DE1100323B

DE1100323B - Fixing device for optical elements

Info

Publication number: DE1100323B
Application number: DEN17079A
Authority: DE
Inventors: Ir Cornelis Otto Jonkers
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1958-08-11
Filing date: 1959-08-10
Publication date: 1961-02-23

Description

Befestigungsvorrichtung für optische Elemente Die Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung für optische Elemente, wie Spiegel und Linsen.Fixing device for optical elements The invention relates to on a fastening device for optical elements such as mirrors and lenses.

Verschiedene moderne optische Geräte, z. B. Luftbildkameras, erfordern eine sehr genaue Lagerung der Teile des optischen Systems im Gerätegehäuse. Schwierigkeiten können hierbei sowohl durch die erforderliche hohe Genauigkeit hinsichtlich der Form und der Lage der optisch wirksamen Flächen als auch durch die ständig zunehmenden Abmessungen und Gewichte der optischen Elemente, welche durch die zunehmenden Brennweiten und relativen Öffnungen der optischen Systeme notwendig werden, verursacht werden.Various modern optical devices, e.g. B. aerial cameras require a very precise storage of the parts of the optical system in the device housing. trouble can here both by the required high level of accuracy in terms of Shape and location of the optically effective surfaces as well as the constantly increasing Dimensions and weights of the optical elements, which are caused by the increasing focal lengths and relative openings of the optical systems become necessary.

Es muß eine sehr hohe Sorgfalt aufgewendet werden, um sicherzustellen, .daß die wirksamen Flächen der Elemente nicht durch die Befestigung verformt werden, wenn die Elemente in das Gerät eingebaut werden. Solche Verformungen können durch das Eigengewicht der Elemente oder durch die auf die Elemente durch die Befestigungsvorrichtung ausgeübten Einspannkräfte verursacht werden.A very high degree of care must be taken to ensure .that the effective surfaces of the elements are not deformed by the fastening, when the elements are built into the device. Such deformations can be caused by the dead weight of the elements or by the on the elements by the fastening device exerted clamping forces are caused.

Um die Durchbiegung großer Spiegel unter ihrem Eigengewicht so gering wie möglich zu halten, werden solche Spiegel oft nicht mehr so eingebaut, daß sie längs ihres Außenumfangs gehalten werden, sondern vorzugsweise an drei Punkten gelagert, welche so ausgewählt sind, daß die Durchbiegung an keiner Stelle einen bestimmten zulässigen Höchstwert überschreitet. In diesen Fällen kann eine beträchtliche Gewichtseinsparung durchVerringerung der Dicke des Spiegelkörpers erzielt werden, wobei ein durch die Teile der Befestigungsvorrichtung, die das einfallende Licht teilweise behindern, verursachter Helligkeitsverlust in Kauf genommen wird.So small about the deflection of large mirrors under their own weight to keep as possible, such mirrors are often no longer built in so that they are held along their outer circumference, but preferably stored at three points, which are selected in such a way that the deflection at no point has a definite effect exceeds the maximum permissible value. In these cases it can save a considerable amount of weight can be achieved by reducing the thickness of the mirror body, whereby a through the Parts of the fastening device that partially obstruct the incident light, caused loss of brightness is accepted.

Um eine Verformung durch das Einspannen zu vermeiden, ist es bereits bekannt, kleine Halbkugeln als Einspannelemente zu verwenden, die mit ihrer Basis elastisch gegen die Fläche des optischen Elements angedrückt werden und die mit ihren kugeligen Flächen in konischen Aussparungen gelagert sind, welche am Gehäuse des Gerätes vorgesehen sind. Das wesentliche Merkmal besteht hierbei darin, daß die Halbkugeln in den Ausnehmungen geringfügig um ihre Mittelpunkte verschwenkt werden können, wenn das optische Element eingebaut wird, so daß durch die Halbkugeln auf das optische Element keine exzentrischen Einspannkräfte ausgeübt werden können.In order to avoid deformation from clamping, it is already known to use small hemispheres as clamping elements with their base be pressed elastically against the surface of the optical element and with their spherical surfaces are mounted in conical recesses, which on the housing of the device are provided. The essential feature here is that the hemispheres are pivoted slightly about their centers in the recesses can be when the optical element is installed so that through the hemispheres no eccentric clamping forces can be exerted on the optical element.

