DE4400869C1

DE4400869C1 - Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen innerhalb eines Hochleistungsobjektives

Info

Publication number: DE4400869C1
Application number: DE4400869A
Authority: DE
Inventors: Istvan Balogh; Joerg-Peter Schmidt
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH; Jenoptik AG
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1994-01-14
Filing date: 1994-01-14
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2014-01-15
Also published as: FR2715233A1; NL9402089A; JP3517293B2; FR2715233B1; US5521764A; JPH07218794A

Description

Vorrichtungen zur Justierung von Linsen oder Linsengruppen innerhalb eines Objektives sind nur im Zusammenhang mit Hochleistungsobjektiven bekannt. Ansonsten ist es üblich, die optische Achsen der einzelnen Linsen mit der mechanischen Achse des Objektivgehäuses durch eine hochgenaue Fertigung der Kontaktflächen in Übereinstimmung zu bringen. Die Lagefixierung erfolgt in der Regel durch Klebung. Eine spätere Nachjustierung ist bei solchen Lösungen nicht möglich.

Aus der DD 206 591 B1 ist eine Vorrichtung bekannt bei der eine Linsenfassung in einer kardanisch aufgehängten und rechtwinklig zur Vorrichtungsachse verstellbaren Halterung lateral verschiebbar angeordnet ist. Sowohl das Verschieben der Linsenfassung innerhalb der Halterung als auch das Halten der Fassung erfolgt über die radial angreifenden Verstellelemente. Da die Verstellelemente auch eine Haltefunktion haben, kommen als Verstellelemente sinnvollerweise nur mechanische Stellschrauben in Frage. Sie müssen zur Justierung alle gelöst werden, so daß die Linsenfassung während der Justierung verrutschen kann. Bei der Justierung muß daher die optische Achse lotrecht verlaufen. Für besonders große Objektive ist eine dauerhafte Lagefixierung über die Verstellelemente ungeeignet.

Eine bezüglich der lateralen Linsenjustierung vergleichbare Lösung ist in OE- Reports, No. 67, p. 13, July 1989 published by SPIE beschrieben. Eine Hilfslinsenfassung mit zwei Planflächen, innerhalb derer die Linse fixiert ist, ist über Stellelemente innerhalb einer zweiten Fassung senkrecht zur optischen Achse verstellbar. Die Hilfslinsenfassung liegt auf einer Planfläche der zweiten Fassung auf. Ein Passungsspiel zur Justage ist vorhanden. Im Gegensatz zur erst genannten Lösung wird hier allerdings die einjustierte Lage durch das Einbringen von Klebstoff fixiert.

In der DE PS 37 30 094 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher eine in einer Hauptfassung verschiebbare Hilfsfassung durch eine senkrecht zur Verschieberichtung wirkende Federkraft mittelbar an eine Basisfläche angedrückt wird. Die diese Klemmverbindung bestimmenden Kräfte müssen bei eine Justierung, lateral zur optischen Achse, überwunden werden.

Bei einer in der DE OS 2 220 373 offenbarten Vorrichtung zum zentrieren von Brillengläsern wird ein seitlich zur optischen Achse der Vorrichtung verschiebbares Brillenglas zwischen fest mit einem Tragarm verbundenen starren Zapfen und federnd gelagerten Tragstangen gehalten. Die seitliche Verschiebung erfolgt manuell, wobei die durch Zapfen und Tragstangen gebildete Klemmverbindungen durch ein leichtes Drücken gegen die Tragstangen gelöst werden können. Eine derartige technische Lösung ist für die Justierung von Linsen innerhalb von Objektiven nicht geeignet.

Aus der Druckschrift JP 60-150016 ist eine mikrocomputergesteuerte laterale Justage von Linsen über Piezotranslatoren bekannt. Die Lagefixierung der Linsen erfolgt hier scheinbar nach der Justierung durch das Einbringen von Klebstoff.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine neue Vorrichtung zu schaffen, mit der einerseits die Lage einer Linse bzw. Linsengruppe in einem Hochleistungsob jektiv auch bei mechanischen Belastungen sicher gehalten wird und andererseits diese Linse jederzeit innerhalb des Hochleistungsobjektives hochgenau justierbar ist.

Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen innerhalb eines Hochleistungsobjektives im wesentlichen dadurch gelöst, daß eine Linsenfassung 4 in einer ersten Fassung 5 durch ausschließlich parallel zur optischen Achse wirkende Kräfte gehalten wird, die während einer Justierung durch Gegenkräfte, erzeugt von in der Linsenfassung 4 angeordneten Piezotranslatoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4, teilweise kompensiert werden, so daß eine Verschiebung der Linsenfassung 4 innerhalb der ersten Fassung 5 mit geringer radialer Kraftwirkung möglich wird.

Die erste Fassung 5 weist eine innere Planfläche 6 auf, an welcher die Linsen fassung 4 durch Andruckmittel der Linsenfassung 4 kraftschlüssig anliegt. Vorteilhafterweise werden als Andruckmittel der Linsenfassung 4 ein Anlagering 11, ein Federring 12 und ein Abstimmring 13 gemäß dem 2. Anspruch verwendet. Dabei wird die Andruckkraft, bestimmt durch die Abmaße des Abstimmrings 13, sowie die Federkraft des Federrings 12, so dimensioniert, daß die Linsenfassung 4 auch bei mechanischen Belastungen, z. B. beim Transport, in ihrer Lage sicher gehalten wird. Durch das ausschließliche Wirken von axialen Kräften beim Fixieren der Linsenfassung 4 wird eine mögliche Dejustierung beim Fixieren vermieden.

Die während der Justierung wirkende Gegenkraft, erzeugt durch die Piezotrans latoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4, ist geringer als die Andruckkraft, so daß die Linsenfas sung 4 immer noch durch axiale Kräfte an die Planfläche 6 angelegt wird und nicht undefiniert in der ersten Fassung 5 verrutschen kann. Eine Verschie bung erfolgt erst bei radialer Kraftwirkung über die Stellelemente 7.1; 7.2; 7.3; 7.4.

Die Wahl der zur lateralen Justierung verwendeten Stellelemente 7.1; 7.2; 7.3; 7.4 hat einen wesentlichen Einfluß auf die Reproduzierbarkeit der Justierung, ihre Feinfühligkeit und die Bedienerfreundlichkeit. Vorteilhaft ist die Anordnung von vier Stellelementen um 90° zueinander versetzt. Da den Stellelementen 7.1; 7.2; 7.3; 7.4 in einer erfindungsgemäßen Anordnung keine Haltefunktion zukommt und die zu überwindende axiale Andruckkraft während der Justierung gering ist, erweist sich die Verwendung von Piezotranslatoren als Stellelemente 7.1; 7.2; 7.3; 7.4., als besonders vorteilhaft. Ohnehin ist bereits eine zur Ansteuerung der Piezotranslatoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4 ausgelegte Spannungsquelle 10 vorhanden, die auch zum Ansteuern der Stellelemente 7.1; 7.2; 7.3; 7.4. (Piezotranslatoren) ver wendet werden kann. Außerdem bieten die Piezotranslatoren bei entsprechender Anordnung den Vorteil, daß sie im spannungsfreien Zustand nicht mit der ersten Fassung 5 in Berührung stehen, so daß zur Justierung die einzelnen Piezo translatoren sowohl gleichzeitig als auch nacheinander angesteuert werden kön nen. Die Justierung ist hochgenau und reproduzierbar möglich.

