WO2020173720A1 - Optische baugruppe mit geführt bewegbaren optischen elementen und verfahren zum geführten bewegen eines ersten optischen elements und eines zweiten optischen elements - Google Patents

Optische baugruppe mit geführt bewegbaren optischen elementen und verfahren zum geführten bewegen eines ersten optischen elements und eines zweiten optischen elements Download PDF

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WO2020173720A1
WO2020173720A1 PCT/EP2020/053899 EP2020053899W WO2020173720A1 WO 2020173720 A1 WO2020173720 A1 WO 2020173720A1 EP 2020053899 W EP2020053899 W EP 2020053899W WO 2020173720 A1 WO2020173720 A1 WO 2020173720A1
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optical
guide
elements
bearing
optical assembly
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PCT/EP2020/053899
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Dirk Dobermann
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Carl Zeiss Jena Gmbh
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    • G02B7/003—Alignment of optical elements
    • G02B7/005—Motorised alignment

Definitions

  • the present invention relates to an optical assembly with a first optical element and a second optical element, which are arranged movably in a guided manner.
  • optical assemblies which have two optical elements which can be displaced relative to one another with respect to the optical axis, in particular two optical elements which can be displaced towards one another perpendicular to the optical axis.
  • the displaceable optical elements can also be elements with free-form surfaces, which are sometimes referred to as Alvares elements.
  • Optical systems with such assemblies are described, for example, in DE 10 2008 001 892 A1, WO 2007/037691 A2, US 2017/0227747 A1 and US 2013/0278911 A1.
  • imaging errors for different focal planes can be corrected in a targeted manner, as is described in DE 10 2013 101 711 A1.
  • optical elements with free-form surfaces that can be displaced perpendicular to the optical axis also offer the possibility of deliberately introducing aberrations into an optical system, for example in order to bring about a soft focus effect in a photo lens.
  • This is described in DE 10 2014 118 383 A1, for example.
  • DE 10 2015 116 895 B3 describes a similar use of optical elements with free-form surfaces that can be displaced perpendicular to the optical axis.
  • the movement when moving the optical elements perpendicular to the optical axis is often only a few millimeters. Very high demands are placed on the movement in terms of its loyalty to leadership. With a travel of more than 3 mm, the deviation should typically be less than 1 m.
  • both the positions and the guide track of each optical element are adjusted relative to the optical system. Since the adjustment of the guideway of an optical element influences its position and vice versa, there must be coupled adjustment points, which complicates the adjustment. Furthermore, the adjustment elements, such as adjustment screws, remain in the optical system after the adjustment has been completed. The result is an increased space requirement. In addition, settlement phenomena can make readjustment necessary during the service life of the optical system. The adjustment described is therefore complex and cost-intensive and therefore only suitable to a limited extent for series production.
  • An optical assembly with two optical elements is known from WO 2013/064689 A2, in which one of the optical elements has a guide groove and a guide rail.
  • the other optical element has a projection protruding into the guide groove and a guide rail engaging in the guide rail of the first optical element
  • a third object of the present invention is to provide a method for the guided movement of a first optical element and a second optical element which overcomes or at least reduces at least one of the disadvantages mentioned with reference to the prior art and in which the number of the guided optical elements is not limited to two.
  • the first object is achieved by an optical assembly according to claim 1, the second object by a wavefront manipulator according to claim 20 and the third object by a method according to claim 21.
  • the dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
  • An optical assembly according to the invention comprises at least one first optical element, which can be designed as a transmissive or reflective optical element, and a second optical element, which can also be designed as a transmissive or reflective optical element.
  • the optical elements are each arranged movably guided.
  • the optical elements of the optical assembly can in particular be arranged one behind the other along an axis and can be guided in a movable manner parallel to a plane perpendicular to the axis.
  • there is a common guide for at least two of the optical elements of the optical assembly which, when the movements are guided, provides a guide path common to both optical elements.
  • the guideway is the path along which the guidance takes place and clearly defines the movement paths along which the optical elements move.
  • the movement paths do not need to be identical to one another. If, for example, the optical elements are arranged one behind the other along an axis and can be moved parallel to a plane perpendicular to this axis, the movement paths can be spaced apart, but the movement paths are fixed relative to one another due to the common guide path.
  • every device is to be considered here which, when a body is displaced, leads to the displacement taking place along a predetermined movement path.
  • the specified trajectory is clearly linked to the guideway.
  • the guideway can be straight or curved within the scope of the invention, so that a guided linear movement of the two optical elements or a guided curved movement of the two optical elements, for example a complete circular movement or a movement along a circular arc, can be implemented.
  • the assembly according to the invention therefore typically only requires mutually independent adjustment options for the position of the at least two optical elements with the common guide relative to each other and for the common guide track. Since the guide acts on both optical elements, it is not necessary to adjust the guide tracks of the optical elements relative to one another. This reduces the time required for adjustment. In addition, the reduction in the number of adjustment options leads to a reduction in the complexity of the optical assembly, which at the same time increases the rigidity of the mechanical structure. The higher stability and rigidity result from the fact that fewer mechanical components are required. This contributes significantly to the reduction of the series production costs. In addition, the common guideway ensures a high level of long-term stability, since settling phenomena are reduced.
  • the common guide comprises at least one guide element on which the at least two optical elements with the common guide are each supported by means of bearing elements.
  • the position elements can form part of a plain or roller bearing.
  • the guide element along which the bearing elements slide or roll defines the guide path.
  • rolling bearings offer less friction, but are more complex in construction, which increases the series production costs compared to the use of plain bearings.
  • the choice of the type of bearing can be made dependent on the available installation space and the requirements for the actuating movement, such as the number of actuating cycles, actuating dynamics, service life, wear behavior, particle immission, etc.
  • the sliding loaders already mentioned are particularly suitable for the smallest installation spaces, although the adjustment speed is lower than that of a roller bearing and is a maximum of approx. 1 m / s.
  • the guide geometry is not located directly on the optical element, but is connected to it.
  • the separate guide geometry allows highly precise machining of the guide geometry (guide track), which enables a very precise guide movement.
  • the bearing elements can be formed directly on the at least two optical elements with the common guide.
  • the typical materials of refractive optics in particular, i.e. mineral or organic glasses are not optimal for the construction of guides with permanently good storage properties due to their wear behavior.
  • the at least two optical elements with the common guide can therefore each be arranged in a mount.
  • the bearing elements are then formed on the sockets.
  • the mounts can form slides with the aid of which the optical elements can be moved along the common guide path.
  • the at least one guide element can comprise at least one guide rail on which the optical elements are mounted with the common guide by means of the bearing elements.
  • the at least one guide element can comprise at least a first guide rail and a second guide rail, in which case the at least two optical elements with the common guide are each supported by the bearing elements both at least on the first guide rail and on the second guide rail.
  • Two guide rails are advantageous in that any forces or moments acting on the optical elements or their mounts through the guide act symmetrically.
  • the at least one guide rail is designed as at least one guide rod which is at least partially encompassed by the bearing elements.
  • the bearing elements can include rolling bodies engaging the at least one guide rod.
  • the bearing elements can be bearing surfaces from which the guide rod is contacted.
  • the guide rod can be contacted by the bearing surfaces in such a way that there is a 3-point bearing.
  • the guide element has a particularly simple and inexpensive structure that can be manufactured.
  • the cross section of the at least one guide rod can be round, elliptical, polygonal, etc., wherein the cross section of the at least one guide rod can in particular also be adapted to the type of bearing elements used.
  • the at least one guide rail has at least one guide groove and the bearing elements are designed as projections engaging in the at least one guide groove.
  • Rolling bodies such as balls, cylinders or needles can be arranged between the at least one guide groove and the projections engaging in the at least one guide groove.
  • the at least one guide element and the bearing elements can be pretensioned against one another. It is advantageous if the pretensioning forces only act at the contact points between the bearing elements and the at least one guide element, since in this way deformations of the optical elements or their mounts can be avoided.
  • a secure contact can additionally or alternatively also be achieved in that the bearing elements and the at least one guide element are paired with a positive fit.
  • suitable material pairings can be used for the bearing elements on the one hand and the at least one guide element on the other.
  • the bearing elements and / or the at least one guide element have a friction-reduced surface layer, that is to say a sliding coating, for example Teflon or the like. If the sliding lining on both the bearing elements and the at least one
  • Guide element is applied, it can also be reworked jointly for the bearing elements and the at least one guide element after application, which enables the highest possible guidance accuracy.
  • the bearing elements in each of the at least two optical elements with the common guide each have at least one recess or interruption extending along the at least one guide element.
  • this at least one bearing element is at least one of the at least two optical elements arranged with the common guide.
  • the recess or interruption along the at least one guide element has a larger dimension than the bearing element arranged in the recess or interruption. In this way, the bearing element arranged in the recess or interruption is not prevented from moving, so that the movement of the at least two optical elements with the common guide is not hindered relative to one another.
  • This particular embodiment enables self-centering and an approximately symmetrical distribution of the frictional forces occurring during guidance.
  • the optical assembly according to the invention can also comprise a drive device acting at least indirectly on at least one of the at least two optical elements with the common guide, for example if a mount is present via the mount, for introducing an actuating force causing the guided movement. In this way, the optical assembly does not need to have an interface to an external transmission.
  • the drive device can include, for example, a linear drive or a rotary drive. If the movement of the optical elements is a linear movement, but the drive device comprises a rotationally acting drive, the optical assembly also has a gear that converts a rotational movement into a linear movement.
  • the drive device of the optical assembly can comprise a separate drive for each of the at least two optical elements with the common guide. This is advantageous in that when separate drives are used, the actuating movement is available over the entire usable range of movement and thus forms a degree of freedom of adjustment. As a result, the demands on the tolerances of the individual parts and on the adjustment are lower.
  • the optical assembly has at least one detector for detecting the Includes positions of the at least two optical elements with the common guide. Any incorrect positioning that occurs due to wear and tear can then be compensated for, for example within the framework of a control, by means of an adjusting movement.
  • elements to be supplied with electricity comprised by the optical assembly are arranged in such a way that they do not interfere with the at least move two optical elements with the common guide during their guided movement.
  • a wavefront manipulator for manipulating the wavefront of an electromagnetic wave is also provided.
  • the wavefront manipulator according to the invention comprises an optical assembly according to the invention for manipulating the wavefront.
  • the optical elements of the optical assembly can in particular be provided with free-form surfaces.
  • a free-form surface is understood to be a complex surface that can be represented in particular by means of regionally defined functions, in particular twice continuously differentiable regionally defined functions.
  • suitable regionally defined functions are (in particular piecewise) polynomial functions (in particular polynomial splines, such as bicubic splines, higher-degree splines of the fourth degree or higher, or polynomial non-uniformly rational B-splines (NURBS)).
  • polynomial splines such as bicubic splines, higher-degree splines of the fourth degree or higher, or polynomial non-uniformly rational B-splines (NURBS)
  • NURBS polynomial non-uniformly rational B-splines
  • a freeform surface does not need to have axial symmetry or point symmetry and can have different values for the mean surface power in different areas of the surface.
  • a free-form surface on an optical element is usually done by machining the optical element, for example by milling, as part of a CNC process in which the Freeform surface is produced numerically controlled on the basis of a mathematical description of the surface.
  • machining the optical element for example by milling
  • the negative compression mold must be machined with the appropriate additions for temperature-dependent shrinkage using a CNC process.
  • the present invention also provides a method for the guided movement of at least a first optical element and a second optical element.
  • the optical elements can be either transmissive optical elements or reflective optical elements. In particular, they can be arranged one behind the other along an axis and can be moved parallel to one another in a plane running perpendicular to the axis. According to the invention, the movement of at least two of the optical elements of the optical assembly takes place on the basis of a guide common to these optical elements, which provides a guide path common to the corresponding optical elements.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment for an optical assembly with two movable optical elements, in which both optical elements are guided together, in a sectional view.
  • FIG. 2 shows the optical assembly from FIG. 1 in a perspective view.
  • Figure 3 shows a second embodiment for an optical
  • FIG. 4 shows the optical assembly from FIG. 3 in a top view.
