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Die
Erfindung betrifft eine optische Anordnung, mit einem optischen
Element, das bezüglich einer optischen Achse nicht rotationssymmetrisch
ist und zumindest eine Symmetrieachse senkrecht zur optischen Achse
aufweist.
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Ohne
Beschränkung der Allgemeinheit wird die erfindungsgemäße
optische Anordnung in einem optischen System verwendet, mit dem
ein Lichtstrahl hoher Lichtintensität, insbesondere ein
Laserstrahl, von einem ursprünglich quadratischen Strahlquerschnitt
in einer Dimension stark aufgeweitet und in der dazu senkrechten
Dimension fokussiert wird. Mit anderen Worten wird dieser Lichtstrahl
auf eine sehr dünne lange Linie (Linienfokus) abgebildet.
Das Verhältnis der Abmessungen des Linienfokus in der langen
Dimension und der kurzen Dimension kann größer
als 100000:1 sein. Ein solches optisches System wird beispielsweise
zur laserinduzierten Dünnschichtkristallisation von Flachbildschirmen
verwendet.
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Für
ein solches optisches System, mit dem ein Lichtstrahl auf einen
Linienfokus abgebildet wird, werden optische Anordnungen benötigt,
die nicht rotationssymmetrische optische Elemente aufweisen. Üblicherweise
werden als optische Elemente Zylinderlinsen oder Zylinderlinsenarrays
verwendet.
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Solche
nicht rotationssymmetrische optische Elemente weisen zumindest eine
Symmetrieachse senkrecht zur optischen Achse auf, wobei eine solche
Symmetrieachse bei einer Zylinderlinse durch eine Achse parallel
zur Scheitellinie des (teil-)zylindrischen Mantels der Linse und
senkrecht zur optischen Achse gebildet wird.
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Wenn
eine optische Anordnung beispielsweise zur laserinduzierten Dünnschichtkristallisation verwendet
wird, bei der mit Laserlichtleistungen im Bereich von 1 kW und mehr
gearbeitet wird, ergibt sich schon bei geringsten Absorptionen in
dem optischen Element eine starke Erwärmung. Diese Erwärmung
führt zu einer Ausdehnung des optischen Elements, die zu
Abbildungsfehlern bzw. zu einer Verschlechterung der Abbildung führt.
Diese Wärmeausdehnung stellt sich insbesondere dann als
Problem dar, wenn das optische Element wie im vorliegenden Fall
nicht rotationssymmetrisch ist und zumindest eine Symmetrieachse
senkrecht zur optischen Achse aufweist. Eine Wärmeausdehnung
kann nämlich bewirken, dass sich die Symmetrieachse, beispielsweise
bei einer Zylinderlinse die Scheitellinie, verlagert, sich beispielsweise
um die optische Achse verdreht, wodurch das optische Element Abbildungsfehler
verursacht.
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Aus
diesem Grund wird an die Fassung des optischen Elements die Anforderung
gestellt, das optische Element auch bei einer Wärmeausdehnung
in der richtigen Lage zu halten. Hier ist weiterhin zu berücksichtigen,
dass auch die Fassung, üblicherweise aus Metall, sich im
Betrieb erwärmt und auf das optische Element aufgrund ihrer Wärmeausdehnung Kräfte
ausübt, die zu Verspannungen in dem optischen Element führen
können, die die optischen Abbildungseigenschaften des optischen
Elements ebenfalls verschlechtern.
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Bei
optischen Anordnungen, die rotationssymmetrische optische Elemente
aufweisen, ist es beispielsweise aus
DE 10 2006 060 088 A1 bekannt, zur
spannungsreduzierten und positionsstabilen Fassung des rotationssymmetrischen
optischen Elements einen rotationssymmetrischen Fassungskörper
zur Aufnahme des optischen Elements zu verwenden, wobei der rotationssymmetrische
Fassungskörper das optische Element an drei Lagerstellen
im Winkel von 120° zueinander lagert. An den Lagerstellen
weist der Fassungskörper radial federnd ausgebildete Stege
oder Blattfedern auf, die tangential am Umfang des optischen Elements über
Verbindungspunkte anliegen. Die Stege sind radial entlang von Bewegungsgeraden
beweglich, die sich in der optischen Achse schneiden.
