Fassung für optische Elemente

B e s c h r e i b u n g

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fassung für optische Elemente, wie Linsen etc. gemäß dem Oberbegriff des Pa¬ tentanspruchs 1.

Derartige Fassungen werden beispielsweise für Objektive, aber auch für optische Geräte aller Art, wie Untersu¬ chungsgeräte, Feldstecher etc. benötigt.

Stand der Technik

Bei derartigen Fassungen besteht allgemein das Problem, daß die Rotationssymmetrie montierter optischer Systeme zum überwiegenden Teil durch das Paßspiel zwischen Linse und Fassung beeinträchtigt wird. Durch Einengung der ISO- Passungstoleranzen ist es bei gleichzeitigem Anstieg der Fertigungskosten- zwar möglich, die Rotationssymmetrie des fertigmontierten Systems zu verbessern. Diesem Weg sind aber physikalische Grenzen gesetzt:

In der Regel haben die Linsenwerkstoffe gegenüber den

Fassungswerkstoffen unterschiedliche thermische Ausdeh¬ nungskoeffizienten. Das Paßspiel bei Raumtemperatur muß so gewählt werden, daß bei Temperaturvariation eine ausrei¬ chende Kontraktionsreserve vorhanden ist. Ist dieses Paßspiel in nicht ausreichendem Maß vorhanden, treten hohe Radialspannungen in den Linsen auf, die unter Umständen zu einer dramatischen Verschlechterung der optischen Leistung führen. Besonders zu beachten ist hierbei die Tatsache, daß bei dem in 99% aller Fälle angewandtem Fassung≤werk- stoff Aluminium die Differenz zwischen dessen Ausdehnungs¬ koeffizienten und repräsentativen Ausdehnungskoeffizienten

—6 optischer Gläser bis zu 16 x 10 /Grad sein kann.

Deshalb ist in der US-PS 2 221 736, von der bei der Formu¬ lierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausgegangen wird, vorgeschlagen worden, auf den V-förmig gestalteten Rand eines Brillenglases eine gummiartige Beschichtung aufzubringen. Diese Beschichtung des V-förmigen Randes eines Brillenglases soll nicht nur Formunterschiede zwi¬ schen Brillenfassung und Brillenglas ausgleichen, sondern auch "thermische Größenänderungen absorbieren".

Bei den in dieser Druckschrift angesprochenen Formunter¬ schieden handelt es sich um die typischen Formunterschie¬ de, wie sie beim Einschleifen von "rohrunden" Gläsern in Brillenfassungen ^' auftreten, also nicht um Passungstoleran¬ zen hochgenauer optischer Systeme. Die Verwendung der in der US-PS 2 221 736 vorgesehenen Beschichtung für hochge¬ naue optische Systeme ist dieser Druckschrift nicht ent¬ nehmbar und offensichtlich auch nicht vorgesehen, da sich bei Brillenfassungen nicht die Zentrierprobleme hochge¬ nauer optischer Systeme stellen.

Eine Fassung anderer Gattung ist aus der DE-PS 1 113 101 bekannt. Bei dieser Fassung wird ein Gummiring verwendet,

der in eine Nut des Fassungskörpers eingelegt ist und an einer Fläche einer Linse derart anliegt, daß die Linse elastisch gegen eine Anlage gedrückt wird.

Die in dieser Druckschrift angegebene Ausbildung erlaubt zwar eine Abdichtung des Fassungskörpers, ist aber nicht in der Lage, typische Zentrierfehler, wie sie durch Pas- sung≤toleranzen auftreten, wesentlich herabzusetzen.

Weitere Linsenfassungen, bei denen elastische Elemente verwendet werden, sind aus der DDR-PS 207 047 und den DE- PSen 1 122 738, 1 127 110, 1 547 276, 2 061 661 und 26 19 288 bekannt. Diese Fassungen anderer Gattung als im Ober¬ begriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzt, haben jedoch alle den Nachteil, daß sie aufwendig in der Herstellung sind und darüberhinaus kaum zu einer Verringerung der Zentrierfehler optischer Systeme führen: Beispielsweise wird gemäß der DE-PS 1 122 736 eine geteilte Fassung verwendet, in die die Linsen eingestzt werden. Eine derar¬ tige Fassung ist nicht nur aufwendig zu fertigen, sondern hat auch verhältnismäßig große inhärente Fehler, die beispielsweise durch den "Teilvorgang" entstehen, und die durch das in den die Linsen aufnehmenden Nuten vorgesehene elastische Material nicht ausgeglichen werden können.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Fassung für optische Elemente, wie Linsen oder dgl. anzugeben, bei der die Zentrierung der optischen Elemente auch bei thermischen und dynamischen Belastungen stets gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemafi dadurch gelöst, daß von einer Fassung ausgegangen wird, die gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist, und diese Fassung

