DE3912039A1

DE3912039A1 - Verfahren zum zentrieren von linsen in fassungen optischer einheiten

Info

Publication number: DE3912039A1
Application number: DE19893912039
Authority: DE
Inventors: Vladimir Michajlovi Chodosevic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1990-10-25

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von optischen Einheiten und insbesondere ein Verfahren zum Zentrieren von Linsen in Fassungen opti scher Einheiten.

Die Erfindung ist im optischen Gerätebau anwendbar, wenn optische Einheiten wie Okulare, Objektive mit hohen An forderungen an das genaue Zentrieren der Linsen in der Fassung bei der Montage der optischen Einheiten herge stellt werden, die in einem breiten Temperaturintervall eingesetzt werden; darunter bei niedrigen Temperaturen und unter Vibrations- und Schlagbeanspruchungen.

In der modernen Technik werden optische Einheiten mit einer höheren Bildqualität verwendet, die in einem breiten Tempe raturintervall eingesetzt werden, darunter bei niedrigen Temperaturen und unter Vibrations- und Schlagbeanspruchun gen. Die Bildqualität dieser optischen Einheiten hängt wesentlich von der Genauigkeit beim Zentrieren der Linsen in den Fassungen dieser Einheiten in bezug auf die gemein same optische Achse und von den vorhandenen die Linsen zusammenpressenden Spannungen durch Temperaturverformungen der Fassungen ab. Um die Spannungen in den Linsen durch Temperaturverformungen der Fassungen zu vermeiden, werden die letzteren für die Linsen mit den berechneten minimalen Radialspalten zwischen den Linsen und den zylindrischen Aufnahmen der Fassung ausgebohrt (V. A. Panov "Spravochnik konstruktora optiko-mekhanicheskikh priborov / Handbuch Bemessung von mechanisch-optischen Geräten /", 1980, Verlag Mashinostroenie, Leningrad, S. 264 bis 267).

Die Größen für die erwähnten Spalte werden nach folgender Abhängigkeit gewählt:

Δ = 0,5 D (k₁ - k₂) (t₁ - t₂),

worin
Δ Größe des berechneten minimalen Spaltes zwischen der Linse und der zylindrischen Aufnahme der Fassung,
D Linsendurchmesser,
k₁ thermischer linearer Ausdehnungskoeffizient des Fassungswerkstoffs,
k₂ thermischer linearer Ausdehnungskoeffizient des Linsenglases,
t₁ Temperaturwert, für welchen die Fassung der optischen Einheit für die Linse ausgebohrt wird,
t₂ untere Grenze des Temperaturintervalls für den Einsatz der optischen Einheit
ist.

Bei der Montage der optischen Einheit werden die Linsen in der Fassung montiert und auf der gemeinsamen optischen Achse zentriert, wie oben ausgeführt wurde.

Die berechneten minimalen Spalte zwischen den Linsen und den zylindrischen Aufnahmen der Fassung der optischen Ein heiten, die von den Durchmessern der Linsen, dem Fassungs werkstoff und der Zusammensetzung des Linsenglases, vom Temperaturwert der unteren Grenze des Temperaturintervalls abhängig sind, in welchem die optischen Einheiten eingesetzt werden, können beträchtlich sein und gestatten es nicht, die Linsen bei der Montage der optischen Einheiten mit hoher Genauigkeit zu zentrieren.

Um die Größen der berechneten minimalen Spalte zwischen den Linsen und den zylindrischen Aufnahmen der Fassung zu verringern, werden als Werkstoffe für die Fassungen öfters Titanlegierungen verwendet, deren thermischer li nearer Ausdehnungskoeffizient dem des Linsenglases nahe kommt. Die Titanlegierungen sind jedoch arbeitsaufwendig bei der Bearbeitung, ihr spezifisches Gewicht und ihre Kosten sind höher als beispielsweise bei Aluminiumlegie rungen.

