WO2014114288A1 - Thermisch kompensierte optische baugruppe mit einem formschlüssig gehaltenen optischen bauelement - Google Patents

Thermisch kompensierte optische baugruppe mit einem formschlüssig gehaltenen optischen bauelement Download PDF

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WO2014114288A1
WO2014114288A1 PCT/DE2014/100013 DE2014100013W WO2014114288A1 WO 2014114288 A1 WO2014114288 A1 WO 2014114288A1 DE 2014100013 W DE2014100013 W DE 2014100013W WO 2014114288 A1 WO2014114288 A1 WO 2014114288A1
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WO
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ring
annular cutting
socket
optical component
optical
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Application number
PCT/DE2014/100013
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French (fr)
Inventor
Lutz Reichmann
Birgit Massino
Original Assignee
Jenoptik Optical Systems Gmbh
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Publication date
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Publication of WO2014114288A1 publication Critical patent/WO2014114288A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/028—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation

Definitions

  • the invention relates to a thermally compensated optical assembly having a socket and a form-fitting held in this version optical component, in particular a lens, as is known generically from the patent US 4,850,674 A.
  • sockets for optical components depending on the demands on the quality and the given conditions of transport, storage and use of the optical system in which the optical component forms part, constructed.
  • expected shock loads, possible temperature fluctuations during transport, storage and use as well as the energetic and spectral radiation influence during use play a role.
  • An adjustable socket should be found, suitable for an operating temperature range of +/- 5 ° C and an extended temperature range during storage and transport of +/- 40 ° C, specifically z. From -20 ° C to + 60 ° C.
  • the housing of the lens should be made of aluminum. With an expansion coefficient of 0.5 * 10 -6 / K of the glass of the lens and a free aperture of 120 mm diameter, the operating temperature range between the lens and the housing is already made of aluminum, which has a coefficient of expansion of 23 * 10 -6 /. K has elongation differences of +/- 14 ⁇ across the diameter.
  • the lens While arising Stretching differences during transport and storage may not lead to irreversible misalignment or damage to the lens, the lens must be kept free of tension in its centered position during use despite elongation differences within a predetermined tolerance range.
  • the centering of the optical device in the operating temperature range should be kept accurate to better than 1 ⁇ and after reaching any temperature within the extended temperature range, the original position should again be taken to better than 1 ⁇ exactly after the assembly has again assumed a temperature in the operating temperature range ,
  • the module should survive a shock load of at least 20 g, without a permanent displacement of the optical component of greater than 1 ⁇ arises.
  • the natural frequency of the module should be greater than 450 Hz.
  • the optical element in the socket is not adjustable, in particular, a lateral adjustment is not possible.
  • this version is not suitable because the lens is held positively and run the effective directions of attacking holding forces through the optically active areas as tensile or compressive force , They thus cause, for. B. with temperature change, alternating voltages in the optically effective range of the optical element.
  • the tangential holding elements engage a socket, the holding forces are transmitted through the socket added.
  • the aforementioned patent DE 10 2006 060 088 A1 gives no indication of how the optical element is held in the version stress-free or low-voltage. In particular, it is not apparent how different strains of the optical element and the socket are compensated for changes in temperature.
  • the patent application DE 10 2006 038 634 A1 relates to a socket of an optical element, which is characterized in that it distributes the holding forces, which are required for holding the optical element, on at least four circumferentially mounted radially engaging holding elements. In this case, it is ensured by a connection of the adjacent holding elements that the holding force is distributed as evenly as possible on the holding elements. In particular, this should compensate for manufacturing tolerances in the statically overdetermined system. Such a holder is also suitable to compensate for differences in expansion between the optical element and the socket by deforming the holding elements.
  • a lens frame which also has at least four circumferentially arranged holding elements.
  • the holding elements are designed as leaf springs, which are biased radially resiliently. Axial they have a much higher rigidity.
  • the optical element is thus held axially in position while being laterally offset by the balance of the radial Restoring forces of the holding elements is kept centered. Expansion differences are compensated by the radial compliance of the holding elements.
  • the adjustability is achieved by radial attacking adjustment.
  • the adjusting means must be biased by the holding elements. Elongation differences externally ßern in variable, guided by the optically effective volume forces. Basically, a minimum amount of radial holding force is required, which is also passed through the optically effective volume. This creates stress birefringence.
  • the variable in the adjustment radial holding forces of the holding elements lead to varying voltages in the optically effective volume.
  • the patent application US 2006/0066963 A1 relates to a low-tension, kinematically self-centering support of an optical element, wherein the compensation of differences in strain is held by a kinematically simple certain storage of the optical element in mainly V-shaped grooves on the optical element and on the socket.
  • the design is suitable to compensate for temperature differences, but it is also not adjustable.
  • the space requirement is considerable and the contour machining of the optical element is complicated and expensive.
  • the very small contact surfaces on the holding elements lead locally to high surface pressure in the optical material, which in particular in crystalline material, eg. B. CaF2, is unfavorable or only low holding forces.
  • the publication closest to the invention was found to be US Pat. No. 4,850,674.
  • a radial compensation of differences in expansion between an optical lens and a socket by a targeted selection of the thermal expansion coefficient of the lens and the frame forming components and the dimensioning of the radially juxtaposed, to be considered for the thermal expansion lengths is achieved so that the expansion difference radially is compensated for zero.
  • the lens is thus not held in a force-locking manner, but in a form-fitting manner, which also causes no voltage changes within the optical element as a result of temperature changes.
  • the frame-forming components is a mounting ring, at one end of an inwardly directed collar is formed on which rests one of the optically active surfaces of the lens.
  • the optical axis of the lens which must be here equal to the axis of symmetry of the lens, held in relation to the supports in their center position.
  • This design principle does not allow centering an axis other than the symmetry axis of the lens.
  • the optical element is not adjustable.
  • the present invention has for its object to provide a different solution for a thermally compensated optical assembly with a form-fitting held optical component, which has a greater design scope.
  • the optical component should be laterally adjustable in a plane perpendicular to the optical axis.
  • This object is form-fitting for a thermally compensated optical assembly having a socket within an operating temperature range held, having a first expansion coefficient having dissolved optical component.
  • the socket comprises a socket ring, having an axis of symmetry, with a first annular cutting edge and at least three annular cutting segments fixedly connected thereto, which together form a second annular cutting edge.
  • the first annular cutting edge and the annular cutting segments, which together form the second annular cutting edge, rest on opposing optically active surfaces of the optical component, forming contact paths.
