DE3884293T2

DE3884293T2 - Vorrichtung zum Halten einer optischen Linse in einer erwünschten Position in einer Linsenfassung bei wechselnder Temperatur.

Info

Publication number: DE3884293T2
Application number: DE88850182T
Authority: DE
Inventors: Karl Johan Olov Hasselskog
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1987-07-03
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2008-05-27
Also published as: EP0298058B1; DE3884293D1; SE458072B; SE8702765L; EP0298058A1; US4850674A; SE8702765D0

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung, wie im Anspruch definiert ist.

STAND DER TECHNIK

In Optischen Instrumenten ist es unerläßlich, daß die Linsen eines Instruments eine gut definierte Position in ihren Linsenhaltern aufweisen und daß das Instrument ein geringes Gewicht besitzt. Bei Instrumenten, die Temperaturveränderungen ausgesetzt sind, treten oft Probleme auf, aufgrund der Tatsache, daß sich der lineare Ausdehnungskoeffizient der Linse von denjenigen des Linsenhalters unterscheidet. Ein Spiel kann zwischen der Linse und dem Halter existieren oder die Linse kann Druckspannungen ausgesetzt sein und so deformiert werden, daß ihre optische Leistungsfähigkeit verändert wird. Beispielsweise besteht ein Durchmesserunterschied von 0,17 mm zwischen der Linse und dem Halter fur eine Glaslinse von 110 mm Durchmesser und einen Halter aus Aluminium für eine Temperaturdifferenz von 110º. Die zulässige radiale Bewegung der Linse wird nur 0,024 mm betragen, jedoch für eine Brennweite von 20 mm und einer zulässigen Winkelabweichung von 0,2 mrad in der Linse. Es ist vorgeschlagen worden, den Linsenhalter aus einem Material herzustellen, welches einen linearen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der eng mit demjenigen der Linse übereinstimmt. Titan ist ein geeignetes Material für eine Glaslinse, aber dieses Material ist beispielsweise teuer und wesentlich schwerer als Aluminium. Es ist auch vorgschlagen worden, die Linse in einem radial federnden bzw. elastischen Halter zu befestigen, wie in dem japanischen Patent Nr. 59-31914 dargestellt ist. Es ist jedoch festgestellt worden, daß die Genauigkeit dieser Art von Linsenhalter in vielen Instrumentenanwendungen unzureichend ist. Ein alternativer elastischer Linsenhalter für eine Kunststofflinse ist in dem amerikanischen Patent 4 506 951 gezeigt. In diesem Halter ist die Linse mit einem dünnen sich um die Linse herum erstreckenden Kantenteil ausgebildet und ist in einer radialen Richtung elastisch deformierbar. Der Linsenhalter kann jedoch nicht auf eine Glaslinse angewendet werden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die oben beschriebenen Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung durch eine optische Einrichtung wie im Anspruch 1 angegeben gelöst.
Die optische Einrichtung besitzt die kennzeichnenden Merkmale, die in den beiliegenden Ansprüchen offenbart sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit einer Zeichnung ausführlich beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Linsenhalters mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
Fig. 2 eine Perspektivische Ansicht der Halteeinrichtung, die in der Einrichtung enthalten ist;
Fig. 3 einen Längsschnitt einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 4 eine Seitenansicht der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Figur 1 zeigt einen Linsenhalter 1, in dem eine kreisförmige Linse 2 mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Einrichtung 3 in ihrer Position gehalten wird. Normalerweise besitzt der Linsenhalter 1 einen festen Anschlag 4, der einen weichen Dichtungsring aufnimmt, wobei die Rückseite der Linse 2 an dem Ring und dem Anschlag anliegt. Der feste Anschlag 4 definiert die Richtung der optischen Achse C der Linse 2 in Bezug auf den Linsenhalter 1 und ebenso die Position der Linse in dem Linsenhalter entlang der optischen Achse C. Die Linse 2 wird in der gewünschten Position in der transversalen Richtung der optischen Achse C mittels der Einrichtung 3 gehalten. Wenn Temperaturveränderungen auftreten, wird der Durchmesser DL der Linse 2 und der innere Durchmesser DF des Halters 1 um unterschiedliche Beträge geändert, da das Material in der Linse und in dem Halter unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten besitzen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Linse 2 aus Glas mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten alphaG = 8,7 x 10&supmin;&sup6; l/Grad und der Halter 1 aus Aluminium mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten alphaA = 23 x 10&supmin;&sup6; l/Grad hergestellt.