Bekannt ist ein Verfahren zum Zentrieren der Linsen in den Fassungen von optischen Einheiten, das darin besteht, daß die Linsen in den ihnen zugeordneten zylindrischen Aufnahmen der Fassung einer optischen Einheit mit vor gegebenem Radialspalt auf der gemeinsamen optischen Achse montiert werden (V. A. Panov "Spravochnik konstruktora optiko-mekhanicheskikh priborov / Handbuch Bemessung von mechanisch-optischen Geräten /", 1980, Leningrad, Verlag Mashinostroenie, S. 264 bis 267).

Beim erwähnten Verfahren wird der vorzugebende Radialspalt nach der oben angeführten Abhängigkeit bestimmt. Im konkre ten Ausführungsbeispiel des erwähnten Verfahrens bestand die optische Einheit, d.h. das Objektiv, aus vier Linsen. Als Fassungswerkstoff diente eine Aluminiumlegierung, deren thermischer linearer Ausdehnungskoeffizient k ₁=2,2 × 10^-5 l/Grad ist, während der thermische lineare Ausdehnungskoeffizient des Linsenglases k ₂=0,67 × 10^-5 l/Grad ist. Die Fassung für die Linsen wurde bei der Temperatur t₁=20°C ausgebohrt. Die untere Grenze des Temperaturin tervalls der Betriebsfähigkeit des Objektivs betrug -50°C. Die Durchmesser der Objektivlinsen betrugen in mm: D ₁=76, D ₂=70, D ₃=86, D ₄=104.

Die nach der oben angeführten Abhängigkeit berechneten minimalen Spalte für die Linsen jedes Durchmessers betru gen jeweils Δ ₁=0,04 mm, Δ ₂=0,037 mm, Δ ₃=0,045 mm, Δ ₄=0,055 mm.

Das Auflösungsvermögen des Objektivs betrug 402 l/mm. Das erwähnte Verfahren zum Zentrieren der Linsen in den Fassungen von optischen Einheiten gewährleistet keine hohe Genauigkeit bei der Zentrierung der Linsen während ihrer Montage, da in den Grenzen der berechneten minimalen Radialspalte zwi schen den Linsen und den zylindrischen Aufnahmen der Fassung die Linsen bei ihrer Montage in den Aufnahmen in bezug auf die gemeinsame optische Achse versetzt werden können. Aus diesem Grund liegt die Bildqualität der optischen Einheiten unter der berechneten.

Um eine hohe Genauigkeit beim Zentrieren der Linsen in der Fassung bei der Montage der optischen Einheiten zu erreichen, werden die letzteren mit Versetzung und Neigung der Linsen in bezug auf die gemeinsame optische Achse in Grenzen des Radialspaltes montiert, wodurch die Montage dieser Einheiten wegen des hohen Arbeitsaufwandes für diese Montage erschwert und die Bildqualität beeinträchtigt wird.

Beim Einsatz der optischen Einheiten unter Vibrations- und Schlagbeanspruchungen sowie bei niedrigen Temperaturen kann es überdies zur Dejustierung der optischen Einheit kommen, wodurch die Bildqualität ebenfalls verringert wird. Und die Verwendung der Titanlegierungen als Fassungswerkstoff ist aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht immer zweckmäßig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zentrieren von Linsen in Fassungen optischer Einheiten zu schaffen, bei welchem bei der Montage der Lin sen in den ihnen zugeordneten Aufnahmen der Fassung auf der gemeinsamen optischen Achse der vorgegebene Radialspalt zwischen den Linsen und den zylindrischen Flächen der zylin drischen Aufnahmen der Fassung so ausgenutzt wird, daß dies es erlaubt, die Genauigkeit beim Zentrieren der Linsen in der Fassung während der Montage der optischen Einheit zu erhöhen, den Arbeitsaufwand für ihre Montage zu verringern, die Titanlegierungen als Fassungswerkstoff durch wirtschaft lichere Materialien zu ersetzen, die eine Dejustierung der optischen Einheit beim Einsatz unter Vibrations- und Schlag beanspruchungen und bei niedrigen Temperaturen nicht zulas sen, was letzten Endes die Bildqualität der optischen Ein heit wesentlich erhöht.