  • FIG. 5 shows a third exemplary embodiment for an optical assembly with two movable optical elements, in which a guide common to both optical elements is present, in a sectional view.
  • FIG. 6 shows the optical assembly from FIG. 5 in a perspective view.
  • Figure 7 shows the versions of the optical elements of the optical
  • Figure 8 shows a fourth embodiment for an optical sensor
  • FIG. 9 shows an optical component with a drive device for introducing a driving force into the optical elements of the optical component in order to bring about the guided movement.
  • Figure 10 shows a rotary drive with a traction mechanism.
  • Figure 1 1 shows a rotary drive with a Flebel gear.
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment for an optical assembly with three movable optical elements, in which a guide common to the three optical elements is present, in a schematic representation.
  • FIGS. 5 to 8 exemplary embodiments with guides which comprise guide rails having guide grooves.
  • guides with linear guideways are described in the exemplary embodiments, a person skilled in the art recognizes that the underlying principles can also be used for guides that provide curved guideways, in particular, but not exclusively, circular guideways.
  • FIGS. 1 and 2 show a first exemplary embodiment for an optical assembly 1 according to the invention.
  • the optical assembly 1 comprises two optical elements 3A and 3B, which are each arranged in a mount 5A, 5B.
  • Each of the optical elements 3A, 3B has a flat surface 7A, 7B and a free-form surface 9A, 9B, the optical elements in the present exemplary embodiment 3A, 3B being arranged in such a way that their free-form surfaces face one another. However, they can also be arranged on the opposite sides, or free-form surfaces can be arranged on both sides of an optical element 3A, 3B.
  • the optical elements 3A, 3B with the free-form surfaces 9A, 9B are arranged one behind the other along an optical axis OA and are mounted displaceably parallel to a straight line running perpendicular to the optical axis OA.
  • the optical elements 3A, 3B serve as a wavefront manipulator, in which the degree of manipulation effect on the wavefront depends on the degree of displacement of the optical elements 3A, 3B along the straight line.
  • the displacement of the optical elements 3A, 3B for guiding the wavefront manipulation along the straight line takes place by the same amount, but in opposite directions.
  • each optical element can be shifted by individual amounts.
  • optical elements 3A, 3B can be shifted by individual amounts, there is also the possibility of an optical fine correction.
  • the compensation of imaging errors caused by the displacement of the optical elements of a wavefront manipulator is described in DE 10 2013 101 711 A1. Reference is therefore made to this document with regard to compensating for imaging errors.
  • a high degree of precision is required when moving the optical elements 3A, 3B.
  • the deviations from the set position should, if possible, be no more than 5 pm and preferably be less than 1 pm.
  • a highly precise adjustment of both the positions of the optical elements 3A, 3B and the movement paths of the optical elements 3A, 3B is necessary in order to ensure that the optical elements have the correct travel and the correct position in the occupy optical component.
  • the optical component 1 has a guide common to both optical elements 3A, 3B which, when the first optical element 3A and the second optical element 3B move, both optical elements 3A, 3B provides common guide track.
  • the common guideway ensures that the adjusting movements of the optical elements 3A, 3B are always adjusted relative to one another. A misalignment of the movement paths relative to one another is not possible because the guide paths of the two optical elements cannot shift relative to one another.
  • the common guide path not only eliminates the need to adjust the movement paths of the optical elements 3A, 3B relative to one another, as would be the case if each of the optical elements 3A, 3B had its own guide with its own guide path, but also reduces it the number of components of the optical assembly 1.
  • the resulting reduced complexity of the optical assembly 1 reduces the manufacturing costs, which is particularly advantageous with regard to series production.
  • the common guide track is formed by two parallel guide elements in the form of guide rods 11, 13, on which bearing surfaces 15, 17 and 19 or 21, 23 and 25 of the mounts 5A, 5B rest.
  • the guide rods 11, 13 form guide rails on which the bearing surfaces 15, 17, 19 and 21, 23, 25 designed as sliding surfaces slide when the optical elements 3A, 3B move.
  • the sliding surfaces 15, 17, 19, 21, 23, 25 in the present exemplary embodiment are provided with a friction-reducing coating, for example with a PTFE coating (PTFE: polytetrafluoroethylene).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the guide rods 11, 13 can also be provided with a friction-reducing coating, for example a PTFE coating.
  • the bearing surfaces 15, 17, 19, 21, 23 and 25 represent bearing elements which, together with the guide rods 11, 13, form the guide for the optical assembly.
  • the bearing points themselves are preferably listed as 3-point contacts, ie the guide elements, here the guide rods 11, 13, are at three points of their cross-section from the bearing elements, here the bearing surfaces 15, 17, 19, 21, 23 and 25, contacted.
  • this is achieved in that the bearing surfaces 17, 19 and 23, 25 form a V-shaped groove which is in the desired direction of movement and which is opposite to the respective third bearing surface 15, 21.
  • the guide rods in the present exemplary embodiment have a circular cross section, they can in principle have other cross sections.
  • Alternative cross-sections are, for example, elliptical cross-sections, polygonal cross-sections or even an irregular cross-section, without the alternative cross-sections being restricted to the named cross-sections.
  • the guide rods 1 1, 13 are firmly connected to the housing of the optical device, so that the guide defines the optical axis of the optical device, which typically coincides with the optical axis OA of the optical assembly , he follows.
  • the mounts 5A, 5B are pretensioned against one another.
  • the prestressing forces F introduced into the sockets for prestressing are preferably introduced into the sockets 5A, 5B in the area of the contact points of the bearing surfaces 15, 17, 19, 21, 23, 25 with the respective guide rod 11, 13 in order to avoid deformations of the sockets 5A, 5B should be avoided or at least kept as low as possible due to the forces introduced.
  • the optical elements 3A, 3B are enclosed in mounts 5A, 5B.
  • mounts 5A, 5B it is also possible to dispense with the mounts 5A, 5B and to form the bearing surfaces 15, 17, 19, 21, 23, 25 directly in the optical elements 3A, 3B.
  • the materials of refractive optical elements are generally not suitable for the construction of bearing surfaces with permanently good bearing and sliding properties.
  • the arrangement of the bearing surfaces 15, 17, 19, 21, 23, 25 in the mounts 5A, 5B for the optical elements 3A, 3B is advantageous.
  • the mount 5B located at the bottom in FIGS. 1 and 2 has a flat surface 15 and in those areas Areas 27 in which the V-shaped groove 23, 25 is located in the mount 5B located at the bottom in FIGS. 1 and 2, the mount 5A located at the top in FIGS. 1 and 2 has a flat surface 21.
  • FIGS. 3 and 4 A second exemplary embodiment for an optical assembly according to the invention is described below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the second exemplary embodiment for the optical assembly 1 differs from the first exemplary embodiment only in the design of the guide for the guided movement of the first optical element 3A and the guided movement of the second optical element 3B.
  • the optical elements 3A, 3B themselves do not differ from the optical elements from the first exemplary embodiment.
  • the sockets 5A, 5B also do not differ apart from the design of the bearing elements with which they are mounted on the guide rod 11.
  • the bearing elements of the second embodiment are designed as plain bearing bushes 31 A, 31 B, which slide on the guide element, which, as in the first embodiment, is designed as a guide rail in the form of a guide rod 11.
  • a plurality of such plain bearing bushings 31A are arranged one behind the other, spaced apart from one another, along the direction of extent of the guide rod 11.
  • the second mount 5B there are recesses 33B in which the plain bearing bushings 31A of the first mount 5A can move along the guide rod 11.
  • the extent of the recesses 33B along the guide rod 11 is selected to be so large that the plain bearing bushes 31A of the first mount 5A can be moved over the entire required travel of the first optical element 3A.
  • the second mount 5B also has a number of plain bearing bushings 31B, which are located in recesses 33A of the first mount 5A.
  • the cutouts 33A have such dimensions along the extension direction of the guide rod 11 that the slide bearing bushes 31B of the second mount 5B arranged therein can be moved along the guide rod 11 over the entire travel of the second optical element 3B.
  • two guide rods are also present in the second exemplary embodiment, of which only one is shown in FIGS. 3 and 4, however.
  • the sockets 5A, 5B in the area of the second guide rod have plain bearing bushes and recesses which enable the plain bearing bushes to be moved over the entire travel range.
  • FIGS. 5 to 7 A third exemplary embodiment for an optical assembly according to the invention is shown in FIGS. 5 to 7.
  • the optical elements 3A, 3B of the third exemplary embodiment correspond to those of the first two exemplary embodiments. They are therefore not described again in order to Avoid repetitions.
  • the difference between the third exemplary embodiment and the two preceding exemplary embodiments lies in the type of guide that provides the two optical elements common guide path during the guided movement of the first optical element 3A and the guided movement of the second optical element 3B.
  • two guide rails 35, 37 are present as guide elements, each of which has a V-shaped groove 39, 41.
  • the guide rails 35, 37 are attached directly or indirectly to the housing of the device when the optical assembly is installed in an optical device.
  • Roof-edge-like sections 43A, 45A, 43B, 45B of the mounts 5A, 5B engage as bearing elements in the V-shaped grooves 39, 41 of the guide rails 35, 37.
  • the surfaces of the roof-edged sections 43A, 43B, 45A, 45B are bearing surfaces which, together with the surfaces of the V-shaped grooves 39, 41, which also form bearing surfaces, each form a slide bearing.
  • the common guide track is defined by the guide rails 35, 37 with the V-shaped grooves 39, 41.
  • the roof edge-shaped sections 43A, 45A, 43B, 45B do not extend along the guide rails 35, 37 over the entire extent of the sockets 5A, 5B, but each have interruptions 47A, 47B, 49A, 49B in which the roof-edge-shaped sections 43A, 45A, 43B, 45B of the respective other mount 5A, 5B are arranged (see FIG. 7).
  • the interruptions along the guide rails 35, 37 have dimensions which are larger than the dimensions of the roof-edge-shaped sections in the respective interruptions 47A, 47B, 49A, 49B.
  • the extent of the interruptions 47A, 47B, 49A, 49B is selected so large that the roof-edge-like projections located therein can be displaced along the guide rails 35, 37 over the entire adjustment path of the respective optical element 3A, 3B.
  • the ease of movement of the optical elements 3A, 3B along the guide track can be adjusted by a suitable pretensioning force F, which biases the V-shaped grooves 37, 39 in the direction of the roof edge-like sections 43, 45.
  • the guide rails 35, 37 In order to be able to fasten the two guide rails 35, 37 to the housing of an optical device in which the optical assembly is to be installed, it is possible to mount the guide rails 35, 37 on a carrier element (not shown in FIGS. 5 to 7) , which in turn is mounted on the housing of the optical device.
  • the carrier element then defines the position of the optical assembly along the optical axis of the optical device. It also enables the azimuthal alignment of the optical assembly, i. the orientation of the optical assembly within a plane perpendicular to the optical axis, as well as a centering of the optical assembly.
  • the centering and the alignment can be realized in practice, for example, by a screw-on surface, a centering collar and an azimuthal determination element.
  • the running direction of the guideway can thus be clearly aligned or related to the interface of the optical device.
  • FIG. 8 A modification of the exemplary embodiment shown in FIGS. 5 to 7 for the optical assembly according to the invention is shown in FIG. While in the embodiment shown in Figures 5 to 7, the surfaces of the roof-edge-like projections 43A, 43B, 45A, 45B together with the surfaces of the V-shaped grooves 39, 41 form slide bearings, the bearings in the embodiment shown in Figure 8 are roller bearings educated.
  • cages with needles 53 are located between the surfaces of the roof edge-like projections 43A, 43B, 45A, 45B.
  • the extension of the cages along the guide rails 35, 37 is less than the extension of a roof edge-like projection along the guide rails.
  • the cages 51 do not fall short of the available adjustment path when moving during the displacement of the optical elements 3A, 3B Limit the travel made possible by the interruptions 47A, 47B, 49A, 49B.
  • the needles 53 described can also be arranged in the cages 51 with rollers or balls.