Ein sehr wichtiges Erfordernis der Befestigungsvorrichtung besteht darin, daß Temperaturveränderungen, Stöße, Schwingungen oder Veränderungen in der Lage des Gerätes keinen bleibenden Einfluß auf die Form oder die Zentrierung der optischen Elemente haben können. Die Befestigungsvorrichtung soll daher derart sein, daß sie eine Rückkehr des Elements in die ursprüngliche Lage nach einer Störung, gleich welcher Art, ermöglicht.There is a very important requirement for the fastener in that temperature changes, shocks, vibrations or changes in the Position of the device has no lasting influence on the shape or the centering of the may have optical elements. The fastening device should therefore be such that they allow the element to return to its original position after a fault, no matter what kind.

Die Praxis hat gezeigt, daß diese bekannte Befestigungsvorrichtung denvorerwähntenForderungen nicht voll gerecht wird. Es hat sich ergeben, daß bei großen Spiegeln, die durch Halbkugeln in der erwähnten Weise gehalten werden, kleine seitliche Verschiebungen des Spiegelkörpers und die sich hieraus ergebende Störung der Zentrierung des Spiegels unter normalen Arbeitsbedingungen kaum vermieden werden können. Obwohl diese Verlagerungen im allgemeinen sehr klein sind (und etwa einige Zehntel Mikron betragen), ist ihr Einfluß bei verschiedenen Gerätearten auf die Bildgüte beträchtlich.Practice has shown that this known fastening device does not fully meet the aforementioned requirements. It turned out that at large mirrors held in the manner mentioned by hemispheres, small ones lateral displacements of the mirror body and the resulting disturbance centering the mirror can hardly be avoided under normal working conditions can. Although these displacements are generally very small (and about a few Tenths of a micron), their influence on the Image quality considerable.

Ferner läßt sich bei der bekannten Befestigungsvorrichtung keine genau bestimmte Einstellung des optischen Elements erzielen. Bei zeitweiligen Veränderungen in der Temperatur oder bei Stößen und Schwingungen wird der ursprüngliche Zustand nicht wieder völlig hergestellt, was zu einer kleinen und dauernden Herabsetzung der Bildgüte führen kann.Furthermore, in the known fastening device, it cannot be accurate achieve certain setting of the optical element. For temporary changes in the temperature or in the case of shocks and vibrations, the original state becomes not fully restored, resulting in a small and permanent degradation the image quality can lead.

Obwohl eine volle Erklärung dieser Wirkungen schwer zu geben ist, kann mit großer Wahrscheinlichkeit gesagt werden, daß bei der bekannten Befestigungsvorrichtung die Reibungsverbindung zwischen den Halbkugeln und den Glasflächen zumindest teilweise hierfür verantwortlich ist, da sie einerseits zu leicht eine seitliche Verlagerung, des- optischen Elements ermöglicht und es andererseits erschwert, daß das optische Element nach Stößen u. dgl. wieder voll in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt. . .Although a full explanation of these effects is difficult to give, can be said with great probability that in the known fastening device the frictional connection between the hemispheres and the glass surfaces at least partially responsible for this as it is the one hand too slightly a sideways Displacement, the optical element enables and on the other hand makes it difficult that the optical element is fully restored to its original position after impacts and the like returns. . .

Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Befestigungsvorrichtung für optische Elemente, bei der die vorerwähnten Nachteile vermieden sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Schaffung einer -Befestigungsvorrichtung für optische Spiegel, bei denen kein Lichtverlust dadurch auftritt, daß sich einige ihrer Teile im Weg der auf den Spiegel einfallenden Lichtstrahlen befindet.The object of the invention is therefore to create a fastening device for optical elements in which the aforementioned disadvantages are avoided. Another The advantage of the invention is the creation of a fastening device for optical Mirrors in which there is no loss of light from some of their parts is in the path of the light rays incident on the mirror.

