DE2643174A1

DE2643174A1 - Optische vorrichtung mit den strahlengang durchquerenden, mechanischen verbindungsmitteln

Info

Publication number: DE2643174A1
Application number: DE19762643174
Authority: DE
Inventors: Francis Jourdan; Jean Paul Lepeytre; Andre Masson; Charles Le Roux
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1977-04-07
Also published as: FR2325948A1; FR2325948B1; US4088397A; GB1516581A; DE2643174B2

Description

DIETRICH LEWINSKY

ί-ΒΝΖ -JOACHIM HUBER
REIHSR PRiGTSCH
M 0_N C H E N 2 1

GOi IKARDSTR. 81 24. September 1976

9114-IV/Hg

Thomson-CSP, BId. Haussmann 173, Paris (Prankreich)

Optische Vorrichtung mit den Strahlengang durchquerenden, mechanischen Verbindungsmitteln

Priorität vom 24. September 1975 aus der französischen Patentanmeldung 75 29265

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung aus einer Kombination optischer Elemente, von denen ein erster Satz von einem ersten mechanischen Träger gehalten ist und wenigstens ein zur Aufnahme wenigstens eines zweiten, mit dem ersten Träger über den Strahlengang durchquerende mechanische Verbindungsmittel verbundenen Trägers teilweise durchbohrtes, optisches Element umfaßt.

Bei derartigen Vorrichtungen werden die genannten mechanischen Verbindungsmittel so ausgelegt, daß die durch sie hervorgerufene Abblendung der optischen Vorrichtung so gering als möglich bleibt; dann werden nämlich die optischen Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung am wenigstens geschmälert.

Dieses Problem stellt sich insbesondere bei catadioptrischen Systemen, die optische Elemente umfassen, welche im allgemeinen in ihrem Mittelbereich durchbohrt oder durchbrochen sind, um dort einen Innenträger aufzunehmen, der ebenso wie diese optischen Elemente durch einen Außenträger gehalten wird.

Die im allgemeinen benutzte Lösung besteht darin, diese mechani-

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sehen Verbindungsmittel als Arme oder Speichen solcher Form oder Abmessung auszubilden, daß sowohl die mechanische Festigkeit unter den vorgesehenen Einsatzbedingungen sichergestellt ist als auch die Abdunklung oder Abblendung des Strahlenganges möglichst gering bleibt. Demzufolge wird die Dicke dieser mechanischen Verbindungsmittel in einer Ebene quer zum Strahlengang so gering wie möglich gehalten.

Unter erschwerten Einsatzbedingungen vor allem hinsichtlich Temperatur- , Stoß- und Schwingungsbeanspruchung müssen die mechanischen Verbindungsmittel robust ausgeführt sein und die von ihnen hervorgerufene Abblendung kann mit Rücksicht auf die ansonsten angestrebten Leistungen der optischen Kombination störend werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, bei der das aufgezeigte Problem in einer Weise gelöst ist, die Abblendungen oder andere Beeinträchtigungen der optischen Leistungsfähigkeit der Vorrichtung vermeidet, trotzdem aber eine unter allen Umständen stabile Fixierung des Innenträgers gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer optischen Vorrichtung nachöer Erfindung in schematischer Vereinfachung wiedergegeben. Es zeigt:

Figuren 1 und 2 Schemazeichnungen zur Verdeutlichung

einer optischen Vorrichtung nach der Erfindung bzw. des angewendeten Prinzips,

Figuren 3 bis 6 Teilschnitte durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach Figur 2

und

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Figur 7 eine Schemazeichnung eines catadioptri-

schen Systems nach der Erfindung.

Die schematisch in Figur 1 gezeigte, optische Vorrichtung umfaßt einen ersten mechanischen Träger 1 zur Halterung eines oder mehrerer Elemente der Kombination. Der Einfachheit halber ist nur ein einziges optisches Element 2 in dem Schema wiedergegeben. Ein oder mehrere weitere mechanische Träger wie etwa 3 und 4, die unabhängig von dem Träger 1 sind, haltern weitere, nicht dargestellte optische Elemente der Kombination. Die Träger 3 und 4 sind in durchbohrten oder sonstwie freigelassenen Bereichen des optischen Elementes 2 angeordnet und müssen mit dem Träger 1 fest verbunden sein, um eine genaue gegenseitige Positionierung der die Kombination bildenden optischen Elemente zu erreichen.