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Bei
rotationssymmetrischen optischen Elementen besteht jedoch nicht
das Problem, dass eine Verdrehung des optischen Elements um die
optische Achse zu einer Verschlechterung der Abbildungseigenschaften
des optischen Elements führt, weil eben das optische Element
eine Rotationssymmetrie bezüglich der optischen Achse aufweist.
Eine Drehung des optischen Elements um die optische Achse wird bei
solchen optischen Elementen daher auch als Ausweichbewegung bei
einer wärmeinduzierten Ausdehnung freigegeben, da sie sich
nicht schädlich auf die Abbildungseigenschaften auswirkt.
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Bei
einem nicht rotationssymmetrischen optischen Element mit einer Symmetrieachse
senkrecht zur optischen Achse ist jedoch eine Drehung des optischen
Elements um die optische Achse für die Abbildungseigenschaften
des optischen Elements schädlich und daher zu vermeiden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung,
deren optisches Element nicht rotationssymmetrisch ist und eine Symmetrieachse
senk recht zur optischen Achse aufweist, anzugeben, bei der das optische
Element so gefasst ist, dass das optische Element bei Erwärmung
gegen eine Verdrehung um die optische Achse lagefest gehalten ist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch eine optische Anordnung gelöst, mit
einem optischen Element, das bezüglich einer optischen
Achse nicht rotationssymmetrisch ist und zumindest eine Symmetrieachse
senkrecht zur optischen Achse aufweist, mit einem Fassungskörper,
der zumindest drei Lager für das optische Element aufweist,
an denen das optische Element festgelegt ist, wobei die Lager relativ zum
Fassungskörper beweglich sind, wobei jedes der Lager jeweils
nur entlang einer Bewegungsgeraden beweglich ist, und wobei sich
die Bewegungsgeraden der Lager in einem Schnittpunkt schneiden, der
auf der Symmetrieachse liegt.
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Die
Fassung der erfindungsgemäßen optischen Anordnung
weist somit einen Fassungskörper auf, der dazu ausgelegt
ist, das optische Element so zu lagern, dass sich die Symmetrieachse,
beispielsweise bei einer Zylinderlinse, die Achse parallel zur Scheitellinie
bei Erwärmung und durch die dadurch induzierte Wärmeausdehnung
des optischen Elements nicht um die optische Achse verdreht, indem die
Lager nur entlang von Bewegungsgeraden beweglich sind, die sich
in einem Schnittpunkt schneiden, der auf der Symmetrieachse liegt.
Dies bewirkt, dass jegliche Drehmomente bezüglich der optischen Achse,
die auf das optische Element wirken, gegenseitig kompensiert sind.
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Vorzugsweise
liegt der vorstehend genannt Schnittpunkt der Bewegungsgeraden der
Lager auf der optischen Achse des optischen Elements.
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Hierdurch
wird zusätzlich eine Verlagerung der Symmetrieachse aus
der optischen Achse, d. h. eine translatorische Verlagerung der
Symmetrieachse von der optischen Achse weg, vermieden.
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In
diesem Zusammenhang ist es im Fall, dass das optische Element einen
viereckigen Umfang aufweist, bevorzugt, wenn eines der Lager etwa mittig
an einer ersten Umfangsseite des optischen Elements angeordnet ist,
und die beiden anderen Lager an Ecken der der ersten Umfangsseite
gegenüberliegenden Umfangsseite angeordnet sind.