Für diesen Zweck ist gemäß der Erfindung das optische Element mit einer Anzahl, vorzugsweise drei, Bohrungen versehen, die aus der Fläche des optischen Elements herausgebohrt sind, sich jedoch nicht bis zur entgegengesetzten Fläche erstrecken. In diese Bohrungen werden Metallbecher mit einer verhältnismäßig dünnen Wandung eingesetzt und mit .dem umgebenden Glas verkittet. Elastische Tragglieder, vorzugsweise Blattfedern, sind an ihrem einen Ende am Boden der Metallbecher und an ihrem anderen Ende am Gehäuse des Gerätes befestigt. So -wird ein Ausgleich für die unterschiedliche Zusammenziehung und Ausdehnung zwischen dem optischen Element und dem Gehäuse geschaffen. _ .For this purpose, according to the invention, the optical element is with a number, preferably three, bores provided from the surface of the optical Elements are drilled out, but not up to the opposite surface extend. In these holes, metal cups with a relatively thin Wall inserted and cemented to the surrounding glass. Elastic support members, preferably leaf springs are at one end at the bottom of the metal cup and attached at its other end to the housing of the device. So -will compensate for the differential contraction and expansion between the optical element and the housing created. _.

Die Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich am besten aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen derselben in Verbindung mit der Zeichnung, und zwar zeigt Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Teil eines -optischen Gerätes, in das--ein Konkavspiegel eingebaut ist, Fig. 2 einen Aufriß des in Fig. 1 gezeigten Spiegels von der Rückseite, Fig. 3 eine Teilansicht der in Fi.g. 1 gezeigten Konstruktion in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 eine Ansicht, teilweise im Aufriß, teilweise im Schnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The objects and features of the invention are best understood from US Pat following description of some embodiments thereof in connection with FIG of the drawing, namely Fig. 1 shows an axial section through part of a -optical device in which - a concave mirror is built, Fig. 2 is an elevation of the mirror shown in Fig. 1 from the rear, Fig. 3 is a partial view of the in Fi.g. 1 construction shown on an enlarged scale, FIG. 4 a view, partly in elevation, partly in section of another embodiment of the invention Contraption.

In Fig. 1 ist der Spiegelkörper am Deckel 1 des Gerätegehäuses 2 befestigt. Der Spiegelkörper ist auf seiner konkaven Fläche 'mit einer reflektierenden Schicht versehen und ist miniskenförmig. Für dieHalterung des Spiegels sind drei zylindrische Becher 4, 5 und 6 vorgesehen, die in zylindrische Bohrungen in der konvexen Rückseite des Spiegelkörpers 3 eingekittet sind. Kittverbindungen zwischen optischen Elementen und ihren Fassungen sind an sich bekannt. Die Becher weisen einen dünnen Wandabschnitt 13 und einen verhältnismäßig dicken Bodenabschnitt (Fig. 3) auf. In den Bohrungen ist das Glas nicht völlig herausgenommen, so daß ein Mittelblock 14 vorhanden ist, der sich in den Wandabschnitt des Bechers erstreckt. Der Durchmesser dieser Blöcke ist vorzugslveise so gewählt, daß die Becher bei normaler Temperatur lose in die zylindrischen Tuten eingesetzt werden können.In FIG. 1, the mirror body is attached to the cover 1 of the device housing 2. The mirror body is on its concave surface with a reflective layer provided and is minisk-shaped. There are three cylindrical ones to hold the mirror Cups 4, 5 and 6 are provided which fit into cylindrical bores in the convex back of the mirror body 3 are cemented. Putty connections between optical elements and their versions are known per se. The cups have a thin wall section 13 and a relatively thick bottom section (Fig. 3). In the holes If the glass is not completely removed, so that a central block 14 is present, which extends into the wall portion of the cup. The diameter of these blocks is preferably chosen so that the cups can be loosely placed in the cylindrical bags can be used.