  • roller cages parallel roller cages could be used, with the design of the guide, except for the cage, essentially corresponding to the embodiment shown in Figure 8, or cross-roller cages, whereby the bearing elements would have a V-shaped groove instead of roof-edge-like projections like the guide rails.
  • needle cages are more compact than roller cages, so that needle cages are advantageous compared to roller cages with regard to the required installation space.
  • an actuating force causing the displacement can, for example, by coupling a linearly acting drive, for example a so-called voice coil motor, a linear motor, a piezo actuator, a piezo stepping drive, etc., or by coupling a rotary acting drive Drive, for example a direct current motor, a stepping motor, a rotary drive based on a piezo stepping drive, etc., and the conversion of the rotary movement into a linear movement, for example by means of a cam gear, a lever gear, a helical gear, a traction mechanism , etc., take place.
  • a linearly acting drive for example a so-called voice coil motor, a linear motor, a piezo actuator, a piezo stepping drive, etc.
  • a rotary acting drive Drive for example a direct current motor, a stepping motor, a rotary drive based on a piezo stepping drive, etc.
  • the conversion of the rotary movement into a linear movement for example
  • the drive force or drive torque must be adequately dimensioned for the application of the corresponding actuating forces.
  • the frictional forces that occur between the guide elements and the bearing elements as well as, if applicable, frictional forces in the transmission or a transmission must also be taken into account.
  • the mounts 5A, 5B can either be moved by means of a common drive acting on both mounts 5A, 5B or each by means of their own drive.
  • the use of your own independent drives offers the advantage that an additional degree of freedom is available over the entire travel range to compensate for optical errors can be used. As a result, the requirements for the tolerances of the individual parts and the adjustment of the individual parts are lower.
  • FIG. 1 An example of an optical assembly 1 with separate drives for the mounts 5A, 5B is shown in FIG.
  • the guide rails 37, 39 are attached to a carrier element 55, which can be built into an optical device.
  • two DC motors 57A, 57B are arranged on the carrier element 55, each of which acts on one of the sockets 5A, 5B to introduce the actuating force.
  • the rotary movements of the direct current motors 57A, 57B are converted into linear movements of the mounts 5A, 5B by means of a spindle gear.
  • direct current motors instead of direct current motors, other rotary motors can also be used.
  • linear motors can be used instead of motors that act in a rotary manner, in which case the gear unit for converting the rotary movement into a linear movement can be dispensed with.
  • suitable linearly acting drives are piezo actuators, piezo stepping drives or the like.
  • piezo actuators and piezo stepping drives When using piezo actuators and piezo stepping drives, a lever mechanism is usually required for larger adjustment ranges in the millimeter range, since the piezo actuators generally only allow adjustment movements in the range of a few micrometers. For this, however, very fast adjustment movements with high dynamics are possible.
  • piezo stepping drives are used whose mode of operation is based on the stick-slip effect, it is advantageous if roller bearings are used in the guide, as has been described with reference to FIG. 8, so that the actuating movement can be carried out reliably can.
  • the stationary part of the respective drive 57A, 57B is arranged on the carrier element 55, so that the power cables 58A, 58B do not have to follow any movement to supply the drives 57A, 57B. Incorrect positioning due to forces introduced into the moving optical elements by the cables can thus be avoided.
  • the position of the optical elements 3A, 3B can be detected along their guide path. Since the optical elements 3A, 3B are firmly connected to the mounts 5A, 5B, it is sufficient to detect the position of the mounts 5A, 5B along the guideway with an absolute measuring system or a relative measuring system plus a reference mark, for example an end position.
  • an absolute measuring system or a relative measuring system plus a reference mark for example an end position.
  • linear scales with integrated or separate marks for an end position or a reference position can be applied to the mounts 5A, 5B.
  • the linear scales can act magnetically or optically.
  • the sensor system which can consist of a measuring head, a fork coupler or a reflex coupler, is firmly connected to the carrier element 55.
  • the scale is arranged on the sockets 5A, 5B and the sensors are arranged on the carrier element 55
  • the reverse arrangement i.e. the arrangement of the scale on the carrier element 55 and the sensors on the moving mounts 5A, 5B.
  • the stationary arrangement of the sensor system on the carrier element 55 has the advantage that no electrical connections have to follow a movement, so that incorrect positioning due to forces introduced into the moving optical elements by cables can be avoided.
  • the mounts 5A, 5B are each moved by means of their own motors.
  • a single motor which acts on both sockets 5A, 5B in order to move them in opposite directions to one another along the guide track.
  • a DC motor or a stepping motor 61 transmits its rotary Movement by means of a drive wheel 63 on a revolving traction means, for example a belt, a chain, a rope, etc.
  • appropriate pulleys 65 are provided.
  • the traction mechanism In the areas in which the traction means 62 executes a linear movement, there are interfaces 67A, 67B via which the traction means 62 is coupled to the mount 5A or the mount 5B.
  • the traction mechanism also includes a tensioning roller 69, with the aid of which the traction mechanism 62 can be tensioned.
  • the adjustment of the tensioning roller 69 can take place permanently when the optical component is put into operation, and a check should be carried out from time to time. Alternatively, an automatic adjustment can take place, which can be brought about, for example, by a permanently acting spring mechanism which keeps the tension means 62 under tension.
  • the traction mechanism 62 only rests on the drive wheel 63.
  • the traction means 62 wraps around the drive wheel 63 several times, so that the drive slack can be minimized when the direction is reversed.
  • FIG. 1 shows a component 71 of the housing of an optical device to which guide rods 1 1, 13 of an optical assembly according to the invention are attached.
  • the mounts 5A, 5B have bearing elements 73A, 73B, 75A, 75B which are provided with bores through which the guide rods 11, 37 extend.
  • the guide rods 1 1, 13 encompassing ball cages 77 are located in the bores, ie a roller bearing guide is implemented.
  • the cages 77 each lie a distance back which corresponds to half the travel distance.
  • a direct current motor or a stepping motor 79 is provided as a rotary drive which acts on a rocker 80.
  • the two ends of the rocker 80 are each connected to one of the mounts 5A, 5B via a pull-push rod 81 A, 81 B.
  • the rocker 80 and the pull-push rods 81 A, 81 B form a Flebel gear, with the help of which the rotary movement of the direct current motor or stepping motor 79 is converted into the linear movement of the mounts 5A, 5B.
  • Torsion spring joints can be used at the articulation points 82 of the Flebelgear in order to ensure that the rotational movement of the direct current motor or a stepping motor 79 is converted into the linear movement with as little play as possible.
  • the torsion spring joints can be pretensioned in one direction and thus enable a largely play-free conversion of movement.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment for an optical assembly with three optical elements guided along a common guide track is shown schematically in FIG.
  • a third mount 5C with a further optical element is located between two outer mounts 5A, 5B with optical elements.
  • the mounts 5A, 5B, 5C are each displaceably mounted on a guide rod 11 by means of bearing elements 83A, 83B, 83C, for example in the form of plain bearing bushes.
  • interruptions 85A, 85B, 385C are present, which enable the bearing elements 83A, 83B, 83C of the other sockets 5A, 5B, 5C to be displaced within the interruption 85A, 85B, 85C along the guide rod 11.
  • this concept can also be transferred to optical assemblies with more than three optical elements.
  • all optical elements or their mounts can be guided along a common guide track, but not necessarily within the scope of the invention Must be case.
  • at least two of the optical elements of an optical assembly or their mounts have a common guide. If there are more than two optical elements, there is also the possibility that they each have a common guide in pairs.
  • the direction of movement of the guided movement of a couple can match that of another couple or run at an angle thereto, for example 90 °.
  • a zoom system can be set up that corrects different imaging errors, into which different imaging errors are introduced, or in which imaging errors in connection with the optical magnification or a similar size are corrected.
  • An optical element can in principle also belong to two pairs, for example if the guide rods or guide rails of one pair are displaceable along the guide path of the other pair.

Abstract

Es wird eine optische Baugruppe (1) mit wenigstens einem ersten optischen Element (3A) und einem zweiten optischen Element (3B), welche beide geführt bewegbar angeordnet sind, zur Verfügung gestellt. Es ist eine beiden optischen Elementen (3A, 3B) gemeinsame Führung (11, 13, 15 bis 25) vorhanden, welche bei der geführten Bewegung des ersten optischen Elements (3A) und der geführten Bewegung des zweiten optischen Elements (3B) eine beiden optischen Elementen (3A, 3B) gemeinsame Führungsbahn bereitstellt.

Description

Optische Baugruppe mit geführt bewegbaren optischen Elementen und Verfahren zum geführten Bewegen eines ersten optischen Elements und eines zweiten optischen Elements
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Baugruppe mit einem ersten optischen Element und einem zweiten optischen Element, welche geführt bewegbar angeordnet sind.
Zur Erweiterung der Funktion optischer Systeme können optische Baugruppen Verwendung finden, die zwei zur optischen Achse gegeneinander verschiebbare optische Elemente, insbesondre zwei senkrecht zur optischen Achse gegeneinander verschiebbare optische Elemente aufweisen. Die verschiebbaren optischen Elemente können dabei auch Elemente mit Freiformflächen sein, die gelegentlich als Alvares-Elemente bezeichnet werden. Optische Systeme mit derartigen Baugruppen sind beispielsweise in DE 10 2008 001 892 A1 , WO 2007/037691 A2, US 2017/0227747 A1 und US 2013/0278911 A1 beschrieben. Mit Hilfe Freiformflächen aufweisender optischer Elemente können beispielsweise Abbildungsfehler für verschiedene Fokusebenen gezielt korrigieren, wie dies in DE 10 2013 101 711 A1 beschrieben ist. Daneben bieten senkrecht zur optischen Achse verschiebbare optische Elemente mit Freiformflächen auch die Möglichkeit, gezielt Abbildungsfehler in ein optisches System einzubringen, beispielsweise um in einem Fotoobjektiv einen Weichzeichnereffekt herbeizuführen. Dies ist zum Beispiel in DE 10 2014 118 383 A1 beschrieben. Eine ähnliche Verwendung von senkrecht zur optischen Achse verschiebbaren optischen Elementen mit Freiformflächen beschreibt die DE 10 2015 116 895 B3. Die Bewegung beim Verschieben der optischen Elemente senkrecht zur optischen Achse beträgt oft nur wenige Millimeter. An die Bewegung werden dabei sehr hohe Ansprüche bzgl. ihrer Führungstreue gestellt. Bei einem Stellweg von mehr als 3 mm soll die Abweichung typischerweise geringer als 1 m sein. Um dies zu erreichen, werden sowohl die Positionen als auch die Führungsbahn jedes optischen Elements relativ zum optischen System justiert. Da die Justierung der Führungsbahn eines optischen Elementes dessen Position beeinflusst und umgekehrt müssen gekoppelte Justierstellen vorhanden sein, was die Justierung verkompliziert. Weiterhin verbleiben die Justierelemente wie beispielsweise Justierschrauben nach Beendigung der Justage im optischen System. Ein erhöhter Bauraumbedarf ist die Folge. Außerdem können Setzungserscheinungen während der Lebensdauer des optischen Systems ein Nachjustieren erforderlich machen. Der beschriebene Justage ist daher aufwendig und kostenintensiv und somit für eine Serienherstellung nur bedingt geeignet.
Aus WO 2013/064689 A2 ist eine optische Baugruppe mit zwei optischen Elementen bekannt, in der eines der optischen Elemente eine Führungsnut und eine Führungsschiene aufweist. Das andere optische Element weist einen in die Führungsnut vorstehenden Vorsprung und eine in die Führungsschiene des ersten optischen Elementes eingreifende Führungsschine auf
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Baugruppe zur Verfügung zu stellen für ein optisches System, welches ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element umfasst, die jeweils geführt bewegbar angeordnet sind, bei der zumindest manche der mit Bezug auf den Stand der Technik beschreibenden Nachteile überwunden oder zumindest verringert sind und bei der die Zahl der geführten optischen Elemente nicht auf zwei beschränkt ist.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wellenfrontmanipulator zum Manipulieren der Wellenfront einer elektromagnetischen Welle zur Verfügung zu stellen, in dem eine vorteilhafte Führung seiner optischen Elemente realisiert ist, welche wenigstens einen der mit Bezug auf den Stand der Technik genannten Nachteile überwindet oder zumindest verringert und bei dem die Zahl der geführten optischen Elemente nicht auf zwei beschränkt ist.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum geführten Bewegen eines ersten optischen Elementes und eines zweiten optischen Elementes zur Verfügung zu stellen, welches wenigstens einen der mit Bezug auf den Stand der Technik genannten Nachteile überwindet oder zumindest verringert und bei dem die Zahl der geführten optischen Elemente nicht auf zwei beschränkt ist.