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Diese
Verteilung der Lager am Fassungskörper hat zum einen den
Vorteil, dass insgesamt nur drei Lager zur Fassung des optischen
Elements benötigt werden, wodurch der konstruktive Aufbau
besonders einfach ist, und zum anderen können hier auf
konstruktiv einfache Weise zwei der zuvor genannten Ausgestaltungen
miteinander vereint werden, nämlich dass die Bewegungsgeraden
der Lager sich sowohl in der optischen Achse als auch auf der Symmetrieachse
schneiden, wodurch eine bestmögliche Drehmomentkompensation
zur Vermeidung einer Verdrehung der Symmetrieachse und zur Vermeidung
einer translatorischen Verlagerung der Symmetrieachse erreicht wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist jedes Lager über
jeweils zumindest eine Blattfeder relativ zum Fassungskörper
beweglich.
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Diese
bei der Fassung von rotationssymmetrischen optischen Elementen an
sich bekannte Maßnahme kann auch im Fall der Fassung von
nicht rotationssymmetrischen optischen Elementen vorteilhaft eingesetzt
werden, wobei durch diese Maßnahme die Lager insbesondere
auch einstückig mit dem Fassungskörper ausgebildet
sein können, indem in diesem entsprechende Materialein-
oder -freischnitte vorgesehen werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, wenn jedes Lager über
jeweils zumindest zwei Blattfedern relativ zum Fassungskörper
beweglich ist, von denen zumindest eine erste Blattfeder in Richtung
der Bewegungsgerade des zugehörigen Lagers auf der der
optischen Achse zugewandten Seite des Lagers und zumindest eine zweite
Blattfeder auf der der optischen Achse abgewandten Seite des Lagers
angeordnet ist.
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Hierbei
ist von Vorteil, dass das Lager beidseits der Lagerstelle des optischen
Elements von dem Fassungskörper spannungsentkoppelt ist,
wodurch beispielsweise auch mechanische Stoßbelastungen,
die über den Fassungskörper in das Lager eingeleitet
werden, zumindest gedämpft werden.
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Dabei
ist es weiterhin bevorzugt, wenn die erste Blattfeder steifer ist
als die zweite Blattfeder.
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Die
erste Blattfeder, die in Richtung der Bewegungsgeraden des zugehörigen
Lagers auf der der optischen Achse zugewandten Seite des Lagers angeordnet
ist, ist steifer ausgelegt als die zweite Blattfeder, damit vorteilhafterweise
keine Drehmomente in die Lagerstelle, an der das optische Element
mit dem Lager in Berührung steht, eingeleitet werden, wenn
eine Stoßbelastung auftritt. Dadurch wird verhindert, dass
eine Gleitbewegung des optischen Elements auf der Lagerstelle auftritt
und das optische Element sich verlagern kann.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen der zumindest einen Blattfeder wird
diese durch zumindest zwei Materialeinschnitte oder durch zumindest
einen Materialfreischnitt im Fassungskörper senkrecht zur Richtung
der Bewegungsgerade des zugehörigen Lagers gebildet.
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Durch
diese Maßnahme ist es im Fall der Ausgestaltung der zumindest
einen Blattfeder durch zumindest zwei Materialeinschnitte möglich,
durch die Beabstandung der zwei Materialeinschnitte die Steifigkeit
der Blattfeder so zu bemessen, dass das optische Element einerseits
stabil gehalten ist und die Blattfeder bei einer Wärmeausdehnung
des optischen Elements flexibel genug ist, so dass das optische
Element sich ausdehnen kann, ohne auf der Lagerstelle zu gleiten.
Das Gleiche gilt im Fall der Bildung der zumindest einen Blattfeder
durch zumindest einen Materialfreischnitt im Fassungskörper, wobei
die Breite des durch den Materialfreischnitt verbleibenden Materialstegs
die Steifigkeit der Blattfeder bemisst.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist jedes Lager eine
gegenüber der Gesamtfläche des optischen Elements
kleine Kontaktfläche oder zumindest einen Kontaktpunkt
auf, mit der bzw. dem das optische Element nahe seinem Rand oder
an seinem Rand in Berührung steht.
