DE19623418C2 - Selbstzentrierende Halterung für mindestens eine Linsenbaugruppe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstzentrierende Halterung für eine optische Linsenbaugruppe, bestehend aus einer ringförmigen Linsenfassung und einer mit der Linsenfassung verbundenen Linse, wobei die Linsenfassung an ihrem äußeren Umfang Auswölbungen aufweist, über die sie kraft- und/oder formschlüssig gegen eine Hülseninnenfläche lagefixiert ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist bei einer selbstzentrierenden Halterung der eingangs beschriebenen Art die ringförmige Linsenfassung (3) an einer ersten Umfangshälfte (7.1) eine schlitzförmige, in radialer Richtung verlaufende Unterbrechung (11) auf und der Querschnitt der Linsenfassung (3) ist in einem auf dem Umfang gemessenen Abstand zu dieser Unterbrechung (11) mit einer Querschnittsschwächung (12) versehen, wodurch der Bereich B zwischen der Unterbrechung (11) und der Querschnittsschwächung (12) gegenüber der Hülseninnenfläche federnd ausgebildet ist, die Linsenfassung (3) in dem Bereich B mindestens eine der Auswölbungen (8.1) aufweist und die übrigen Auswölbungen (8.2, 8.3) an der zweiten Umfangshälfte (7.2) der Linsenfassung (3) ausgebildet und dabei zumindest in Richtung auf die optische Achse (1) unelastisch ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstzentrierende Halterung für eine optische Linsenbaugruppe, bestehend aus einer ringförmigen Linsenfassung und einer mit der Linsenfassung verbundenen Linse, wobei die Linsenfassung an ihrem äußeren Umfang Auswölbungen aufweist, über die sie kraft- und/oder formschlüssig gegen eine Hülseninnenfläche lagefixiert ist.

Die Halterung ist allgemein gut nutzbar für seriengefertig­ te Linsensysteme von optischen Geräten, etwa zur Aufzeich­ nung und Wiedergabe von bewegten und unbewegten Bildern, sie ist jedoch auch geeignet für Anwendungen im Zusammen­ hang mit optischen Geräten, die hohen mechanischen und dy­ namischen Belastungen ausgesetzt sind, hervorgerufen z. B. durch Beschleunigungen in einer Richtung senkrecht zur op­ tischen Achse des Linsensystems.

Bei präzisen optischen Systemen besteht im allgemeinen das Problem des Passungsspieles zwischen der Linse oder der Linsenfassung und der Innenfläche des Bauteiles, welches das System umschließt, also dem Gehäuse, dem Tubus bzw. der Hülse. Dieses Spiel beeinträchtigt die Koinzidenz von Form­ achse und optischer Achse. Zwar ist es möglich, bei Anwen­ dung immer genauerer Fertigungsverfahren die Maßtoleranzen der Teile immer weiter einzuengen; abgesehen aber von den fertigungstechnologische Grenzen kann dieser Ausweg meist nur bei Einzelanfertigungen oder kleinen Fertigungsstück­ zahlen genutzt werden. Bei der Herstellung größerer Serien von Linsensystemen sind die Grenzen in der Regel durch die Fertigungskosten gesetzt.

Daneben spielt das Problem der thermischen und dynamischen Belastungen eine Rolle. Die thermischen Belastungen sind aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe zu berücksichtigen, vor allem dann, wenn die optischen Systeme dem Einsatz in breiten Tempera­ turbereichen genügen müssen. Ist die Fertigungstoleranz zu eng bemessen, können bei thermisch bedingter Ausdehnung me­ chanische Spannungen in den Linsen auftreten, die die Güte des Systems nachteilig beeinflussen. Bei zu groß gewählten Toleranzen dagegen wird die Zentrierung aufgehoben, sobald das optische System in einer Richtung beschleunigt bewegt wird, die nicht mit der optischen Achse zusammenfällt.

Die DE OS 35 21 640 schlägt vor, auf den Umfangsrand des zu fassenden optischen Elementes ein elastisches Material in Form von mindestens drei zueinander beabstandeten Rippen aufzubringen; die Vorzugsvariante besteht darin, bei drei Rippen aus Silikonkautschuk jede Rippe über einen Winkelbe­ reich von 60° zu erstrecken und zwei benachbarte Rippen in einem Winkelabstand von 120° zueinander anzuordnen. Der Grundgedanke dieses Vorschlages wird darin gesehen, einer­ seits zwischen dem optischen Element und der Fassung eine ausreichend dimensionierte Dehnungsfuge vorzusehen und an­ dererseits auch die Zentrierung der Linse bei thermischen und dynamischen Belastungen zu gewährleisten.