Die erste Aufgabe wird durch eine optische Baugruppe nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch einen Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 20 und die dritte Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 21 . Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße optische Baugruppe umfasst wenigstens ein erstes optisches Element, das als transmissives oder reflektives optisches Element ausgebildet sein kann, und ein zweites optisches Element, das ebenfalls als transmissives oder reflektives optisches Element ausgebildet sein kann. Die optischen Elemente sind jeweils geführt bewegbar angeordnet. Dabei können die optischen Elemente der optischen Baugruppe insbesondere entlang einer Achse hintereinander angeordnet sein und parallel zu einer zur Achse senkrechten Ebene bewegbar geführt sein. In der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe ist eine gemeinsame Führung für wenigstens zwei der optischen Elemente der optischen Baugruppe vorhanden, die bei geführten Bewegungen eine den beiden optischen Elementen gemeinsame Führungsbahn bereitstellt. Die Führungsbahn ist dabei die Bahn, entlang derer die Führung erfolgt und legt die Bewegungsbahnen, entlang derer sich die optischen Elemente bewegen, eindeutig fest. Die Bewegungsbahnen brauchen dabei nicht miteinander identisch zu sein. Wenn beispielsweise die optischen Elemente entlang einer Achse hintereinander angeordnet und parallel zu einer zu dieser Achse senkrechten Ebene bewegbar sind, können die Bewegungsbahnen einen Abstand voneinander haben, wobei die Bewegungsbahnen aufgrund der gemeinsamen Führungsbahn aber relativ zueinander festgelegt sind. Als Führung im Sinne der vorliegenden Erfindung soll dabei jede Einrichtung angesehen werden, die bei einer Verlagerung eines Körpers dazu führt, dass das Verlagern entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn erfolgt. Die vorgegebene Bewegungsbahn ist dabei eindeutig mit der Führungsbahn verknüpft. Die Führungsbahn kann im Rahmen der Erfindung gerade oder gekrümmt sein, so dass eine geführte lineare Bewegung der beiden optischen Elemente oder eine geführte kurvige Bewegung der beiden optischen Elemente, beispielsweise eine vollständige Kreisbewegung oder eine Bewegung entlang eines Kreisbogens, realisierbar ist.
Das Führen der wenigstens zwei der optischen Elemente der optischen Baugruppe auf einer gemeinsamen Führungsbahn mit Hilfe einer gemeinsamen Führung macht eine Justierung der Bewegungsbahnen der optischen Elemente relativ zueinander überflüssig. Die erfindungsgemäße Baugruppe benötigt daher typischerweise lediglich voneinander unabhängige Justiermöglichkeiten für die Lage der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung relativ zueinander und für die gemeinsame Führungsbahn. Da die Führung auf beide optische Elemente einwirkt, ist ein Justieren der Führungsbahnen der optischen Elemente relativ zueinander nicht nötig. Dadurch wird die für die Justage benötigte Zeit verringert. Außerdem führt die Verringerung der Anzahl der Justiermöglichkeiten zu einer Verringerung der Komplexität der optischen Baugruppe, was gleichzeitig die Steifigkeit des mechanischen Aufbaus erhöht. Die höhere Stabilität und Steifigkeit ergibt sich dabei daraus, dass weniger mechanische Komponenten nötig sind. Dies trägt erheblich zur Reduktion der Serienherstellkosten bei. Zudem gewährleistet die gemeinsame Führungsbahn eine hohe Langzeitstabilität, da Setzerscheinungen reduziert sind.
Die gemeinsame Führung umfasst wenigstens ein Führungselement, an welchem die wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung jeweils mittels Lagerelementen gelagert sind. Die Lageelemente können dabei einen Teil eines Gleit- oder Wälzlagers bilden. Dabei legt das Führungselement, entlang dem die Lagerelemente gleiten oder abrollen, die Führungsbahn fest. Hierbei ist es im Hinblick auf die Komplexität der optischen Baugruppe vorteilhaft, wenn Gleitlager Verwendung finden, so dass die Lagerelemente lediglich Lagerflächen zu sein brauchen. Im Gegensatz dazu bieten Wälzlager zwar eine geringere Reibung, sind dafür jedoch im Aufbau komplexer, was die Serienherstellungskosten gegenüber der Verwendung von Gleitlagern erhöht. Generell kann die Wahl der Art des Lagers vom verfügbaren Bauraum und den Anforderungen an die Stellbewegung, etwa der Anzahl an Stellzyklen, der Stelldynamik, der Lebensdauer, des Verschleißverhaltens, der Partikelimmission, etc. abhängig gemacht werden. Dabei eignen sich die bereits angesprochenen Gleitlader besonders für kleinste Bauräume, wobei die Verstellgeschwindigkeit im Vergleich zu einem Wälzlager jedoch geringer ist und maximal ca. 1 m/s beträgt.
Dadurch, dass ein von den optischen Elementen getrenntes Führungselement vorhanden ist, ist anders als bei der aus WO 2013/064679 A2 bekannten Führung kein führender Kontakt zwischen den geführten optischen Elementen erforderlich, so dass auch mehr als zwei optische Elemente entlang derselben Führungsbahn geführt werden können. Hierbei befindet sich die Führgeometrie nicht direkt am optischen Element, sondern steht mit diesem in Verbindung. Die separate Führgeometrie erlaubt eine hochgenaue Bearbeitung der Führgeometrie (Führungsbahn), wodurch eine sehr genaue Führbewegung ermöglicht wird.
Die Lagerelemente können direkt an den wenigstens zwei optischen Elementen mit der gemeinsamen Führung ausgebildet sein. Jedoch sind die typischen Materialien insbesondere refraktiver Optiken, also mineralische oder organische Gläser, aufgrund ihres Verschleißverhaltens für den Bau von Führungen mit dauerhaft guten Lagereigenschaften nicht optimal. In einer alternativen Ausgestaltung können daher die wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung jeweils in einer Fassung angeordnet sein. Die Lagerelemente sind dann an den Fassungen ausgebildet. Auf diese Weise können die Fassungen Schlitten bilden, mit deren Hilfe die optischen Elemente jeweils entlang der gemeinsamen Führungsbahn bewegt werden können. Diese Variante ist insbesondere im Hinblick auf den Verschleiß sowie aus Sicht der Fertigung und der Serienherstellungskosten vorteilhaft. Das wenigstens eine Führungselement kann wenigstens eine Führungsschiene umfassen, an welcher die optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung jeweils mittels der Lagerelemente gelagert sind. Insbesondere kann das wenigstens einen Führungselement wenigstens eine erste Führungsschiene und eine zweite Führungsschiene umfassen, wobei dann die wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung jeweils mittels der Lagerelemente sowohl wenigstens an der ersten Führungsschiene als auch an der zweiten Führungsschiene gelagert sind. Zwei Führungsschienen sind insofern vorteilhaft, als dass etwaige durch die Führung auf die optischen Elemente oder ihre Fassungen einwirkende Kräfte oder Momente symmetrisch wirken.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die wenigstens eine Führungsschiene als wenigstens eine Führungsstange ausgebildet, die von den Lagerelementen wenigstens teilweise umgriffen wird. Dabei können die Lagerelemente an der wenigstens einen Führungsstange angreifende Wälzkörper einschließen. Alternativ können die Lagerelemente Lagerflächen sein, von denen die Führungsstange kontaktiert wird. Insbesondere kann die Führungsstange von den Lagerflächen derart kontaktiert werden, dass eine 3- Punkt-Lagerung vorliegt. In dieser Ausführungsvariante weist das Führungselement eine besonders einfache und kostengünstig herstellbare Struktur auf. Der Querschnitt der wenigstens einen Führungsstange kann rund, elliptisch, polygonal, etc. sein, wobei der Querschnitt der wenigstens einen Führungsstange insbesondere auch an die Art der verwendeten Lagerelemente angepasst sein kann. Um einen Reibungskontakt zwischen dem wenigstens einen Führungselement und den Lagerflächen gering zu halten, ist es in allen Ausführungsvarianten mit Lagerflächen als Lagerelementen vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Führungselement von den Lagerflächen derart kontaktiert wird, dass eine 3-Punkt-Lagerung vorliegt. Zudem kann eine 3-Punkt-Lagerung für eine Selbstjustierung der Lagerflächen relativ zum Führungselement sorgen.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist die wenigstens eine Führungsschiene wenigstens eine Führungsnut auf und die Lagerelemente sind als in die wenigstens eine Führungsnut eingreifende Vorsprünge ausgebildet. Dabei können zwischen der wenigstens einen Führungsnut und den in die wenigstens eine Führungsnut eingreifenden Vorsprüngen Wälzkörper wie Kugeln, Zylinder oder Nadeln angeordnet sein.
Für den sicheren Kontakt zwischen den Lagerelementen einerseits und dem wenigstens einen Führungselement anderseits, können das wenigstens eine Führungselement und die Lagerelemente gegeneinander vorgespannt sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Vorspannkräfte nur an den Kontaktstellen zwischen den Lagerelementen und dem wenigstens einen Führungselement wirken, da auf diese Weise Verformungen der optischen Elemente oder ihrer Fassungen vermieden werden können. Ein sicherer Kontakt kann zusätzlich oder alternativ aber auch dadurch erreicht werden, dass die Lagerelemente und das wenigstens einen Führungselement formschlüssig gepaart sind.
Um ein Anfressen oder Ansprengen an den Lagerelementen und dem wenigstens einen Führungselement zu verhindern und dem Entstehen von Reibungswärme entgegenzuwirken, können für die Lagerelemente einerseits und das wenigstens eine Führungselement andererseits geeignete Materialpaarungen Verwendung finden. Vorteilhafter ist es jedoch, gleiche Materialien zu verwenden, da sich dadurch unterschiedliche
Wärmeausdehnungskoeffizienten vermeiden lassen. In diesem Fall ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Lagerelemente und/oder das wenigstens eine Führungselement eine reibungsverminderte Oberflächenschicht, also einen Gleitbelag, aufweisen, etwa Teflon oder dergleichen. Wenn der Gleitbelag sowohl auf die Lagerelemente als auch auf das wenigstens eine
Führungselement aufgebracht wird, kann er nach dem Aufbringen zudem für die Lagerelemente und das wenigstens eine Führungselement gemeinsam nachbearbeitet werden, was höchste Führungsgenauigkeiten ermöglicht.
In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe weisen in jedem der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung die Lagerelemente jeweils wenigstens eine sich entlang des wenigstens einen Führungselements erstreckende Aussparung oder Unterbrechung auf. In dieser ist wenigstens ein Lagerelement zumindest eines der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung angeordnet. Dabei weist die Aussparung oder Unterbrechung entlang des wenigstens einen Führungselementes eine größere Abmessung auf als das in der Aussparung oder Unterbrechung angeordnete Lagerelement. Auf diese Weise wird das in der Aussparung oder Unterbrechung angeordnete Lagerelement nicht an einer Bewegung gehindert, so dass die Bewegung der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung relativ zueinander nicht behindert wird. Diese besondere Ausgestaltung ermöglicht eine Selbstzentrierung und eine annähernd symmetrische Verteilung der bei der Führung auftretenden Reibungskräfte.
