DE3635637A1 - Objektivfassung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Objektivfassung für ein aus mehreren optischen Linsen bestehendes Objektiv, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Objektivlinsen oder zu einem optischen System gehörende Linsengruppen werden in gemeinsame Fassungen eingesetzt, welche in der Regel aus Metall oder aus Kunststoff bestehen. Die Fassung erfüllt eine Doppelfunktion: In erster Linie dient sie zur dauerhaften und definierten gegenseitigen Zuordnung der Linsen. Ausserdem wird die Linsengruppe bzw. das Objektiv mit Hilfe der Fassung in einem optischen System oder einem optischen Gerät gehalten bzw. geführt.

Bei einfachen optischen Geräten, insbesondere der Konsum­ güterbranche, sind auch Fassungen aus Kunststoff gebräuch­ lich, welche in der Regel im Spritzgussverfahren an die Linsenkörper angespritzt werden. Herstellungsbedingt sind solche Spritzkörper nicht vollständig geschlossen, sondern sie sind mit Aussparungen versehen, die vom Spritzguss- Formenbau bestimmt werden. Im übrigen sind solche Kunst­ stoff-Fassungen grundsätzlich von gleicher konstruktiver Auslegung wie bekannte Fassungen aus Metall.

Für hochpräzise Linsensysteme, z.B. in qualitativ hochwer­ tigen Objektiven, haben sich Temperatureinflüsse als erheb­ licher Störfaktor erwiesen, insbesondere solche, die von der Fassung des Systems ausgehen. Sie führen nämlich zu Materi­ alspannungen innerhalb der Fassung und dadurch zu ungünsti­ gen Beeinflussungen der optischen Eigenschaften der Linsen, welche gelegentlich die Toleranzgrenze für die betreffenden optischen Systeme überschreiten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Fassungen für insbesondere hochpräzise optische Linsensysteme dahingehend zu verbessern, dass Temperaturschwankungen nicht mehr zu Fehlern der geschilderten Art führen und demzufolge Ver­ schlechterungen der optischen Eigenschaften hei Temperatur­ schwankungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in Patent­ anspruch 1 definierten Merkmale gelöst.

Durch die gemeinsame quasi-punktförmige Abstützung aller zum System gehörenden Linsen ergibt sich eine vorteilhafte ver­ spannungsfreie Halterung der Linsen, so dass eventuelle Veränderungen, welche unter dem Einfluss von Temperatur­ schwankungen oder Temperaturgradienten auftreten können, kaum mehr Auswirkungen auf die Linsenkörper haben.

Ferner ergibt sich durch diese Massnahme eine eindeutige geometrische Definition der optischen Achse des Systems, so dass die bekannten geometrischen Anpassungsprobleme der Linsen an geschlossene Zylinderfassungen vermieden werden.

Eine zusätzliche Verbesserung lässt sich erreichen, wenn die entsprechenden Stützkörper aus einem Material bestehen, dessen Ausdehnungskoeffizient wenigstens ungefähr demjenigen der für die Linsen verwendeten Glassorte entspricht. Insbe­ sondere hat sich die Verwendung von stabförmigen Stützen aus keramischem Material als vorteilhaft erwiesen, welche paral­ lel zur optischen Achse des Linsensystems verlaufen und welche die Linsen des Systems in einer Art Käfig an defi­ nierten Orten der Linsenränder fassen. Vorzugsweise können die Stützkörper des Zentrierkäfigs symmetrisch um den Umfang des Linsenkörpers verteilt sein.

Auf diese Art gefasste Hochleistungs-Objektive bleiben in einem weiten Temperaturbereich spannungsfrei und zentrier­ genau. Ausserdem lässt sich gerade bei Viellinsen-Objektiven eine beträchtliche Gewichtsersparnis erzielen, und dies verbunden mit einer Qualitätsverbesserung bezüglich der optischen Eigenschaften des Systems.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die Prinzipdarstellung eines Zentrierkäfigs mit drei Lagerpunkten für die Linsenkörper des Systems,

Fig. 2 die Seitenansicht einer auf diese Weise gefassten Linsengruppe,

Fig. 3 die Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungs­ beispiels mit zwei festen und einem elastisch zen­ trierenden Stützpunkt, und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit zwei festen und einem dritten, elastisch verstellbaren Stützpunkt.

