in der Terminologie der vorliegenden Patentansprüche als zweiter Führungsstab 22 bezeichnet wird. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst die Gabel als einen ersten Zinken einen starren Finger 161 und als einen zweiten Zinken eine Blattfeder 162, die mit ihrem Fuß am Stamm 163 des Auslegers festgelegt ist. Der Spalt zwischen dem Finger 161 und der Blattfeder 162 ist bevorzugt geringfügig kleiner gestaltet als der Durchmesser des zweiten Führungsstabes 22, sodass eventuelles toleranzbedingtes Spiel durch die Elastizität der Blattfeder 162 unterdrückt werden kann. Die Stärke der Blattfeder 162 ist so zu wählen, dass bei Betrieb realistischerweise auftretende Drehmomente keine Auslenkung der Blattfeder 162 bewirken, was jedoch bei den typischerweise sehr geringen Drehmomenten, die im endmontierten Zustand im Inneren eines Objektivs auftreten, unproblematisch ist.
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Die Linearführungsstruktur 18 ist ebenfalls auslegerartig ausgebildet, wobei die 2 und 3 eine besondere Ausführungsform zeigen, bei der sich an den Auslegerstamm 181 ein axial längserstreckter Holmen 182 anschließt, der an seinen beiden Enden jeweils einen Nutträgerabschnitt 183a, 183b trägt. Der Holmen 182 ist bei der Darstellung von 1 nicht erkennbar; diese gibt also sowohl die Ausführungsformen von 2 und 3 als auch eine alternative Ausführungsform wieder, in der kein geteilter, sondern ein zusammenhängender Nutträger 183 realisiert ist. Der Nutträger 183 bzw. die Nutträgerabschnitte 183a, 183b tragen eine Keilnut 184 bzw. Keilnutabschnitte 184a, 184b, die gemeinsam die Keilnut 184 bilden. Die Keilnut 184 erstreckt sich mit ihrer Längserstreckung in Axialrichtung und in ihrer Quererstreckung in Radialrichtung. In der Keilnut 184 liegt ein zylindrischer erster Führungsstab 21 entlang zweier Kontaktlinien an den schrägen Nutwänden der Keilnut 184 bzw. der Keinutabschnitte 184a, 184b an. Auf der offenen Seite der Keilnut 184 ist diese von einer Blattfeder 185 überdeckt, die einerseits am Auslegerstamm 181 festgelegt ist und im Bereich ihres freien Endes eine Federkraft auf den ersten Führungsstab 21 in Richtung auf den Nutgrund der Keilnut 184 ausübt. Hierzu ist die Keilnut 184 so dimensioniert, dass der erste Führungsstab 21 geringfügig über ihre Nutkante hinausragt. Bei der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform mit geteiltem Nutträger ist die Blattfeder 185 bevorzugt in etwa mittig zwischen den Nutträgerabschnitten 184a, 184b angeordnet. Denkbar wäre jedoch auch die Verwendung zweier Blattfedern im Bereich jedes Nutträgerabschnitts 183a, 183b, die dann jeweils mit ihrem Federfuß am Holmen 182 festgelegt sein könnten.
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Wie insbesondere in 1 erkennbar, erstreckt sich die Blattfeder 185 geringfügig beabstandet von der Kante der Keilnut 184. Dies ist bevorzugt auch im kräftefreien Zustand, d.h. ohne eingelegten ersten Führungsstab 21, der Fall. Hieraus resultiert nämlich eine geringfügige Lücke am radial äußeren Ende des Auslegers der Linearführungsstruktur 18, die die Montage erleichtert. Die Halterung 10 kann so nämlich in einfacher Weise mit ihrer Linearführungsstruktur 18 auf den an einer nicht dargestellten Stützstruktur des Objektivs festgelegten ersten Führungsstab 21 radial aufgeschoben werden, wobei die Blattfeder 185 elastisch aufgebogen wird und der erste Führungsstab 21 rastend in die Keilnut 184 einschnappt. Um diesen Montagevorgang noch weiter zu erleichtern ist bei den dargestellten Ausführungsformen eine Anlaufschräge 186 vorgesehen, die durch eine Anfasung des Nutträgers 183 bzw. der Nutträgerabschnitte 183a, 183b im radial äußeren Bereich der radial äußeren Nutkante der Keilnut 184 bzw. der Keilnutabschnitte 184a, 184b realisiert ist.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Halterung
- 12
- Innenkörper
- 14
- Zentralausnehmung
- 16
- Drehsicherungsstruktur
- 161
- Finger
- 162
- Blattfeder
- 163
- Auslegerstamm
- 18
- Linearführungsstruktur
- 181
- Auslegerstamm
- 182
- Holmen
- 183
- Nutträger
- 183a, b
- Nutträgerabschnitt
- 184
- Keilnut
- 184a, b
- Keilnutabschnitt
- 185
- Blattfeder
- 186
- Anlaufschräge
- 21
- erster Führungsstab
- 22
- zweiter Führungsstab
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5150260 [0003]
- EP 0745230 B1 [0007]