  • the socket ring has a second expansion coefficient and the ring cutting segments a third coefficient of expansion, wherein the first coefficient of expansion is smaller than the second coefficient of expansion and this smaller than the third coefficient of expansion.
  • the mounting ring and the ring cutting segments have radial length dimensions with respect to the axis of symmetry, which are dimensioned depending on the dimensions of the optical component and the expansion coefficient so that cancel the differences in elongation of the optical component and the socket along the contact tracks.
  • the optical assembly also has a housing part and three holding elements connecting the housing part to the socket.
  • phases are formed in an area of the installation of the first annular cutting edge and the annular cutting segments on the optical component.
  • the first annular cutting edge in the form of ring cutting segments is executed. They can be advantageously formed on the mounting ring, with which they have the second coefficient of expansion.
  • the holding elements are arranged tangentially to the socket.
  • the holding elements are advantageously each centrally via a socket-side connection point with the socket and at two ends in each case via a housing-side connection point, which are each secured to a housing part by means of an adjustment radially movable adjusting unit, indirectly connected.
  • optical component made of quartz glass
  • frame ring made of Invar
  • ring cutting segments made of aluminum.
  • the holding elements, the actuators and the housing part are monolithic, wherein the attachment points represent solid joints.
  • FIG. 1 is a sectional view through a side view of a socket with lens according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view through the side view of a socket with lens according to a third embodiment
  • Fig. 3b shows an assembly with a second embodiment of the holding elements
  • Fig. 4 is a plan view of an assembly.
  • a thermally compensated optical subassembly according to the invention basically consists of a socket 4, in which an optical component 1, having an optical axis, is held positively free of play over at least one operating temperature range, a housing part 5 and at least three retaining elements 6.1 connecting the socket 4 to the housing part 5 - 6.3, over which a difference in expansion between the frame 4 and the housing part 5 is compensated.
  • any components can be understood here which can be integrated in the optical assembly into a beam path of an optical arrangement and which influence the beam guidance or beam shaping. Based on the respective optical arrangement, they have two optically active surfaces, a beam entry surface and a beam exit surface. Within these optically effective surfaces, there is in each case a free area, which in the case of an optical lens is referred to as a free diameter. Taking thermal compensation for an optical component 1 means that the optical component 1 is held in its position within a temperature range. Since the optical component 1 is also subject to an expansion, in each case only one selected point can be held in its position relative to the optically effective surfaces. For a lens, these selected points are the vertices through which the optical axis of the lens passes. Not always and in all optical components 1, the geometric centers of the optically active surfaces are to be held in position, but other selected points, the connecting line is then understood as an optical axis.
  • an optical axis extending through off-center lying on the optically active surfaces selected points, are held in position.
  • the socket 4 basically consists of a first annular cutting edge 2.1 and a second annular cutting edge, which has a mounting ring 2, which has an axis of symmetry 0, are interconnected, wherein the second annular cutting edge is formed by at least three annular cutting segments 3.1 - 3.3.
  • a first embodiment of the socket 4 is shown.
  • an optical lens has been designed so that its optical axis, which is held in position, coincides with the axis of symmetry 0.
  • the unit formed by the socket 4 and the lens is thermally compensated, so that the lens over an operating temperature range of z. B. 10 ° C is held positively and stress-free.
  • the lens rests on one of its two optically active surfaces in an area outside the free diameter at the first annular cutting edge 2.1, whereby it is kept centered to the first annular cutting edge 2.1.
  • the second annular blade abuts on the opposite optically effective surface of the lens outside the free diameter.
  • the first annular cutting edge 2.1 is formed on a closed ring 2.2, together representing the mounting ring 2 with an L-shaped cross section, wherein at the free end of the short leg of the L-shape, an edge of the first annular cutting edge 2.1 in the direction of the symmetry axis 0 of the mounting ring. 2 has.
  • the edge of the first annular cutting edge 2.1 lies on a circular line with a radius which represents a fourth radial length dimension l 4 , about the symmetry axis 0 of the mounting ring 2.
  • the second annular cutting edge is formed by three annular cutting segments 3.1 - 3.3.
  • the ring cutting segments 3.1 - 3.3 have a RingCloudsegmentdicke representing a third radialCnallow l 3 , on.
  • each case over their outer peripheral surfaces are the ring cutting segments 3.1 - 3.3, with at least approximately equal angular distances from each other, over the inner peripheral surface of the ring 2.2 firmly connected to this.
  • the inner circumferential surface has an inner radius which represents a second radial length dimension l 2 .
  • the compounds may, for. B. be screwed.
  • the edges of the ring cutting segments 3.1 - 3.3 lie on a circular line with a radius which represents a first radial length dimension about the symmetry axis 0.
  • the first annular cutting edge 2.1 is the same as the second annular cutting edge in the form of annular cutting segments 3.1 - 3.3.
  • the annular cutting segments forming the first annular cutting edge 2.1 are formed on the closed ring 2.2, so that they are made of the same material as the closed ring 2.2.
  • the ring cutting segments forming a first annular cutting edge 2.1 are the same as the annular cutting segments 3.1 - 3.3 of the second annular cutting edge and arranged exactly opposite them.
  • the edge or the edges of the first annular cutting edge 2.1 and the edges of the second annular cutting ring forming segments 3.1 - 3.3 lie on the lens along formed contact tracks without play and without significant holding force.
  • the position of the first ring cutting 2.1 and the second ring cutting, formed by the three ring cutting segments 3.1 - 3.3, to each other in a suitable manner must be changed, so that the edges the lens along the contact tracks remain free-play fitting. That is, the diameter on which the edges each lie, and their distance from each other must be dependent on the elongation of the lens, determined by their expansion coefficient CM and their radius r, as a radial length measure change.
  • the mounting ring 2 with the first annular cutting edge 2.1 and the three ring cutting segments 3.1 - 3.3 made of materials with different thermal expansion coefficients ⁇ 2 , a 3 and the mounting ring 2 and the ring cutting segments 3.1 - 3.3 are in their radial length dimensions , over which the radial expansion affects, dimensioned accordingly.
  • the lens has a first expansion coefficient oci, the mounting ring 2 a second expansion coefficient a 2 and the ring cutting segments 3.1 - 3.3 a third expansion coefficient oc 3rd By ⁇ - ⁇ ⁇ 2 ⁇ 3 is selected, as z.
  • the position of the contact track between the edges of the ring cutting segments 3.1 - 3.3 and the lens on the choice of the expansion coefficient of the mounting ring 2 and the ring cutting segments 3.1 - 3.3 and the dimensioning of their radial length dimensions h - l 4 are affected.