Bei dieser Lösung ist das optische Element zwar im Ruhezu­ stand zentriert, nachteiligerweise kann die Zentrierung aber nicht beibehalten werden bei solch hohen dynamischen Belastungen, durch die Kräfte in einer Richtung hervorrufen werden, die von der optischen Achse abweichen, z. B. Be­ schleunigungskräfte in radialer Richtung, wenn diese größer sind als die elastische Vorspannkraft der Linse gegen die Fassungsinnenwand.

Die DE OS 34 37 228 beschreibt eine Fassung für optische Linsen, bei der eine axiale Auflage für die Linse, ein dau­ erelastischer Verguß zwischen Fassungsfläche und Linsenum­ fangskörper sowie ein den Randbereich der Linse übergrei­ fender Haltering vorgesehen sind; zwischen dem Haltering und dem Randbereich der Linse ist ein Zwischenring einge­ fügt, der durch ein elastisches Andruckteil in axialer Richtung auf die Linse zu belastet ist. Damit soll eine Be­ festigungsart für optische Linsen in ihrer Fassung geschaf­ fen werden, durch welche die Linse in einem sehr großen Temperaturbereich praktisch spielfrei gehalten wird; die Linse soll auch bei hoher mechanischer Belastung in axialer Richtung sicher an ihrem Ort in der Fassung verbleiben. Der Einsatz dieser Befestigung ist besonders in Verbindung mit Aggregaten vorgesehen, die mechanische Schwingungen erzeu­ gen und hohen Druck- und Temperaturunterschieden ausgesetzt sind, z. B. Flugzeugen.

Nachteiligerweise ist dieser Vorschlag ebenfalls nicht ge­ eignet, die Zentrierung des optischen Elementes bei Bela­ stungen beizubehalten, durch die Kräfte in einer von der axialen Richtung abweichenden Richtung hervorgerufen wer­ den, also z. B. beim Einwirken von Beschleunigungen in ra­ dialer Richtung, sofern diese größer sind als die elasti­ sche Vorspannkraft der Linse gegen die Fassungsinnenwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstzen­ trierende Halterung zu schaffen, bei der die Zentrierung von optischen Elementen bzw. Linsenbaugruppen bei thermi­ scher Belastung, aber auch bei Einwirkung von Kräften mit einer Wirkungsrichtung, die nicht in der optischen Achse und nicht parallel zur optischen Achse liegt, beibehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer selbstzentrie­ renden Halterung der eingangs beschriebenen Art dadurch ge­ löst, daß die ringförmige Linsenfassung an einer ersten Um­ fangshälfte eine schlitzförmige, in radialer Richtung ver­ laufende Unterbrechung aufweist und der Querschnitt der Linsenfassung in einem auf dem Umfang gemessenen Abstand zu dieser Unterbrechung mit einer Querschnittsschwächung ver­ sehen ist, wodurch der Bereich B zwischen der Unterbrechung und der Querschnittsschwächung gegenüber der Hülseninnen­ fläche federnd ausgebildet ist, die Linsenfassung in dem Bereich B mindestens eine der Auswölbungen aufweist und die übrigen Auswölbungen an der zweiten Umfangshälfte der Lin­ senfassung ausgebildet und dabei zumindest in Richtung auf die optische Achse unelastisch ausgeführt sind.

Zweckmäßigerweise können die an der zweiten Umfangshälfte ausgebildeten Auswölbungen aus dem gleichen Material wie die Linsenfassung bestehen und an die Linsenfassung ange­ formt sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am Umfang der Linsenfassung insgesamt drei Auswölbungen vorhanden, die radialsymmetrisch am Umfang verteilt sind. Hierbei kann die in dem Bereich B angeordnete Auswölbung aus einem unelasti­ schen Material bestehen.

Es ist zweckmäßig, wenn die Linse außerhalb des Bereiches B an drei Punkten unmittelbar auf der Linsenfassung aufliegt und außerhalb des Bereiches B mit der Linsenfassung durch Klebstoff verbunden ist.

Außerdem kann eine formschlüssige Verbindung zwischen Lin­ senfassung und Hülse vorgesehen sein, durch welche zwar ei­ ne Verschiebung der Linsenbaugruppe in Richtung der opti­ schen Achse möglich, jedoch ihre Drehung um die optische Achse ausgeschlossen ist.