Die zwischen den Trägern 3 und 4 und dem Träger 1 notwendigen mechanischen Verbindungen sind unter Benutzung des optischen Elementes 2 ausgeführt und leisten daher keinerlei Beitrag zur Abblendung oder teilweisen Abdeckung der optischen Kombination. Die Berührungsbereiche zwischen dem optischen Element 2 und den Trägern 1, 3 und 4 sind dementsprechend ausgestaltet. Diese Bereiche sind in Figur 2 mit 5 und 6 bezeichnet; die Figur 2 bezieht sich hierbei auf ein vereinfachtes und nur teilweise dargestelltes Beispiel einer optischen Vorrichtung, die eine von einem Außenträger 1 gehaltene Linse 2 umfaßt, welche einen Innenträger 3 haltert, der in dem durchbohrten Mittelbereich der Linse angeordnet ist.

Die Bereiche 5 und 6 sind ausgelegt insbesondere unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Art der sich in gegenseitigem Kontakt befindenden Materialien, der einzuhaltenden, gegenseitigen Positionierungsgenauigkeiten und der klimatischen und mechanischen Umgebungsbedingungen, denen die Vorrichtung ausgesetzt ist.

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Ein der Teildarstellung der Figur 2 entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 3 bis 6 wiedergegeben.

Das optische Element 2 ist in einem Außenträger 1 mittels einer Fassung zentrisch gehalten, die aus zwei Teilen 10 und 11, einer Unterlegscheibe 12 und einer Mutter 13 besteht. Das Element 2 ist durch Festschrauben der Mutter 13 fixiert. Die Fassung umfaßt Ausnehmungen zur Aufnahme von Ringdichtungen 14, 15 und 16, die die Medien A und B zu beiden Seiten des optischen Elementes 2 gegeneinander an dem kreisförmigen, dem Außenträger 1 zugewandten Außenumfang des Elementes 2 abdichten. Das Medium A bildet beispielsweise das Umgebungsmedium und das Medium B ist das Innenmedium des betreffenden Gerätes. Die Verbindungselemente müssen das optische Element 2 korrekt und ohne die Gefahr von Zerstörungen oder Beschädigungen über einen weiten Bereich der Umgebungstemperatur, die beispielsweise zwischen - 55°C und + 70⁰C schwanken kann, halten. Hierzu besteht die Unterlegscheibe 12, deren Auflagefläche auf dem Element 2 dessen Form angepaßt ist, aus einem Werkstoff mit geeigneten mechanischen Eigenschaften, die eine elastische Verformung zur Aufnahme der Abmessungsänderungen der Teile in dem vorgesehenen Temperaturbereich zulassen; die Unterlegscheibe 12 kann insbesondere aus einem Kunststoff bestehen. Außerdem ist das Teil 10 der Fassung mit Schlitzen 17 versehen, die gegenüber einer kreisförmigen Ausnehmung 18 des Trägers 1 vorgesehen sind. Figur 5 zeigt einen Teilschnitt des Teiles 10 längs der durch einen Schlitz 17 verlaufenden Schnittlinie P. Das Teil 10 besitzt zwei Reihen oder Gitter von Hgelmäßig verteilten Schlitzen und innenseitigen Ausnehmungen 9, die eine gewisse Elastizität verleihen, die insbesondere bei niedrigen Temperaturen zur Aufnahme der Abmessungsänderungen der Metallteile 1 und 10 ohne die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des optischen Elementes 2 notwendig'ist, da diese Abmessungsänderungen bei den Metallteilen 1 und 10 größer als bei dem aus Glas bestehenden Element 2 sind und zu einer Druckbeanspruchung des optischen Elementes wegen Verringerung des Zen-