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Diese
Maßnahme hat den Vorteil, dass der Wärmeübertrag
von dem Fassungskörper, der sich im Betrieb der optischen
Anordnung ebenfalls erwärmt, auf das optische Element so
gering wie möglich gehalten wird, so dass inhomogene Wärmeverteilungen
im optischen Element durch Wärmeübertrag im Bereich
der Lager auf das optische Element gering gehalten oder gar vermieden
werden.
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Umgekehrt
wird eine solche inhomogene Wärmeverteilung auch dadurch
vermieden, dass von dem optischen Element über die Kontaktflächen
bzw. die Kontaktpunkte nur wenig Wärme auf den Fassungskörper
abgeführt wird, wodurch sich im optischen Element eine
homogene Wärmeverteilung einstellen kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist jedes Lager eine
Klemmvorrichtung auf, die das optische Element am Lager festklemmt.
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Die
mechanische Klemmung hat gegenüber beispielsweise einer
Klebung den Vorteil, dass die Festlegung des optischen Elements
am Fassungskörper dauerbeständig ist, während
ein Klebstoff insbesondere im Fall des Einsatzes der optischen Anordnung
in Systemen mit hoher Lichtleistung altert und außerdem
ausgast, wobei sich diese Ausgasungen auf dem optischen Element
niederschlagen und somit die optischen Eigenschaften des optischen Elements
verschlechtern können.
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Jedoch
kann das optische Element auch durch Kleben, Löten oder
dgl. am jeweiligen Lager befestigt sein. Im Falle einer Klebverbindung
wird die Klebschicht vorzugsweise gegen UV-Strahlung, die im Licht
enthalten sein kann, durch einen Kleberschutz geschützt,
beispielsweise ein Material, das UV-Strahlung blockt.
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Gegenüber
beispielsweise einer Verschraubung des optischen Elements mit dem
jeweiligen Lager hat die vorstehend genannte Maßnahme den Vorteil,
dass parasitäre Kräfte zumindest nicht in dem Maß in
das optische Element eingeleitet werden, wie es durch einen Gewindeeingriff
einer Schraube mit dem optischen Element und dem Fassungskörper der
Fall sein kann, wenn beispielsweise Bohrungen in dem optischen Element
und dem Fassungskörper nicht exakt fluchten.
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Für
die Klemmvorrichtung können verschiedene Ausgestaltungen
in Betracht gezogen werden.
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Es
ist aus Gründen der Vermeidung oder zumindest Verringerung
von Spannungen im optischen Element durch die Klemmung bevorzugt,
wenn die Klemmvorrichtungen das optische Element jeweils mit einer
Kraft im Wesentlichen parallel zur optischen Achse festklemmen.
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Der
Vorteil hierbei ist, dass die Richtung der Klemmkräfte
senkrecht zu der Beweglichkeit der Lager gerichtet und somit die
Beweglichkeit der Lager von der Klemmung des optischen Elements
entkoppelt ist. Hierdurch werden durch die Klemmung weniger parasitäre
Kräfte in das optische Element eingeleitet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Klemmvorrichtungen der zuvor
genannten Art weisen sie zumindest eine mittels Federkraft vorgespannte Druckplatte
auf, die das optische Element gegen die Lagerstelle des zugehörigen
Lagers drückt.
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Der
Vorteil dieser Ausgestaltung besteht in einer besonders spannungsfreien
axialen Klemmung des optischen Elements. Die Federkraft ist dabei
gerade so bemessen, dass bei einer Wärmeausdehnung des
optischen Elements ein Gleiten des optischen Elements auf der zugehörigen
Lagerstelle vermieden wird.
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In
diesem Zusammenhang ist bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltungsvariante
vorgesehen, dass die jeweilige Klemmvorrichtung einen sich in Richtung
der optischen Achse durch das optische Element und die Lagerstelle
erstreckenden Zugstab aufweist, der mit Federkraft beaufschlagt
ist und das optische Element an die Lagerstelle andrückt.
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Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Klemmvorrichtungen nur einen
geringen Bauraum in Richtung quer zur optischen Achse erfordern.
