DE3205040A1

DE3205040A1 - Reflexionsspiegel fuer ein optisches geraet

Info

Publication number: DE3205040A1
Application number: DE19823205040
Authority: DE
Inventors: Mikio Nakasugi; Keijiro Kanagawa Nishida; Norihisa Tokyo Saito; Naoki Koshigaya Saitama Shirai; Yoji Yokohama Kanagawa Sugiura; Kimio Machida Tokyo Takahashi; Hironori Chigasaki Kanagawa Yamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1982-10-07
Also published as: DE3205040C2; JPS57133402A; US4556285A

Description

Tn.. - IA- -. ■■ Patentanwälte und

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f^ _n \f^,.:.. .,,:.. ..:.. Dipl.-Ing. H.Tiedtke

Grupe - Pellmann - CaRAMS ■ Dipi.-chem. g.

Dipl.-Ing. R. Kinne _3_ DipL-lng. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

12. Februar 1982 DE 1851 10

Canon Kabushiki Kaisha Tokyo / Japan

Reflexionsspiegel für ein optisches Gerät

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reflexionsspiegel für ein optisches Gerät und insbesondere auf einen Reflexionsspiegel für eine einäugige Spiegelreflexkamera.

Zur Erläuterung des Standes der Technik wird schon hier auf die Zeichnungen Bezug genommen, und zwar auf Fig. 1, die ein Beispiel für einen herkömmlichen, unter 45° angeordneten Reflexionsspiegel mit Totalreflexion für eine einäugige Spiegelreflexkamera zeigt. Dieser Reflexionsspiegel umfaßt ein poliertes und beschichtetes Glas 1, das von einer aus Metall gestanzten und gebogenen Platte 2 getragen wird. Das Glas 1 ist an der Platte 2 mittels eines Klebemittels befestigt und wird ferner von Haltefedern 3 in Form von Blattfedern gehalten, die mit der Platte 2 auf

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geeignete Weise verbunden sind, beispielsweise durch Verstemmen, Schweißen oder Nieten. An zwei zusätzlichen Trägern 6, die auf geeignete Weise fest mit der Platte 2 verbunden sind, sind Lagerzapfen 4 sowie ein Hochschwenkstift 5 angebracht. Was allein die wesentlichen Teile angeht, erfordert die Spiegelbaugruppe somit 14 Bauteile, wobei sie außerdem eine komplizierte Form hat. In seiner festgelegten Position muß der Reflexionsspiegel so eben sein, daß dies optisch ausreichend ist. Um dies zu erreichen, muß nicht nur das Glas 1 sondern auch die Platte 2 aus Metall durch maschinelle Bearbeitung sehr eben gemacht worden sein, was den Nachteil hat, daß die Herstellungskosten hoch sind. Das Ankleben des Glases führt dazu, daß das Klebemittel beim Festwerden schrumpft und dadurch die Ebenheit verschlechtert wird. Ferner führen Änderungen der Umgebungstemperatur aufgrund des Unterschiedes zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas und Metall zu einer Beeinträchtigung der Ebenheit oder sogar dazu, daß sich das Glas von der Platte aus Metall abschält. Ferner kann es unter schwierigen Einsatzbedingungen zu Rissen oder dergleichen im Glas kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reflexionsspiegel zu schaffen, der es ermöglicht, die Nachteile zu vermeiden, die sich beim herkömmlichen Reflexionsspiegel ergeben. Dazu gehört der Nachteil der großen Anzahl von Zusammenbauschritten wegen der

großen Anzahl der benötigten Bauteile. Ferner gehört dazu der Nachteil der großen Anzahl maschineller Bearbeitungsvorgänge, die wegen der großen Anzahl von Bauteilen mit hohen Genauigkeitsanforderungen notwendig sind. Diese Nachteile tragen zu einer Erhöhung der Herstellungskosten bei. Ein weiterer Nachteil liegt

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darin, daß das geforderte Qualitätsmaß nicht mit Sicherheit erreicht wird, weil der herkömmliche Reflexionsspiegel aus Glas besteht und die Position, in der das Glas schließlich befestigt ist, durch die Verwendung des Klebemittels stark beeinfluß wird.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Reflexionsspiegel gelöst. Ferner ist in den Patentansprüchen eine erfindungsgemäß ausgebildete Spannvorrichtung unter Schutz gestellt.