Wie im folgenden noch ausführlicher beschrieben wird, verhindert die erfindungsgemäße Einrichtung 3 mit diesem Unterschied in den Materialien das Risiko, daß die optische Achse C der Linse radial versetzt werden kann.
Die Einrichtung 3 in Figur 1 umfaßt eine Halteeinrichtung bzw. Keeper 5, welcher röhrenförmig und aus Aluminium hergestellt ist, teilweise um ein niedriges Gewicht zu besitzen und teilweise um den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten zu besitzen wie der Linsenhalter. An einem Ende besitzt die Halteeinrichtung ein äußeres Gewinde 6, das mit einem entsprechenden inneren Gewinde des Halters 1 in Eingriff steht. Weiterführend von dem Gewindeteil besitzt die Halteeinrichtung 5 Halterungen 7, die radial biegsam sind und an einer Umfangsoberfläche der Linse 2 angreifen, die von ihrer optischen Achse C abgekehrt ist. Die Halterungen 7 sind durch die Halteeinrichtung 5, die mit Schlitzen 7a versehen ist, biegbar gemacht. Die Einrichtung 3 besitzt einen zweiten Teil, der aus einem Ring 9 aus Titanium besteht, mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten alphaT = 9 x 10&supmin;&sup6; l/Grad, der nahezu mit dem linearen Ausgangskoeffizienten der Glaslinse übereinstimmt. Der Ring 9 umgibt die Halterungen 7 und seine Innenseite greift an der Außenseite der Halterungen an, um sie in Eingriff mit der Linse 2 zu halten. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Umfangsoberfläche 8 der Linse 2 in Bezug auf die optische Achse C geneigt und die Angriffsoberflächen 10 der Halterungen 7, die an der Linse angreifen, besitzen eine entsprechende Neigung. Die Einrichtung 3 kann somit auch die Linse 2 im Eingriff gegen den festen Anschlag 4 halten. In einer alternativen Ausführungsform sind die Umfangsoberfläche der Linse kreisförmig zylindrisch und die Halterungen sind gerade in der Richtung der optischen Achse C. In diesem Fall wird die Linse an dem festen Anschlag 4 durch axial gerichtete Halterungen in Eingriff gehalten, die in Figur 1 nicht dargestellt sind.
Die perspektivische Ansicht von Figur 2 zeigt die röhrenförmige Halteeinrichtung 5 und aus der Figur ist ersichtlich, daß die Anzahl der Halterungen gleich acht ist. Die Anzahl von Halterungen und die Dicke t in der radialen Richtung der Halterungen 7 sind so gewählt, daß die Dicke t im wesentlichen kleiner ist als die Breite b der Halterungen in einer tangentialen Richtung. Die Halterungen sind somit tangential sehr steif und radial relativ flexibel und leicht in einer radialen Richtung biegbar. Damit die Halterungen radial noch mehr nachgeben, können Aussparungen 11 in ihnen in einer tangentialen Richtung, wie in der Figur durch gestrichelte Linien angedeutet, vorgesehen werden.
Wie erwähnt, ist die Linse kreisförmig und die Angriffsoberfläche 10 jeder Halterung 7 erstreckt sich ungefähr über ein Achtel eines Kreises. Zwei diametral gegenüberliegende Halterungen halLen die Linse 2 und halten sie davon ab, lateral zwischen den Halterungen in der tangentialen Richtung zwischen diesen zwei Halterungen versetzt zu werden. Andere diametral gegenüberliegende Halterungspaare verhindern, daß die Linse 2 in der tangentialen Richtung dieser anderen Halterungen cersetzt wird, so daß die optische Achse C der Linse 2 in ihrer Position in Bezug auf die Halterungen 7 gehalten wird. Wie erwähnt sind die Halterungen gegenüber Bewegungen in ihrer tangentialen Richtung steif und die optische Achse C der Linse wird somit durch die Halterungen 7 in Bezug auf den Halter 1 in ihrer Position gehalten. Bei Temperaturveränderungen wird die Linse 2 in ihrer Position in dem Halter 1 in der transversalen Richtung der optischen Achse C folgendermaßen gehalten. Für ansteigende Temperatur dehnt sich der innere Durchmesser DF des Halters und der Gewindeteil der Halteeinrichtting 5 um den gleichen Betrag aus. Die Halteeinrichtung wird in ihrer Position in dem Halter gehalten, ohne daß irgendein Spiel zwischen dem Halter 1 und der Halteeinrichtung 5 an dem Gewinde 6 auftritt. Der Durchmesser der Linse 2 vergrößert sich zu einem geringeren Ausmaß als der Halter, da die Linse einen kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten als der Halter besitzt. Der Durchmesser des die Halterungen 7 umgebenden Titanrings 9 vergrößert sich mit