Es ist von Vorteil, wenn den Stellelementen 7.1; 7.2; 7.3; 7.4. Meßfühler 16.1; 16.2; 16.3; 16.4 zugeordnet sind, über welche der Verschiebeweg gemessen wird. Bei Verknüpfung der Meßfühler 16.1; 16.2; 16.3; 16.4 mit einem in der Zeich nung nicht dargestelltem Rechner mit integrierter Steuerung erhält man vorteil hafterweise einen Regelkreis. Die gemessenen Istwerte der einzelnen Verschie bewege werden mit Sollwerten verglichen. Je nach Differenz der Werte werden die Stellelemente 7.1; 7.2; 7.3; 7.4. angesteuert, bis die Istwerte die Sollwerte erreichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eröffnet nicht nur dem Objektivhersteller die Möglichkeit Einzellinsen bzw. Linsengruppen bei der Justierung des Objektives zu justieren, sondern auch ein Finalproduzent, bei welchem das Objektiv als Be standteil in ein Gesamtsystem eingeht, hat die Möglichkeit die Objektivparameter, die natürlich auf sein System zugeschnitten sind, mit höchster Genauigkeit ohne Demontage des Objektives anzupassen. Das Objektiv ist nach Abschluß der Ju stage sofort wieder einsetzbar. Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie der Rechner mit integrierter Steuerung und die Spannungsquelle, können nach der Justierung von den anderen Elementen der Vorrichtung getrennt werden, um sie zur Justierung weiterer gleichartig im Objektiv angeordneter Linsen zu verwen den. Ebenso können auch die Stellelemente 7.1; 7.2; 7.3; 7.4. sowie die Meßfüh ler 16.1; 16.2; 16.3; 16.4 an mehreren Justierstellen nacheinander eingesetzt wer den, wodurch der ökonomische Aufwand verringert werden kann.

Der konstruktive und technologische Mehraufwand gegenüber Hochleistungsob jektiven ohne eine erfindungsgemäße Vorrichtung, sowie deren Auswirkungen auf Masse und Volumen, sind bezüglich des Gesamtobjektivs gering.

Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand eines Ausführungs beispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Schnittbild der Seitenansicht einer Prinzipskizze des Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 ein Schnittbild der Draufsicht einer Prinzipskizze des Ausführungsbeispiels
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die zu fixierende Linse 1, wie in der Praxis üblich, in der Linsenfassung 4 derart fixiert, daß sie einerseits auf einer im Inneren der Linsenfassung 4 ausgebildeten Ringschneide aufliegt und andererseits über eine Klebenaht stoffschlüssig in der Linsenfassung 4 gehalten wird. Die Linsenfassung 4 weist eine erste und eine zweite Planfläche 2; 3 auf, wobei wenigstens die untere Planfläche 2 zur optischen Achse I der Linse 1 exakt orthogonal verläuft, was durch eine Überarbeitung nach der Montage mit Hilfe herkömmlicher Prüf- und Bearbeitungsmethoden erreicht wird. Mit der ersten Planfläche 2 liegt die Linsenfassung 4 auf einer Planfläche 6 der ersten Fassung 5 auf und wird hier mit einer bestimmten Andruckkraft durch die Baugruppe: Anlagering 11, Federring 12 und Abstimmring 13 kraftschlüssig gehalten. Die Stärke des Abstimmrings 13, sowie das Material und die Abmessungen des Federrings 12, sind dabei so gewählt, daß der Federring 12 im montierten Zustand der Anordnung um einen solchen Weg zusammengepreßt wird, daß er die gewünschte Andruckkraft aufbringt. Der Abstimmring 13 hat auch die Aufgabe, die Federkraft gleichmäßiger auf die zweite Planfläche 3 zu verteilen.