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durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale weitergebildet wird. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einerseits eine zwischen dem optischen Element, beispielsweise einer Linse, und der Fassung ausreichend dimensionierte radial¬ symmetrische Dehnungsfuge vorzusehen, andererseits durch geeignete Mittel sicherzustellen, daß die Zentrierung der Linse auch bei thermischen und dynamischen Belastungen stets gewährleistet ist. Überraschenderweise kann dies dadurch erreicht werden, daß auf dem zylindrischen Um- fangsrand der Linse bzw. des optischen Elements mindestens drei voneinander beabstandete Rippen aus hochelastischem Material aufgebracht sind. Vollumlaufende Rippen kommen nämlich wegen des fehlenden Luftausgleichs beim Einbau der Linsen in die Fassung nicht in Betracht.

Die Dimensionierung der nominellen Spaltweite zwischen Fassung und Linse wird dabei so vorgenommen, daß sowohl die ISO-Passungstoleranzen der Durchmesser als auch deren thermische Dehnungsbeträge von den hochelastischen Rippen bei gerade noch akzeptablen Druckschwankungen aufgenommen werden können.

Die Länge und die Zahl der Rippen ist abhängig zu machen von der Weichheit des hochelastischen Rippenmaterials sowie der gewünschten Lagestabilität der eingebauten Linse. Besonders vorteilhaft ist die in Anspruch 2 angege¬ bene Lösung, bei der lediglich drei Rippen vorgesehen sind, deren Winkelerstreckung jeweils ca. 60° beträgt und deren Mitten voneinander einen Winkelabstand von jeweils ca. 120° haben.

Im Anspruch 3 ist eine Standardbemessung der Höhe' der

Rippen angegeben. Eine Kompression der Rippen bei Normbe¬ dingungen um 50% erlaubt dabei eine Kompensation sämtli¬ cher sich aufgrund von Passungstoleranzen und Temperatur¬ änderungen ergebenden Spaltweiten.

Im Anspruch 4 sind tabellarisch typische Rippenhöhen h und Spaltweiten s für bestimmte Nennmaße angegeben. Ausdrück¬ lich wird darauf hingewiesen, daß es sich hierbei um eine exemplarische Angabe handelt, von der je nach Einsatzbe¬ dingungen, verwendeten Rippenmaterial etc. jederzeit abgewichen werden kann.

Als Material für die hochelastischen Rippen kommen im Prinzip die verschiedensten elastischen Materialien in Betracht, die eine hohe Klebefestigkeit gegenüber Gläsern und Lacken sowie eine hohe Flexibilität haben und keine Langzeit-Plastizität (Kriech ermögen) aufweisen. Ferner sollten die für die Rippen verwendeten Materialien ausrei¬ chend niederviskos sein, sowie eine ausreichend hohe Oberflächenenergie (Oberflächenspannung) haben. Weitere günstige Eigenschaften, die insbesondere den Zusammenbau der Fassung erleichtern, sind ein einkomponentiger Aufbau des elastischen Materials, ein ausreichendes Gleitvermögen der vernetzten Oberfläche, eine gute Abriebfestigkeit sowie eine Ultraschall-Waschfestigkeit. Letztlich sollte das Material resistent gegen Umwelteinflüsse wie Tempera¬ tur, Feuchte, UV-Strahlung und Mikroben sein.

Ein geeigneter Werkstoff, der die vorstehend genannten An¬ forderungen erfüllt, ist beispielsweise ein einkomponenti¬ ger Silikonkautschuk, der unter der Bezeichnung SIL 09 im Handel erhältlich ist.

Die Lagestabilitat und damit die Zentrierung des optischen Systems kann weiter dadurch verbessert werden, daß nach

Anspruch 6 bzw. 7 ein ebenfalls mit elastischen Rippen, bevorzugt drei elastischen Rippen versehener Vorschraub- ring bzw. ein einzuklebender Steckring verwendet wird. Die Rippen dieser Halteringe werden beim Einsetzen soweit komprimiert, daß bei möglichen auftretenden dynamischen Belastungen ein Abheben der Linse von der Ringkante ver¬ mieden wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend exemplarisch unter Bezug¬ nahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht und einen Querschnitt bei I-I einer mit erfindungsgemäßen elastischen Rippen versehe¬ nen Linse,