Das wird dadurch erreicht, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zentrieren der Linsen in den Fassungen opti scher Einheiten, bei dem die Linsen in den ihnen zugeordne ten zylindrischen Aufnahmen der Fassung einer optischen Einheit mit vorgegebenem Radialspalt auf der gemeinsamen optischen Achse montiert werden, erfindungsgemäß vor der Montage der Linsen in den ihnen zugeordneten zylindrischen Aufnahmen der Fassung der optischen Einheit auf die zylin drischen Flächen der für die Montage der Linsen bestimmten zylindrischen Aufnahmen der Fassung zumindest in drei Be reichen eine Polymer-Folie gleichmäßig aufgeklebt wird, die eine der Größe des vorgegebenen Radialspaltes gleiche Dicke und ein physikalisches Verhalten hat, das dem vorge gebenen Temperaturintervall der Betriebsfähigkeit der opti schen Einheit entspricht.

Zweckmäßig ist es, als Polymer-Folie eine solche auf Basis von Polyäthylenterephthalat zu verwenden.

Diese Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zen trieren der Linsen in den Fassungen von optischen Einheiten verhindert die Versetzung der Linsen in bezug auf die gemein same optische Achse der optischen Einheit, erhöht die Bildqualität der optischen Einheit, verringert den Arbeitsaufwand für die Montage dieser Einheiten, verhindert eine Dejustierung der optischen Einheit beim Einsatz unter Vibrations- und Schlagbeanspruchungen und bei niedrigen Temperaturen und ermöglicht die Ersetzung der Titanlegie rungen als Werkstoff für die Fassung der optischen Einheit durch wirtschaftlichere Materialien.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung eines Ausführungsbeispiels derselben und anhand beigelegter Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Linsen in der Fassung einer optischen Einheit, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zentriert werden (im Längsschnitt);

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Anordnung im Schnitt nach Linie II der Fig. 1;

Fig. 3 die in Fig. 2 gezeigte Anordnung im Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß eine zu einer optischen Einheit gehörende Fassung 1 (Fig. 1) genommen wird, die zylindrische Aufnahmen 2, 3, 4, 5 für Linsen 6, 7, 8, 9 aufweist.

Dann wird eine Polymer-Folie 10 (Fig. 1 bis 3) genommen, die eine der Größe eines vorgegebenen Radialspaltes 11 zwi schen den Linsen 6 (Fig. 1), 7, 8, 9 und den zylindrischen Flächen 12, 13, 14, 15 der jeweiligen Aufnahmen 2, 3, 4, 5 gleiche Stärke und ein physikalisches Verhalten hat, das dem vorgegebenen Temperaturintervall der Betriebsfähigkeit der optischen Einheit entspricht. Auf die zylindrischen Flächen 12, 13, 14, 15 der Aufnahmen 2, 3, 4, 5 wird die Polymer-Folie 10 in drei Bereichen gleichmäßig aufgeklebt, wie es Fig. 2 zeigt.

Dann werden die Linsen 6 (Fig. 1), 7, 8, 9 in den ihnen zugeordneten zylindrischen Aufnahmen 2, 3, 4, 5 auf der gemeinsamen optischen Achse 16 montiert.

Als Polymer-Folie 10 ist zweckmäßig eine polymere Folie auf Basis von Polyäthylenterephthalat zu verwenden. Erfolg reich einsetzbar ist jedoch auch jede beliebige Polymer- Folie, die für diese Zwecke geeignet ist, wie eine Polymer- Folie auf Basis von Polyäthylen oder von Polypropylen.

Die Stärke der Polymer-Folie 10 wird so gewählt, daß ihr Verformungsgrad durch Temperaturschrumpfungen beim Betrieb der optischen Einheit an der unteren Grenze des Temperatur intervalls 50 bis 80% der ursprünglichen Stärke der Folie 10 beträgt.

Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, daß die Polymer-Folie auch auf die gesamte zylindrische Fläche der zylindrischen Aufnahmen der Fassung aufgeklebt werden kann.