Die erfindungsgemäße optische Baugruppe kann auch eine auf mindestens eines der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung zumindest mittelbar, bspw. beim Vorhandensein einer Fassung über die Fassung, einwirkende Antriebseinrichtung zum Einleiten einer die geführte Bewegung bewirkenden Stellkraft umfassen. Auf diese Weise braucht die optische Baugruppe keine Schnittstelle zu einem externen Getriebe aufzuweisen. Die Antriebseinrichtung kann dabei beispielsweise einen Linearantrieb oder einen rotatorischen wirkenden Antrieb umfassen. Falls die Bewegung der optischen Elemente eine lineare Bewegung ist, die Antriebseinrichtung jedoch einen rotatorisch wirkenden Antrieb umfasst, weist die optische Baugruppe außerdem ein eine rotatorische Bewegung in eine lineare Bewegung umwandelndes Getriebe auf.
Die Antriebseinrichtung der optischen Baugruppe kann für jedes der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung einen eigenen Antrieb umfassen. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass bei der Verwendung getrennter Antriebe die Stellbewegung über den gesamten nutzbaren Bewegungsbereich zur Verfügung steht und somit ein Justierfreiheitsgrad bildet. Dadurch sind die Anforderungen an die Toleranzen der Einzelteile sowie an die Justage geringer.
Um die Lage der optischen Elemente korrigieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn die optische Baugruppe wenigstens einen Detektor zum Detektieren der Positionen der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung umfasst. Eventuelle aufgrund von Verschleiß auftretenden fehlerhaften Positionierungen, können dann bspw. im Rahmen einer Regelung durch eine Stellbewegung ausgeglichen werden.
Um Fehlpositionierungen durch auf die optischen Elemente einwirkende Kräfte, die durch sich verlagernde Kabel herbeigeführt werden, vermeiden zu können, ist es vorteilhaft, wenn von der optischen Baugruppe umfasste, mit Elektrizität zu versorgende Elemente derart ortsfest angeordnet sind, dass sie sich nicht mit den wenigstens zwei optischen Elementen mit der gemeinsamen Führung bei deren geführter Bewegung mitbewegen.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Wellenfrontmanipulator zum Manipulieren der Wellenfront einer elektromagnetischen Welle zur Verfügung gestellt. Der erfindungsgemäße Wellenfrontmanipulator umfasst zum Manipulieren der Wellenfront eine erfindungsgemäße optische Baugruppe. Die optischen Elemente der optischen Baugruppe können hierzu insbesondere mit Freiformflächen versehen sein. Unter einer Freiformfläche versteht man im weiteren Sinn eine komplexe Fläche, die sich insbesondere mittels gebietsweise definierter Funktionen, insbesondere zweimal stetig differenzierbarer gebietsweise definierter Funktionen darstellen lässt. Beispiele für geeignete gebietsweise definierte Funktionen sind (insbesondere stückweise) polynomiale Funktionen (insbesondere polynomiale Splines, wie z.B. bikubische Splines, höhergradige Splines vierten Grades oder höher, oder polynomiale non-uniform rational B-Splines (NURBS)). Fliervon zu unterscheiden sind einfache Flächen, wie z.B. sphärische Flächen, asphärische Flächen, zylindrische Flächen, torische Flächen, die zumindest längs eines Hauptmeridians als Kreis beschrieben sind. Eine Freiformfläche braucht insbesondere keine Achsensymmetrie und keine Punktsymmetrie aufzuweisen und kann in unterschiedlichen Bereichen der Fläche unterschiedliche Werte für den mittleren Flächenbrechwert aufweisen. Die Herstellung einer Freiformfläche auf einem optischen Element erfolgt in der Regel durch spanendes Bearbeiten des optischen Elements, also beispielsweise durch Fräsen, im Rahmen eines CNC-Verfahrens, in dem die Freiformfläche numerisch gesteuert auf der Basis einer mathematischen Beschreibung der Fläche hergestellt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Freiform blank zu pressen. Hierfür muss die negative Pressform mit entsprechenden Zugaben für temperaturabhängigen Schrumpf, mit CNC- Verfahren bearbeitet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum geführten Bewegen wenigstens eines ersten optischen Elements und eines zweiten optischen Elements zur Verfügung. Die optischen Elemente können hierbei entweder transmissive optische Elemente oder reflektive optische Elemente sein. Sie können insbesondere entlang einer Achse hintereinander angeordnet sein und parallel zu einer zur Achse senkrecht verlaufenden Ebene parallel zueinander bewegt werden. Erfindungsgemäß erfolgt die Bewegung wenigstens zweier der optischen Elemente der optischen Baugruppe auf der Basis einer diesen optischen Elementen gemeinsamen Führung, die eine den entsprechenden optischen Elementen gemeinsame Führungsbahn bereitstellt.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundenen Vorteile entsprechen denen, die mit Bezug auf die erfindungsgemäße optische Baugruppe beschrieben worden sind. Auf den entsprechenden Teil der Beschreibung wird verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit zwei beweglichen optischen Elementen, bei der beide optischen Elemente gemeinsam geführt werden, in einer Schnittansicht.
Figur 2 zeigt die optische Baugruppe aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine optische
Baugruppe mit zwei beweglichen optischen Elementen, bei der beide optischen Elemente gemeinsam geführt werden, in einer Schnittansicht.
Figur 4 zeigt die optische Baugruppe aus Figur 3 in einer Draufsicht.
Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit zwei beweglichen optischen Elementen, in der eine beiden optischen Elementen gemeinsame Führung vorhanden ist, in einer Schnittansicht.
Figur 6 zeigt die optische Baugruppe aus Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht. Figur 7 zeigt die Fassungen der optischen Elemente der optischen
Baugruppe aus Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für eine optische
Baugruppe mit zwei beweglichen optischen Elementen, in der eine beiden optischen Elementen gemeinsame Führung vorhanden ist, in einer Schnittansicht.
Figur 9 zeigt ein optisches Bauelement mit einer Antriebseinrichtung zum Einleiten einer Antriebskraft in die optischen Elemente des optischen Bauelements, um die geführte Bewegung herbeizuführen. Figur 10 zeigt einen rotatorischen Antrieb mit einem Zugmittelgetriebe. Figur 1 1 zeigt einen rotatorischen Antrieb mit einem Flebelgetriebe. Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit drei beweglichen optischen Elementen, in der eine den drei optischen Elementen gemeinsame Führung vorhanden ist, in einer schematischen Darstellung.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, die unterschiedliche Führungen für die optischen Elemente zeigen, beschrieben. Die Figuren 1 bis 4 zeigen dabei Ausführungsbeispiele mit Führungen, die Führungsschienen in Form von Führungsstangen umfassen, und die Figuren 5 bis 8 Ausführungsbeispiele mit Führungen, die Führungsnuten aufweisende Führungsschienen umfassen. Obwohl in den Ausführungsbeispielen lediglich Führungen mit linearen Führungsbahnen beschrieben werden, erkennt ein Fachmann, dass die zu Grunde liegenden Prinzipien auch bei Führungen zur Anwendung kommen können, die kurvige Führungsbahnen bereitstellen, insbesondere aber nicht ausschließlich kreisförmige Führungsbahnen.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße optische Baugruppe 1. Die optische Baugruppe 1 umfasst zwei optische Elemente 3A und 3B, die jeweils in einer Fassung 5A, 5B angeordnet sind. Jedes der optischen Elemente 3A, 3B weist eine Planfläche 7A, 7B und eine Freiformfläche 9A, 9B auf, wobei die optischen Elemente im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3A, 3B so angeordnet sind, dass ihre Freiformflächen einander zugewandt sind. Sie können jedoch auch auf den einander abgewandten Seiten angeordnet sein, oder es können auf beiden Seiten eines optischen Elements 3A, 3B Freiformflächen angeordnet sein. Die optischen Elemente 3A, 3B mit den Freiformflächen 9A, 9B sind entlang einer optischen Achse OA hintereinander angeordnet und parallel zu einer zur optischen Achse OA senkrecht verlaufenden Geraden verschiebbar gelagert.
Die optischen Elemente 3A, 3B dienen als Wellenfrontmanipulator, bei dem der Grad der Manipulationswirkung auf die Wellenfront von dem Grad der Verschiebung der optischen Elemente 3A, 3B entlang der Geraden abhängt. Typischerweise erfolgt die Verschiebung der optischen Elemente 3A, 3B zum Flerbeiführen der Wellenfrontmanipulation entlang der Geraden um denselben Betrag, aber in entgegengesetzte Richtungen. Zu Feinkorrekturzwecken kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn jedes optische Element um individuelle Beträge verschoben werden kann. Mittels der Manipulation der Wellenfront können zum Beispiel Abbildungsfehler des optischen Systems, in welches die optische Baugruppe 1 eingebaut ist, ausgeglichen werden. Durch den Betrag der Verschiebung der beiden optischen Elemente 3A, 3B kann die Korrektur an die Stärke des auftretenden Abbildungsfehlers ausgeglichen werden. Wenn die optischen Elemente 3A, 3B um individuelle Beträge verschoben werden können, besteht zudem die Möglichkeit einer optischen Feinkorrektur. Das Ausgleichen von Abbildungsfehlern durch die Verschiebung der optischen Elemente eines Wellenfrontmanipulators ist in DE 10 2013 101 711 A1 beschrieben. Auf dieses Dokument wird daher hinsichtlich des Ausgleichens von Abbildungsfehlern verwiesen.
Alternativ zum Ausgleichen von Abbildungsfehlern besteht die Möglichkeit, durch gegenläufiges Verschieben der optischen Elemente 3A, 3B einen Abbildungsfehler in das optische System, in welches die optische Baugruppe 1 eingebaut ist, einzubringen, beispielsweise um bei einem Weichzeichnerobjektiv eines sphärische Aberration herbeizuführen, die zu einem Weichzeichnungseffekt führt. Wie ein solcher Weichzeichnungseffekt herbeigeführt werden kann, ist in DE 10 2014 118 383 A1 beschrieben. Auf dieses Dokument wird daher hinsichtlich des Herbeiführens eines Weichzeichnungseffekt verwiesen.
Bei der Bewegung der optischen Elemente 3A, 3B ist eine hohe Präzision notwendig. Bei individuellen Stellwegen der optischen Elemente 3A, 3B von typischerweise mehr als 3 mm sollen die Abweichungen von der eingestellten Position möglichst nicht mehr als 5 pm betragen und vorzugsweise geringer als 1 pm sein. Um dies zu erreichen, ist eine hochgenaue Justierung sowohl der Positionen der optischen Elemente 3A, 3B als auch der Bewegungsbahnen der optischen Elemente 3A, 3B notwendig, um zu gewährleisten, dass die optischen Elemente nach jeder Verschiebung den richtigen Stellweg aufweisen und die richtige Position im optischen Bauelement einnehmen.
Um eine Justierung der Bewegungsbahnen der optischen Elemente 3A, 3B relativ zueinander überflüssig zu machen, weist das optische Bauelement 1 eine beiden optischen Elementen 3A, 3B gemeinsame Führung auf, die bei einer Bewegung des ersten optischen Elementes 3A und des zweiten optischen Elementes 3B eine beiden optischen Elementen 3A, 3B gemeinsame Führungsbahn bereitstellt. Die gemeinsame Führungsbahn gewährleistet dabei, dass die Stellbewegungen der optischen Elemente 3A, 3B immer relativ zueinander justiert sind. Eine Dejustierung der Bewegungsbahnen relativ zueinander ist dabei nicht möglich, weil sich die Führungsbahnen der beiden optischen Elemente nicht relativ zueinander verlagern können.
Durch die gemeinsame Führungsbahn entfällt nicht nur die Notwendigkeit, die Bewegungsbahnen der optischen Elemente 3A, 3B relativ zueinander zu justieren, wie dies der Fall wäre, wenn jedes der optischen Elemente 3A, 3B eine eigene Führung mit einer eigenen Führungsbahn ausweisen würde, sondern verringert auch die Zahl der Bauteile der optischen Baugruppe 1. Die dadurch verringerte Komplexität der optischen Baugruppe 1 verringert die Fertigungskosten, was insbesondere im Hinblick auf eine Serienfertigung vorteilhaft ist.