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In
einer weiteren Ausgestaltungsvariante weist die jeweilige Klemmvorrichtung
eine Druckplatte auf, die an einem Hebelarm eines zweiarmigen Hebels
angeordnet ist, dessen anderer Hebelarm mit Federkraft beaufschlagt
ist, wobei die Druckplatte das optische Element an die Lagerstelle
andrückt.
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Der
Vorteil dieser Ausgestaltungsvariante besteht darin, dass in dem
optischen Element keine Bohrung eingebracht werden muss, wie dies
bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltungsvariante der Fall ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das optische Element
eine Zylinderlinse.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und der beigefügten Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung
verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug
auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer optischen Anordnung mit einem optischen
Element in Draufsicht, wobei die optische Achse des optischen Elements
senkrecht zur Zeichenebene verläuft;
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2 einen
Ausschnitt aus 1 in einem Schnitt entlang der
Linie II-II in 1 mit einer Klemmvorrichtung
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
und
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3 eine
ausschnittsweise Darstellung der optischen Anordnung in 1 in
einer zu 2 ähnlichen Darstellung
mit einer Klemmvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausgestaltungsvariante.
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In 1 ist
eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene optische
Anordnung dargestellt, wobei im Betrieb der optischen Anordnung 10 die
Lichtausbreitungsrichtung senkrecht zur Zeichenebene verläuft.
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In 2 und 3 sind
Einzelheiten der optischen Anordnung 10 in zwei unterschiedlichen
Ausgestaltungsvarianten dargestellt.
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Gemäß 1 weist
die optische Anordnung 10 ein optisches Element 12 auf,
wobei das optische Element 12 einen optisch nutzbaren Bereich 14 und außerhalb
des optisch nutzbaren Bereichs 14 einen Fassungsbereich 16 aufweist.
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Das
optische Element ist bezüglich einer optischen Achse 18,
die in 1 senkrecht zur Zeichenebene verläuft,
nicht rotationssymmetrisch und weist eine Symmetrieachse 20 senkrecht
zur optischen Achse 18 auf.
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Das
optische Element 12 ist insbesondere eine Zylinderlinse,
wobei die Symmetrieachse 20 parallel zur Scheitellinie
der Zylinderlinse und senkrecht durch die optische Achse verläuft.
Die Symmetrieachse 20 ist in diesem Fall die Zylinderachse
der Zylinderlinse.
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Das
optische Element 12 weist insgesamt einen viereckigen Umfang 22 auf.
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Der
Fassungsbereich 16 und der optisch nutzbare Bereich 14 sind
bei diesem optischen Element 12 einstückig miteinander
und aus demselben Material, beispielsweise aus Quarzglas, gefertigt. Gemäß 2 weist
der optisch nutzbare Bereich 14 gegenüber dem
Fassungsbereich 16 in Richtung der optischen Achse 18 eine
größere Dicke auf.
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Die
optische Anordnung weist weiterhin einen Fassungskörper 24 auf,
der beispielsweise aus Metall gefertigt ist. Der Fassungskörper 24 überragt in
Richtung quer zur optischen Achse das optische Element 12 nach
außen, so dass der Fassungskörper 24 an
einer nicht dargestellten Halterung eines optischen Systems befestigt
werden kann. Im Bereich des optischen Elements 12, genauer
gesagt im Bereich des optisch nutzbaren Bereichs 14 des
optischen Elements 12, weist der Fassungskörper 24 eine Öffnung 25 auf,
deren Abmessungen quer zur optischen Achse den Abmessungen des optisch nutzbaren
Bereichs 14 des optischen Elements 12 entsprechen.
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Der
Fassungskörper 24 weist drei Lager 26, 28 und 30 auf,
an denen das optische Element 12 jeweils festgelegt ist.
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Jedes
der Lager 26, 28 und 30 weist eine Kontaktfläche
bzw. ein Kontaktelement auf, und zwar das Lager 26 ein
Kontaktelement 32, das Lager 28 ein Kontaktelement 34 und
das Lager 30 ein Kontaktelement 36.