Ein AusführungsbeispieT der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen, unter 45° angeordneten Reflexionsspiegels mit Totalreflexion für eine einäugige Spiegelreflexkamera;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Reflexionsspiegels, der als unter 45 angeordneter Reflexionsspiegel mit

Totalreflexion für eine einäugige Spiegelreflexkamera geeignet ist;

Fig. 3 einzelne Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Reflexionsspiegels gemäß

Fig. 2, wobei Fig. 3a eine perspektivische Ansicht eines Strangpreßlings aus einem Spiegelwerkstoff ist, Fig. 3b eine ähnliche Ansicht eines Werkstücks ist, das durch Stanzen mittels einer Presse erhalten worden ist, und wobei Fig. 3c

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eine ähnliche Ansicht eines Werkstücks

ist, nachdem dieses mittels einer Presse gebogen und mit Löchern versehen worden ist; und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, die bei der maschinellen Bearbeitung eines plattenförmigen Spiegelkörpers aus Metall bis zur Spiegelglätte einsetzbar ist.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem es sich um einen Reflexionsspiegel für eine Kamera handelt. Ein Verfahren zum Herstellen des Reflexionsspiegels gemäß Fig. 2 umfaßt die folgenden Schritte: Ziehen bzw. Strangpressen eines Nichteisenmetalls wie beispielsweise Aluminium in die Form gemäß Fig. 3a, anschließendes Stanzen, Biegen, Abschrecken und Lochen des Spiegelkörpers in der Weise, daß eine Lagerwelle und ein Betätigungsstift anbringbar sind (Fig. 3b), anschließendes maschinelles Bearbeiten der Reflexionsfläche bis zur Spiegelglätte, Beschichten und danach Aufbringen eines reflexionshemmenden Überzugs auf die Rückseite und die Seitenflächen des Spiegelementes (Fig. 3c). Als Werkstoff kann ein Material mit einem Reflexionsfaktor von mehr als 85 % für weißes Licht (Wellenlängen 400 bis 700/um) bei einem Einfallswinkel von 45 dienen. Unter Berücksichtigung der Forderung nach geringem Gewicht, leichter Bewegbarkeit

^O und günstiger Herstellungsmöglichkeit werden vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Nickel und ihre Legierungen benutzt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zeigt einen einheitlichen Spiegelkörper 8, einen Betätigungsstift

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22, der zum Hochschwenken des Spiegels dient, eine Lagerwelle 23 für den Spiegel und einen Abschnitt 8a mit einer maschinell bearbeiteten, glatten Spiegelfläche .

In einer einäugigen Spiegelreflexkamera nimmt der Spiegel beispielsweise bei der Lichtmessung die in Fig. 2 gezeigte Stellung ein. Bei Betätigung eines Auslösers des Kameraverschlusses schlägt ein am Kämeragehäuse bewegbar angebrachter Hebel gegen den Betätigungsstift 22, so daß dadurch der Spiegel um die Lagerwelle 3 nach oben geschwenkt wird. Diese Aufwärtsbewegung des Spiegels erfolgt mit gleichmäßiger Beschleunigung und hat die größte Geschwindigkeit bei einem

¹^ Schwenkwinkel von ungefähr 45 . Die hierfür benötigte Zeit liegt in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 see. Am Ende der Bewegung trifft der Spiegel auf einen Anschlag, wobei dies von einem kräftigen Stoß begleitet ist. Bei herkömmlicher Ausbildung kann es daher dazu kommen, daß sich das Glas von der tragenden Platte abschält, daß der Spiegel seine Position ändert oder daß Risse auftreten. Beim erfindungsgemäßen Spiegel aus einem einheitlichen Metallkörper dagegen treten derartige Störungen oder Schäden wegen des Nichtvor-

²^ handenseins einer geklebten Fläche nicht auf.

Ferner führt bei herkömmlicher Ausbildung eine Änderung der Umgebungstemperatur aufgrund des Unterschiedes zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten

von Metall (Eisen bzw. Stahl) und Glas - diese unterscheiden sich annähernd um den Faktor 2 - trotz der Tatsache, daß die Klebstoffzwischenschicht eine gewisse Puffer- bzw. Dämpfungswirkung hat, wegen des Bimetalleffektes

zu einer Beeinträchtigung der Ebenheit. 35

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Im Falle des einheitlichen Metallkörpers besteht dagegen nicht die Möglichkeit, daß Verformungen auftreten, sofern die Wärmebehandlung, beispielsweise beim Abschrecken, bei einer Temperatur durchgeführt worden ist, die um ungefähr 10 bis 2O°C höher als der obere Grenzwert der Umgebungstemperatur liegt. Beim herkömmlichen Vorgehen entstehen während der Herstellung aus der Verwendung der Klebstoffschicht Schwierigkeiten, weil die Klebstoffschicht die Ebenheit ebenfalls verringert. Auch diese Schwierigkeiten werden durch die Ausbildung in Form eines einheitlichen Metallkörpers behoben.

