DE3730094C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Linsenfassung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Linsenfassung ist aus dem Katalog SH 240 der Firma Spindler & Hoyer, Göttingen, 1980, S. 13, 31, 44-46, 75, 102 bekannt. In der bekannten Linsenfassung werden die Auflagepunkte z. B. durch Kreuzschlitten starr geführt. Das ist geeignet für reine Justieraufgaben. Ein Kreuzschlitten kann jedoch bei einer fein-justierbaren Linsenfassung keine hohen Stoßbelastungen auffangen, ohne daß sich die Linsen des optischen Systemes auch nur geringfügig verstellen.

Solche Fassungen dienen der präzisen mechanischen Halterung von optischen Elementen, z.B. den Linsen eines Objektivs, in genau bestimmten Positionen innnerhalb eines optischen Systems, und zwar in mehrfacher Hinsicht: Durch die Fassung werden z.B. die Linsen eines Objektivs in einer bestimmten Distanz zueinander gehalten, ferner in der korrekten radialen Position, in welcher das Linsenzentrum mit der optischen Achse des Systems zusammenfällt, sowie in der korrekten Neigung der Linsenebene rechtwinklig zur optischen Achse des Systems. Insbesondere bei Hochleistungsobjektiven haben schon geringfügige Abweichungen einer Linse bezüglich eines dieser drei Hauptkriterien unerwünschte Systemfehler zur Folge. In Linsensystemen erfolgt daher nach dem Zusammenbau eine Feinkorrektur der Linsenjustierung, bei welcher einzelne, insbesondere das System kritisch beeinflussende Linsen hinsichtlich ihrer Relativposition korrigiert werden. Nur durch diese Maßnahmen läßt sich der Gesamtfehler eines Linsensystems unter Berücksichtigung aller Fertigungstole­ ranzen der einzelnen Linsen sowie der beteiligten mecha­ nischen Bauteile optimal korrigieren. Von besonderem Einfluß bei der Korrektur im zusammengebauten Zustand eines Hochleistungsobjektivs ist die korrekte Linsenneigung, also die Lage der Linsenebene rechtwinklig zur optischen Achse des Systems. Ebenso ist die Zentrierung des Linsenkörpers zur optischen Achse von erheblichem Einfluß auf die Genau­ igkeit des Systems.

Gemäß dem Stand der Technik werden die Linsen von präzi­ sionsobjektiven in sehr genau hergestellte Fassungen ein­ gesetzt bzw. eingepaßt. Die Abstände der Einzellinsen werden durch fixe oder abstimmbare Zwischenringe gewähr­ leistet. Statt des direkten Einfügens der Linsen in eine Gesamtfassung sind auch Hilfsfassungen für die Einzellinsen bekannt, in welche die Linsen mit Hilfe mechanischer Mittel, durch Einkleben oder sonstige Haftmittel eingebettet werden. Dabei sind auch Vorrichtungen bekannt, um die Einflüsse der unterschiedlichen Materialien, z.B. bezüglich ihres Wärme­ ausdehnungskoeffizienten, auszugleichen, ohne daß die Linsenkörper dabei Schaden nehmen oder die optischen Eigen­ schaften des Systems unzulässig verändert werden. Für das Einbauen der aus Linse und Hilfsfassung bestehenden Kombi­ nation in die Hauptfassung gelten bezüglich der Genauigkeit des Gesamtsystems die gleichen Kriterien wie anfangs allge­ mein erwähnt. Die gewünschten Abstände zwischen den Einzelelementen werden z.B. durch entsprechende Gestaltung der Hilfsfassungen oder durch nicht verstellbare Distanzelemente eingestellt. Beispiele für Linsensysteme, welche nach dem zuletzt erwähnten Prinzip aufgebaut sind, sind aus der DE-OS 15 72 729 bekannt.

Aus GB-PS 15 28 084 ist eine federnde Lagerung von Einzellinsen in axialer Richtung bekannt. Dabei werden die Linsen spielfrei an eine Auflage im Fassungskörper gepreßt, wobei auf der Gegenseite der Auflage, in axialer Richtung gesehen, ein Federring vorzugsweise an einzelnen Punkten der Linsenfläche angreift und damit den Linsenkörper gegen die Auflage drückt. Sind die Linsen einmal im Fassungskörper montiert, lassen sie sich anschließend nicht mehr fein-justieren, wie dies für hochpräzise Systeme erforderlich ist.

Andererseits ist aus FR-OS 24 28 852 eine Fassung mit einem Federring bekannt, der an der Peripherie des Linsenkörpers angreift und den Linsenkörper axial bezüglich des Fassungskörpers zentrieren soll. Damit soll ein Achsenversatz zwischen der optischen Achse der Linse und der mechanischen System-Achse aufgefangen werden. Dieser Vorschlag genügt nicht zur reproduzierbaren Feinkorrektur von Systemfehlern, die sich durch fertigungsbedingte Toleranzen der Einzellinsen einstellen, insbesondere bei den oben genannten hohen Genauigkeitsanforderungen.