Das Prinzip der Erfindung beruht auf einer käfigartigen Fas­ sung, welche die Linsen eines Linsensystems oder einer Lin­ sengruppe und deren abstandshaltende Elemente gemeinsam an ausgewählten Orten an der Peripherie der Linsenkörper hält. Zur Halterung der Linsen an solchen quasi-punktförmigen Orten dienen durchgehende Stützkörper, z.B. säulen- oder stabförmige Körper aus geeignetem Material, welche durchge­ hend über alle Linsenkörper geführt sind. Vorzugsweise ver­ laufen die Stützen parallel zur optischen Achse des Linsen­ systems. Die Halterung kann dabei starr ausgebildet sein, so dass die Linsenkörper von den Stützkörpern an drei Orten wie in einem Käfig möglichst genau zentrisch gehalten werden, oder teilweise elastisch, so dass einerseits eine definierte Zentrierung der Linsen möglich ist, andererseits aber tem­ peraturbedingte Ausdehnungsdifferenzen der Linsen unter möglichst weitgehender Beibehaltung der optischen Zentrier­ genauigkeit aufgefangen werden.

Ein Ausführungsbeispiel für die starr ausgebildete Fassung zeigen die Fig. 1 und 2. Ein Linsenkörper 1 von kreis­ rundem Querschnitt ist mit Hilfe von drei Säulen oder Stäben 2, 3 und 4 eingefangen. Die drei Stäbe sind dabei vorzugs­ weise gleichmässig über den Umfang des Linsenkörpers ver­ teilt, im Beispiel also jeweils um 120 Grad gegeneinander versetzt. Der den drei Stäben gemeinsame Inkreis 5 ist identisch mit dem äusseren Rand des Linsenkörpers 1. Die Linsen sind im Beispiel mit einem minimalen Spiel in den drei Stäben eingefangen. Gemeinsam mit den Linsen können abstandshaltende Mittel zwischen den einzelnen Linsen zur sicheren Einhaltung definierter Abstände, z.B. Ringe oder Röhrchen, im Stützkäfig gehalten sein. Diese Art der Halterung erlaubt ausser der weitgehenden Ausschaltung von Temperatureinflüssen eine eindeutige geometrische Definition der optischen Achse des Systems, so dass die bekannten geometrischen Anpassungsprobleme an geschlossene Zylinder­ fassungen vermieden werden.

Die Stützkörper sowie gegebenenfalls deren Halter 6, 7, also der gesamte Käfig, bestehen im einfachstem Fall aus einem geeigneten, möglichst temperaturstabilen Material, z.B. aus einem Metall oder einer Metall-Legierung.

Werden an die Temperaturkompensation besonders hohe Anfor­ derungen gestellt, wird ein Material gewählt, dessen Wärme­ ausdehnungs-Koeffizient wenigstens näherungsweise demjenigen des verwendeten Linsenglases entspricht. Auf diese Weise ergibt sich ein gleichmässiges und bezüglich der optischen Achse des Linsensystems symmetrisches Ausdehnungsverhalten der Gesamteinrichtung.

Als besonders vorteilhaft für hochpräzise Fassungen hat sich keramisches Material erwiesen. Beispielsweise eignet sich folgendes keramisches Material: Aluminiumoxid-, Titanat-, Siliciumcarbid-und Siliciumnitrid-Keramik. Keramisches Mate­ rial besitzt gegenüber Metall gewisse Vorteile bezüglich Gewicht, Stabilität und Festigkeit.

In einer abgewandelten Ausbildung nach Fig. 3 sind nur zwei Stützkörper 12 und 13 als starre Auflagen der Linsenkörper 11 ausgebildet, während der dritte Stützkörper 14 als zusätz­ liches elastisches Halterungselement in radialer Richtung wirkt. Die beiden starren, als Auflagen für die Linsenkörper wirkenden Stützkörper 12 und 13 bilden die Basis für die gemeinsame optische Achse des Systems. Sie sind daher mög­ lichst genau parallel zueinander, bzw. symmetrisch zur op­ tischen Achse des Systems. Zur praktischen Erleichterung sind sie im Beispiel als Rundstäbe ausgebildet. Vorzugs­ weise sind sie von gleichem Durchmesser.