Der wesentliche Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, daß die Zentrierung des optischen Elementes bzw. der Linsenbaugruppe bei thermischer Belastung, aber auch bei Einwirkung von Kräften beibehalten wird, deren Wirkungs­ richtung nicht axial ausgerichtet ist. Die Koinzidenz von optischer Achse und Formachse bleibt insbesondere dann er­ halten, wenn die Kraftwirkungsrichtung in der Symmetriege­ raden der Auswölbungen liegt und auf die zweite Umfangs­ hälfte der Linsenfassung gerichtet ist. Dann wird diese Kraft von der Innenwandung der zylindrischen Hülse über die nichtelastischen, auf der zweiten Umfangshälfte der Linsen­ fassung vorhandenen Auswölbungen auf die Linsenfassung und von dort radial auf die Linse übertragen, ohne daß eine La­ geänderung der Linse bzw. der optischen Achse im Vergleich zur Formachse des Linsensystems möglich ist. Diese Funktion ist selbst bei sehr hohen in radialer Richtung wirkenden Kräften gewährleistet. Außerdem ist von Vorteil, daß die dargelegte Anordnung mit relativ einfachen technischen und technologischen Mittel und somit kostengünstig realisierbar ist.

Die Sicherung der Linse bzw. der Linsenbaugruppe gegen Ver­ schiebung in axialer Richtung kann mit den im Stand der Technik bekannten Mitteln erfolgen, so z. B. entsprechend den Vorschlägen der oben zitierten Schriften. Die Kombina­ tion der in der vorliegenden Erfindungsbeschreibung offen­ barten Lösung mit einer axialen Lagesicherung nach dem Stand der Technik gewährleistet nicht nur die Beibehaltung der Zentrierung bei radialer Kraftwirkungsrichtung in der Symmetriegeraden der Auswölbungen, sondern darüberhinaus für jede Wirkungsrichtung, die in der Ebene liegt, die von der Symmetriegeraden und der optischen Achse aufgespannt wird; in begrenztem Maße auch für Wirkungsrichtungen, die die optische Achse schneiden, jedoch aus der genannten Ebe­ ne herausgedreht sind.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Anordnung der Auswölbungen in einer ersten Aus­ führungsvariante im Schnitt senkrecht zur optischen Achse

Fig. 2 die Linsenbaugruppe nach Fig. 2 mit der zylindri­ schen Hülse im Schnitt in der optischen Achse

In Fig. 1 ist im Schnitt senkrecht zur optischen Achse 1, also mit Blick in Richtung der optischen Achse 1, eine zy­ lindrische Hülse 2 dargestellt, die eine Linsenfassung 3 mit einer Linse 4 umschließt (vgl. auch Fig. 2).

Die Linse 4 liegt an drei Auflagepunkten 5 unmittelbar auf der Linsenfassung 3 auf und ist mit dieser mit einem Kleb­ stoff 6 unlösbar so verbunden, daß die optische Achse der Linse und die Formachse der Linsenfassung 3 zusammenfallen.

Die Linsenfassung 3 weist an ihrem der Hülseninnenfläche zugewandten äußeren Umfang punktförmige Auswölbungen 8.1, 8.2 und 8.3 auf, über welche sie gegen die Hülseninnenflä­ che abgestützt ist.

Der Umfang der Linsenfassung 3 ist durch die Mittenlinie 9 dem Sinne nach in eine erste Umfangshälfte 7.1 und eine zweite Umfangshälfte 7.2 getrennt. An der ersten Umfangs­ hälfte 7.1 ist die Auswölbung 8.1 angeordnet, die beispiel­ haft aus einem unelastischen Material gefertigt ist.

An der zweiten Umfangshälfte 7.2 sind zwei Auswölbungen 8.2 und 8.3 vorgesehen, die aus einem unelastischen Material bestehen.

Alle Auswölbungen 8.1, 8.2 und 8.3 sind in einer gemeinsa­ men Aufspannebene angeordnet, welche die optische Achse 1 im rechten Winkel schneidet und demzufolge parallel zur Zeichenebene ausgerichtet ist.

Erfindungsgemäß weist die ringförmige Linsenfassung 3 an der ersten Umfangshälfte 7.1 eine schlitzförmige, in radia­ ler Richtung verlaufende Unterbrechung 11 auf. Außerdem ist der Querschnitt der Linsenfassung 3 in einem auf dem Umfang gemessenen Abstand zu dieser Unterbrechung 11 mit einer Querschnittsschwächung 12 versehen, wodurch der Bereich B zwischen der Unterbrechung 11 und der Querschnittsschwä­ chung 12 gegenüber der Hülseninnenfläche federnd ausgebil­ det ist.

Längenänderungen durch thermische Belastungen werden auf­ grund des federnd ausgebildeten Bereiches B durch Verringe­ rung bzw. Vergrößerung des Spaltes zwischen der ersten Um­ fangshälfte 7.1 und der Hülseninnenfläche ausgeglichen.