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Die
Kontaktelemente 32, 34 und 36 weisen jeweils
eine Kontaktfläche 38 auf, wie für das
Kontaktelement 32 in 2 gezeigt
ist, die klein gegenüber der Gesamtfläche des
optischen Elements 12 ist. Über die Kontaktflächen
liegt das optische Element 12 an den Kontaktelementen 32, 34 und 36 an.
Anstelle von Kontaktflächen können die Kontaktelemente 32, 34 und 36 auch
nur Kontaktpunkte aufweisen, über die die Kontaktelemente 32, 34 und 36 mit
dem optischen Element 12 in Berührung stehen.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel steht das optische Element 12 nahe
seinem Rand, und zwar nur im Bereich des Fassungsbereichs 16 des optischen
Elements 12 mit dem Kontaktelement 32, 34, 36 in
Berührung.
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In
den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 bzw. 1 und 3 sind
die Lager 26, 28 und 30 als Axiallager
ausgebildet, d. h. das optische Element 12 liegt in Richtung
der optischen Achse 18 auf den Kontaktelementen 32, 34 bzw. 36 auf.
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Die
Kontaktelemente 32, 34 und 36 sind in den
Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 bzw. 1 und 3 einstückig
mit dem Fassungskörper 24 ausgebildet, und zwar
durch von dem übrigen Bereich des Fassungskörpers 24 überstehendes Material.
Die Art der Festlegung des optischen Elements 12 an den
Lagern 26, 28 und 30 bzw. genauer an
den Kontaktelementen 32, 34 und 36 wird
später noch beschrieben.
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Die
Lager 26, 28 und 30 sind so ausgebildet, dass
sie relativ zum Fassungskörper 24 beweglich sind.
Dabei sind die Lager 26, 28 und 30 nur
entlang von Bewegungsgeraden beweglich, und zwar das Lager 26 entlang
einer Bewegungsgeraden 40, das Lager 28 entlang
einer Bewegungsgeraden 42 und das Lager 30 entlang
einer Bewegungsgeraden 44, die sich in einem Schnittpunkt 46 schneiden,
der auf der Symmetrieachse 20 liegt.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Schnittpunkt 46 außerdem
auch auf der optischen Achse 18.
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Das
optische Element 12 selbst ist an den Lagern 26, 28 und 30 so
festgelegt, dass das optische Element 12 relativ zu den
Lagern 26, 28 und 30 keine Relativbewegung
ausführen kann.
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Die
Lager 26, 28 und 30 weisen jeweils zwei Blattfedern
auf, und zwar das Lager 26 zwei Blattfedern 48 und 50,
das Lager 28 zwei Blattfedern 52 und 54 und
das Lager 30 zwei Blattfedern 56 und 58.
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Die
Blattfedern 48, 50; 52, 54; 56, 58 sind hier
durch Materialeinschnitte in dem Fassungskörper 24 gebildet,
wobei in 1 beispielsweise für
die Blattfedern 48 und 50 die Materialeinschnitte
durch zwei Schnittlinien 60 und 62 dargestellt
sind, die jeweils die Form eines rechteckigen C aufweisen und ineinander
mit ihren ”offenen” Seiten einander zugewandt
verschachtelt sind. Auf diese Weise bilden die Blattfedern jeweils
paarweise ein Parallelogramm, d. h. die Blattfeder 48 bildet
mit der Blattfeder 50 ein Parallelogramm, die Blattfeder 52 bildet
mit der Blattfeder 54 ein Parallelogramm und die Blattfeder 56 bildet
mit der Blattfeder 58 ein Parallelogramm.
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Die
Materialeinschnitte in dem Fassungskörper 24,
die die Blattfedern 48 und 50, 52 und 54 bzw. 56 und 58 bilden,
verlaufen jeweils senkrecht zu der zugehörigen Bewegungsgeraden 40, 42 bzw. 44.
Auf diese Weise können sich die Lager 26, 28 und 30 nur in
Richtung ihrer zugehörigen Bewegungsgeraden 40, 42 bzw. 44 relativ
zum Fassungskörper 24 bewegen.
