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Dokumentenidentifikation DE102004047597B4 13.07.2006
Titel Fassung für optische Elemente
Anmelder Carl Zeiss Jena GmbH, 07745 Jena, DE
Erfinder Hofmann, Reiner, Dr., 99510 Apolda, DE;
Günther, Georg, Dr., 99441 Großschwabhausen, DE;
Klopfleisch, Karl-Heinz, 07745 Jena, DE;
Hofmann, Jens, Dr., 99510 Apolda, DE
DE-Anmeldedatum 30.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004047597
Offenlegungstag 20.04.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.07.2006
IPC-Hauptklasse G02B 7/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 7/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Um eine Fassung für optische Elemente, insbesondere zur Aufnahme einer oder mehrerer optischer Linsen oder Linsengruppen für den optischen Gerätebau, bestehend aus zwei Teilen, zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar sowie leicht und schnell montierbar ist und dabei eine höhere Genauigkeit gewährleistet, unter Beachtung der Notwendigkeit der Integration eines Kompensations- und Haltemediums zwischen optischer Linse und Fassung und der Anbindung der Fassung an ein die Fassung umgebendes Gehäuse, wird vorgeschlagen, dass die Fassung aus zwei funktionell getrennt, unterschiedlich ausgebildeten und in der Montagesolllage zu einer geschlossenen Einheit verbundenen Halbschalen (2, 3) besteht, wobei die Halbschale (2) Elemente (4, 5, 7) zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe (1) und die Halbschale (3) federnde Elemente (6) zur Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe (1) aufweist und zur Aufnahme eines Kompensationsmediums dient und wobei an einer Halbschale Führungsmittel (8, 9) zur Anbindung der Fassung an ein sie umschließendes Gehäuse vorgesehen sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Fassung zur Aufnahme einer oder mehrerer Linsen oder Linsengruppen für den optischen Gerätebau. Die Fassung besteht aus zwei funktionell getrennten, zu einer Einheit verbindbaren Halbschalen.

Im optischen Gerätebau werden beim gegenwärtigen Stand der Technik vorwiegend einteilige runde Fassungen aus Aluminium, Messing oder Kunststoff eingesetzt. Es sind auch Fassungen bekannt, die sich aus zwei gleichen, weitgehend identischen Teilen hinsichtlich ihrer Gestaltung und des verwendeten Materials zusammensetzen. So ist aus der DE-AS 1 122 738 eine Fassung bekannt, die aus zwei gleichen Teilen besteht, die im montierten Zustand eine geschlossene Einheit bilden und deren Schnittflächen parallel zur optischen Achse verlaufen, wobei die zwei Teile durch eine Nut-Federverbindung gegen eine axiale Verschiebung gegeneinander gesichert sind und in den Teilen senkrecht zur optischen Achse liegende Nuten für die Aufnahme der optischen Linsen vorgesehen sind und zusätzlich die beiden Teile von einer sie zusammenhaltenden Hülse umgeben sind.

Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, dass die Lage der optischen Linsen in der Fassung allgemein in axialer Richtung durch die Anordnung entsprechender Anschläge definiert ist und in radialer Richtung durch die Innenwand der Fassung bestimmt wird. Die axiale und radiale Fixierung der optischen Linsen in der Fassung erfolgt im Allgemeinen durch Schnapphaken, Bördelgrat, Klemm- oder Spreizring sowie Vorschraubring oder durch ungerichtetes Kleben.

So zeigt die DE 103 02 850 A1 eine Fassung für optische Elemente, die zweiteilig ausgebildet ist. Die optischen Elemente werden zwischen verschiedenartig ausgebildeten Vorsprüngen gehaltert, wobei ein definierter Lagebezug zu einem Fassungsteil und eine Toleranzausgleich nicht vorgesehen sind.

Die DE 103 16 926 B3 und DE 101 55 637 zeigen ebenfalls mehrteilige Fassungen, wobei die Fassungselemente sich in ihren Eigenschaften nicht unterscheiden und somit ein definierter Lagebezug zu einem der Fassungsteile nicht hergestellt ist.