ansteigender Temperatur nur geringfügig mehr als der Linsendurchmesser. Der Ring 9 hält somit die Angriffsoberflächen 10 der Halterungen 7 in engen Eingriff an der Umfangsoberfläche 8 der Linse 2 bei Temperaturveränderungen und das Spiel, welches zwischen den Halterungen 7 und der Linse 2 auftreten kann, ist sehr klein. Die optische Achse der Linse wird somit ihre Position in Bezug auf den Halter 1 auch nach einer Temperaturveränderung beibehalten. Das erwähnte Spiel kann durch die Halterungen 7, die aus Aluminium hergestellt und eine geeignete Dicke zwischen der Linse 2 und dem Ring 9 besitzen, kompensiert werden. Der Dickenzuwachs der Halterungen für einen Temperaturanstieg entspricht der Differenz der ansteigenden Durchmesser, die zwischen dem Ring 9 und der Linse 2 auftritt, so daß durch die Halterung der Linse in ihrer Position weiterhin verbessert wird.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung 23 für eine rechteckige Linse 22 in einem Linsenhalter 21. Die Rückseite der Linse 2 steht mit einem festen Anschlag 24 in Eingriff und wird in der transversalen Richtung zu der optischen Achse C durch die Einrichtung 23 in ihrer Position gehalten. Die Einrichtung besitzt vier biegsame Halterungen 27, wobei jede an einem Ende des Linsenhalters 21 durch Schrauben 26 befestigt ist. An ihren anderen Enden greifen die Halterungen an einer Seitenoberfläche 28 der Linse 22 an. Der Eingriff der Halterungen an der Seitenoberfläche wird mittels eines ringförmigen Elements 29 aufrechterhalten, welches die Malterungen 27 umgibt. Diese besitzen eine relativ kleine Dicke t&sub1; und sind mit Aussparungen 31 versehen, damit sie nachgeben können und in einer Richtung auf die optische Achse C zu und auf eine entsprechende gegenüberliegende Halterung leicht biegbar sind. Die seite t&sub1; der Halterungen 27 besitzt eine Größe, derart, daß die Halterungen praktisch starr in ihrer Breitenrichtung sind. Jede Halterung 27 besitzt einen Stift 25 mit einem Durchmesser t&sub2;, wobei der Stift in einer entsprechenden Ausnehmung 30 in den Seitenoberflächen der Linse 22 aufgenommen ist. Die Ausnehmungen 30 besitzen die gleiche Breite t&sub2; wie die Stifte 25 und die Linse wird an jeder Halterung 27 in ihrer Breitenrichtung durch den Stift festgehalten. Die Aussparungen 30 sind länglich und besitzen ihre größte Ausdehnung in der Richtung der optischen Achse C, so daß die Linse 22 immer noch an dem festen Anschlag 24 anliegen, kann für Ausdehnungsänderungen der Halterungen 7 in einer axialen Richtung, wenn Temperaturveränderungen auftreten. Die Linse kann aus Glas hergestellt sein, das ringförmige Element 29 aus Titan und der Linsenhalter 21 aus Aluminium, wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform, aber andere Materialkombinationen sind möglich. Beispielsweise kann die Linse 22 aus Kunststoff mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von alphaP = 70 x 10&supmin;&sup6; l/Grad hergestellt sein und das ringförmige Element 22 kann aus dem gleichen Material bestehen. Bei Temperaturveränderungen werden sich der Linsenhalter 21 und der Linse 22 größenmäßig in Bezug zueinander in der transversalen Richtung der optischen Achse C verändern. Die Halterungen 27 werden dann an der Linse 22 durch das ringförmige Element 29 in Eingriff gehalten und werden in Bezug auf den Linsenhalter 21 durchgebogen. Die optische Achse C der Linse hält ihre Position in Bezug auf den Halter 21 bei, da die Halterungen in ihrer Breitenrichtung steif sind und da die Linse mit Hilfe des ringförmigen Elements 29 und mit Hilfe der Stifte 25 in den Ausnehmungen 30 fest an den Halterungen 27 anliegt.
Das ringförmige Element 29 ist in Figur 4 dargestellt, welche eine Seitenansicht bezüglich des Querschnitts in Figur 3 ist und von der Rückseite der Linse 22 gesehen ist. Das Element 29 umgibt die Linse 22 und hält die biegbaren Halterungen im Eingriff an den Seitenoberflächen 28 der Linse.
Die oben beschriebene Einrichtung zum Halten einer Linse in ihrem Halter bei veränderlichen Temperaturen besitzt den Vorteil, daß die Position der Linse gut festgehalten werden kann. Das ringförmige Element, welches einen linearen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, welcher mit demjenigen der Linse übereinstimmt, ist relativ klein und weist ein geringes Gewicht auf, wobei zusätzlich das Material in dem Halter ohne Berücksichtigung seines linearen Ausdehnungskoeffizienten gewählt werden kann.