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Gemäß 1 ist
das Lager 26 etwa mittig an einer Umfangseite 64 des
viereckigen Umfangs 22 des optischen Elements 12 angeordnet,
und die Lager 28 und 30 sitzen jeweils an einer
Ecke der der Umfangsseite 64 gegenüberliegenden
Umfangsseite 66 des optischen Elements.
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Durch
diese Anordnung der Lager 26, 28 und 30,
deren Beweglichkeit ausschließlich entlang der Bewegungsgeraden 40, 42 und 44 verläuft,
wird gewährleistet, dass sich das optische Element 12 nicht um
die optische Achse 18 drehen kann und auch die Symmetrieachse 20 sich
nicht in Richtung quer zu ihr verschieben kann, wenn sich das optische
Element 12 aufgrund Erwärmung ausdehnt. Eine Ausdehnung des
optischen Elements 12 führt lediglich zu einer Verformung
der Blattfedern 48, 50, 52, 54, 56 und 58 in
Richtung der Bewegungsgeraden 40, 42 und 44.
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Wie
aus 1 und 2 bzw. 1 und 3 hervorgeht,
sind die Blattfederpaare 48, 50; 52, 54 und 56, 58 so
angeordnet, dass sich jeweils eine Blattfeder jedes Blattfederpaares auf
der der optischen Achse 18 zugewandten Seite des zugehörigen
Lagers befindet. Dies sind hier die Blattfedern 50, 54 und 58.
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Die
jeweils andere Blattfeder der Blattfederpaare 48, 50; 52, 54 und 56, 58 befindet
sich auf der der optischen Achse 18 abgewandten Seite des
zugehörigen Lagers 26, 28 und 30,
genauer gesagt des jeweils zugeordneten Kontaktelements 32, 34 und 36.
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Wie
aus 1 und 2 sowie 1 und 3 außerdem
hervorgeht, weist die jeweils ”innere” Blattfeder 50, 54 und 58 eine
höhere Steifigkeit auf als die jeweils ”äußere” Blattfeder 48, 50 und 56. Dies
dient dazu, dass im Fall einer Stoßbelastung keine Drehmomente
in die Kontaktstellen an den Kontaktelementen 32, 34 und 36 eingeleitet
werden, wodurch vermieden wird, dass das optische Element 12 auf
dem Kontaktelement 32, 34 und 36 gleitet
und das optische Element 12 seine Lage unerwünscht ändert.
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Insgesamt
sind die Blattfedern jedes Blattfederpaares 48, 50; 52, 54 und 56, 58 in
ihrer Steifigkeit so bemessen, dass sie das optische Element 12 stabil
halten und bei einer Wärmeausdehnung flexibel genug sind,
dass das optische Element 12 sich ausdehnen kann, ohne
auf den Kontaktelementen 32, 34 und 36 zu
gleiten.
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Nachfolgend
wird beschrieben, wie das optische Element 12 an dem jeweiligen
Lager 26, 28 und 30 festgelegt ist.
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Zum
Festlegen des optischen Elements 12 ist für jedes
Lager 26, 28 und 30 eine Klemmvorrichtung
vorgesehen, die in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt ist, sondern nur in den Schnittdarstellungen der 2 und 3.
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2 zeigt
eine erste Ausgestaltung einer Klemmvorrichtung 70, die
zum Festlegen des optischen Elements 12 an dem Lager 26 dient.
An den beiden übrigen Lagern 28 und 30 ist
eine entsprechende Klemmvorrichtung vorgesehen.
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Die
Klemmvorrichtung 70 legt das optische Element 12 an
dem Lager 26, genauer gesagt an dem Kontaktelement 32,
mit einer Klemmkraft fest, die in Richtung der optischen Achse 18 wirkt.
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Die
Klemmvorrichtung 70 weist einen Zugstab 72 auf,
der einen Schaft 74 aufweist, der durch eine Bohrung 76 im
Fassungsbereich 16 des optischen Elements 12 und
durch eine Bohrung 78 im Fassungskörper 24,
die durch das Kontaktelement 32 hindurchgeht, durchgreift.