Insgesamt genügt keine der bisher vorgeschlagenen Lösungen zur Feineinstellung einzelner Elemente eines optischen Systems bezüglich der eingangs erwähnten Kriterien, wie dies z.B. für die Linsen von Hochleistungsobjektiven erforderlich ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fassung für optische Elemente zu schaffen, welche das individuelle Justieren von optischen Einzelelementen innerhalb eines optischen Systems erlaubt, um die Elemente äußerst genau zentrieren zu können und sie insbesondere bezüglich des Winkels zur optischen Achse des Systems ausrichten zu können, wobei die Justierung auch bei Schock- und Vibrationsbeanspruchungen aufrechterhalten bleiben soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patent­ anspruch 1 definierten Merkmale gelöst.

Durch diese Maßnahme lassen sich einzelne optische Elemente besonders einfach und zuverlässig ausrichten, wobei die Justierung im zusammengebauten Zustand des Systems von aus­ sen erfolgen kann. Dadurch wird die Justierung insbesondere von Hochleistungsobjektiven erheblich vereinfacht und die Zuverlässigkeit für eine optimale Justierhaltung erhöht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1A und 1B Schnitt und Aufsicht für ein erstes Aus­ führungsbeispiel einer Linsenfassung,

Fig. 2 eine exzentrische Verstelleinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3A und 3B Schnitt und Aufsicht für ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Teilansicht der Justiereinrichtung für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3A und 3B, und

Fig. 5A und 5B Schnitt und Aufsicht für eine Justierein­ richtung einer Hilfsfassung in einer Hauptfassung.

Die im folgenden anhand der Beispiele näher beschriebene Linsenfassung sieht im wesentlichen eine Hilfsfassung vor, welche wiederum in eine andere Systemkomponente, eine Hauptfassung eingesetzt ist. Die Hilfsfassung weist dabei Verstelleinrichtungen zum Justieren in drei Freiheitsgraden auf. Insbesondere ist sie mit Justierelementen für die Winkelausrichtung des gefaßten optischen Elementes und für die individuell einstellbare gegenseitige Abstandshaltung längs der optischen Achse versehen.

Vorzugsweise befinden sich zwischen der Hilfsfassung und der Hauptfassung zweite Justiermittel, so daß die Hilfsfassung mit dem optischen Element relativ zur Hauptfassung in den drei restlichen Freiheitsgraden, insbesondere in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse, also z.B. in X- und Y- Richtung, mit der optischen Systemachse als Z-Achse, jus­ tierbar ist.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1A und 1B ist eine Linse 1 in einer Hilfsfassung 2 gefaßt. An der äußeren Peripherie der Hilfsfassung 2 sind im Beispiel drei exzentrische Verstelleinrichtungen 4 A, 4 B und 4 C vor­ gesehen. Der Exzenter dieser Verstelleinrichtung liegt an einer Basis 3 an, welche im bevorzugten Beispiel durch die später näher beschriebene Hauptfassung dargestellt wird. Eine Druckfeder 5 im Bereich jeder der exzentrischen Ver­ stelleinrichtungen 4 sorgt für einen Gegendruck auf die Hilfsfassung 2, wodurch die Verstelleinrichtung spielfrei gegen die Basis 3 gedrückt wird.

Im bevorzugten Beispiel hat der Exzenter der Verstell­ einrichtung die Form einer archimedischen Spirale. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Verstelleinrichtung 4 mit einem Schlitz 6 versehen, so daß sich die Verstelleinrichtung 4 von außen mit einem geeigneten Werkzeug, z.B. mit einem Schrauben­ zieher, verstellen läßt.

Durch Einzelverstellung einer der drei Verstelleinrichtungen 4 A, 4 B, 4 C läßt sich die Linsenebene rechtwinklig zur op­ tischen Achse Z des Systems justieren. Durch gemeinsame gleich gerichtete Verstellung aller drei Verstelleinrich­ tungen 4 A, 4 B, 4 C läßt sich die Distanz zum nächsten Element des Systems regulieren. Die gemeinsame Verstellung kann beispielsweise durch eine nicht näher dargestellte Hilfsvorrichtung erfolgen, welche gleichzeitig in die Schlitze 6 der drei Verstelleinrichtungen 4 A, 4 B, 4 C ein­ greift und eine koordinierte Verstellung vornimmt.

