DE2643174B2 - Vorrichtung mit mindestens einem optischen Element, das in einer Aussparung einen mechanischen Trager haltert - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit mindestens einem optischen Element, das in einem ersten 4^ mechanischen Träger gehaltert ist und in einer vorzugsweise zentralen Aussparung einen zweiten mechanischen Träger haltert.

Aus der DE-OS 24 44 395 ist bereits eine optische Vorrichtung bekannt, die ein optisches Element, nämlich to eine Linse, enthält, das in einem ersten mechanischen Träger gehaltert ist und zentrisch einen zweiten mechanischen Träger haltert. Der zweite mechanische Träger ist mit dem optischen Element vermutlich verklebt oder darauf aufgekittet. v,

Aus der DE-OS 21 58 462 ist eine weitere Vorrichtung mit einem optischen Element bekannt, das in einem ersten mechanischen Träger gehaltert ist und in einer zentralen Aussparung einen zweiten mechanischen Träger für eine Infrarot-Detektoranordnung haltert. wi

Schließlich ist aus der US-PS 28 44 992 noch eine Vorrichtung der einleitend angegebenen Gattung bekannt, bei der der zweite mechanische Träger seinerseits ein weiteres optisches Element haltert. Der Ausbildung der mechanischen Träger ist dabei keine μ besondere Beachtung geschenkt; es handelt sich um einfache Ringfassungen, die bei der bekannten Vorrichtung auch ohne weiteres verwendet werden können, d,i es sich bei letzterer um ein Mikroskop-Objektiv handelt, dessen optische Elemente vergleichsweise klein und leicht sind und das gewöhnlich auch keinen erschwerten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattfing zu schaffen, die über einen großen Bereich temperaturbeständig sowie weitgehend stoß- und vibrationsfest ist und zwar insbesondere auch dann, wenn der zweite mechanische Träger weitere Teile von nicht unerheblichem Gewicht haltert

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst daß zur radialen Halterung des optischen Elements an den mechanischen Trägern Teile mit elastisch verformbaren Sektoren vorgesehen sind.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Vorrichtung und in den Patentansprüchen 2 bis 4 und eine bevorzugte Verwendung ist im Patentanspruch 5 angegeben.

In der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele einer optischen Vorrichtung nach der Erfindung in schematischer Vereinfachung wiedergegeben. Es zeigt

F i g. 1 und 2 Schemazeichnungen zur Verdeutlichung einer optischen Vorrichtung nach der Erfindung bzw. des angewendeten Prinzips,

Fig.3 bis 6 Teilschnitte durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach F i g. 2 und

F i £. 7 eine Schemazeichnung eines catadioptrischen Systems mit einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Die schematisch in F i g. 1 gezeigte, optische Vorrichtung umfaßt einen ersten mechanischen Träger 1 zur Halterung eines oder mehrerer Elemente der Kombination. Der Einfachheit halber ist nur ein einziges optisches Element 2 in dem Schema wiedergegeben. Ein oder mehrere weitere mechanische Träger wie etwa 3 und 4, die unabhängig von dem Träger 1 sind, haltern weitere, nicht dargestellte optische Elemente der Kombination. Die Träger 3 und 4 sind in durchbohrten oder sonstwie freigelassenen Bereichen des optischen Elementes 2 angeordnet und müssen mit dem Träger 1 fest verbunden sein, um eine genaue gegenseitige Positionierung der die Kombination bildenden optischen Elemente zu erreichen.

Die zwischen den Trägern 3 und 4 und dem Träger 1 notwendigen mechanischen Verbindungen sind unter Benutzung des optischen Elementes 2 ausgeführt und leisten daher keinerlei Beitrag zur Abblendung oder teilweisen Abdeckung der optischen Kombination. Die Berührungsbereiche zwischen dem optischen Element 2 und den Trägern I, 3 und 4 sind dementsprechend ausgestaltet. Diese Bereiche sind in Fig.2 mit 5 und 6 bezeichnet; die Fig.2 bezieht sich hierbei auf ein vereinfachtes und nur teilweise dargestelltes Beispiel einer optischen Vorrichtung, die eine von einem Außenträger 1 gehaltene Linse 2 umfaßt, welche einen Innenträger 3 haltert, der in dem durchbohrten Mittelbereich der Linse angeordnet ist.

Die Bereiche 5 und 6 sind ausgelegt insbesondere unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Art der sich in gegenseitigem Kontakt befindenden Materialien, der einzuhaltenden, gegenseitigen Positionierungsgenauigkeiten und der klimatischen und mechanischen Umgebungsbedingungen, denen die Vorrichtung ausgesetzt ist.

Ein der Teildarstellung der Fig. 2 entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in den F i g. 3 bis 6 wiedergegeben.