Die Bohrungen 76 und 78 sind größer
bemessen als der Querschnitt des Schafts 74, um zu vermeiden,
dass parasitäre Kräfte quer zur optischen Achse 18 und
damit Spannungen im optischen Element 12, insbesondere
im optisch nutzbaren Bereiche 14 des optischen Elements 12, erzeugt
werden. Die Klemmwirkung besitzt hier somit nur eine axiale Richtung.
An seinem einen Ende weist der Zugstab 72 eine Druckplatte 80 und
an seinem anderen Ende eine Abstützplatte 82 auf,
wobei die Abstützplatte 82 mit dem Schaft 74 verschraubt sein
kann. Die Druckplatte 80 liegt auf dem Fassungsbereich 16 des
optischen Elements 12 auf, während sich zur Federkraftbeaufschlagung
des Zugstabes 72 zwischen der Abstützplatte 82 und dem
Fassungskörper 24 eine Druckfeder 84 abstützt. Die
Druckfeder 84 bewirkt einen Zug auf die Druckplatte 80,
wodurch die Druckplatte 80 den Fassungsbereich 16 gegen
das Kontaktelement 32 andrückt. Die Andruckkraft
ist dabei so bemessen, dass das optische Element 12 auf
dem Kontaktelement 32 nicht gleitet.
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Zur
Vermeidung der Bohrung 76 bei der Ausgestaltung der Klemmvorrichtung
in 2 kann der Zugstab 72 auch durch ein
U-förmiges Element ersetzt werden, das zusätzlich
zu der Druckplatte 80 auf der der Druckplatte 80 gegenüberliegenden
Seite eine weitere Druckplatte aufweist, wobei sich dann die Druckfeder 84 zwischen
der axial beweglich ausgestalteten weiteren Druckplatte und der
Abstützplatte 82 befindet.
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3 zeigt
eine alternative Ausgestaltung einer Klemmvorrichtung 90,
mit der das optische Element 12 ebenfalls mit axialer,
d. h. in Richtung der optischen Achse 18 wirkender Klemmkraft
an dem Lager 26 des Fassungskörpers 24 festgelegt
ist.
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Die
Klemmvorrichtung 90 weist dazu eine Druckplatte 92 auf,
die auf dem Fassungsbereich 16 des optischen Elements 12 axial
aufliegt. Die Druckplatte 92 ist mit einem ersten Hebelarm 94 eines zweiarmigen
Hebels 96 verbunden, während ein zweiter Hebelarm 98 mit
Federkraft beaufschlagt ist, und zwar mittels einer Druckfeder 100,
die sich auf dem Lager 26 des Fassungskörpers 24 noch
innerhalb der Blattfeder 48 abstützt.
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Der
zweiarmige Hebel 96 ist über eine Blattfeder 102 mit
einem Fuß 104 verbunden, der ebenfalls mit dem
Lager 26 des Fassungskörpers 24 verbunden
ist und den zweiarmigen Hebel 96 auf dem Lager 26 abstützt.
Der zweiarmige Hebel 96 bildet mit der Blattfeder 102 eine
wippenartige Anordnung, wobei die Druckfeder 100 entsprechend
die Druckplatte 92 gegen den Fassungsbereich 16 des
optischen Elements 12 und diesen damit an das Kontaktelement 32 andrückt.
Bei dieser Ausgestaltung der Klemmvorrichtung 90 kann auf
eine Bohrung, wie die Bohrung 76 in 2, in dem
Fassungsbereich 16 des optischen Elements 12 verzichtet
werden.
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Anstelle
der Befestigung des optischen Elements 12 mittels Klemmung
kann dieses auch an den Lagern 26, 28, 30 durch
Kleben, Löten und dgl. festgelegt werden. Bei einer Klebung
wird der Kleber gegen UV-Strahlung, die den Kleber mit der Zeit
zersetzen könnte, durch einen Kleberschutz geschützt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006060088
A1 [0007]