Claims

1. Optische Einrichtung umfassend eine optische Linse (2, 22) mit einem ersten linearen Ausdehnungskoeffizienten, einem Linsenhalter (1, 21) mit einem zweiten linearen Ausdehnungskoeffizienten und einer Positioniereinrichtung (3, 23), wobei die Positioniereinrichtung (3, 23) die Optische Linse (2, 22) in einer vorgegebenen Position in dem Linsenhalter (1, 21) hält, unbeeinträchtigt von Temperaturveränderungen, wobei die Positioniereinrichtung (3, 23) umfaßt:

- Halteelemente (7, 27), die in einem Abstand voneinander entlang des Umfangs der Linse (2, 22) angeordnet sind und an einer Umfangsoberfläche (8) der Linse (2, 22) angreifen; und

- eine Befestigungseinrichtung (5, 26) zum Festhalten der Positioniereinrichtung (3, 23) an dem Linsenhalter (1, 21);

wobei die Positioniereinrichtung (3, 23) die Linse (2, 22) in der vorgegebenen Position in einer Richtung transversal zur optischen Achse C hält;

dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (3, 23) auch zumindest ein ringförmiges Element (9, 29) umfaßt, welches mit einem Spielraum in dem Linsenhalter (1, 21) montiert ist, wobei das ringförmige Element (9, 29), welches die Halteelemente (7, 27) umgibt und an diesen angreift, diese an der Umfangsoberfläche (8, 28) der Linse (2, 22) in Eingriff hält, wobei jedes der Halteelemente (7, 27) in einer radialen Richtung bezüglich der optischen Achse (C) der Linse (2, 22) biegbar ist, wobei die radiale Richtung durch das jeweilige Halteelement (7, 27) läuft, und in einer Richtung tangential dazu im wesentlichen steif ist, wobei die Halteelemente (7, 27), die an gegenüberliegenden Stellen an dem Umfang der Linse (2, 22) plaziert sind, eine Einrichtung (25, 30) aufweisen, um die Linse (2, 22) in ihrer Position in der tangentialen Richtung zu halten, das ringförmige Element (9, 29) im wesentlichen den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten (alphaT, alphaP) wie die Linse (2, 22) aufweist, so daß bei Temperaturveränderungen die Halteelemente (7, 27) gebogen werden und die optische Achse (C) der Linse (2, 22) ihre vorgegebene Position in Bezug auf den Linsenhalter (1, 21) aufrechterhält.

2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdicke der Halteelemente (7, 27) zwischen dem ringförmigen Element (9, 29) und der Umfangsoberfläche (8, 28) der Linse (2, 22) und der lineare Ausdehnungskoeffizient der Halteelemente (7, 27) derart gewählt sind, daß der Unterschied der Längenänderung in der radialen Richtung, welcher für Temperaturveränderungen zwischen der Linse (2, 22) und dem ringförmigen Element (9, 29) auftritt, durch die Dickenänderung der Halteelemente (7, 27) kompensiert wird.

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenhalter (1, 21) und die Halteelemente (7, 27) aus Aluminium hergestellt sind, die Linse (2, 22) aus Glas besteht und das ringförmige Element (9, 29) aus Titan besteht.

4. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Linse (2) und der Linsenhalter (1) kreisförmig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (5) und die Halteelemente (7) einen Teil bilden, wobei der Teil eine röhrenförmige Befestigungseinrichtung (5) an einem Ende und Schlitze (7a) aufweist, die sich an das andere Ende in der Richtung der optischen Achse (C) erstrecken, wobei die Halteelemente (7) mit Hilfe der Schlitze (7a) gebildet sind.

5. Optische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsoberfläche (8) der Linse (2) und die Angriffsoberflächen (10) der Halteelemente (7) konisch sind.