Fig. 2 und 3 Linsen nach.Fig. 1 eingebaut in eine Fassung, wobei zusätzlich ein ebenfalls mit elastischen Rip¬ pen versehener Vorschraubring bzw. ein eingeklebter Steckring verwendet wird.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Linse 1 mit optischen Flächen r1 und r2 und einer zylindrischen Umfangsflache 2, auf der elasti¬ sche Rippen 3.. , 3_ und3 _g aufgebracht sind. Die elastischen Rippen 3 haben eine Winkelerstreckung von 60° und einen Winkelabstand von 120°.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den Einbau einer mit derartigen elastischen Rippen 3 versehenen Linse 1 in eine Fassung 4. Die nominelle Spaltweite s zwischen der Zylinderfläche 2 der Linse 1 und der zugeordneten Fläche 5 der Fassung 4 ist dabei so gewählt, daß sowohl die ISO-Passungstoleran¬ zen der Durchmesser als auch deren thermische Dehnungsbe¬ träge von den hochelastischen Rippen 3 bei gerade noch

akzeptablen Druckschwankungen aufgenommen werden können. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausge¬ stellt, wenn die Höhe der Rippen 3 beim Einbau in die Fassung 4 auf 50% komprimiert wird. Typische nominelle Spaltweiten und Rippenhöhen für verschiedene Linsen- und Fassungsdurchmesser im ISO-Passungssystem h7/H6 sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Nennmaß Linsen- Fassungs- r. . Spalt- Rippen¬

N durchmesser durchmesser weittee höhe mm mm mm mm mm

H6

18 (N-0,08) _h7 0,040 0,08 H6

18 30 (N-0, 12) _h7 0,060 0,12 H6 30 50 (N-0,20) _h7 0,100 0,20 H6 50 80 (N-0,30) _h? 0,150 0,30 H6 80 120 (N-0,45) _h7 0,225 0,45

Aufgrund der Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten des Fassung≤werkstoffs , beispielsweise Aluminium und des Linsen-Werkstoffes ist es offensichtlich, daß die durch die erfmdungsgemäß vorgesehenen Rippen erreichte Lagesta¬ bilität mit steigender Temperatur ab- und mit fallender Temperatur zunimmt. Typische Zentrierfehler, die sich in der Praxis beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Höhen der Rippen ergeben, liegen in der Größenordnung einiger um.

Durch die in den Fig. 2 und 3 ebenfalls dargestellten Halteringe lassen sich die Zentrierfehler noch wesentlich verringern .

Fig. 2 zeigt einen Vorschraubring 6, der über ein Gewinde

7 mit der Fassung 4 verbunden ist. Der Vorschraubπng 6 weist an einer der Linsenfläche r ₂ zugewandten Seite drei elastische Rippen 8 auf, von denen in Fig. 2 nur eine dargestellt ist. Die elastischen Rippen 8 haben ebenfalls eine Winkelerstreckung von jeweils ca. 60° und einen Winkelabstand von jeweils ca. 120 .

Fig. 3 zeigt einen eingeklebten Steckring 9, der über eine Klebeverbindung 10 mit der Fassung 4 verbunden ist. Anson¬ sten ist der Klebering 9 gleich ausgebildet wie der in Fig. 2 dargestellte Vorsehraubring 6 und weist insbesonde¬ re drei hochelastische Rippen 8 mit einem Winkelabstand von jeweils 120 und einer Winkelerstreckung von jeweils 60° auf.

Beim Einsetzen der Halteringe 6 bzw. 9 in die Fassung 4 müssen die drei Rippen 8 soweit komprimiert werden, daß bei den auftretenden dynamischen Belastungen, für die die Fassung ausgelegt ist, ein Abheben der Linse 1 von der Ringkante vermieden wird. Der in Fig. 2 gezeigte Vor- schraubring 6 wird auf Anschlag festgedreht und danach um ca. 1/4 Umdrehung zurückgesetzt. Der Klebesteckring 9 wird beispielsweise mit dem 100-fachen Linsengewicht gleich¬ mäßig belastet und in die Fassung eingeklebt.

Mit diesen Halteringen werden auch in axialer Richtung Druckspannungen infolge von Temperaturvariationen weitge¬ hend unterbunden.

Die Erfindung ist vorstehend anhand von Ausführungsbei¬ spielen ohne Beschränkung der Allgemeinheit beschrieben worden. Innerhalb des erfindungsgemäßen Grundgedankens sind die verschiedensten Variationen möglich. Insbesondere ist es möglich, die vorgesehenen Spaltweiten, sowie.das Höhen/Breitenverhältnis der elastischen Rippen entspre-

chend speziellen Erfordernissen zu ändern. Darüberhinaus kann auch die Winkelerstreckung sowie die Zahl der verwen¬ deten Rippen den jeweiligen Erfordernissen angepaßt wer¬ den.