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trierdurchmessers Dl führen. Die Schlitze begrenzen achtzig jeweils paarweise genau gegenüberliegende Sektoren 19, die sich elastisch verformen können, um die bei niedrigen Temperaturen auftretenden Durchmesseränderungen aufzunehmen und so die Einspannung oder Druckbeanspruchung auf einen zulässigen Wert begrenzen, der nicht zur Zerstörung des optischen Elementes führt. Dieses stützt sich über seinen Außenumfang auf den Sektoren 19 des Teiles 10 ab, während die Schlitze 17 und die Ausnehmungen 9 außerhalb der Auflagebereiche (CD in Figur 5) liegen. Die Abmessungen der Schlitze und der Sektoren sind derart bestimmt _s daß die entstehenden Verformungen mit der Grenze der elastischen Verformbarkeit des das Teil 10 der Passung bildenden Werkstoffs vereinbar sind. Somit bildet die besondere Ausgestaltung zufolge der Materialwahl des Teiles 12 und der verformbaren Sektoren des Teiles 10 ein elastisches Verbindungsmittel, das ohne Zerstörungsgefahr die Einhaltung der genauen Stellung und somit der Zentrierung des optischen Elementes unter erschwerten Umgebungsbedingungen gestattet. Die Figuren 3 und 4 stellen jeweils Schnitte längs einer dur ch den Bereich der. Schlitze gehenden Schnittlinie X bzw. längs einer außerhalb der Schlitze verlaufenden Schnittlinie Y dar.

Die Verbindungen mit dem Innenträger 3 sind in ähnlicher Weise ausgeführt und in den Figuren 3j 4 und 6 dargestellt. Der Innenträger 3 ist zentrisch in Bezug auf das optische Element 2 ausgerichtet und stützt sich auf diesem ab; die seitliche Auflage wird durch Anziehen einer Mutter 20 und über eine Scheibe 21 erreicht, deren eine Fläche der Form der Vorderfläche der Optik 2 angepaßt ist. Das Teil 22 bildet eine Abschlußkappe auf der dem Medium A zugewandten Seite des Innenträgers 3· Die Abdichtung zwischen den Medien A und B ist durch Ringdichtungen 23 und 24 sichergestellt. Die Abstützung in Durchmesserrichtung des optischen Elementes 2 erfolgt wie im vorhergehenden Fall über Sektoren 25 (EF in Figur 6, die einen Schnitt längs R darstellt), welche durch ein Gitter aus Schlitzen 26 erzeugt sind. Die Teile 2

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und 3 dehnen sich unterschiedlich temperaturabhängig aus, da sie aus unterschiedlichen Werkstoffen, nämlich einmal aus Glas, das andere Mal aus Metall, bestehen. Für hohe Temperaturen wird die Änderung des Zentrierdurchmessers D2 durch Ausdehnung, die für den Innenträger 3 größer ist, ohne das Risiko einer Beschädigung oder Zerstörung der Optik 2 durch Verformung dieser Anordnung aus den Schlitzen 26 und den Ausnehmungen 27 zwischen aufeinanderfolgenden Sektoren aufgenommen. Die bei einem Temperaturanstieg erzeugte elastische Verformung begrenzt den quer zur optischen Achse auf das optische Element 2 gerichteten Druck auf einen Wert, der für dieses optische Element 2 unschädlich ist. Die einander konjugiert entsprechende Wirkung der Verbindungsmittel des optischen Elementes 2 mit den Trägern 1 und 3 stellt eine exakte Positionierung des Elementes 2 auf der optischen Achse Z unter den vorgesehenen klimatischen und mechanischen Umgebungsbedingungen sicher, wobei das optische Element 2 den Innenträger 3 haltert.

Figur 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel der optischen Vorrichtung auf ein catadioptrisches System, in welchem die optische Kombination zwei Linsen 2 und 33 und zwei Spiegel 30 und 31 umfaßt. Der zweite Spiegel 30 wird durch den Innenträger 3 gehalten. Der Hauptspiegel 31 haltert einen zweiten Innenträger 32, der seinerseits eine Linse 33 trägt. Die mechanischen Verbindungen zwischen dem optischen Element 31 und den Trägern 1 und 32 sind in ähnlicher Weise ausgeführt, wie sie zuvor für die Teile 1, 2 und 3 beschrieben wurden.