Nachstehend ist ein konkretes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zum Zentrieren der Linsen in den Fassungen von optischen Einheiten angeführt.

Beispiel

Als optische Einheit wurde ein Objektiv genommen, das aus vier Linsen 6 (Fig. 1), 7, 8, 9 besteht. Der Werkstoff der Fassung 1 ist eine Aluminiumlegierung.

Die Linsen 6, 7, 8, 9 mit Durchmessern D ₁, D ₂, D ₃, D ₄ wurden bei der Montage in der Objektivfassung zentriert. Die berech neten minimalen Radialspalte Δ ₁, Δ ₂, Δ ₃, Δ ₄ zwischen den Linsen 6, 7, 8, 9 und den zylindrischen Flächen 12, 13, 14, 15 der Aufnahmen 2, 3, 4, 5 der Fassung 1 betrugen in mm:
Δ ₁=0,04, Δ ₂=0,037, Δ ₃=0,045, Δ ₄=0,055.

Die Fassung 1 des Objektivs wurde gemäß den Ist-Durchmessern der Linsen 6, 7, 8, 9 mit den vorgegebenen Radialspalten 11 gleich 0,1 mm ausgebohrt.

Auf die zylindrischen Flächen 12, 13, 14, 15 der Aufnahmen 2, 3, 4, 5 wurde in drei Bereichen die ungefärbte Folie 10 (Fig. 9) auf Basis von Polyäthylenterephthalat aufgetra gen (die Folienstärke betrug 0,1 mm, die Toleranz der Stärke ±0,01 mm, die lst-Abweichung der Folienstärke betrug für ein Fertigungslos höchstens ±0,002 mm) .

Dann wurden die Linsen 6 (Fig. 1), 7, 8, 9 in der Objektiv fassung 1 montiert und durch Gewinderinge mit nachfolgender Sicherung der letzteren befestigt.

Das Auflösungsvermögen des Objektivs wurde unter normalen Bedingungen und bei einer Temperatur von -50°C geprüft.

Das Auflösungsvermögen betrug beim Objektiv 477 l/mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zentrieren der Linsen in den Fassungen von optischen Einheiten gewährleistet eine erhöhte Genauigkeit beim Zentrieren der Linsen während der Montage der optischen Einheiten und erhöht demzufolge ihre Bildqualität, verringert den Arbeitsaufwand für die Montage dieser optischen Einheiten, ermöglicht die Ersetzung der Titanlegierungen für die Fassung durch wirtschaftlichere Wirkstoffe, die eine Dejustierung der optischen Einheiten beim Einsatz der letzteren unter Vibrations- und Schlagbean spruchungen und bei niedrigen Temperaturen ausschließen.

Claims

1. Verfahren zum Zentrieren von Linsen in einer Fassung einer optischen Einheit, bei dem

- die Linsen (6, 7, 8, 9) in den ihnen zugeordneten zylindrischen Aufnahmen (2, 3, 4, 5) der Fassung (1) einer optischen Einheit mit vorgegebenem Radialspalt (11) auf der gemeinsamen optischen Achse (16) montiert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

- vor der Montage der Linsen (6, 7, 8, 9) in den ihnen zugeordneten zylindrischen Aufnahmen (2, 3, 4, 5) der Fassung (1) der optischen Einheit
- auf die zylindrischen Flächen (12, 13, 14, 15) der für die Montage der Linsen (6, 7, 8, 9) bestimmten zylindrischen Aufnahmen (2, 3, 4, 5) der Fassung (1) zumindest in drei Bereichen eine Polymer-Folie (10) gleichmäßig aufgeklebt wird, die eine der Größe des vorgegebenen Radialspaltes (11) gleiche Dicke und ein physikalisches Verhalten hat, das dem Temperatur intervall der Betriebsfähigkeit der optischen Einheit entspricht.

2. Verfahren zum Zentrieren der Linsen in den Fassungen von optischen Einheiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- als Polymer-Folie (10) eine Folie auf Basis von Polyäthylenterephthalat verwendet wird.