Jeder der Becher 4, 5 und 6 ist in seinem Boden mit einer Nut versehen, in der Blattfedern 7, 8 oder 9 beispielsweise durch Löten befestigt sind. Die anderen Enden der Federn sind in gleicher Weise starr in Nuten von Befestigungsplatten befestigt, von denen in Fig. 1 nur zwei Platten, nämlich die Platten 10 und 11, sichtbar sind. Diese Platten sind in Fig.2 nicht dargestellt, da die letztere einen Querschnitt durch die Blattfedern 7, 8 und 9 zeigt.Each of the cups 4, 5 and 6 is provided with a groove in its bottom, in which leaf springs 7, 8 or 9 are attached, for example by soldering. The others The ends of the springs are fixed in the same way rigidly in the grooves of the mounting plates, of which in Fig. 1 only two plates, namely plates 10 and 11, are visible. These plates are not shown in Fig.2, since the latter has a cross-section through the leaf springs 7, 8 and 9 shows.

Wie sich am besten aus Fig. 3 ergibt, sind die Platten, beispielsweise die Platte 11, am Deckel 1 des Gerätegehäuses mit Hilfe von Schrauben 15 und 16 bet;,fesigt@ Uiii zu vermeiden, daß im Spiegelkörper 3 Spannungen auftreten, wenn dieser eingebaut wird, ist das folgende Verfahren zweckmäßig. Nachdem die Befestigungsplatten,: beispielsweise die Platte 11, zusammen mit:,den an diesen befestigten Blattfedern und Bechern vorläufig. am Deckel 1 befestigt worden sind, wird der mit Bohrungen versehene Spiegelkörper probeweise aufgesetzt. Wenn die Becher nicht leicht in die Bohrungen eintreten, wird ihre Lage durch geringfügige seitliche Verschiebung der Platten, durch Abhobeln der entgegengesetzten Flächen der Platten und des Deckels oder durch Einlegen von Zwischenlegscheiben u. dgl; verändert, bis alle Becher leicht in die Bohrungen.. eintreten. Erst - dann werden die Befestigungsplatten endgültig festgemacht und wird der Spiegelkörper auf den Bechern verkittet.As best seen in Figure 3, the plates are, for example the plate 11 on the cover 1 of the device housing with the aid of screws 15 and 16 bet;, fesigt @ Uiii to avoid that 3 tensions occur in the mirror body, if the following procedure is appropriate. After the mounting plates,: for example the plate 11, together with: the leaf springs attached to them and cups for the time being. have been attached to the cover 1, the with holes provided mirror bodies are put on on a trial basis. If the cups don't get into the easily If holes occur, their position is determined by a slight lateral displacement of the Panels, by planing off the opposite faces of the panels and the lid or by inserting washers and the like; changed until all the cups easily enter the holes. Only then - then the mounting plates become final and the mirror body is cemented onto the cups.

Die dargestellte Befestigung hat die folgenden Vorteile: Eine Einspannung durch Reibung ist völlig vermieden, so daß bleibende Veränderungen in der Lage des Spiegelkörpers unmöglich sind. Trotzdem werden, wenn zwischen dem Spiegelkörper und dem Gehäuse unterschiedliche Dehnungen und Zusammenziehungen infolge von Temperaturveränderungen auftreten, diese leicht durch die Blattfedern 7, 8 und 9 ausgeglichen. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind diese Blattfedern in Ebenen angeordnet, die tangential zu einem Kreis 12 sind, dessen Mitte mit der Achse des optischen Elements zusammenfällt, und können leicht in radialer Richtung gebogen werden. Da die Verbindung zwischen den Blattfedern und dem Spiegelkörper mit Hilfe der Becher völlig starr ist, kehrt der Spiegel nach einer vorübergehenden Verlagerung immer wieder genau in seine ursprüngliche Lage zurück.The fastening shown has the following advantages: One clamping friction is completely avoided, so that permanent changes in the position of the Mirror body are impossible. Anyway, if between the mirror body and the housing different expansions and contractions due to temperature changes occur, these are easily compensated for by the leaf springs 7, 8 and 9. How yourself from Fig. 2, these leaf springs are arranged in planes that are tangential to are a circle 12, the center of which coincides with the axis of the optical element, and can be easily bent in the radial direction. Since the connection between the leaf springs and the mirror body is completely rigid with the help of the cup, returns the mirror always returns to its original position after a temporary relocation Location back.