  • the position of the contact track between the edge of the first annular cutting edge 2.1 and the lens can be influenced accordingly only via the choice of the coefficient of expansion of the mounting ring 2 and its radial length dimensions.
  • first annular cutting edge 2.1 is also executed segmented, the possibilities of influencing increase and they increase further if the then segmented first annular cutting edge 2.1 is not formed on the mounting ring 2, but in the form of individual parts, made of a different material, is connected to this.
  • the orbits can be placed around a circle center point, which does not coincide with the geometric center of the lens over a different choice of radial length dimensions of the ring cutting segments.
  • the position of the lens with respect to another, extending through this center of the circle axis can be maintained.
  • an optical device 1 z. B. be kept a round plan optics.
  • a phase is mandatory to achieve a positive connection in the radial direction.
  • the optical component 1 can also be a quadrangular or polygonal optical component.
  • the number of ring cutting segments can then be cheaper four or more. Otherwise, statements on the illustrated embodiments for a module with lens make analogous to here, the radial length dimensions of the annular there are then of course distances of the axis of symmetry 0 to the edges of the ring cutting, whose arrangement are adapted to the peripheral shape of the optical component 1.
  • the version 4 is connected to the housing part 5 by three circumferentially uniformly distributed elastic holding elements 6.1 - 6.3 and is held by these holding elements 6.1 - 6.3, self-centering.
  • the holding elements 6.1 - 6.3 are connected via the connection-side connection points 8.1 - 8.3 with the socket 4 and housing-side connection points 7.1 - 7.3 with the housing part 5.
  • the holding elements 6.1 - 6.3 are designed so that they are comparatively radially slightly stiff, but axially and tangentially very stiff, so that a kinematic uniquely determined centered position of the socket 4 is specified within the housing part 5.
  • the holding elements 6.1 - 6.3 can, as shown in Fig. 3a, tangentially on one side of the socket 4 fittingly connected to this, which would have a slight rotation of the socket 4 relative to the housing part 5 result in a compensating movement. However, they can also, as shown in Fig.
  • the housing-side connection points 7.1 - 7.3 of the holding elements 6.1 - 6.3 are each provided on an adjusting unit 9.1 - 9.3, which can be displaced radially via an adjusting element 10.1 - 10.3.
  • Fig. 4 shows an embodiment of an assembly is shown, with holding elements 6.1 - 6.3 of FIG. 3b in conjunction with the actuators 9.1 -9.3 and the adjusting elements 10.1 - 10.3, which are designed here as screws.
  • the version 4 is adjusted laterally. That is, if one of the housing-side connection points 7.1 - 7.3 moved radially, the position of the lens changes laterally to the optical axis, wherein the displacement also by the deformation of the holding elements 6.1 - 6.3 is compensated. Restoring forces are absorbed by the version 4. This keeps the lens de-energized.
  • An equivalent effect is achieved even with a tangentially displaceable mounting of the housing-side connection points 7.1 - 7.3, when the arrangement is selected with one-sided support elements 6.1 - 6.3.
  • the holding elements 6.1 - 6.3 and the actuators 9.1 - 9.3 designed as solid joints, whereby the control and compensatory movements are free of friction.
  • the exemplary embodiment described fulfills the task set out in the introduction to the description of which the invention is based.
  • Adjustment element oci first expansion coefficient coefficient of expansion of the lens 2
  • second expansion coefficient expansion coefficient of

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine thermisch kompensierte optische Baugruppe mit einem in einer Fassung (4) innerhalb eines Einsatztemperaturbereiches formschlüssig gehaltenen optischen Bauelement (1). Die Fassung (4) umfasst einen Fassungsring (2) mit einer daran ausgebildeten oder daran befestigten ersten Ringschneide (2.1) und wenigstens drei mit diesem fest verbundene Ringschneidensegmente (3.1 - 3.3), die gemeinsam eine zweite Ringschneide bilden. Die erste Ringschneide (2.1) und die Ringschneidensegmente (3.1 - 3.3) liegen auf sich gegenüberliegenden optisch wirksamen Flächen des optischen Bauelementes (1), Kontaktbahnen bildend, an. Durch geeignete Materialwahl für den Fassungsring (2), die erste Ringschneide (2.1), die Ringschneidensegmente (3.1 - 3.3) und das optische Bauelement (1) und eine damit abgestimmte Auswahl radialer Längenmaße (l1 - l4) bezogen auf die Symmetrieachse (0) des Fassungsringes (2) heben sich die Dehnungsunterschiede des optischen Bauelementes (1) und der Fassung (4) entlang der Kontaktbahnen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches auf.

Description

Thermisch kompensierte optische Baugruppe mit einem formschlüssig gehaltenen optischen Bauelement
Die Erfindung betrifft eine thermisch kompensierte optische Baugruppe mit einer Fassung und einem in dieser Fassung formschlüssig gehaltenen optischen Bauelement, insbesondere einer Linse, wie sie gattungsgemäß aus der Patentschrift US 4 850 674 A bekannt ist.
Grundsätzlich werden Fassungen für optische Bauelemente in Abhängigkeit von den Forderungen an die Qualität sowie die gegebenen Transport-, Lager- und Einsatzbedingungen des optischen Systems, in dem das optische Bauelement einen Bestandteil bildet, konstruiert. Dabei spielen insbesondere zu erwartende Stoßbelastungen, mögliche Temperaturschwankungen während des Transportes, des Lagerns und des Einsatzes sowie die energetische und spektrale Strahlungsbeeinflussung während des Einsatzes eine Rolle.
Aufgrund der Anforderungen an eine erfindungsgemäße Baugruppe werden nachfolgend nur Baugruppen bzw. Fassungen als Bestandteile solcher Baugruppen aus dem Stand der Technik betrachtet, die gleich einer erfindungsgemäßen Baugruppe ein optisches Bauelement in einer Fassung nicht stoffschlüssig halten und bei denen zwischen dem optischen Bauelement und der Fassung ein Dehnungsausgleich vorgesehen ist.