Bei einer Vorrichtung oder einem optischen System nach der Erfindung sind die mechanischen Mittel, die die notwendige Verbindung zwischen den verschiedenen Trägern gewährleisten, aus einem transparenten Werkstoff und werden auf dem optischen Strahlengang der Lichtstrahlung durch optische Elemente der optischen Kombination gebildet; sie bewirken daher keine Abblendung zusätzlich zu der unvermeidlichen Abblendung, die auf die Innenträger

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zurückzuführen ist, welche in den durchbohrten oder sonstwie ausgesparten Teilen der optischen Elemente untergebracht sind. Bei einem System der in Figur 7 beschriebenen Art ist eine teilweise Abdeckung oder Abblendung ausschließlich auf den Eingangsinnenträger 3 zurückzuführen. Aus "Vereinfachungsgründen wurden die in den Figuren dargestellten optischen Verbindungselemente auf ein einziges, in seinem mittleren Bereich durchbohrtes optisches Element verringert, wobei selbstverständlich dieses Element für eine Vielzahl von Elementen stehen kann; beispielsweise können die Elemente 2 und 33 jeweils aus einer Linsengruppe bestehen. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die Innenträger nicht alle notwendigerweise eines oder mehrere optische Elemente der Kombination haltern müssen sondern auch zu anderen Zwecken verwendet werden können.

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24. September 1976

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Patentansprüche:

1. Optische Vorrichtung aus einer Kombination optischer Elemente, von denen ein erster Satz von einem ersten mechanischen Träger gehalten ist und wenigstens ein zur Aufnahme wenigstens eines zweiten, mit dem ersten Träger über den Strahlengang durchquerende mechanische Verbindungsmittel verbundenen Trägers durchbohrtes optisches Element umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß die mechanischen Verbindungsmittel im Strahlengang befindliche Teile umfassen, die aus wenigstens einem (2) der teilweise durchbohrten optischen Elemente bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Verbindungsmittel an den Trägern (1, 3) über mechanische Klemm- und Positionierorgane befestigt sind, die insbesondere eine bestimmte Elastizität haben, derart, daß die optische Zentrierung unter den klimatischen und mechanischen Umweltbedingungen, denen das betreffende Gerät ausgesetzt ist, sichergestellt ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Organe für jeden Träger mindestens ein mechanisches Teil (10, 3) mit verformbaren Sektoren (19, 25), auf denen sich die optischen Verbindungsmittel in Querrichtung abstützen, umfassen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß der erste Satz optischer Elemente ein in seinem mittleren Bereich durchbohrtes optisches Element (2) umfaßt, das die optischen Verbindungsmittel zwischen einem Außenträger (1) und einem Innenträger (3), entsprechend dem ersten bzw. dem zweiten Träger, bildet und die mechanischen Organe jeweils für jeden Träger ein zylindrisches Teil umfassen, das mit einer Doppelreihe regelmäßig verteilter Schlitze (17, 26) und durchbrochener Bereiche zur Erzeugung der Abstützungssektoren (19₃ 25) mit dem optischen Verbindungsmittel versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durchbohrte optische Element das optische Eintrittselement der optischen Kombination ist und daß die mechanischen Organe Dichtungen (14, 15, 16, 23, 24) zur Abdichtung des inneren Mediums (B) des betreffenden Gerätes gegenüber dem ausseren Medium (A) umfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Organe mindestens eine Unterlegscheibe (12) zur seitlichen Abstützung auf dem durchbohrten optischen Element umfassen und die Unterlegscheibe aus einem Kunststoff einer bestimmten Elastizität besteht.

7· Katoptrisch-dioptrisches System nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine durchbohrte Linse (2) umfaßt, die einen ersten Innenträger (3) hält, sowie einen durchbrochenen Hauptspiegel (3D, der einen zweiten Innenträger (32) hält, einen von dem ersten Innenträger gehaltenen, zweiten Spiegel (30) und wenigstens eine, von dem zweiten Innenträger gehaltene Linse (33), wobei der Außenträger (1) das Ganze über Verbindungen mit der ersten Linse und dem Hauptspiegel trägt.

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