Kräfte, die durch mechanische oder dynamische Belastungen hervorgerufen werden und in Richtung R wirken, werden des­ halb ohne Lageänderung der Linse 4 in Bezug auf die Hülse 2 bzw. ohne Lageänderung der optischen Achse 1 in Relation zur Formachse des optischen Systems von der Hülseninnenwan­ dung über die Auswölbungen 8.2 und 8.3, die Linsenfassung 3 und den Klebstoff 6 auf die Linse 4 übertragen.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt in der optischen Achse 1 der Halterung. Dabei sind in Seitenansicht die Hülse 2, die Linsenfassung 3, die Linse 4, zwei Auflagepunkte 5 und die Auswölbung 8.1 zu erkennen.

Die Auswölbungen 8.1, 8.2 und 8.3 können aus demselben une­ lastischen Material wie die Linsenfassung gefertigt und an die Linsenfassung angeformt sein. Alternativ dazu kann selbstverständlich vorgesehen sein, daß die Auswölbungen 8.1, 8.2 und 8.3 als separate Teile aus unelastischem Mate­ rial zu fertigen und auf den Umfang der Linsenfassung auf­ zusetzen.

Möglich ist es aber auch, die Auswölbung 8.1 aus einem ela­ stischen Material herzustellen.

Bezugszeichenliste

1

optische Achse

2

zylindrische Hülse

3

Linsenfassung

4

Linse

5

Auflagepunkte

6

Klebstoff

7.1

,

7.2

Umfangshälften

8.1

,

8.2

,

8.3

Auswölbungen

9

Mittenlinie

11

Unterbrechung

12

Querschnittsschwächung
R Kraftwirkungsrichtung

Claims (7)

1. Selbstzentrierende Halterung für eine optische Linsen­ baugruppe, bestehend aus einer ringförmigen Linsenfas­ sung und einer mit der Linsenfassung verbundenen Linse, wobei die Linsenfassung an ihrem äußeren Umfang Auswöl­ bungen aufweist, über die sie kraft- und/oder form­ schlüssig gegen eine Hülseninnenfläche lagefixiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die ringförmige Linsenfassung (3) an einer ersten Um­ fangshälfte (7.1) eine schlitzförmige, in radialer Richtung verlaufende Unterbrechung (11) aufweist und der Querschnitt der Linsenfassung (3) in einem auf dem Umfang gemessenen Abstand zu dieser Unterbrechung (11) mit einer Querschnittsschwächung (12) versehen ist, wo­ durch der Bereich (B) zwischen der Unterbrechung (11) und der Querschnittsschwächung (12) gegenüber der Hül­ seninnenfläche federnd ausgebildet ist,
• - die Linsenfassung (3) in dem Bereich (B) mindestens ei­ ne der Auswölbungen (8.1) aufweist und
• - die übrigen Auswölbungen (8.2, 8.3) an der zweiten Um­ fangshälfte (7.2) der Linsenfassung (3) ausgebildet und dabei zumindest in Richtung auf die optische Achse (1) unelastisch ausgeführt sind.

2. Selbstzentrierende Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der zweiten Umfangshälf­ te (7.2) ausgebildeten Auswölbungen (8.2, 8.3) aus dem gleichen Material wie die Linsenfassung (3) bestehen und an die Linsenfassung (3) angeformt sind.

3. Selbstzentrierende Halterung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Lin­ senfassung (3) insgesamt drei Auswölbungen (8.1, 8.2, 8.3) vorgesehen sind, die radialsymmetrisch am Umfang verteilt sind.

4. Selbstzentrierende Halterung nach einem der vorgenann­ ten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswöl­ bung (8.1) in dem Bereich (B) aus einem unelastischen Material besteht.

5. Selbstzentrierende Halterung nach einem der vorgenann­ ten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lin­ se (4) außerhalb des Bereiches (B) an drei Punkten (5) auf der Linsenfassung (3) aufliegt und außerhalb des Bereiches (B) mit der Linsenfassung (3) durch Klebstoff verbunden ist.

6. Selbstzentrierende Halterung nach einem der vorgenann­ ten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Auswölbungen (8.1, 8.2, 8.3) formschlüssig mit einer Ausnehmung in der Hülseninnenfläche in Eingriff steht.

7. Selbstzentrierende Halterung nach einem der vorgenann­ ten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die minde­ stens eine Ausnehmung in der Hülseninnenfläche nutför­ mig parallel zur optischen Achse (1) ausgedehnt ist, wodurch zwar eine Verschiebung der Linsenbaugruppe in Richtung der optischen Achse (1) möglich, jedoch ihre Verdrehung um die optische Achse (1) ausgeschlossen ist.