Es besteht ein immer größerer Bedarf dahingehend, die Herstellung derartiger Fassungen und die Montage der optischen Linsen oder Linsengruppen in einer Fassung mit einer höheren Genauigkeit und gleichzeitig schneller und einfacher durchzuführen, wobei unter Berücksichtigung der gemeinsamen Forderung für alle Linsensysteme nach Übereinstimmung der optischen Achse der Linse mit der mechanischen Achse der Fassung die reproduzierbare Genauigkeit bei der Montage des optischen Systems so hoch sein soll, dass eine Justierung der optischen Linsen in der Fassung nicht notwendig ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fassung zur Aufnahme von einzelnen sowie mehreren optischen Linsen oder Linsengruppen zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar sowie leicht und schnell montierbar ist und dabei eine höhere Genauigkeit gewährleistet. Weiterhin sollen eine Kompensation von Längenänderungen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen optischer Linse und Fassung und von Fertigungstoleranzen erreicht werden, sowie eine Anbindung der Fassung an ein die Fassung umgebendes Gehäuse gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Hauptanspruchs.

Die Fassung besteht aus zwei funktionell getrennten, zu einer Einheit verbindbaren Halbschalen, wobei Mittel zur Anbindung der Fassung an ein die Fassung umschließendes Gehäuse vorgesehen sind, nur die erste Halbschale als Präzisionshalbschale ausgebildet ist und erste Elemente zur radialen Lagepositionierung sowie zweite Elemente zur axialen Lagepositionierung und Lagefixierung der Linse oder Linsengruppen enthält und nur die zweite Halbschale als elastische Federhalbschale ausgebildet ist und federnde Elemente zur radialen Lagefixierung der Linsen oder Linsengruppen enthält.

Die zweite Halbschale wirkt als Kompensationsmedium zum Ausgleich der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der optischen Linsen und der Fassung.

Vorteilhaft ist, dass die erste Halbschale zur Aufnahme von Elementen zur Lagepositionierung und Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe als durch seine Funktion und Ausbildung die Genauigkeit der Fassung gewährleistet, indem die optische Linse oder Linsengruppe in einer genau definierten Raumlage in der Halbschale gehalten wird.

Des Weiteren ist vorteilhaft vorgesehen, dass die zweite Halbschale zur Aufnahme federnder Elemente zur radialen Lagefixierung der optischen Linse oder Linsengruppe und zur Kompensation von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Linsen- und Fassungsmaterial sowie von Linsendurchmessertoleranzen ein spielfreies Fassen der optischen Linse oder Linsengruppe gewährleistet, wobei mittels der federnden Elemente ein Ausgleich der Auswirkungen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von optischer Linse und Fassung erzielt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die Präzisions- und die Federhalbschale lösbar, insbesondere mittels einer Schraub- oder Schnappverbindung miteinander zu einer Einheit verbunden sind, oder als Variante kann die Präzisions- und die Federhalbschale unlösbar, insbesondere durch eine Schweißverbindung miteinander zu einer Einheit verbunden sein.

Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass in der Präzisionshalbschale zur radialen Lagepositionierung der optischen Linse insbesondere zwei V-förmig angeordnete und vorzugsweise rechteckförmig ausgebildete Auflageflächen vorgesehen sind.

Dadurch, dass in vorteilhafter Weise in der Präzisionshalbschale zur axialen Lagepositionierung der optischen Linse insbesondere mindestens drei symmetrisch angeordnete und vorzugsweise konisch ausgebildete Anlageflächen vorgesehen und über die Mittellinie der Präzisionshalbschale hinausgehend ausgebildet sind, wird ein Verkippen der optischen Linse verhindert.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass zur axialen Lagefixierung der optischen Linse in der Präzisionshalbschale insbesondere drei dreieckförmig ausgebildete Stege vorgesehen sind, die den konisch ausgebildeten Anlageflächen gegenüber so angeordnet sind, dass die optische Linse zwischen den konisch ausgebildeten Anlageflächen und den dreieckförmig ausgebildeten Stegen durch ein Federelement der Federhalbschale eingepresst wird und die optische Linse durch diese vorteilhafte Dreipunktpressung in ihrer axialen Lage beim Verbinden der beiden Halbschalen fixiert ist.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung wird ebenfalls darin gesehen, dass die dreieckförmig ausgebildeten Stege elastisch-plastisch verformbar ausgebildet sind, um Linsendickentoleranzen zu kompensieren.

Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass zur Befestigung der Fassung in einem die Fassung umgebenden Gehäuse an der Präzisionshalbschale vorzugsweise zwei Führungsarme angeordnet sind, die als ein Hauptführungsarm und ein Nebenführungsarm ausgebildet sind.