Das oDtische Element 2 ist in einem Außenträeer 1

mittels einer Fassung zentrisch gehalten, die aus zwei Teilen 10 und 11, einer Unterlegscheibe 12 und einer Mutter 13 besteht Das Element 2 ist durch Festschrauben der Mutter 13 fixiert Die Fassung umfaßt Ausnehmungen zur Aufnahme von Ringdichtungen 14, 15 und 16, die die Medien A und B zu beiden Seiten des optischen Elementes 2 gegeneinander an dem kreisförmigen, dem Außenträger 1 zugewandten Außenumfang des Elementes 2 abdichten. Das Medium A bildet beispielsweise das Umgebungsmedium und das Medium B ist das Innenmedium des betreffenden Gerätes. Die Verbindungselemente müssen das optische Element 2 korrekt und ohne die Gefahr von Zerstörungen oder Beschädigungen über einen weiten Bereich der Umgebungstemperatur, die beispielsweise zwischen —55°C und +70⁰C schwanken kann, halten. Hierzu besteht die Unterlegscheibe 12, deren Auflagefläche auf dem Element 2 dessen Form angepaßt ist, aus einem Werkstoff mit geeigneten mechanischen Eigenschaften, die eine elastische Verformung zur Aufnahme der Abmessungsänderungen der Teile in dem vorgesehenen Temperaturbereich zulassen; die Unterlegscheibe 12 kann insbesondere aus einem Kunststoff bestehen. Außerdem ist das Teil 10 der Fassung mit Schlitzen 17 versehen, die gegenüber einer kreisförmigen Ausnehmung 18 des Trägers 1 vorgesehen sind. F i g. 5 zeigt einen Teilschnitt des Teiles 10 längs der dur:h einen Schlitz 17 verlaufenden Schnittlinie P. Das Teil 10 besitzt zwei Reihen oder Gitter von regelmäßig verteilten Schlitzen und innenseitigen Ausnehmungen 9, so die eine gewisse Elastizität verleihen, die insbesondere bei niedrigen Temperaturen zur Aufnahme der Abmessungsänderungen der Metallteile 1 und 10 ohne die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des optischen Elementes 2 notwendig ist, da diese r> Abmessungsänderungen bei den Metallteilen 1 und 10 größer als bei dem aus Glas bestehenden Element 2 sind und zu einer Druckbeanspruchung des optischen Elementes wegen Verringerung des Zentrierdurchmessers D1 führen. Die Schlitze begrenzen achtzig jeweils paarweise genau gegenüberliegende Sektoren 19, die sich elastisch verformen können, um die bei niedrigen Temperaturen auftretenden Durchmesseränderungen aufzunehmen und so die Einspannung oder Druckbeanspruchung auf einen zulässigen Wert begrenzen, der 4^r> nicht zur Zerstörung des optischen Elementes führt. Dieses stützt sich über seinen Außenumfang auf den Sektoren 19 des Teiles 10 ab, während die Schlitze 17 und die Ausnehmungen 9 außerhalb der Auflagebereiche (CD in Fig.5) liegen. Die Abmessungen der w Schlitze und der Sektoren sind derart bestimmt, daß die entstehenden Verformungen mit der Grenze der elastischen Verformbarkeit des das Teil 10 d^r Fassung bildenden Werkstoffs vereinbar sind. Somit biidei die besondere Ausgestaltung zufolge der Materialwahl des « Teiles 12 und der verformbaren Sektoren des Teiles 10 ein elastisches Verbindungsmittel, das ohne Zerstörungsgefahr die Einhaltung der genauen Stellung und somit der Zentrierung des optischen Elementes unter erschwerten Umgebungsbedingungen gestattet. Die w> Fig.3 und 4 stellen jeweils Schnitte längs einer durch den Bereich der Schlitze gehenden Schnittlinie X bzw. längs einer außerhalb der Schlitze verlaufenden Schnittlinie Vdar.