Die Fig. 3A, 3B und 4 zeigen ein weiteres Ausführungs­ beispiel, in welchem die Verstelleinrichtungen als Kugeln 11 ausgebildet sind, welche in Kugelpfannen 12 und 13 an der Hilfsfassung 2 bzw. an der Basis 3 liegen. Gemäß Fig. 4 kann die Kugelpfanne 12 mit Hilfe eines Käfigs 14 direkt an der Hilfsfassung 2 angebracht sein.

Zum Justieren können entweder Kugeln mit unterschiedlichen Durchmessern in die einzelnen Pfannen eingesetzt werden, wodurch sich die Winkellage der Linsenebene gegenüber der optischen Achse Z einstellen läßt, oder es können alle Kugeln ersetzt werden durch neue Kugeln, deren Durchmesser sich um den gleichen Betrag von den alten Kugeldurchmessern unterscheidet, um so den Abstand zu einem Nachbarelement auf den gewünschten Wert einzustellen. Sofern es sich im Einzel­ fall als zweckmäßig erweist, können die Durchmesser der Kugeln konstant bleiben und statt dessen die Kugelpfannen 12 bzw. 13 durch entsprechendes Abschleifen oder durch Auf­ weiten von Zentralbohrungen 15, 16 verändert werden.

Anstelle von Kugeln und Pfannen können auch beliebige andere Formelement-Paare mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden.

Gemäß den Fig. 5A und 5B ist die in Fig. 5A strichpunk­ tiert gezeichnete Hilfsfassung 22 in einer Hauptfassung 23 in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse Z justierbar. Zu diesem Zweck sind an der Hauptfassung zweite Verstellein­ richtungen 24 A und 24 B vorgesehen, welche durch diametral gegenüberliegende Druckfedern 25, 26 ergänzt sind, so daß die Hilfsfassung 22 unter dem Einfluß der Druckfedern 25, 26 gegen die zweiten Verstelleinrichtungen 24 A, 24 B gepreßt wird. Die zweiten Verstelleinrichtungen 24 A, 24 B können wiederum als Exzenter, vorzugsweise in Form von archime­ dischen Spiralen, ausgebildet sein. Über einen Schlitz 27 lassen sich die Exzenter von außen, z.B. mit Hilfe eines Schraubenziehers, verstellen. Wie in Fig. 5B angedeutet, ergibt sich so eine Verstellmöglichkeit über die zweite Ver­ stelleinrichtung 24 A in X-Richtung und über 24 B in Y- Richtung. Außerdem läßt sich die Hilfsfassung innerhalb der Hauptfassung um die optische Achse Z verdrehen.

Die Kontaktstellen zwischen den Verstelleinrichtungen und den zu verstellenden Teilen sind von einwandfreier kinema­ tischer Gestaltung. Z. B. sind sie als Gleitflächen an zwei um 90 Grad gegeneinander verdrehten Zylinderflächen ausge­ bildet, welche sich nur an genau einem Punkt berühren.

Insbesondere die Kombination Kugel/Pfanne erlaubt einen spielfreien Kontakt zwischen den Verstellvorrichtungen und den zu verstellenden Teilen und, vorzugsweise in Verbindung mit den Gegendruckelementen, eine exakte Positionshaltung, auch bei Schock- und Vibrationsbeanspruchung.

Claims (7)

1. Linsenfassung in einem optischen System, mit einer Hilfsfassung (2, 22) und mit mehreren Auflagepunkten der Hilfsfassung (2, 22) an anderen Systemkomponenten (3), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfsfassung (2, 22) und in axialer Richtung daran anliegenden anderen Systemkomponenten (3) eine parallel zur optischen Achse (Z) des Systems wirkende federelastische Dreipunktauflage mit federnd gespannten und an den drei Auflagepunkten individuell einstellbaren Distanzelementen (4 A, 4 B, 4 C; 11) angebracht ist.

2. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfsfassung (2) und der anderen Systemkomponente (3) quer zur optischen Achse wirkende, federndgespannte zweite einstellbare Distanzelemente (24 A, 24 B) zur Parallelverschiebung der Hilfsfassung (22) quer zur optischen Achse (Z) vorgesehen sind.

3. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Distanzelemente (4 A, 4 B, 4 C) stufenlos verstellbare Exzenter sind.

4. Fassung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente (4 A, 4 B, 4 C) Exzenter in Form einer archimedischen Spirale ausgebildet ist.

5. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stufenweise einstellbare erste Distanzelemente (11) mit Zentriereigenschaften vorgesehen sind.

6. Fassung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente Kugeln (11) mit individuell wählbarem Durchmesser vorgesehen sind, welche zwischen Kugelpfannen (12, 13) klemmbar sind, wobei eine Kugelpfanne (13) an der Hilfsfassung (2) und die andere Kugelpfanne (12) an der anderen Systemkomponente (3) abgestützt ist.

7. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsfassung (2) innerhalb der anderen Systemkomponente (3) um die optische Achse (Z) verdrehbar ist.