Ein weiterer großer fertigungstechnischer Vorteil der zweiteiligen Ausführungsform der Fassung besteht darin, dass einerseits eine Anbindung der Fassung an ein sie umgebendes Gehäuse unabhängig vom Außendurchmesser der Fassung mittels der an der Präzisionshalbschale angeordneten Führungsarme erzielt wird und anderseits mehrere Einzelfassungen zu einer Fassung für mehrere Linsen bzw. Linsengruppen verbunden werden können.

Eine für die Genauigkeit der Endfassung vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass bei Einsatz von Linsengruppen vor dem Verbinden der Präzisions- und Federhalbschale mittels eines Bildauswertesystems eine Korrektur der Zentrierung durchführbar ist.

Fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist bei der vorliegenden neuen technischen Lösung, dass für eine Halbschale eine hohe Formtreue und für die andere Halbschale eine hohe Elastizität gewährleistet ist, so dass die Mängel bekannter Fassungen hinsichtlich des in Abhängigkeit von dem verwendeten Kunststoff auftretenden geringeren Elastizitätsmodul vermieden werden. Bei Einsatz von hochwertigen, formtreuen Kunststoffen ist der Einsatz von unterschiedlichen Formmaterialien für die Halbschalen nicht zwingend notwendig.

Durch die Erfindung ist es möglich, eine leichte, schnell und einfach montierbare Fassung für eine oder mehrere optische Linsen oder Linsengruppen mit hoher Genauigkeit unabhängig von den aus dem Stand der Technik bekannten Mängeln für die einzelnen Fassungsvarianten herzustellen, wobei die der Genauigkeitsanforderung entsprechende Toleranz durch die Formgebung der beiden Halbschalen erhalten wird.

Der Einsatz von entsprechenden Formmaterialien für die beiden Halbschalen ist dabei frei wählbar unabhängig von dem Nachteil bekannter Fassungen, dass eine hohe Formtreue eines Kunststoffteiles mit einem geringeren Elastizitätsmodul verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Fassung mit einer Linsengruppe in schematischer Darstellung;

2 eine Präzisionshalbschale;

3 eine Federhalbschale.

Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Fassung ist für eine Vielzahl von optischen Linsen bzw. Linsengruppen 1 einsetzbar und stützt sich auf das Prinzip der Füllfassung. Die Fassung für eine optische Linsengruppe 1 besteht gemäß 1 aus zwei funktionell unterschiedlichen Halbschalen, einer Präzisionshalbschale 2 und einer Federhalbschale 3. Aufgrund des Widerspruches zwischen hoher Formtreue eines Kunststoffteiles und dem damit geringeren Elastizitätsmodul bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fassungsvarianten sind die Halbschalen 2 und 3 unabhängig vom verwendeten Fassungsmaterial entweder aus unterschiedlichen Kunststoffen herstellbar oder aus einem hochwertigen formtreuen Kunststoff. Die Präzisionshalbschale 2 und die Federhalbschale 3 können sowohl durch Schraubverbindungen 10 oder andere geeignete Verbindungen miteinander zu einer Einheit lösbar oder nicht lösbar, beispielsweise durch Ultraschallschweißen verbunden werden.

Die in 2 näher dargestellte Präzisionshalbschale 2 ist der Teil der Fassung, der durch den Einsatz eines hochwertigen anisotropen Kunststoffes die Genauigkeit der Fassung gewährleistet, um die Linsengruppe 1 in einer genau definierten Lage zu halten. Die radiale Lagepositionierung der Linsengruppe 1 wird dabei vorzugsweise durch zwei V-förmig angeordnete und rechteckförmig ausgebildete Auflageflächen 4a, 4b, einem so genannten V-Lager gewährleistet. Die axiale Lagepositionierung der optischen Linsen bzw. der Linsengruppe 1 erfolgt durch vorzugsweise drei symmetrisch angeordnete und konisch gestaltete Anlageflächen 5a, 5b, 5c. Diese konisch gestalteten Anlageflächen 5a, 5b, 5c gehen insbesondere über die Mittellinie der Präzisionshalbschale 2 hinaus, wodurch eine Verkippung der optischen Linse bzw. der Linsengruppe 1 verhindert wird.