Die Erfindung ist im Zusammenhang mit einer konkreten Aufgabenstellung entstanden. Es sollte eine justierbare Fassung gefunden werden, geeignet für einen Einsatztemperaturbereich von +/- 5 °C und einen erweiterten Temperaturbereich während der Lagerung und des Transports von +/- 40 °C, konkret z. B. von - 20 °C bis + 60 °C. Aus technologischen Gründen sollte das Gehäuse des Objektivs aus Aluminium bestehen. Bei einem Ausdehnungskoeffizienten von 0,5*10"6/K des Glases der Linse und einer freien Apertur von 120 mm Durchmesser ergeben sich bereits für den Einsatztemperaturbereich zwischen der Linse und dem Gehäuse aus Aluminium, welches einen Ausdehnungskoeffizienten von 23*10"6/K hat, Dehnungsdifferenzen von +/- 14 μιη über den Durchmesser. Während entstehende Dehnungsdifferenzen beim Transport und der Lagerung lediglich nicht zu irreversiblen Dejustagen oder Beschädigungen der Linse führen dürfen, muss die Linse während des Einsatzes trotz Dehnungsdifferenzen innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches in ihrer zentrierten Position spannungsfrei gehalten werden. Die Zentrierung des optischen Bauelements im Einsatztemperaturbereich soll auf besser als 1 μιη genau gehalten werden und nach Erreichen einer beliebigen Temperatur innerhalb des erweiterten Temperaturbereiches soll die ursprüngliche Position wieder auf besser als 1 μιη genau eingenommen werden, nachdem die Baugruppe wieder eine Temperatur im Einsatztemperaturbereich angenommen hat.
Darüber hinaus soll die Baugruppe eine Schockbelastung von mindestens 20 g überstehen, ohne dass eine bleibende Verlagerung des optischen Bauelements von größer als 1 μιη entsteht. Die Eigenfrequenz der Baugruppe soll größer als 450 Hz sein.
In der Patentschrift DE 10 2006 060 088 A1 ist eine optische Baugruppe mit einer rotationssymmetrischen Halterung offenbart, in der ein optisches Element bzw. ein in einer Fassung gehaltenes optisches Element über drei tangential anliegende Federelemente gehalten wird. Durch die elastische Nachgiebigkeit der tangential angreifenden Federelemente wird das optische Element spannungsarm gehalten und es kann eine unterschiedliche Wärmedehnung des optischen Elements bzw. der Fassung und des Gehäuses ausgeglichen werden. Das optische Element wird dabei stets zentriert gehalten.
Nachteilig ist, dass das optische Element in der Fassung nicht justierbar ist, insbesondere ist eine laterale Justage nicht möglich. Für Anwendungen, in denen keinerlei Spannungen bzw. sich ändernde Spannungen im optisch wirksamen Bereich der Linse auftreten dürfen, ist diese Fassung nicht geeignet, da die Linse kraftschlüssig gehalten wird und die Wirkrichtungen der angreifenden Haltekräfte durch die optisch wirksamen Bereiche als Zug- oder Druckkraft verlaufen. Sie verursachen somit, z. B. bei Temperaturänderung, wechselnde Spannungen im optisch wirksamen Bereich des optischen Elements. Greifen die tangentialen Halteelemente an einer Fassung an, so werden die Haltekräfte durch die Fassung aufgenommen. Bei Verwendung einer Fassung gibt die vorbenannte Patentschrift DE 10 2006 060 088 A1 jedoch keinen Hinweis darauf, wie das optische Element in der Fassung spannungsfrei bzw. spannungsarm gehalten wird. Insbesondere ist nicht erkennbar, wie bei Temperaturänderungen unterschiedliche Dehnungen des optischen Elementes und der Fassung ausgeglichen werden.
Eine in ihrer Wirkungsweise vergleichbare Fassung ist in der Patentschrift US 6 239 924 B1 offenbart. Die tangential angreifenden Haltemittel sind hier jedoch anders als bei der vorgenannten Lösung diskrete Blattfedern.
Die Patentanmeldung DE 10 2006 038 634 A1 bezieht sich auf eine Fassung eines optischen Elements, die sich dadurch auszeichnet, dass sie die Haltekräfte, die zum Halten des optischen Elements erforderlich sind, auf mindestens vier am Umfang angebrachte, radial angreifende Halteelemente verteilt. Dabei wird durch eine Verbindung der benachbarten Halteelemente dafür gesorgt, dass die Haltekraft möglichst gleichmäßig auf die Halteelemente verteilt wird. Insbesondere sollen damit Fertigungstoleranzen in dem statisch überbestimmten System ausgeglichen werden. Eine solche Halterung ist auch geeignet, Dehnungsunterschiede zwischen optischem Element und Fassung auszugleichen, indem sich die Halteelemente deformieren.
Eine derartige Fassung ist jedoch nicht radial justierbar. Zudem erfolgt der Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnung durch Deformation der Halteelemente in radialer Richtung. Die Verbindungselemente reagieren mit veränderten Rückstellkräften, wenn auch gleichmäßig über den Umfang verteilt. Insbesondere die daraus resultierenden radialen Kräfte auf das optische Element werden durch die optisch wirksamen Bereiche des Elements geleitet und verursachen veränderliche Spannungen im optischen Element und damit Spannungsdoppelbrechung.
Aus der Patentschrift DE 100 42 844 C1 ist eine Linsenfassung bekannt, die ebenfalls mindestens vier am Umfang angeordnete Halteelemente aufweist. Die Halteelemente sind als Blattfedern ausgeführt, die radial federnd vorgespannt sind. Axial weisen sie eine deutlich höhere Steifigkeit auf. Das optische Element wird also axial in Position gehalten, während es lateral durch das Gleichgewicht der radialen Rückstellkräfte der Halteelemente zentriert gehalten wird. Dehnungsunterschiede werden durch die radiale Nachgiebigkeit der Halteelemente ausgeglichen.
Die Justierbarkeit wird durch radial angreifende Justiermittel erreicht. Die Justiermittel müssen durch die Halteelemente vorgespannt sein. Dehnungsunterschiede äu ßern sich in veränderlichen, durch das optisch wirksame Volumen geleitete Kräfte. Grundsätzlich ist ein Mindestmaß an radialer Haltekraft erforderlich, die ebenfalls durch das optisch wirksame Volumen geleitet wird. Hierdurch entsteht Spannungsdoppelbrechung. Die bei der Justage veränderlichen radialen Haltekräfte der Halteelemente führen zu veränderlichen Spannungen im optisch wirksamen Volumen.
Allen vorgenannten Lösungen des Standes der Technik ist gemein, dass sie bei unterschiedlicher Wärmedehnung veränderliche Spannungen im optischen Element und damit Spannungsdoppelbrechung erzeugen. Sie sind auch nicht justierbar. Sie sind daher ungeeignet, in einem verhältnismäßig großen Einsatztemperaturbereich (z. B. 5T = 10 °C) bzw. über einen noch deutlich größeren Transporttemperaturbereich (z. B. δΤ = 80 °C) ein optisches Element besonders spannungsarm zu halten.