Im Wandbereich der Linsenfassung 4 befinden sich vier zur optischen Achse I parallele Durchbrüche 8.1; 8.2; 8.3; 8.4 (Bohrungen). Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind sie im gleichen Abstand zur optischen Achse I der Linsenfassung 4 und um 90° zueinander versetzt angeordnet. In diese Bohrungen sind je ein Piezotranslator 9.1; 9.2; 9.3; 9.4 so eingefügt, daß ihr eines Ende an der Fassung 6 anliegt, während das andere Ende über je ein Kugelelement 14.1; 14.2; 14.3; 14.4 mit dem Abstimmring 13 in Berührung steht. Die mittelbare Berührung über die Kugelelemente 14.1; 14.2; 14.3; 14.4 sichert, daß ausschließlich axiale Kraftkomponenten auf die Piezotranslatoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4 übertragen werden, was für ein störungsfreies Funktionieren der Piezotranslatoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4 wichtig ist. Die Piezotranslatoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4 sind mit einer externen in der Zeichnung nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden. In dieser Verbindung befindet sich am Umfang der ersten Fassung 5 ein Schleifkontakt 15, an dem ein mit der Spannungsquelle verbundener Kontaktstift angreift. Dadurch wird der axialen Anordnung der äußeren, ersten Fassung 5 im Objektivgehäuse (in der Zeichnung nicht dargestellt) ein größerer Spielraum gelassen, ohne die für die Durchführung der Verbindung notwendige Öffnung im Objektivgehäuse vergrößern zu müssen. Während des Justierprozesses werden die gleichdimensionierten Piezotranslatoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4 zeitgleich mit einer identischen Gleichspannung angeregt, so daß eine ausschließlich axial wirkende Gegenkraft erzeugt wird.

Das Passungsspiel zwischen dem Außendurchmesser der Linsenfassung 4 und dem Innendurchmesser der ersten Fassung 5 ist mindestens so groß wie der gewünschte Justierbereich. In der ersten Fassung 5 befinden sich paarweise radiale Bohrungen um 90° zueinander versetzt. In den vier unteren Bohrungen sind je ein Stellelement 7.1; 7.2; 7.3; 7.4 angeordnet, welche im konkreten Fall dieses Ausführungsbeispiels Piezotranslatoren (im weiteren "Translatoren" ge nannt) sind, die mittelbar über je einen aufgeschraubten Stößel beim Anliegen einer entsprechenden Spannung auf die Linsenfassung 4 wirken. Für den Fall, daß die mechanischen Achsen der Linsenfassung 4 und der ersten Fassung 5 zu sammenfallen, haben die Stößel bei spannungsfreien Translatoren den gleichen Abstand zum Umfang der Linsenfassung 4. Wird an einen Translator eine defi nierte Spannung angelegt, so dehnt er sich proportional dieser Spannung aus, bis der Umfang der Linsenfassung 4 vom Stößel berührt wird. Bei weiterer Span nungserhöhung wird nunmehr eine radiale Kraft auf die Linsenfassung 4 ausge übt. Wenn die radiale Kraft die Reibungskraft der Linsenfassung 4, im wesentli chen durch die Andruckkraft bestimmt, überschreitet, kommt es zur Verschie bung der Linsenfassung 4, wobei der Verschiebeweg gleich der weiteren Deh nung des Translators ist. Die Translatoren sind so dimensioniert, daß die maximal möglich Dehnung mindestens dem Durchmesser des gewünschten Justierbe reiches entspricht. Die Translatoren tangieren im spannungsfreien Zustand den Umfang des Justierbereiches. Durch Ansteuerung der einzelnen Translatoren mit unterschiedlicher Spannung kann die Linsenfassung 4 an jede Stelle innerhalb des Justierbereiches verschoben werden. Wenn die gewünschte Lage der Linsenfas sung 4 einjustiert ist, werden die Piezotranslatoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4 (auch die so genannten Translatoren) und die Spannungsquelle 10 abgeschalten. Die in der Lin senfassung 4 angeordneten Piezotranslatoren 9.1; 9.2; 9.3; 9.4 setzten der An druckkraft keine Gegenkraft mehr entgegen, so daß die Linsenfassung 4 wieder mit maximaler Andruckkraft in der eingestellten Lage gehalten wird.