Beim Herstellen wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, das extrudierte Werkstück gestanzt, gebogen, perforiert und mit Löchern versehen, um einen Spiegelrohling zu erzeugen, wobei zu diesem Zweck übliche Metallverarbeitungsmaschinen eingesetzt werden. Abschließend wird am Spiegelrohling maschinell eine Spiegelfläche ausgebildet und wird eine Oberflächenbeschichtung

aufgebracht, um die Spiegelfläche zu schützen. Dabei ist zu beachten, daß die Anzahl der erforderlichen Schritte beim maschinellen Bearbeiten und beim Zusammenbau deutlich verringert ist, was den Vorteil ²^ mit sich bringt, daß eine Kostensenkung erreicht werden kann.

Im folgenden wird das Herstellungsverfahren vom Schritt des Ziehens eines metallischen Werkstoffs in die Form

gemäß Fig. 3a bis zum Schritt des Herstellens des Spiegels gemäß Fig. 3c ausführlicher erläutert.

Zunächst wird Aluminium in eine flache, plattenartige Form gezogen bzw. stranggepreßt, wie dies in Fig. 3a erkennbar ist. Der Spiegelkörper 8 weist einen dickeren

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Abschnitt 8b und den dünneren Abschnitt 8a auf (siehe Fig. 3a). Damit soll unter anderem Austauschbarkeit mit dem herkömmlichen Glasspiegel erreicht werden. Der herkömmliche Glasspiegel muß verhältnismäßig dick sein, weil andernfalls keine ausreichende Festigkeit erreicht werden kann. Dagegen kann der erfindungsgemäße Metallspiegel wegen seiner im Vergleich zum Glasspiegel größeren Festigkeit dünner ausgebildet sein.

Damit der Spiegelkörper 8 mittels eines Scharniers schwenkbar von Kameragehäuse getragen werden kann, ist der Abschnitt 8b etwas verdickt. ■

Das gezogene, plattenförmige Werkstück wird danach mittels einer Presse zu dem in den Fig. 3b und 3c gezeigten Körper mit Spiegelform gestanzt.

Die Oberseite des Spiegelkörpers gemäß Fig. 3c wird maschinell bearbeitet und so behandelt, daß sie spiegelglatt ist. Diese Behandlung umfaßt maschinelle Oberflächenbearbeitungsvorgänge, Waschvorgänge und Vakuumbedampfung.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Spannvorrichtung, die speziell zu dem Zweck entwickelt worden ist, auf der Oberseite des metallischen Spiegelkörpers ·Spiegelglätte zu erzeugen.

. Ein in einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendbarer Reflexionsspiegel weist eine reflektierende Fläche von ungefäht 25 mm χ 35 mm auf und hat eine Dicke von 1 bis 2 mm. Das geforderte Ebenheitsmaß beträgt 1,5/1000 mm bzw. 5 Newtonsche Ringe.

Es ist daher sehr schwierig, die Oberfläche des Spiegelkörpers so genau maschinell zu bearbeiten, daß der

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geforderte Ebenheitsgrad erreicht wird, wenn der Spiegelkörper von einer herkömmlichen Spannvorrichtung gehalten wird.

Zur Erfindung gehört eine Spannvorrichtung, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Es hat sich erwiesen, daß eine unter Verwendung dieser Spannvorrichtung maschinell bearbeitete Fläche ausreichende Genauigkeit hat.

Die in Fig. 4 gezeigte Spannvorrichtung umfaßt einen Vorrichtungskörper 10, auf den der plattenförmige Spiegelkörper 8 gesetzt wird, nachdem die Stanz- und Preßvorgänge so weit ausgeführt worden sind, daß das Werkstück gemäß Fig. 3c vorliegt. Der Vorrichtungskörper 10 weist eine Arbeitsfläche 10a auf, die mit Anschlägen 10b und 10c versehen ist, gegen die die zwei Seiten 8c und 8d des plattenförmigen Sp'iegelkörpers 8 gedrückt werden. Zur Spannvorrichtung gehören ferner zwei Spannelemente 12 und 14, denen jeweils eine Halteschraube 12a bzw. 14a zugeordnet ist und die im Zusammenwirken mit den Anschlägen 10b und 10c den plattenförmigen Spiegelkörper 8 stationär festhalten.