Der dritte Stützkörper 14 besteht im bevorzugten Beispiel aus dem gleichen Material wie die beiden starr angreifenden Stützkörper 12 und 13. Zwischen dem dritten Stützkörper 14 und dem Linsenkörper 11 ist jedoch eine elastische Folie 10 eingelegt. Im bevorzugten Beispiel handelt es sich um eine gummiartige Folie von beispielsweise 0,5 mm Stärke, welche unter der Wirkung einer entsprechenden Vorspannkraft auf 0,3 mm zusammengepresst ist. Die Folie entwickelt dadurch eine Federwirkung, welche eine spannungsfreie Halterung der Linse gegenüber den lagebestimmenden beiden anderen Stützkörpern 12 und 13 gewährleistet, und dies auch bei auftretenden Temperaturdifferenzen.

In Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels kann der dritte Stützkörper auch selbst elastisch bzw. federnd gegenüber dem Käfig gelagert sein. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 4. Danach sind die Stützkörper 12 und 13 ein­ stückig mit der eigentlichen Käfigkonstruktion 15 ausgebil­ det. Die dritte gemeinsame Auflage, welche durch den dritten Stützkörper 14 gebildet wird, ist auf geeignete Weise am Käfigkörper elastisch bzw. federnd gelagert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies durch federelastische Einspan­ nung des dritten Stützkörpers 14 am Käfigkörper 15 mit Hilfe von Federn 16 und Stellschrauben 17 erreicht. Dadurch wird eine gemeinsame elastische Fixierung der Linsen gegen die beiden lagebestimmenden festen Stützkörper 12 und 13 er­ reicht. Die Auflagen bilden auch in diesen Beispielen in axialer Richtung durchgehende Punktauflagen für die Linsen des gemeinsam zu fassenden Systems.

Claims (7)

1. Fassung für ein aus mehreren optischen Linsen bestehen­ des Linsensystem, gekennzeichnet durch eine mindestens den Linsen des Systems gemeinsame, an mindestens drei Punkten der Linsenperipherie angreifende käfigartige Mehrpunkthal­ terung (2-4; 12-14) der Linsenkörper, wobei entsprechende Stützpunkte aller gefassten Linsen jeweils auf durchgehenden Stützkörper-Auflagen liegen.

2. Fassung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens drei parallel zur optischen Achse des Systems verlaufende Stützen (2, 3, 4) zur gemeinsamen quasi-punktförmigen Halte­ rung der Linsen in einem durch diese Stützen gebildeten Käfig.

3. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stützkörper mit mindestens zwei parallel zur optischen Achse des Linsensystems verlaufenden Stützen (12, 13) vorgesehen ist, auf welchen die zum System gehörenden Linsen mit ihren Rändern anliegen, und dass mindestens ein weiterer Stützkörper mit einer alle Linsen erfassenden drit­ ten Auflage (14) vorgesehen ist, wodurch die Linsen elas­ tisch gegen die ersten Stützen (12, 13) gestützt werden.

4. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (2-4, 6, 7; 12-14) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungs-Koeffizient wenigstens näherungs­ weise gleich ist wie derjenige für die Gläser der Linsen (1, 11).

5. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (2-4, 6, 7; 12-14) wenigstens teilweise aus einem Metall oder einer Metall-Legierung besteht, dessen bzw. deren Wärmeausdehnungskoeffizient wenigstens näherungs­ weise gleich ist wie derjenige für die Gläser der Linsen (1, 11).

6. Fassung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (2-4, 6, 7; 12-14) wenigstens teilweise aus einem keramischen Material besteht, dessen Wärmeausdehnungs- Koeffizient wenigstens näherungsweise gleich ist wie der­ jenige für die Gläser der Linsen (1, 11).

7. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (2-4; 12-14) aus keramischen Rundstäben be­ stehen.