Der Spiegelkörper ist an drei auf einem Kreis befindlichen Stellen gelagert, dessen Durchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Spiegels, wodurch Verformungen durch das Eigengewicht des Spiegelkörpers verringert werden. Die Befestigungsvorrichtung weist jedoch keine Teile auf, die vom Spiegel nach vorne ragen und auf den Spiegel einfallende Lichtstrahlen behindern, so daß ein Helligkeits-verlust vermieden ist.The mirror body is mounted at three points located on a circle, the diameter of which is smaller than the outer diameter of the mirror, as a result of which deformations due to the weight of the mirror body are reduced. However, the fastening device has no parts which protrude forward from the mirror and obstruct light rays incident on the mirror, so that a loss of brightness is avoided.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung, die für große Linsen und Spiegelkörper mit einer zylindrischenUmfangsfläche anwendbar ist. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist das optische Element 17 an drei Stellen seines Umfangs, die einen Abstand von 120° voneinander haben, gelagert. In in der Umfangsfläche des Elements vorgesehenen radialen zylindrischenBohrungen sind Becher 18, 19 und 20 eingekittet. Am Boden dieser Becher sind Blattfedern 21, 22 und 23 befestigt, die sich in zum optischen Element tangentialen Ebenen erstrecken und an ihrem anderen Ende an dem nicht gezeigten Gerätegehäuse durch Schrauben od. dgl. befestigt werden können. Wie ersichtlich, wird bei der Ausführungsform nach Fig.4 ebenfalls eine radiale Ausdehnung oder Zusammenziehung des optischen Elements durch eine Verformung der Blattfedern 21 bis 23 ausgeglichen, so daß keine Störung der Zentrierung des Elements wegen der starren Verbindung durch Verkitten zwischen den Blattfedern und dem Element eintreten kann.Fig. 4 shows another embodiment of the fastening device according to the invention, which can be used for large lenses and mirror bodies with a cylindrical peripheral surface is. As shown in the drawing, the optical element 17 is in three places thereof Perimeter, which have a distance of 120 ° from each other, stored. In in the peripheral surface radial cylindrical bores provided in the element are cups 18, 19 and 20 cemented. Leaf springs 21, 22 and 23 are attached to the bottom of this cup, which extend in planes tangential to the optical element and on their other End of the device housing, not shown, by screws or the like. Are attached can. As can be seen, in the embodiment of Figure 4 is also a radial expansion or contraction of the optical element due to deformation the leaf springs 21 to 23 balanced so that no disruption of the centering of the Elements because of the rigid connection by cementing between the leaf springs and the element can occur.

Diese Verbindung ist sehr stabil und leistet Temperaturveränderungen sehr gut Widerstand. Die dünne Wandung der Becher schafft einen Ausgleich für Unterschiede in der Zusammenziehung oder Ausdehnung zwischen den Bechern und dem diese umgebenden Glas, wodurch eine Lockerung des Kitts und starke Spannungen im optischen Element vermieden werden.This connection is very stable and changes temperature very good resistance. The thin walls of the cups compensate for differences in the contraction or expansion between the cups and that surrounding them Glass, causing a loosening of the cement and strong tension in the optical element be avoided.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Fastening device for an optical element, such as a mirror or lens, characterized in that a number of holes are drilled into this, but not drilled through, metal cups are inserted and cemented into each of these holes, which have a relatively thin wall and elastic Support members are attached, the other ends of which are attached to the housing. z. Fastening device according to claim 1 for an optical front surface mirror body, characterized in that the holes are drilled into the rear side thereof, but not drilled through, the cups having a thick base section and one end of leaf springs being fastened to the base sections, which end is attached to the axis of the mirror are arranged in parallel planes. 3. Fastening device according to claim 1 for an optical element with a substantially cylindrical circumferential surface, characterized in that a number of holes is drilled into the circumferential surface in the radial direction, these cups having a thick bottom portion and one end of leaf springs attached to the bottom portions which extend in planes substantially tangential to the optical element. 4. Fastening device according to claim 1, characterized in that the holes are in the form of cylindrical grooves, the width of which slightly exceeds the wall thickness of the cup. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 286 273, 924 351, 925 615; French patents nos. 1 154 239, 1145026.