Die Patentanmeldung US 2006/0066963 A1 betrifft eine spannungsarme, kinematisch selbstzentrierende Halterung eines optischen Elements, wobei der Ausgleich von Dehnungsunterschieden durch eine kinematisch einfach bestimmte Lagerung des optischen Elements in hauptsächlich V-förmigen, Nuten am optischen Element und an der Fassung gehalten wird. Die Ausführung ist geeignet, Temperaturunterschiede auszugleichen, jedoch ist auch sie nicht justierbar. Gleichzeitig ist der Platzbedarf erheblich und die Konturbearbeitung des optischen Elements ist kompliziert und aufwendig. Die sehr kleinen Kontaktflächen an den Halteelementen führen lokal zu hoher Flächenpressung im optischen Material, was insbesondere bei kristallinem Material, z. B. CaF2, ungünstig ist bzw. nur geringe Haltekräfte ermöglicht. Als die der Erfindung am nächsten liegende Publikation wurde die Patentschrift US 4 850 674 A ermittelt. Hier wird eine radiale Kompensation von Dehnungsunterschieden zwischen einer optischen Linse und einer Fassung durch eine gezielte Auswahl der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Linse sowie der die Fassung bildenden Bauteile sowie der Dimensionierung der radial aneinander gereihten, für die Wärmedehnung zu berücksichtigenden Längen erreicht, so dass der Dehnungsunterschied radial zu Null kompensiert wird. Die Linse wird damit im Unterschied zu allen vorbenannten Lösungen aus dem Stand der Technik grundsätzlich nicht kraftschlüssig, sondern formschlüssig gehalten, womit es innerhalb des optischen Elementes in Folge von Temperaturänderungen auch zu keinen Spannungsänderungen kommt. Bei den die Fassung bildenden Bauteilen handelt es sich um einen Fassungsring, an dessen einem Ende ein nach innen gerichteter Bund ausgebildet ist, an dem eine der optisch wirksamen Flächen der Linse anliegt. In den Fassungsring ist an dessen anderem Ende ein Haltering, aus einem gleichen Material wie der Fassungsring gefertigt, geschraubt, der durch eine Vielzahl von Schlitzen in radial biegsame Stützen geteilt ist, welche über einen diese umschließenden Haltering, aus einem Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten ähnlich der Linse, an die andere optisch wirksame Fläche der Linse bzw. eine hier ausgebildete Phase angelegt sind. Damit wird die optische Achse der Linse, die hier gleich der Symmetrieachse der Linse sein muss, in Bezug auf die Stützen in ihrer Position mittig gehalten. Dieses Konstruktionsprinzip erlaubt es nicht, eine andere Achse als die Symmetrieachse der Linse mittig zu halten. Darüber hinaus ist das optische Element nicht justierbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine andere Lösung für eine thermisch kompensierte optische Baugruppe mit einem formschlüssig gehaltenen optischen Bauelement zu schaffen, welche einen größeren konstruktiven Spielraum hat. Vorteilhaft soll das optische Bauelement in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse lateral justierbar sein.
Diese Aufgabe wird für eine thermisch kompensierte optische Baugruppe mit einem in einer Fassung innerhalb eines Einsatztemperaturbereiches formschlüssig gehaltenen, einen ersten Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden optischen Bauelement gelöst.
Die Fassung umfasst einen Fassungsring, eine Symmetrieachse aufweisend, mit einer ersten Ringschneide und wenigstens drei mit dieser fest verbundene Ringschneidensegmente, die gemeinsam eine zweite Ringschneide bilden.
Die erste Ringschneide und die Ringschneidensegmente, welche gemeinsam die zweite Ringschneide bilden, liegen auf sich gegenüberliegenden optisch wirksamen Flächen des optischen Bauelementes, Kontaktbahnen bildend, an.
Der Fassungsring weist einen zweiten Ausdehnungskoeffizienten und die Ringschneidensegmente einen dritten Ausdehnungskoeffizienten auf, wobei der erste Ausdehnungskoeffizient kleiner dem zweiten Ausdehnungskoeffizienten und dieser kleiner dem dritten Ausdehnungskoeffizienten ist.
Der Fassungsring und die Ringschneidensegmente weisen radiale Längenmaße bezogen auf die Symmetrieachse auf, die in Abhängigkeit von den Abmessungen des optischen Bauelementes und den Ausdehnungskoeffizienten so dimensioniert sind, dass sich die Dehnungsunterschiede des optischen Bauelementes und der Fassung entlang der Kontaktbahnen aufheben.
Die optische Baugruppe weist auch ein Gehäuseteil und drei das Gehäuseteil mit der Fassung verbindende Halteelemente auf.
Vorteilhaft sind in einem Bereich der Anlage der ersten Ringschneide und der Ringsschneidensegmente an dem optischen Bauelement Phasen ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist auch die erste Ringschneide in Form von Ringschneidensegmenten ausgeführt. Sie können vorteilhaft am Fassungsring ausgebildet sein, womit sie den zweiten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Es ist günstig, die erste Ringschneide ebenfalls in Form von Ringschneidensegmenten auszuführen. Vorteilhaft sind diese dann in Anzahl und Ausführung gleich den Ringschneidensegmenten der zweiten Ringschneide und weisen den dritten Ausdehnungskoeffizienten auf.
Vorteilhaft sind die Halteelemente tangential zur Fassung angeordnet.
Die Halteelemente sind vorteilhaft jeweils mittig über einen fassungsseitigen Anbindungspunkt mit der Fassung und an zwei Enden jeweils über einen gehäuseseitigen Anbindungspunkt, die jeweils an einer im Gehäuseteil mittels eines Verstellelementes radial verschiebbaren Stelleinheit befestigt sind, mittelbar verbunden.
Sehr vorteilhaft sind das optische Bauelement aus Quarzglas, der Fassungsring aus Invar und die Ringschneidensegmente aus Aluminium gefertigt.
Vorteilhafterweise sind die Halteelemente, die Stelleinheiten und das Gehäuseteil monolithisch ausgeführt, wobei die Anbindungspunkte Festkörpergelenke darstellen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen:
Fig. 1 ein Schnittbild durch eine Seitenansicht einer Fassung mit Linse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein Schnittbild durch die Seitenansicht einer Fassung mit Linse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3a Baugruppe mit einer ersten Ausführung der Halteelemente,
Fig. 3b eine Baugruppe mit einer zweiten Ausführung der Halteelemente und
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Baugruppe. Eine erfindungsgemäße thermisch kompensierte optische Baugruppe besteht grundsätzlich aus einer Fassung 4, in der ein optisches Bauelement 1 , eine optische Achse aufweisend, wenigstens über einen Einsatztemperaturbereich formschlüssig spielfrei gehalten wird, einem Gehäuseteil 5 und wenigstens drei die Fassung 4 mit dem Gehäuseteil 5 verbindende Halteelemente 6.1 - 6.3, über welche ein Dehnungsunterschied zwischen der Fassung 4 und dem Gehäuseteil 5 ausgeglichen wird.