Die gemeinsame Führungsbahn ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch zwei zueinander parallele Führungselemente in Form von Führungsstangen 11 , 13, an denen Lagerflächen 15, 17 und 19 bzw. 21 , 23 und 25 der Fassungen 5A, 5B anliegen, gebildet. Die Führungsstangen 11 , 13 bilden Führungsschienen, an denen die als Gleitflächen ausgebildeten Lagerflächen 15, 17, 19 und 21 , 23, 25 bei einer Stellbewegung der optischen Elemente 3A, 3B gleiten. Um das Gleiten zu erleichtern sind die Gleitflächen 15, 17, 19, 21 , 23, 25 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer die Reibung vermindernden Beschichtung versehen, beispielsweise mit einer PTFE-Beschichtung (PTFE: Polytetrafluorethylen). Zusätzlich oder alternativ können auch die Führungsstangen 11 , 13 mit einer reibungsvermindernden Beschichtung, beispielsweise einer PTFE-Beschichtung, versehen sein. Die Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23 und 25 stellen Lagerelemente dar, die zusammen mit den Führungsstangen 11 , 13 die Führung der optischen Baugruppe bilden. Die Lagerstellen selbst sind vorzugsweise als 3-Punkt- Kontakte aufgeführt, d.h. , die Führungselemente, hier die Führungsstangen 11 , 13, werden an drei Punkten ihres Querschnittes von den Lagerelementen, hier den Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23 und 25, kontaktiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass die Lagerflächen 17, 19 und 23, 25 eine V-förmige Nut bilden, die in der gewünschten Bewegungsrichtung verläuft und die der jeweils dritten Lagerfläche 15, 21 gegenüberliegt.
Obwohl die Führungsstangen im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, können sie grundsätzlich auf andere Querschnitte besitzen. Alternative Querschnitte sind bspw. elliptische Querschnitte, polygonale Querschnitte oder auch einen unregelmäßige Querschnitte, ohne dass die alternativen Querschnitte auf die genannten Querschnitte beschränkt sind.
Die Führungsstangen 1 1 , 13 werden bei einem Einbau der optischen Baugruppe 1 in eine optisches Gerät fest mit dem Gehäuse des optischen Gerätes verbunden, so dass die Führung definiert zur optischen Achse des optischen Gerätes, die typischerweise mit der optischen Achse OA der optischen Baugruppe zusammenfällt, erfolgt.
Um einen sicheren Kontakt der Lagerflächen 15, 1 , 19, 21 , 23, 25 mit den Führungsstangen 1 1 , 13 zu gewährleisten, sind die Fassungen 5A, 5B gegeneinander vorgespannt. Die zur Vorspannung in die Fassungen eingeleiteten Vorspannkräfte F werden vorzugsweise im Bereich der Kontaktstellen der Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23, 25 mit der jeweiligen Führungsstange 1 1 , 13 in die Fassungen 5A, 5B eingeleitet, um Verformungen der Fassungen 5A, 5B aufgrund der eingeleiteten Kräfte zu vermeiden oder zumindest möglichst gering zu halten.
In dem mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die optischen Elemente 3A, 3B in Fassungen 5A, 5B eingefasst. Es ist grundsätzlich aber auch möglich, auf die Fassungen 5A, 5B zu verzichten und die Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23, 25 direkt in den optischen Elementen 3A, 3B auszubilden. Jedoch sind die Materialien refraktiver optischer Elemente aufgrund ihres Verschleißverhaltens in der Regel nicht für den Bau von Lagerflächen mit dauerhaft guten Lager- und Gleiteigenschaften geeignet. Insofern ist die Anordnung der Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23, 25 in den Fassungen 5A, 5B für die optischen Elemente 3A, 3B vorteilhaft. Im Hinblick auf das Führen der Fassungen 5A, 5B bei der Stellbewegung ist es vorteilhaft, wenn in beiden Fassungen 5A, 5B jeweils eine V-förmige Nut an den Führungsstangen 1 1 , 13 angreift. Zwar kann dies grundsätzlich dadurch erreicht werden, dass die Lagerflächen 15, 21 durch Lagerflächen wie die Lager 17, 19 und 23, 25 ersetzt werden, so dass an den Führungsstangen 1 1 , 13 einander gegenüberliegende V-förmige Nuten angreifen, jedoch geht dadurch der Vorteil der 3-Punkt-Lagerung, nämlich die Selbstzentrierung, verloren, und es wird die Reibung erhöht. Um trotzdem zu erreichen, dass aneinander gegenüberliegenden Seiten der Führungsstangen 1 1 , 13 V- förmige Nuten angreifen, besteht die Möglichkeit, die Fassungen 5A, 5B in Bereiche 27, 29 einzuteilen, wobei es vom jeweiligen Bereich 27, 29 abhängt, in welcher der Fassungen sich die V-förmige Nut befindet. In denjenigen Bereichen 29, in denen sich die V-förmige Nut 17, 19 in der in den Figuren 1 und 2 oben liegenden Fassung 5A befindet, weist die in den Figuren 1 und 2 unten liegende Fassung 5B eine ebene Lagefläche 15 auf und in denjenigen Bereichen 27, in denen sich die V-förmige Nut 23, 25 in der in den Figuren 1 und 2 unten liegenden Fassung 5B befindet, weist die in den Figuren 1 und 2 oben liegende Fassung 5A eine ebene Lagefläche 21 auf. Zudem ist es vorteilhaft, wenn wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, in denjenigen Bereichen 27, 29, in denen eine Fassung an der einen Führungsstange mit einer V-förmigen Nut anliegt, diese Fassung an der anderen Führungsstange mit einer ebenen Lagerfläche anliegt und umgekehrt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße optische Baugruppe wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 beschrieben.
Das zweite Ausführungsbeispiel für die optische Baugruppe 1 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Ausgestaltung der Führung für die geführte Bewegung des ersten optischen Elementes 3A und der geführten Bewegung des zweiten optischen Elementes 3B. Die optischen Elemente 3A, 3B selbst unterscheiden sich nicht von den optischen Elementen aus dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch die Fassungen 5A, 5B unterscheiden sich bis auf die Ausgestaltung der Lagerelemente, mit denen sie an der Führungsstange 1 1 gelagert sind, nicht. Die Lagerelemente des zweiten Ausführungsbeispiels sind als Gleitlagerbuchsen 31 A, 31 B ausgebildet, die auf dem Führungselement, welches wie im ersten Ausführungsbeispiel als Führungsschiene in Form einer Führungsstange 1 1 ausgebildet ist, gleiten. In der Fassung 5A sind mehrere derartige Gleitlagerbuchsen 31 A entlang der Ausdehnungsrichtung der Führungsstange 1 1 voneinander beabstandet hintereinander angeordnet. In der zweiten Fassung 5B sind Aussparungen 33B vorhanden, in denen sich die Gleitlagerbuchsen 31 A der ersten Fassung 5A entlang der Führungsstange 1 1 bewegen können. Die Ausdehnung der Aussparungen 33B entlang der Führungsstange 1 1 ist so groß gewählt, dass sich die Gleitlagerbuchsen 31 A der ersten Fassung 5A über den gesamten benötigten Stellweg des ersten optischen Elements 3A verschieben lassen. Entsprechend weist die zweite Fassung 5B ebenfalls eine Anzahl an Gleitlagerbuchsen 31 B auf, die sich in Aussparungen 33A der ersten Fassung 5A befinden. Die Aussparungen 33A weisen entlang der Ausdehnungsrichtung der Führungsstange 1 1 eine derartige Abmessung auf, dass die darin angeordneten Gleitlagerbuchsen 31 B der zweite Fassung 5B über den gesamten Stellweg des zweiten optischen Elements 3B entlang der Führungsstange 1 1 bewegt werden können. Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind auch im zweiten Ausführungsbeispiel zwei Führungsstangen vorhanden, von denen in den Figuren 3 und 4 jedoch lediglich eine dargestellt ist. Wie im Bereich der ersten Führungsstange 1 1 weisen die Fassungen 5A, 5B im Bereich der zweiten Führungsstange Gleitlagerbuchsen und Aussparungen auf, die ein Bewegen der Gleitlagerbuchsen über den gesamten Stellweg ermöglichen.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel keine Vorspannung der Fassungen (5A, 5B) gegeneinander nötig, da die Lagerbüchsen 31 A, 31 B aufgrund eines Formschlusses den Kontakt zu den Führungsstangen nicht verlieren können.
Ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße optische Baugruppe ist in den Figuren 5 bis 7 dargestellt. Die optischen Elemente 3A, 3B des dritten Ausführungsbeispiels entsprechen denen der ersten beiden Ausführungsbeispiele. Sie werden daher nicht noch einmal beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden. Der Unterschied des dritten Ausführungsbeispiels zu den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen liegt in der Art der Führung, die bei der geführten Bewegung des ersten optischen Elements 3A und der geführten Bewegung des zweiten optischen Elements 3B die beiden optischen Elementen gemeinsame Führungsbahn bereitstellt.
Als Führungselemente sind im dritten Ausführungsbeispiel zwei Führungsschienen 35, 37 vorhanden, die jeweils eine V-förmige Nut 39, 41 aufweisen. Die Führungsschienen 35, 37 werden beim Einbau der optischen Baugruppe in ein optisches Gerät unmittelbar oder mittelbar am Gehäuse des Gerätes befestigt. In die V-förmige Nuten 39, 41 der Führungsschienen 35, 37 greifen als Lagerelemente dachkantenartige Abschnitte 43A, 45A, 43B, 45B der Fassungen 5A, 5B ein. Die Oberflächen der dachkantigen Abschnitte 43A, 43B, 45A, 45B sind Lagerflächen, die zusammen mit den ebenfalls Lagerflächen bildenden Oberflächen der V-förmigen Nuten 39, 41 jeweils ein Gleitlager bilden. Die gemeinsame Führungsbahn wird dabei durch die Führungsschienen 35, 37 mit den V-förmigen Nuten 39, 41 festgelegt.
Die dachkantenförmigen Abschnitte 43A, 45A, 43B, 45B erstrecken sich entlang der Führungsschienen 35, 37 nicht über die gesamte Ausdehnung der Fassungen 5A, 5B, sondern weisen jeweils Unterbrechungen 47A, 47B, 49A, 49B auf, in denen dann die dachkantenförmigen Abschnitte 43A, 45A, 43B, 45B der jeweils anderen Fassung 5A, 5B angeordnet sind (vgl. Figur 7). Die Unterbrechungen weisen dabei entlang der Führungsschienen 35, 37 Abmessungen auf, die größer sind als die Abmessungen der dachkantenförmigen Abschnitte in den jeweiligen Unterbrechungen 47A, 47B, 49A, 49B. Die Ausdehnung der Unterbrechungen 47A, 47B, 49A, 49B ist dabei so groß gewählt, dass die darin befindlichen dachkantenartigen Vorsprünge über den gesamten Stellweg des jeweiligen optischen Elements 3A, 3B entlang der Führungsschienen 35, 37 verschoben werden können. Die Leichtgängigkeit der Verschiebung der optischen Elemente 3A, 3B entlang der Führungsbahn lässt sich durch eine geeignete Vorspannkraft F einstellen, die die V-förmigen Nuten 37, 39 in Richtung auf die dachkantenartigen Abschnitte 43, 45 vorspannt.
Um die beiden Führungsschienen 35, 37 am Gehäuse eines optischen Gerätes, in welches die optische Baugruppe eingebaut werden soll, befestigen zu können, besteht die Möglichkeit, die Führungsschienen 35, 37 auf ein Trägerelement zu montieren (in den Figuren 5 bis 7 nicht dargestellt), welches dann wiederum an das Gehäuse des optischen Gerätes montiert wird. Das Trägerelement legt dann die Lage der optischen Baugruppe entlang der optischen Achse des optischen Gerätes fest. Außerdem ermöglicht sie die azimutale Ausrichtung der optischen Baugruppe, d.h. die Orientierung der optischen Baugruppe innerhalb einer zur optischen Achse senkrechten Ebene, sowie eine Zentrierung der optischen Baugruppe. Die Zentrierung und die Ausrichtung lässt sich in der Praxis beispielsweise durch eine Anschraubfläche, Zentrierbund und ein azimutales Bestimmungselement realisieren. Die Ablaufrichtung der Führungsbahn lässt sich somit eindeutig zur Schnittstelle des optischen Gerätes ausrichten bzw. in Bezug bringen.