Nachdem der plattenförmige Spiegelkörper 8 auf der Arbeitsfläche 10a des Vorrichtungskörpers 10 angebracht worden ist, kann er maschinell bearbeitet werden. Dabei ist folgendes zu beachten. Es ist zwar für genaue Ebenheit der Arbeitsfläche 10a gesorgt, die Vorderseite und die Rückseite des plattenförmigen Spiegelkörpers 8 sind jedoch noch nicht ebenmäßig und mehr oder weniger uneben oder wellig. Wenn ein solcher Spiegelkörper 8 auf die Arbeitsfläche 10a gesetzt wird und allein mittels der Spannelemente 12 und 14 festgespannt wird, ist es unmöglich, durch die maschinelle Bearbeitung eine ausreichende Ebenheit zu erzielen.

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Grundsätzlich kann hier die Anwendung des Ansaugverfahrens zum Festhalten des plattenförmigen Spiegelkörpers 8 an der Arbeitsfläche 10a helfen, wobei dann eine Unterdruck- bzw. Saugpumpe an eine Vielzahl von Sauglöchern in der Arbeitsfläche 10a angeschlossen ist. " . " . .

Eine solche Anordnung von Sauglöchern scheint zunächst wirkungsvoll zu sein. Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß dann, wenn die Rückseite des plattenförmigen Spiegelkörpers 8 nicht innerhalb der vorgegebenen Ebenheitstoleranz liegt, durch die maschinelle Bearbeitung der Vorderseite nicht das geforderte Ebenheitsmaß über die gesamte Fläche des Spiegelkörpers 8 erreicht werden kann.

Zur Behebung dieses Problems ist gemäß der Erfindung das folgende Vorgehen vorgesehen, durch das bei einem metallischen Werkstück eine Oberflächengenauigkeit ^O erreicht werden kann, die für den Reflexionsspiegel einer Kamera ausreicht. Erfindungsgemäß ist ein ringförmiges Saugloch 1Od ziemlich genau im mittleren Abschnitt desjenigen Bereichs der Arbeitsfläche 10a des Vorrichtungskörpers 10 vorgesehen, auf den der plattenförmige Spiegelkörper 8 gesetzt wird. Dieses Saugloch 1Od ist an eine nicht dargestellte Saugpumpe angeschlossen, so daß der Spiegelkörper 8 vom angelegten Unterdruck an der Arbeitsfläche 10a festgehalten wird. Gleichzeitig mit dem Beginn des Ansaugens werden

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die Spannelemente 12 und 14 derart betätigt, daß sie den Spiegelkörper 8 gegen die Anschläge 10b und 10c drücken.

Danach wird dann der Vorrichtungskörper 10 an einer

Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Fräsmaschine,

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angebracht. Während der Vorrichtungskörper als Ganzes in Richtung der Pfeile hin- und herbewegt wird, wird die Vorderseite des Spiegelkörpers 8 beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Fräsers bearbeitet.

Es ist festgestellt worden, daß bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Spannvorrichtung für den Spiegelkörper das vorstehend genannte Ebenheitsmaß mit der gewünschten Genauigkeit erreicht werden kann.

Im Anschluß an die spanabhebende Bearbeitung erfolgt eine Naßreinigung. Die Naßreinigung hat zum Ziel, Öl und Staub zu entfernen. Dieses Waschen bzw. Naßreinigen erfolgt mit Furon-Lösungs-bzw. Reinigungsmittel.

Der auf diese Weise gereinigte, plattenförmige Spiegelkörper wird dann im Vakuum bedampft, wodurch eine reflektierende Beschichtung auf die zuvor maschinell bearbeitete Oberfläche aufgebracht wird. Als Vakuumbedampfungsmittel kann Magnesiumfluorid (MgF„) für die erste Lage und Ceroxid (CeO_) für die zweite Lage benutzt werden. Die Gesamtdicke beträgt ungefähr 1500 A. Die Dicken der ersten Lage und der zweiten Lage werden auf geeignete Weise so gewählt, daß sich ein maximaler Reflexionsfaktor ergibt.