Als optisches Bauelement 1 können hier jegliche Bauelemente verstanden werden, die integriert in der optischen Baugruppe in einen Strahlengang einer optischen Anordnung eingebracht werden können und die die Strahlführung oder Strahlformung beeinflussen. Sie weisen bezogen auf die jeweilige optische Anordnung zwei optisch wirksame Flächen, eine Strahleintritts- und eine Strahlaustrittsfläche auf. Innerhalb dieser optisch wirksamen Flächen gibt es jeweils einen freien Bereich, der im Falle einer optischen Linse als freier Durchmesser bezeichnet wird. Ein optisches Bauelement 1 thermisch kompensiert zu fassen heißt, dass das optische Bauelement 1 innerhalb eines Temperaturbereiches in seiner Position gehalten wird. Da auch das optische Bauelement 1 einer Dehnung unterliegt, kann genau genommen, bezogen auf die optisch wirksamen Flächen, jeweils nur ein ausgewählter Punkt in seiner Position gehalten werden. Diese ausgewählten Punkte sind bei einer Linse die Scheitelpunkte, durch die die optische Achse der Linse verläuft. Nicht immer und bei allen optischen Bauelementen 1 sollen die geometrischen Mittelpunkte der optisch wirksamen Flächen in ihrer Position gehalten werden, sondern andere ausgewählte Punkte, deren Verbindungslinie dann als optische Achse verstanden wird.
Mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe kann auch eine optische Achse, verlaufend durch außermittig auf den optisch wirksamen Flächen liegende ausgewählte Punkte, in ihrer Position gehalten werden.
Die Fassung 4 besteht grundsätzlich aus einer ersten Ringschneide 2.1 und einer zweiten Ringschneide, die über einen Fassungsring 2, welche eine Symmetrieachse 0 aufweist, miteinander verbunden sind, wobei die zweite Ringschneide durch wenigstens drei Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 gebildet ist.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführung der Fassung 4 gezeigt. Als optisches Bauelement
1 wurde hier eine optische Linse so gefasst, dass deren optische Achse, die in ihrer Position gehalten wird, mit der Symmetrieachse 0 zusammenfällt. Die durch die Fassung 4 und die Linse gebildete Einheit ist thermisch kompensiert, so dass die Linse über einen Einsatztemperaturbereich von z. B. 10 °C formschlüssig und spannungsfrei gehalten wird.
Die Linse liegt über eine ihrer beiden optisch wirksamen Flächen in einem Bereich außerhalb des freien Durchmessers an der ersten Ringschneide 2.1 an, wodurch sie zur ersten Ringschneide 2.1 zentriert gehalten wird. Die zweite Ringschneide liegt auf der gegenüberliegenden optisch wirksamen Fläche der Linse außerhalb des freien Durchmessers an. Zur sicheren Vermeidung der Einleitung auch nur geringer Haltekräfte auf die optisch wirksamen Flächen der Linse können außerhalb des freien Durchmessers (hier nicht gezeigt) beidseitig Phasen zur Anlage der Ringschneiden 2.1 vorgesehen sein.
Die erste Ringschneide 2.1 ist an einem geschlossenen Ring 2.2, gemeinsam den Fassungsring 2 mit einem L-förmigen Querschnitt darstellend, ausgebildet, wobei am freien Ende des kurzen Schenkels der L-Form eine Kante der ersten Ringschneide 2.1 in Richtung der Symmetrieachse 0 des Fassungsringes 2 weist. Die Kante der ersten Ringschneide 2.1 liegt dabei auf einer Kreislinie mit einem Radius, der ein viertes radiales Längenmaß l4 darstellt, um die Symmetrieachse 0 des Fassungsringes 2 an.
Die zweite Ringschneide ist durch drei Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 gebildet. Die Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 weisen eine Ringschneidensegmentdicke, die ein drittes radiales Längenmaß l3 darstellt, auf.
Jeweils über ihre äußeren Umfangsflächen sind die Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3, mit wenigstens annähernd gleichen Winkelabständen zueinander, über die innere Umfangsfläche des Ringes 2.2 fest mit diesem verbunden. Die innere Umfangsfläche weist einen Innenradius, der ein zweites radiales Längenmaß l2 darstellt, auf. Die Verbindungen können z. B. Schraubverbindungen sein. Die Kanten der Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 liegen auf einer Kreislinie mit einem Radius, der ein erstes radiales Längenmaß darstellt,um die Symmetrieachse 0.
In einem zweiten, in den Figuren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel für die Fassung 4 ist die erste Ringschneide 2.1 gleich der zweiten Ringschneide in Form von Ringschneidensegmenten 3.1 - 3.3 ausgeführt. Die die erste Ringschneide 2.1 bildenden Ringschneidensegmente sind an dem geschlossenen Ring 2.2 ausgebildet, sodass sie aus dem gleichen Material sind wie der geschlossene Ring 2.2. Sie können aber auch, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, gezeigt in Fig. 2, wie die Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 mit dem geschlossenen Ring 2.2 verbunden sein und aus einem anderen Material als der geschlossene Ring 2.2 hergestellt sein, z. B. gleich den Ringschneidensegmenten 3.1 - 3.3.
Im günstigsten Fall sind die eine erste Ringschneide 2.1 bildenden Ringschneidensegmente gleich den Ringschneidensegmenten 3.1 - 3.3 der zweiten Ringschneide ausgeführt und diesen genau gegenüberliegend angeordnet.
Die Kante bzw. die Kanten der ersten Ringschneide 2.1 und die Kanten der die zweite Ringschneide bildenden Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 liegen an der Linse entlang dadurch gebildeter Kontaktbahnen spielfrei und ohne nennenswerte Halte kraft an.
Um die Linse über den Einsatztemperaturbereich trotz der thermischen Dehnung grundsätzlich spiel- und kraftfrei zu halten, muss die Lage der ersten Ringschneide 2.1 und der zweiten Ringschneide, gebildet durch die drei Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3, zueinander in geeigneter Weise verändert werden, sodass die Kanten an der Linse entlang der Kontaktbahnen spielfrei anliegend verbleiben. Das heißt, der Durchmesser, auf dem die Kanten jeweils liegen, und ihr Abstand zueinander müssen sich in Abhängigkeit von der Dehnung der Linse, bestimmt durch deren Ausdehnungskoeffizienten CM und deren Radius r, als ein radiales Längenmaß verändern. Zu diesem Zweck sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Fassungsring 2 mit der ersten Ringschneide 2.1 und die drei Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 aus Materialen mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α2, a3 gefertigt und der Fassungsring 2 und die Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 sind in ihren radialen Längenmaßen, über welche sich die radiale Dehnung auswirkt, entsprechend dimensioniert.