Claims

1. Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen (1) innerhalb eines Hochleistungsobjektives mit folgenden Merkmalen:

a) innerhalb eines Hochleistungsobjektivs ist eine erste Fassung (5), die eine im wesentlichen parallel zur optischen Achse (I) des Hochleistungsobjektivs verlaufende Durchgangsöffnung aufweist, wenigstens annähernd spielfrei eingepaßt;
b) in der Durchgangsöffnung der ersten Fassung (5) ist eine zylinderförmige Linsenfassung (4) angeordnet, in der ein oder mehrere Linsen (1) fixiert sind;
c) die Linsenfassung (4) hat bezüglich der ersten Fassung (5) senkrecht zur optischen Achse (1) ein Passungsspiel, das mindestens so groß ist wie der Justierbereich der Linsenfassung (4);
d) Deckel und Boden der zylinderförmigen Linsenfassung (4) bilden im Rahmenbereich eine erste und eine zweite Planfläche (2, 3), wobei die erste Planfläche (2) an einer Planfläche (6) der ersten Fassung (5) anliegt und senkrecht zur optischen Achse liegt;
e) durch Andruckmittel greift an der zweiten Planfläche (3) der Linsenfassung (4) eine Andruckkraft parallel zur optischen Achse (1) in der Richtung erster Planfläche (2) an und drückt die Linsenfassung (4) gegen die Planfläche (6) der ersten Fassung (5);
f) die Linsenfassung (4) weist mindestens drei, längs ihres Umfangs verteilte, parallel zur optischen Achse (1) verlaufende Öffnungen auf, in denen Piezotranslatoren (9.1, 9.2, 9.3) angeordnet sind, die sich auf der Planfläche (6) der ersten Fassung (5) ab stützen;
g) die Piezotranslatoren (9.1, 9.2, 9.3) sind zeitgleich mit einer Spannungsquelle verbindbar zur Erzeugung einer der Andruckkraft entgegengerichteten Kraft, deren Betrag in Abhängigkeit von der angelegten Spannung kleiner dem Betrag der Andruckkraft ist zur lateralen Justage der Linsenfassung (4) mittels Stellelemente (7.1, 7.2, 7.3, 7.4).

2. Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen in einem Hochleistungsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckmittel der Linsenfassung (4) gegen die Planfläche (6) der ersten Fassung (5) ein Anlagering (11), ein Federring (12) und ein Abstimmring (13) sind, wobei der Anlagering (11) mit der ersten Fassung (5) starr verbunden ist und zwischen dem Anlagering (11) und der Linsenfassung (4) der Federring (12) und der Abstimmring (13) angeordnet sind, wobei der Abstimmring (13) auf der zweiten Planfläche (3) der Linsenfassung (4) anliegt.

3. Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen in einem Hochleistungsobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Ende der Piezotranslatoren (9.1; 9.2; 9.3; 9.4) in der Linsenfassung (4) fest gelagert ist, während das andere Ende mittelbar über je ein Kugelelement (14.1; 14.2; 14.3; 14.4) mit dem Abstimmring (13) in Verbin dung steht.

4. Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen in einem Hochleistungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß genau vier Piezotranslatoren (9.1; 9.2; 9.3; 9.4) sowie vier Stellelemente (7.1; 7.2; 7.3; 7.4) vorhanden sind.

5. Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen in einem Hochleistungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und den Piezo translatoren (9.1; 9.2; 9.3; 9.4) über einen äußerlich am Objektivgehäuse befindlichen Schleifkontakt (15) verläuft.

6. Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen in einem Hochleistungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stellelement (7.1; 7.2; 7.3; 7.4) ein Meßfühler (16.1; 16.2; 16.3; 16.4) zugeordnet ist.

7. Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen in einem Hochleistungsobjektiv nach einem der Ansprücheach 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellelemente (7.1; 7.2; 7.3; 7.4) ebenfalls Piezotranslatoren sind.

8. Vorrichtung zur lateralen Justierung von Linsen in einem Hochleistungsobjektiv nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner mit integrierter Steuerung vorhanden ist, der mit den Stellele menten (7.1; 7.2; 7.3; 7.4) und den Meßfühlern (16.1; 16.2; 16.3; 16.4) verbun den ist, so daß die Stellelemente (7.1; 7.2; 7.3; 7.4) in Abhängigkeit der von den Meßfühlern (16.1; 16.2; 16.3; 16.4) erfaßten Istwerte verglichen mit im Rechner gespeicherten Sollwerten angesteuert werden.