Die Verbindungen mit dem Innenträger 3 sind in t>^r> ähnlicher Weise ausgeführt und in den F i g. 3, 4 und 6 dargestellt. Der Innenträger 3 ist zentrisch in bezug auf das optische Element 2 ausgerichtet und stützt sich auf diesem ab; die seitliche Auflage wird durch Anziehen einer Mutter 20 und über eine Scheibe 21 erreicht deren eine Fläche der Form der Vorderfiäche der Optik 2 angepaSt ist Das Teil 22 bildet e^;ne Abschlußkappe auf der dem Medium A zugewandten Seite des Innenträgers 3. Die Abdichtung zwischen den Medien A und B ist durch Ringdichtungen 23 und 24 sichergestellt Die Abstützung in Durchmesserrichtung des optischen Elementes 2 erfolgt wie im vorhergehenden Fall über Sektoren 25 (EFin Fig.6, die einen Schnitt längs R darstellt), welche durch ein Gitter aus Schlitzen 26 erzeugt sind. Die Teile 2 und 3 dehnen sich unterschiedlich temperaturabhängig aus, da sie aus unterschiedlichen Werkstoffen, nämlich einmal aus Glas, das andere Mal aus Metall bestehen. Für hohe Temperaturen wird die Änderung des Zentrierdurchmessers D 2 durch Ausdehnung, die für den Innenträger 3 größer ist ohne das Risiko einer Beschädigung oder Zerstörung der Optik 2 durch Verformung dieser Anordnung aus den Schlitzen 26 und den Ausnehmungen 27 zwischen aufeinanderfolgenden Sektoren aufgenommen. Die bei einem Temperaturanstieg erzeugte elastische Verformung begrenzt den quer zur optischen Achse auf das optische Element 2 gerichteten Druck auf einen Wert der für dieses optische Element 2 unschädlich ist Die einander konjugiert entsprechende Wirkung der Verbindungsmittel des optischen Elementes 2 mit den Trägern 1 und 3 stellt eine exakte Positionierung des Elementes 2 auf der optischen Achse Z unter den vorgesehenen klimatischen und mechanischen Umgebungsbedingungen sicher, wobei das optische Element 2 den Innenträger 3 halten.

F i g. 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel der optischen Vorrichtung auf ein catadioptrisches System, in welchem die optische Kombination zwei Linsen 2 und 33 und zwei Spiegel 30 und 31 umfaßt. Der zweite Spiegel 30 wird durch den Innenträger 3 gehalten. Der Hauptspiegel 31 halten einen zweiten Innenträger 32, der seinerseits eine Linse 33 trägt. Die mechanischen Verbindungen zwischen dem optischen Element 31 und den Trägern 1 und 32 sind in ähnlicher Weise ausgeführt, wie sie zuvor für die Teile 1, 2 und 3 beschrieben wurden.

Bei einer Vorrichtung oder einem optischen System nach der Erfindung sind die mechanischen Mittel, die die notwendige Verbindung zwischen den verschiedenen Trägern gewährleisten, aus einem transparenten Werkstoff und werden durch optische Elemente der optischen Kombination gebildet; sie bewirken daher keine Abblendung zusätzlich zu der unvermeidlichen Abblendung, die auf die Innenträger zurückzuführen ist, welche in den durchbohrten oder sonstwie ausgesparten Teilen der optischen Elemente untergebracht sind. Bei einem System der in F i g. 7 beschriebenen Art ist eine teilweise Abdeckung oder Abblendung ausschließlich auf den Eingangs-Innenträger 3 zurückzuführen. Aus Vereinfachungsgründen wurden die in den Figuren dargestellten optischen Verbindungselemente auf ein einziges, in seinem mittleren bereich durchbohrtes optisches Element verringert, wobei selbstverständlich dieses Element für eine Vielzahl von Elementen stehen kann; beispielsweise können die Elemente 2 und 33 jeweils aus einer Linsengruppe bestehen. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die Innenträger nicht alle notwendigerweise eines oder mehrere optische Elemente der Kombination haltern müssen, sondern auch zu anderen Zwecken verwendet werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung mit mindestens einem optischen Element, das in einem ersten mechanischen Träger gehaltert ist und in einer vorzugsweise zentralen Aussparung einen zweiten mechanischen Träger haltert dadurch gekennzeichnet, daß zur radialen Halterung des optischen Elements (2) an den mechanischen Trägern (1, 3) Teile (10, 3) mit elastisch verformbaren Sektoren (19,25) vorgesehen ι ο sind.

2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (2) eine zentrale Bohrung aufweist und für jeden Träger (1, 3) ein zylindrisches Teil umfaßt, das mit einer Doppelreihe regelmäßig verteilter Schlitze (17,26) und durchbrochener Bereiche (9, 27) ^ur Erzeugung der verformbaren Sektoren (19,25) versehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durchbohrte optische Element (2) das optische Eintrittselement eines Gerätes ist und daß Dichtungen (14, 15, 16, 23, 24) zur Abdichtung des inneren Mediums (B) des Gerätes gegenüber dem äußeren Medium ^vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur seitlichen Abstützung des optischen Elements eitie Unterlegscheibe (12) aus einem elastischen Kunststoff verwendet wird.

5. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 bei einem katoptrisch-dioptrischen so System, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine durchbohrte Linse (2) umfaßt, die einen ersten Innenträger (3) haltert, sowie einen durchbohrten Hauptspiegel (31), der einen zweiten Innenträger

(32) haltert, einen von dem ersten Innenträger β gehalterten zweiten Spiegel (30) und wenigstens eine, von dem zweiten Innenträger gehalterte Linse

(33) und einen Außenträger (I), der die Linse (2) und den Hauptspiegel (31) haltert.