Die Linse hat einen ersten Ausdehnungskoeffizienten oci , der Fassungsring 2 einen zweiten Ausdehnungskoeffizienten a2 und die Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 einen dritten Ausdehnungskoeffizienten oc3. Indem α-ι <α2<α3 gewählt wird, wie es z. B. einer Kombination von Quarzglas für die Linse (oci = 0,5 ppm/K), von Invar für den Fassungsring 2 (a2 = 1 ,7 ppm/K) und von Aluminium für die Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 (a3 = 23 ppm/K) entsprechen würde, wird durch geeignete Wahl der radialen Längenmaße bis l4 erreicht, dass sich die Dehnungsunterschiede entlang der Kontaktbahnen gegenseitig aufheben.
Diese Kontaktbahnen entstehen beidseitig der Linse jeweils entlang einer Kreislinie und verändern ihre Lage mit der Ausdehnung bezogen auf die Symmetrieachse 0, während sie ihre Relativlage zu den optisch wirksamen Flächen der Linse beibehalten.
Bei einem vorgegebenen Ausdehnungskoeffizienten oci für die Linse und vorgegebenen Abmessungen der Linse kann die Lage der Kontaktbahn zwischen den Kanten der Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 und der Linse über die Wahl des Ausdehnungskoeffizienten des Fassungsrings 2 und der Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3 und die Dimensionierung ihrer radialen Längenmaße h - l4 beeinflusst werden. Die Lage der Kontaktbahn zwischen der Kante der ersten Ringschneide 2.1 und der Linse kann entsprechend nur über die Wahl des Ausdehnungskoeffizienten des Fassungsrings 2 und deren radialen Längemaße beeinflusst werden.
Wird auch die erste Ringschneide 2.1 segmentiert ausgeführt, erhöhen sich die Möglichkeiten der Beeinflussung und sie erhöhen sich weiter, wenn die dann segmentierte erste Ringschneide 2.1 nicht am Fassungsring 2 ausgebildet ist, sondern in Form von Einzelteilen, aus einem anderen Material gefertigt, mit diesem verbunden ist.
Insbesondere, wenn beide Ringsschneiden 2.1 in Form von Ringsschneidensegmenten ausgeführt sind, können über eine unterschiedliche Wahl der radialen Längenmaße der Ringschneidensegmente die Kreisbahnen um einen Kreismittelpunkt gelegt werden, der nicht mit dem geometrischen Mittelpunkt der Linse zusammenfällt. Damit kann die Position der Linse bezüglich einer anderen, durch diesen Kreismittelpunkt verlaufenden Achse gehalten werden.
Mittels einer geeigneten Materialkomposition und Dimensionierung der Fassung 4 ist es so weitestgehend möglich, über den Einsatztemperaturbereich die Linse spannungsfrei zentriert zu halten.
Bei Temperaturschwankungen über den erweiterten Temperaturbereich für Transport und Lagerung von z. B. -20 bis +60 °C kann es zur Dezentrierung der Linse in der Fassung 4 und auch zu Verspannungen der Linse kommen. Die Verspannungen lösen sich jedoch, sobald sich wieder eine Temperatur im Einsatztemperaturbereich einstellt, und die Linse zentriert sich selbst zwischen den Kanten der ersten Ringschneide 2.1 und den Ringschneidensegmenten 3.1 - 3.3.
In anderen Ausführungsbeispielen kann als optisches Bauelement 1 z. B. eine runde Planoptik gehalten sein. Hier ist wenigstens auf einer der optisch wirksamen Flächen zwingend eine Phase vorgesehen, um einen Formschluss in radialer Richtung zu erreichen.
Das optische Bauelement 1 kann auch ein vier- oder mehreckiges optisches Bauteil sein. Die Anzahl der Ringschneidensegmente kann dann günstiger vier oder auch mehr sein. Ansonsten treffen Angaben zu den erläuterten Ausführungsbeispielen für eine Baugruppe mit Linse hier analog zu, wobei die radialen Längenmaße der dort kreisringförmigen Fassung dann selbstverständlich Abstände der Symmetrieachse 0 zu den Kanten der Ringschneiden sind, deren Anordnung an die Umfangsform des optischen Bauelementes 1 angepasst sind. Die Fassung 4 ist mit dem Gehäuseteil 5 durch drei am Umfang gleichmäßig verteilte elastische Halteelemente 6.1 - 6.3 verbunden und wird durch diese Halteelemente 6.1 - 6.3, sich selbst zentrierend, gehalten. Die Halteelemente 6.1 - 6.3 sind über fassungsseitige Anbindungspunkte 8.1 - 8.3 mit der Fassung 4 und über gehäuseseitige Anbindungspunkte 7.1 - 7.3 mit dem Gehäuseteil 5 verbunden. Die Halteelemente 6.1 - 6.3 sind so gestaltet, dass sie vergleichsweise radial gering steif, jedoch axial und tangential sehr steif ausgeführt sind, womit eine kinematisch eindeutig bestimmte zentrierte Lage der Fassung 4 innerhalb des Gehäuseteils 5 vorgegeben ist. Die Halteelemente 6.1 - 6.3 können, wie in Fig. 3a gezeigt, tangential einseitig an der Fassung 4 anliegend mit dieser verbunden sein, was bei einer Ausgleichsbewegung eine leichte Rotation der Fassung 4 relativ zum Gehäuseteil 5 zur Folge hätte. Sie können aber auch, wie in Fig. 3b gezeigt, tangential zweiseitig an der Fassung 4 anliegend mit dieser verbunden sein, wodurch eine Rotation der Fassung 4 um die optische Achse vermieden wird. In diesem Fall ist die tangentiale Steifigkeit der Halteelemente 6.1 - 6.3 allerdings etwas vermindert. Kräfte, die aus der elastischen Ausgleichsbewegung der Halteelemente 6.1 - 6.3 resultieren, werden durch die ringförmige Gestalt der Fassung 4 im Wesentlichen in der Fassung 4 selbst aufgenommen. Die Linse bleibt damit von Krafteinwirkungen weitgehend unbeeinflusst.