Eine Abwandlung des in den Figuren 5 bis 7 darstellten Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemäße optische Baugruppe ist in Figur 8 dargestellt. Während in dem in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel die Oberflächen der dachkantenartigen Vorsprünge 43A, 43B, 45A, 45B zusammen mit den Oberflächen der V-förmigen Nuten 39, 41 Gleitlager bilden, sind die Lager in dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel als Wälzlager ausgebildet. Hierzu befinden sich zwischen den Oberflächen der dachkantenartigen Vorsprünge 43A, 43B, 45A, 45B Käfige mit Nadeln 53. Die Ausdehnung der Käfige entlang der Führungsschienen 35, 37 ist dabei geringer als die Ausdehnung eines dachkantenartigen Vorsprungs entlang der Führungsschienen. Durch geeignete Wahl der Abmessungen der Käfige 51 in Bezug auf die Ausdehnung der dachkantenartigen Vorsprünge 43A, 43B, 45A, 45B kann erreicht werden, dass die Käfige 51 bei ihrer Bewegung während des Verlagerns der optischen Elemente 3A, 3B den zur Verfügung stehenden Stellweg nicht unter den durch die Unterbrechungen 47A, 47B, 49A, 49B ermöglichten Stellweg begrenzen. Statt der mit Bezug auf Figur 8 beschriebenen Nadeln 53 können in den Käfigen 51 auch Rollen oder Kugeln angeordnet sein. Im Falle von Rollenkäfigen könnten Parallelrollenkäfige Verwendung finden, wobei die Ausgestaltung der Führung bis auf den Käfig im Wesentlichen der in Figur 8 dargestellten Ausführung entsprechen würde, oder Kreuzrollenkäfige, wobei die Lagerelemente statt dachkantenartiger Vorsprünge wie die Führungsschienen eine V-förmige Nut aufweisen würden. Nadelkäfige sind jedoch kompakter als Rollenkäfige, so dass Nadelkäfige im Hinblick auf den benötigten Bauraum gegenüber Walzenkäfigen vorteilhaft sind.
Für das Einleiten der zum Verlagern der die optischen Elemente 3A, 3B tragenden Fassungen 5A, 5B entlang ihrer Führungsbahn benötigten Stellkraft bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Die Einleitung einer die Verlagerung herbeiführenden Stellkraft kann bspw. durch die Kopplung eines linear wirkenden Antriebs, beispielsweise eines sogenannten Voice-Coil-Motors, eines Linearmotors, eines Piezoaktuators, eines Piezo-Schreit-Antriebs, etc., oder durch die Kopplung eines rotatorisch wirkenden Antriebs, etwa eines Gleichstrommotors, eines Schrittmotors, eines auf einem Piezo-Schreit- Antrieb beruhenden rotatorischen Antriebs, etc., und der Wandlung der rotatorischen Bewegung in eine lineare Bewegung, beispielsweise mittels eines Kurvengetriebes, eines Hebelgetriebes, eines Schraubgetriebes, eines Zugmittel-Getriebes, etc., erfolgen. Für die Aufbringung der entsprechenden Stellkräfte sind je nach Antrieb die Antriebskraft bzw. das Antriebsmoment ausreichend zu dimensionieren. Dabei sind insbesondere auch die auftretenden Reibungskräfte zwischen den Führungselementen und den Lagerelementen sowie ggf. Reibungskräfte im Getriebe oder einer Übersetzung zu berücksichtigen.
Die Fassungen 5A, 5B können entweder mittels eines gemeinsamen, an beiden Fassungen 5A, 5B angreifenden Antriebs oder jeweils mittels eines eigenen Antriebs bewegt werden. Die Verwendung eigener unabhängiger Antriebe bietet den Vorteil, dass ein zusätzlicher Freiheitsgrad zur Verfügung steht, der über den gesamten Stellweg zur Kompensation optischer Fehler genutzt werden kann. Im Ergebnis sind die Anforderungen an die Toleranzen der Einzelteile und die Justierung der Einzelteile geringer.
Ein Beispiel für eine optische Baugruppe 1 mit getrennten Antrieben für die Fassungen 5A, 5B ist in Figur 9 dargestellt. Die Führungsschienen 37, 39 sind auf einem Trägerelement 55 befestigt, welches in ein optisches Gerät eingebaut werden kann. Auf dem Trägerelement 55 sind zudem zwei Gleichstrommotoren 57A, 57B angeordnet, die jeweils auf eine der Fassungen 5A, 5B zum Einbringen der Stellkraft einwirken. Mittels eines Spindelgetriebes werden die rotatorischen Bewegungen der Gleichstrommotoren 57A, 57B in lineare Bewegungen der Fassungen 5A, 5B umgewandelt. Statt der Gleichstrommotoren können auch andere rotatorisch wirkende Motoren zur Anwendung kommen. Ebenso können anstelle rotatorisch wirkender Motoren Linearmotoren Verwendung finden, wobei dann auf das Getriebe zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung in eine lineare Bewegung verzichtet werden kann. Geeignete linear wirkende Antriebe sind neben Linearmotoren Piezoaktoren, Piezo-Schreit-Antriebe oder dergleichen. Bei der Verwendung von Piezoaktoren und Piezo-Schreit-Antrieben ist bei größeren Stellwegen im Millimeterbereich üblicherweise ein Hebelgetriebe erforderlich, da die Piezoaktoren in der Regel nur Stellbewegungen im Bereich von wenigen Mikrometern erlauben. Dafür sind jedoch sehr schnelle Verstellbewegungen mit hoher Dynamik möglich. Wenn Piezo-Schreit-Antriebe Verwendung finden, deren Funktionsweise auf dem Stick-Slip-Effekt beruht, ist es vorteilhaft, wenn Wälzlager bei der Führung zur Anwendung kommen, wie es mit Bezug auf Figur 8 beschrieben worden ist, damit die Stellbewegung sicher ausgeführt werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der stationäre Teil des jeweiligen Antriebs 57A, 57B auf dem Trägerelement 55 angeordnet, so dass die Stromkabel 58A, 58B zur Versorgung der Antriebe 57A, 57B keiner Bewegung folgen müssen. Fehlpositionierungen aufgrund von durch die Kabel in die bewegten optischen Elemente eingebrachten Kräften können so vermieden werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Position der optischen Elemente 3A, 3B entlang ihrer Führungsbahn detektiert werden kann. Da die optischen Elemente 3A, 3B fest mit den Fassungen 5A, 5B verbunden sind, reicht es aus, die Position der Fassungen 5A, 5B entlang der Führungsbahn mit einem absolut messenden System oder einem relativ messenden System plus einer Referenzmarke, beispielsweise einer Endlage, zu erfassen. Hierfür lassen sich beispielsweise an den Fassungen 5A, 5B Linearmaßstäbe mit integrierten oder separaten Marken für eine Endlage oder eine Referenzlage aufbringen. Die Linearmaßstäbe können dabei magnetisch oder optisch wirken. Die Sensorik, die aus einem Messkopf, einem Gabelkoppler oder einem Reflexkoppler bestehen kann, ist mit dem Trägerelement 55 fest verbunden.
Durch das Erfassen der Position der optischen Elemente 3A, 3B entlang der Führungsbahn wird es möglich, Regelkreise aufzubauen, durch die eine besonders genaue hohe Genauigkeit in der Positionierung der optischen Elemente 3A, 3B möglich wird. Für die Detektion der Endlagen und/oder Referenzlagen können beispielsweise schaltende Kontakte, Kontrastunterschiede, die beispielsweise mittels Reflexkoppler ausgewertet werden, optische Gabelkoppler, etc. Verwendung finden.
Obwohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Maßstab an den Fassungen 5A, 5B und die Sensorik auf dem Trägerelement 55 angeordnet sind, besteht auch die Möglichkeit der umgekehrten Anordnung, d.h. der Anordnung des Maßstabes an dem Trägerelement 55 und der Sensorik an den bewegten Fassungen 5A, 5B. Die ortsfeste Anordnung der Sensorik an dem Trägerelement 55 hat jedoch den Vorteil, dass keine elektrischen Verbindungen einer Bewegung folgen müssen, so dass Fehlpositionierungen aufgrund von durch Kabel in die bewegten optischen Elemente eingebrachten Kräften vermieden werden können.
In dem in Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Fassungen 5A, 5B jeweils mittels eigener Motoren bewegt. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, lediglich einen einzigen Motor vorzusehen, der auf beide Fassungen 5A, 5B einwirkt, um diese gegenläufig zueinander entlang der Führungsbahn zu verschieben. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Zugmittelgetriebes geschehen, wie es in Figur 10 gezeigt ist. Ein Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor 61 überträgt seine rotatorische Bewegung mittels eines Antriebsrades 63 auf ein umlaufendes Zugmittel, etwa ein Band, eine Kette, ein Seil, etc. Um die Richtung der linearen Bewegung zu ändern, sind entsprechende Umlenkrollen 65 vorhanden. In den Bereichen, in denen das Zugmittel 62 eine lineare Bewegung ausführt, sind Schnittstellen 67A, 67B vorhanden, über die das Zugmittel 62 mit der Fassung 5A bzw. der Fassung 5B gekoppelt ist. Um die Antriebslose gering zu halten, umfasst das Zugmittelgetriebe zudem eine Spannrolle 69, mit deren Hilfe das Zugmittel 62 gespannt werden kann. Das Anstellen der Spannrolle 69 kann dabei fest bei der Inbetriebnahme des optischen Bauelements erfolgen, wobei von Zeit zu Zeit eine Überprüfung erfolgen sollte. Alternativ kann eine automatische Anstellung erfolgen, die beispielsweise durch einen permanent wirkenden Federmechanismus, welcher das Zugmittel 62 auf Spannung hält, bewirkt werden kann.
In der in Figur 10 gezeigten Darstellung des Zugmittelgetriebes liegt das Zugmittel 62 lediglich am Antriebsrad 63 an. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Zugmittel 62 das Antriebsrad 63 mehrfach umschlingt, wodurch die Antriebslose bei Richtungsumkehr minimiert werden kann.
Eine weitere Ausführungsvariante eines rotatorischen Antriebes mit einem die rotatorische Antriebsbewegung in eine lineare Bewegung umsetzenden Getriebe ist in Figur 1 1 gezeigt. Diese Figur zeigt ein Bauteil 71 des Gehäuses eines optischen Gerätes, an dem Führungsstangen 1 1 , 13 einer erfindungsgemäßen optischen Baugruppe befestigt sind. Die Fassungen 5A, 5B weisen Lagerelemente 73A, 73B, 75A, 75B auf, die mit Bohrungen versehen sind, durch die sich die Führungsstangen 1 1 , 37 erstrecken. In den Bohrungen befinden sich die Führungsstangen 1 1 , 13 umgreifende Kugelkäfige 77, d.h. es ist eine Wälzlagerführung realisiert. Die Käfige 77 liegen bei einer Verlagerung einer Fassung 5A, 5B um einen bestimmten Stellweg jeweils einen Weg zurück, der der Hälfte des Stellwegs entspricht. Wie im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Kontakt zwischen den Lagerelementen 73A, 73B, 75A, 75B und den Führungsstangen 1 1 , 13 aufgrund von Formschluss gewährleistet, so dass keine Vorspannung zu erfolgen braucht. In dem in Figur 1 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor 79 als rotatorischer Antrieb vorhanden, der auf eine Wippe 80 einwirkt. Die beiden Enden der Wippe 80 sind jeweils über eine Zug- Druck-Stange 81 A, 81 B mit einer der Fassungen 5A, 5B verbunden. Die Wippe 80 und die Zug-Druck-Stangen 81 A, 81 B bilden ein Flebelgetriebe, mit dessen Hilfe die rotatorische Bewegung des Gleichstrommotors oder Schrittmotors 79 in die lineare Bewegung der Fassungen 5A, 5B umgewandelt wird. An den Gelenkstellen 82 des Flebelgetriebes können Drehfedergelenke eingesetzt werden, um zu erreichen, dass die rotatorische Bewegung des Gleichstrommotors oder ein Schrittmotors 79 möglich spielfrei in die lineare Bewegung umgewandelt wird. Die Drehfedergelenke lassen sich in eine Richtung Vorspannen und ermöglichen so eine weitgehend spielfreie Bewegungsumwandlung.