Da man die optischen Linsen 1 aufgrund des Halbschalenprinzips der Fassung vor dem Verbinden von Präzisionshalbschale 2 und Federhalbschale 3 in der Präzisionshalbschale 2 drehen kann, ist eine Korrektur der Zentrierung der zu einer Linsengruppe gehörenden optischen Linsen 1 durchführbar, um eine höhere Genauigkeit der Linsengruppe 1 zu erhalten. 3 zeigt die Federhalbschale 3, die hier aus einem Kunststoff mit elastischen Eigenschaften besteht und in die entsprechend der Lage der einzelnen optischen Linsen 1 federnde Elemente 6 integriert sind. Durch diese federnden Elemente 6 erfolgt die radiale Lagefixierung der optischen Linsen 1, indem die federnden Elemente 6 die optischen Linsen 1 auf das V-Lager 4a, 4b der Präzisionshalbschale 2 drücken.

Zusätzlich dienen die federnden Elemente 6 der Federhalbschale 3 zum Ausgleich der Auswirkungen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Linsen- und Fassungsmaterial. Weiterhin können durch die federnden Elemente 6 noch die Linsendurchmessertoleranzen kompensiert werden, indem die federnden Elemente 6 die optischen Linsen 1 zwischen die Anlageflächen 5a, 5b, 5c der Präzisionshalbschale 2 und den Stegen 7a, 7b, 7c einpressen und damit in ihrer axialen Lage fixieren.

Die axiale Lagefixierung der optischen Linsen 1 wird durch vorzugsweise drei dreieckförmig ausgebildete Stege 7a, 7b, 7c gemäß 2, die in die Präzisionshalbschale 2 integriert sind, gewährleistet. Die dreieckförmig ausgebildeten Stege 7a, 7b, 7c liegen den, der axialen Lagepositionierung dienenden rechteckförmig ausgebildeten Anlageflächen 5a, 5b, 5c gegenüber. Die optische Linse 1 wird zwischen den rechteckförmig ausgebildeten Anlageflächen 5a, 5b, 5c und den dreieckförmig ausgebildeten Stegen 7a, 7b, 7c eingepresst und damit in ihrer axialen Lage fixiert. Die dreieckförmig ausgebildeten Stege 7a, 7b, 7c sind elastisch-plastisch verformbar, um Linsendickentoleranzen zu kompen sieren.

1optische Linse bzw. Linsengruppe 2Präzisionshalbschale 3Federhalbschale 4a,b rechteckig ausgebildete Auflagefläche 5a,b, c konisch ausgebildete Anlagefläche 6federndes Element 7a,b, c dreieckförmig ausgebildeter Steg 8Hauptführungsarm 9Nebenführungsarm 10Schraube

Anspruch[de]
  1. Fassung zur Aufnahme einer oder mehrerer Linsen oder Linsengruppen (1), bestehend aus zwei funktionell getrennten, zu einer Einheit verbindbaren Halbschalen, wobei

    – Mittel (8, 9) zur Anbindung der Fassung an ein die Fassung umschließendes Gehäuse vorgesehen sind,

    – nur die erste Halbschale als Präzisionshalbschale (2) ausgebildet ist und erste Elemente (4) zur radialen Lagepositionierung sowie zweite Elemente (5) zur axialen Lagepositionierung und Lagefixierung der Linsen oder Linsengruppen (1) enthält,

    – nur die zweite Halbschale als elastische Federhalbschale (3) ausgebildet ist und federnde Elemente (6) zur radialen Lagefixierung der Linsen oder Linsengruppen (1) enthält.
  2. Fassung für optische Elemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Präzisionshalbschale (2) zur radialen Lagepositionierung der Linsen oder Linsengruppen (1) zwei V-förmig angeordnete und rechteckförmig ausgebildete Auflageflächen (4) vorgesehen sind.
  3. Fassung für optische Elemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Präzisionshalbschale (2) zur axialen Lagepositionierung und Lagefixierung der Linsen oder Linsengruppen (1) mindestens drei symmetrisch angeordnete Anlageflächen (5) vorgesehen sind.
  4. Fassung für optische Elemente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagenflächen (5) konisch ausgebildet sind und über die Mittellinie der Präzisionshalbschale (2) hinausgehen.
  5. Fassung für optische Elemente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Präzisionshalbschale (2) drei dreieckförmig ausgebildete Stege (7) den konisch ausgebildeten Anlageflächen (5) gegenüber liegend angeordnet sind.
  6. Fassung für optische Elemente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dreieckförmig ausgebildeten Stege (7) elastisch-plastisch verformbar ausgebildet sind.
  7. Fassung für optische Elemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionshalbschale (2) und die Federhalbschale (3) lösbar miteinander zu einer Einheit verbindbar sind.
  8. Fassung für optische Elemente nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung mittels einer Schraub- oder Schnappverbindung hergestellt ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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