Die Folge der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte führt zum fertigbearbeiteten Reflexionsspiegel. Als eine günstige Auswirkung der Verwendung eines metallischen Werkstoffs zur Herstellung des Reflexionsspiegeis sei auf die einfache Rückseitenbehandlung des Reflexionsspiegels hingewiesen. Beim herkömmlichen Glasspiegel ist es erforderlich, zur Lichtabschirmung auf die Rückseite des Spiegels schwarzes, lichtundurchlässiges Papier zu kleben. Im Falle des Metallspiegels

braucht lediglich ein schwarzer Überzug aufgebracht

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zu werden, so daß die Herstellungskosten dementsprechend geringer sind.

Bei optischen Reflexionssystemen wird in der Regel so verfahren, daß die auf einer Seite beschichtete Glasplatte am Träger bzw. der Platte aus Metall angeklebt wird. Da durch das Klebe- bzw. Bindemittel die Ebenheit beeinträchtigt wird, ist es notwendig, die axiale Ausrichtung und andere Justierungen später nachzustellen. Im Gegensatz dazu besteht der Träger bzw. die Basis des erfindungsgemäßen Reflexionsspiegels aus einem weichen Metall, was es ermöglicht, die Spiegelfläche fertig zu fräsen oder auf andere Weise maschinell zu bearbeiten, so daß es möglich ist, den Spiegel mit der beispielsweise durch Fräsen hervorgerufenen Genauigkeit in seine Einbauposition zu bringen, in der er (ohne NachJustierungen) auf der Optischen Achse ausgerichtet ist. Für die üblichen Einsatzbedingungen kann reines Aluminium benutzt werden. Wenn dies geschieht, kann die Oberflächenbeschichtung weggelassen werden. Die Erfindung bringt somit den Vorteil mit sich, daß die Präzision erhöht werden kann und zugleich die Herstellungskosten gesenkt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Spiegelfläche auf einfache Weise eine asphärische Form gegeben werden kann, wodurch die Anzahl der benötigten Linsenelemente verringert 'werden kann.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Verwendung eines weichen Metalls für den Spiegel ergibt, besteht darin, daß gleichmäßigere Qualität erreicht wird, weil der Klebevorgang nicht mehr notwendig ist, der mit einer erheblichen Ungewißheit behaftet ist.

Beim Einsatz führen Stöße oder Temperaturänderungen nicht zu verringerter Genauigkeit oder zu Schaden

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durch Abschälen.

Die Anzahl der Bauelemente ist sehr gering, und auch die Anzahl der mit engen Toleranzen herzustellenden Teile ist verringert. Ferner eignet sich der Spiegel selber für Herstellungstechniken mit sehr niedrigen Stückkosten, was zu einer Verringerung der Herstellungskosten beiträgt.

Bei der Erfindung handelt es sich somit im wesentlichen um einen Reflexionsspiegel für ein optisches Gerät und ein Verfahren zur Herstellung eines Reflexionsspiegels aus einem metallischen Werkstoff und nicht aus einem Werkstoffsystem mit Glas. Ferner gehört zur Erfindung eine Spannvorrichtung zur maschinellen Spiegelbearbeitung an einer Metallplatte mit sehr hoher Genauigkeit.

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Claims

Patentansprüche

(l/ Reflexionsspiegel für ein optisches Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Spiegelkörper (8) aus einem Nichteisenmetall aufweist., das in eine flache, plattenartige Form gebracht worden ist, und daß auf einer flachen Seite des Spiegelkörpers durch maschinelle Bearbeitung Spiegelglätte erzeugt und danach eine Beschichtung aufgebracht worden ist, so daß diese Seite eine reflektierende Fläche ist und der Reflexionsspiegel aus einem einzigen Teil besteht,
2. Reflexionsspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er für eine Kamera bestimmt ist und aus einem Aluminiumwerkstoff besteht.
3. Spannvorrichtung für einen Reflexionsspiegel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Vorrichtungskörper (10) mit Bezugsflächen oder Bezugspositionen (10b, 10c), auf den der flache, plattenartige Spiegelkörper gesetzt werden kann, wobei die Bezugspositionen für eine bestimmte Ausrichtung des Spiegelkörpers sorgen, eine am Vorrichtungskörper

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ausgebildete Arbeitsfläche (10a), die mit einem Saugloch (lOd) versehen ist, das in einem im wesentlichen mittigen Abschnitt des Arbeitsbereichs der Arbeitsfläche ausgebildet ist, damit der Spiegelkörper durch Unterdruck festgehalten werden kann, und Spannmittel (12, 14), mit deren Hilfe der Spiegelkörper gegen die Bezugsflächen bzw. Bezugspositionen gedrückt wird.