Zusätzlich zu der bisher beschriebenen Bewegung entlang einer gemeinsamen Führungsbahn besteht die Möglichkeit einer Bewegung der beiden optischen Elemente quer zu ihrer gemeinsamen Führungsbahn. Bspw. im Falle von optischen Elementen mit Freiformflächen kann auf diese Weise das Korrekturfeld für optische Fehler erweitert werden, bzw. Führungsfehler der Flauptführung können kompensiert werden. Hierfür sind weitere Antriebe, bzw. Führungen für die Querrichtung erforderlich.
Bisher wurden lediglich Ausführungsbeispiele für optische Baugruppen mit zwei entlang einer gemeinsamen Führungsbahn geführten optischen Elementen beschrieben. Die Erfindung kann aber auch zur Führung von mehr als zwei optischen Elementen entlang einer gemeinsamen Führungsbahn zum Einsatz kommen. Ein Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit drei entlang einer gemeinsamen Führungsbahn geführten optischen Elementen ist schematisch in Figur 12 dargestellt. Zwischen zwei äußeren Fassungen 5A, 5B mit optischen Elementen befindet sich eine dritte Fassung 5C mit einem weiteren optischen Element. Die Fassungen 5A, 5B, 5C sind jeweils mittels Lagerelementen 83A, 83B, 83C bspw. in Form von Gleitlagerbuchsen an einer Führungsstange 1 1 verschiebbar gelagert. Zwischen den Lagerelementen 83A, 83B, 83C einer Fassung 5A, 5B, 5C sind jeweils Unterbrechungen 85A, 85B, 385C vorhanden, die es den Lagerelementen 83A, 83B, 83C der anderen Fassungen 5A, 5B, 5C ermöglichen, innerhalb der Unterbrechung 85A, 85B, 85C entlang der Führungsstange 1 1 verschoben zu werden. Wie ein Fachmann ohne weiteres erkennt, kann dieses Konzept auch auf optische Baugruppen mit mehr als drei optischen Elementen übertragen werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in Ausführungsvarianten der Erfindung im Falle von drei oder mehr optischen Elementen in einer optischen Baugruppe zwar alle optischen Elemente bzw. deren Fassungen entlang einer gemeinsamen Führungsbahn geführt werden können, dies aber im Rahmen der Erfindung nicht zwingend der Fall sein muss. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weisen jedoch wenigstens zwei der optischen Elemente einer optischen Baugruppe bzw. deren Fassungen eine gemeinsame Führung auf. Es besteht bei mehr als zwei optischen Elementen auch die Möglichkeit, dass diese jeweils paarweise eine gemeinsame Führung aufweisen. Die Bewegungsrichtung der geführten Bewegung eines Paares kann mit der eines anderen Paares übereinstimmen oder in einem Winkel dazu verlaufen, beispielsweise 90°. Auf diese Weise kann bspw. ein Zoomsystem aufgebaut werden, das unterschiedliche Abbildungsfehler korrigiert, in das unterschiedliche Abbildungsfehler eingebracht werden, oder in dem Abbildungsfehler im Zusammenhang mit der optischen Vergrößerung oder einer ähnlichen Größe korrigiert werden. Ein optisches Element kann grundsätzlich auch zwei Paaren angehören, bspw. wenn die Führungsstangen oder Führungsschienen des einen Paares entlang der Führungsbahn des anderen Paares verschiebbar sind.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von exemplarischen Ausführungsbeispielen zu Erläuterungszwecken im Detail beschrieben. Ein Fachmann erkennt jedoch, dass von den beschriebenen Ausführungsbeispielen im Rahmen der vorliegenden Erfindung abgewichen werden kann. Die Erfindung soll daher nicht durch die Ausführungsbeispiele definiert werden, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche. Bezugszeichenliste
I optische Baugruppe
3 optisches Element
5 Fassung
7 Planfläche
9 Freiformfläche
I I Führungsstange
13 Führungsstange
15 Lagerfläche
17 Lagerfläche
19 Lagerfläche
21 Lagerfläche
23 Lagerfläche
25 Lagerfläche
27 Abschnitt
29 Abschnitt
31 Gleitlagerbuchse
33 Aussparung
35 Führungsschiene
37 Führungsschiene
39 V-förmige Nut
41 V-förmige Nut
43 dachkantenartiger Vorsprung
45 dachkantenartiger Vorsprung
47 Unterbrechung
49 Unterbrechung
51 Käfig
53 Nadel
55 Trägerelement
57 Motor
58 Strom kabel
59 Spindelgetriebe
61 Motor 62 Zugmittel
63 Antriebsrad 65 Umlenkrolle 67 Schnittstelle 69 Spannrolle
71 Bauteil
73 Lagerelement 75 Lagerelement 77 Käfig
79 Motor
80 Wippe
81 Zug-Druck-Stange
82 Gelenkstelle
83 Lagerelement

Claims

Patentansprüche
1. Optische Baugruppe (1 ) mit wenigstens einem ersten optischen Element (3A) und einem zweiten optischen Element (3B), welche jeweils geführt bewegbar angeordnet sind, wobei dass eine gemeinsame Führung (11 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) für wenigstens zwei der optischen Elemente (3A, 3B) der optischen Baugruppe (1 ) vorhanden ist, welche bei geführten Bewegungen der optischen Elemente (3A, 3B) der optischen Baugruppe (1 ) eine diesen zwei optischen Elementen (3A,
3B) gemeinsame Führungsbahn bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Führung wenigstens ein Führungselement (11 , 13, 35, 37) umfasst, an welchem die wenigstens zwei optischen Elemente (3A 3B) mit der gemeinsamen Führung (11 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A,
75B) jeweils mittels Lagerelementen (15 bis 25; 31A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) gelagert sind.
2. Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A,
73B, 75A, 75B) an den wenigstens zwei optischen Elementen (3A, 3B) mit der gemeinsamen Führung (11 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45 A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) ausgebildet sind. 3. Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei optischen Element (3A, 3B) mit der gemeinsamen Führung (11 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) jeweils in einer Fassung (5A, 5B) angeordnet sind und die Lagerelemente (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) an den Fassungen (5A, 5B) ausgebildet sind.
4. Optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Führungselement wenigstens eine Führungsschiene (1 1 , 13, 35, 37) umfasst, an welcher die wenigstens zwei optischen Elemente (3A, 3B) mit der gemeinsamen Führung (1 1 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) jeweils wenigstens mittelbar mittels der Lagerelemente (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) gelagert sind 5. Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Führungselement wenigstens eine erste Führungsschiene (1 1 ) und eine zweite Führungsschiene (13) umfasst und die wenigstens zwei optischen Elemente (3A, 3B) mit der gemeinsamen Führung (1 1 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) jeweils mittels der Lagerelemente (15 bis 25; 31 A, 31 B; 73A, 73B, 75A, 75B) wenigstens an der ersten Führungsschiene (1 1 ) und an der zweiten Führungsschiene (13) zumindest mittelbar gelagert sind. 6 Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Führungsschiene wenigstens eine Führungsstange (1 1 , 13) ist, die von den Lagerelementen (15 bis 25; 31 A, 31 B; 73A, 73B, 75A, 75B) wenigstens teilweise umgriffen wird. 7. Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (73A, 73B, 75A, 75B) an der wenigstens einen Führungsstange (1 1 , 13) angreifende Wälzkörper (77) umfassen.
8 Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente Lagerflächen (15 bis 25) sind, von denen die wenigstens eine Führungsstange (1 1 , 13) kontaktiert wird.
9. Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (11 , 13) von den Lagerflächen (15 bis 25) derart kontaktiert wird, dass eine 3-Punkt-Lagerung vorliegt. 10. Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Führungsschiene (35, 37) wenigstens eine Führungsnut (39, 41 ) umfasst und die Lagerelemente als in die wenigstens eine Führungsnut (39, 41 ) eingreifende Vorsprünge (43A, 43B, 45A, 45B) ausgebildet sind.
11. Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wenigstens einen Führungsnut (31 , 41 ) und den in die wenigstens eine Führungsnut (39, 41 ) eingreifenden Vorsprüngen Wälzkörper (53) angeordnet sind.
12. Optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) und das wenigstens eine Führungselement (11 , 13, 35, 37) gegeneinander vorgespannt sind.
13. Optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelementen (31 A, 31 B; 73A, 73B, 75A, 75B) und das wenigstens eine Führungselement (11 , 13) formschlüssig gepaart sind.
14. Optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) und/oder das wenigstens eine Führungselement (11 , 13, 35, 37) eine reibungsvermindernde Oberflächenschicht aufweist bzw. aufweisen.
15. Optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der wenigstens zwei optische Elemente (3A, 3B) mit der gemeinsamen Führung (1 1 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) die Lagerelemente (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) jeweils wenigstens eine sich entlang des wenigstens einen Führungselements (1 1 , 13, 35, 37) erstreckende Aussparung (33A, 33B) oder
Unterbrechung (47A, 47B 49A, 49B) aufweisen, in der wenigstens ein Lagerelement (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) zumindest eines der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung (1 1 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) angeordnet ist und die Aussparungen (33A, 33B) oder Unterbrechungen (47A, 47B 49A, 49B) entlang des wenigstens einen Führungselements (1 1 , 13, 35, 37) eine größere Abmessung aufweist als das in der jeweiligen Aussparung (33A, 33B) oder Unterbrechung (47A, 47B 49A, 49B) angeordnete Lagerelement (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B).
Optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine auf mindestens eines der wenigstens zwei optischen Elemente (3A, 3B) mit der gemeinsamen Führung (1 1 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) zumindest mittelbar einwirkende Antriebseinrichtung (57A, 57B; 61 ; 79) zum Einleiten einer die geführte Bewegung bewirkenden Stellkraft umfasst.
Optische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung für jedes der wenigstens zwei optischen Elemente (3A, 3B) mit der gemeinsamen Führung (1 1 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) einen eigenen Antrieb (57A) zum Antreiben des jeweiligen optischen Elements (3A, 3B) umfasst.
Optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Detektor zum Detektieren der Positionen der wenigstens zwei optischen Elemente (3A, 3B) mit der gemeinsamen Führung (11 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45 A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) umfasst. 19. Optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Elektrizität versorgte Elemente umfasst und die mit Elektrizität versorgten Elemente derart ortsfest angeordnet sind, dass sie sich bei geführten Bewegungen der optischen Elemente (3A, 3B) nicht mit den optischen Elementen (3A, 3B) mitbewegen.
20. Wellenfrontmanipulator zum Manipulieren der Wellenfront eine elektromagnetischen Welle, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenfrontmanipulator zum Manipulieren der Wellenfront eine optische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 umfasst.
21. Verfahren zum geführten Bewegen wenigstens eines ersten optischen Elements (3A) und eines zweiten optischen Elements (3B), wobei die Bewegung wenigstens zweier der optischen Elementen (3A, 3B) der optischen Baugruppe (1 ) auf der Basis einer diesen optischen Elementen (3A, 3B) gemeinsamen Führung (11 , 13, 15 bis 25; 31 A,
31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) erfolgt, welche eine den entsprechenden optischen Elementen (3A, 3B gemeinsame Führungsbahn bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Führung durch wenigstens ein Führungselement (11 , 13, 35, 37), an welchem die wenigstens zwei optischen Elemente (3A 3B) mit der gemeinsamen Führung (11 , 13, 15 bis 25; 31 A, 31 B; 35, 37, 43A, 43B, 45 A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) jeweils mittels Lagerelementen (15 bis 25; 31 A, 31 B; 43A, 43B, 45A, 45B; 73A, 73B, 75A, 75B) gelagert sind, bereits gestellt wird.
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