Um vorteilhaft eine laterale Justierbarkeit der Fassung 4 und damit der Linse zu gewährleisten, sind die gehäuseseitigen Anbindungspunkte 7.1 - 7.3 der Halteelemente 6.1 - 6.3 jeweils an einer Stelleinheit 9.1 - 9.3 vorgesehen, die jeweils über ein Verstellelement 10.1 - 10.3 radial verschoben werden können.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Baugruppe gezeigt, mit Halteelementen 6.1 - 6.3 gemäß Fig. 3b in Verbindung mit den Stelleinheiten 9.1 -9.3 und den Verstellelementen 10.1 - 10.3, die hier als Stellschrauben ausgeführt sind. Über eine einzelne, gezielte Verschiebung der Stelleinheiten 9.1 - 9.3 wird die Fassung 4 lateral justiert. Das heißt, wird einer der gehäuseseitigen Anbindungspunkte 7.1 - 7.3 radial verschoben, so ändert sich die Lage der Linse lateral zur optischen Achse, wobei die Verlagerung ebenfalls durch die Verformung der Halteelemente 6.1 - 6.3 ausgeglichen wird. Rückstellkräfte werden durch die Fassung 4 aufgenommen. Dadurch bleibt die Linse spannungsfrei. Ein gleichwertiger Effekt wird auch bei einer tangential verschiebbaren Lagerung der gehäuseseitigen Anbindungspunkte 7.1 - 7.3 erreicht, wenn die Anordnung mit einseitig gelagerten Halteelementen 6.1 - 6.3 gewählt wird.
Vorteilhaft sind die Halteelemente 6.1 - 6.3 sowie die Stelleinheiten 9.1 - 9.3 als Festkörpergelenke ausgeführt, womit die Stell- und Ausgleichsbewegungen frei von Reibung sind.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel erfüllt die in der Beschreibungseinleitung dargelegte Aufgabenstellung, bei deren Lösung die Erfindung entstanden ist.
Bezugszeichenliste
0 Symmetrieachse
1 optisches Bauelement, z. B. Linse
2 Fassungsring
2.1 erste Ringschneide
2.2 Ring
3.1 - 3.3 Ringschneidensegment
4 Fassung
5 Gehäuseteil
6.1 - ■6.3 Halteelement
7.1 - ■7.3 gehäuseseitiger Anbindungspunkt
8.1 - ■8.3 fassungsseitiger Anbindungspunkt
9.1 - ■9.3 Stelleinheit
10.1 - 10.3 Verstellelement oci erster Ausdehnungskoeffizient = Ausdehnungskoeffizient der Linse 2 zweiter Ausdehnungskoeffizient = Ausdehnungskoeffizient des
Fassungsrings 2
0C3 dritter Ausdehnungskoeffizient = Ausdehnungskoeffizient der
Ringschneidensegmente 3.1 - 3.3
erstes radiales Längenmaß
zweites radiales Längenmaß
drittes radiales Längenmaß
viertes radiales Längenmaß
r Radius der Linse

Claims

Patentansprüche
1 . Thermisch kompensierte optische Baugruppe mit einem in einer Fassung (4) innerhalb eines Einsatztemperaturbereiches formschlüssig gehaltenen, einen ersten Ausdehnungskoeffizienten (α-ι) aufweisenden optischen Bauelement (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass
die Fassung (4) einen Fassungsring (2), mit einer Symmetrieachse (0) sowie einer ersten Ringschneide (2.1 ), und wenigstens drei mit diesem fest verbundene Ringschneidensegmente (3.1 - 3.3) umfasst, die gemeinsam eine zweite Ringschneide bilden,
die erste Ringschneide (2.1 ) und die Ringschneidensegmente (3.1 - 3.3) auf sich gegenüberliegenden optisch wirksamen Flächen des optischen Bauelementes (1 ), Kontaktbahnen bildend, anliegen,
der Fassungsring (2) einen zweiten Ausdehnungskoeffizienten (a2) und die Ringschneidensegmente (3.1 - 3.3) einen dritten Ausdehnungskoeffizienten (a3) aufweisen und (α-ι) < (α2) < (a3) ist, wobei der Fassungsring (2) und die Ringschneidensegmente (3.1 - 3.3) radiale Längenmaße ( - l4) bezogen auf die Symmetrieachse (0) aufweisen, die in Abhängigkeit von den Abmessungen des optischen Bauelementes (1 ) und den Ausdehnungskoeffizienten (α-ι), (α2), (a3) so dimensioniert sind, dass sich die Dehnungsunterschiede des optischen Bauelementes (1 ) und der Fassung (4) entlang der Kontaktbahnen aufheben und ein Gehäuseteil (5) und drei das Gehäuseteil (5) mit der Fassung (4) verbindende Halteelemente (6.1 - 6.3) vorhanden sind.
2. Optische Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Bereich der Anlage der ersten Ringschneide (2.1 ) und der Ringsschneidensegmente (3.1 - 3.3) an dem optischen Bauelement (1 ) Phasen ausgebildet sind.
3. Optische Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Ringschneide (2.1 ) in Form von Ringschneidensegmenten ausgeführt am Fassungsring (2) ausgebildet ist und entsprechend den zweiten Ausdehnungskoeffizienten (a2) aufweist. Optische Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Ringschneide (2.1 ), ausgeführt in Form von Ringschneidensegmenten, den Ringschneidensegmenten (3.1 - 3.3) der zweiten Ringschneide in Anzahl und Ausführung gleich ist und entsprechend den dritten Ausdehnungskoeffizienten (a3) aufweist.
Optische Baugruppe nach Ansprüche 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (6.1 - 6.3) tangential zur Fassung (4) angeordnet sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Halteelemente (6.1 - 6.3) jeweils mittig über einen fassungsseitigen Anbindungspunkt (8.1 - 8.3) mit der Fassung (4) und an zwei Enden jeweils über einen gehäuseseitigen Anbindungspunkt (7.1 - 7.3), die jeweils an einer im Gehäuseteil (5) mittels eines Verstellelementes (10.1 - 10.3) radial verschiebbaren Stelleinheit (9.1 - 9.3) befestigt sind, mittelbar verbunden sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
das optische Bauelement (1 ) aus Quarzglas, der Fassungsring (2) aus Invar und die Ringschneidensegmente (3.1 - 3.3) aus Aluminium gefertigt sind.
Optische Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Halteelemente (6.1 - 6.3), die Stelleinheiten (9.1 - 9.3) und das Gehäuseteil (5) monolithisch ausgeführt sind, wobei die Anbindungspunkte (7.1 - 7.3), (8.1 - 8.3) Festkörpergelenke darstellen.
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