Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Baugruppe mit einem ersten optischen Element und einem zweiten optischen Element, welche geführt bewegbar angeordnet sind.

Zur Erweiterung der Funktion optischer Systeme können optische Baugruppen Verwendung finden, die zwei zur optischen Achse gegeneinander verschiebbare optische Elemente, insbesondre zwei senkrecht zur optischen Achse gegeneinander verschiebbare optische Elemente aufweisen. Die verschiebbaren optischen Elemente können dabei auch Elemente mit Freiformflächen sein, die gelegentlich als Alvares-Elemente bezeichnet werden. Optische Systeme mit derartigen Baugruppen sind beispielsweise in DE 10 2008 001 892 A1 , WO 2007/037691 A2, US 2017/0227747 A1 und US 2013/0278911 A1 beschrieben. Mit Hilfe Freiformflächen aufweisender optischer Elemente können beispielsweise Abbildungsfehler für verschiedene Fokusebenen gezielt korrigieren, wie dies in DE 10 2013 101 711 A1 beschrieben ist. Daneben bieten senkrecht zur optischen Achse verschiebbare optische Elemente mit Freiformflächen auch die Möglichkeit, gezielt Abbildungsfehler in ein optisches System einzubringen, beispielsweise um in einem Fotoobjektiv einen Weichzeichnereffekt herbeizuführen. Dies ist zum Beispiel in DE 10 2014 118 383 A1 beschrieben. Eine ähnliche Verwendung von senkrecht zur optischen Achse verschiebbaren optischen Elementen mit Freiformflächen beschreibt die DE 10 2015 116 895 B3. Die Bewegung beim Verschieben der optischen Elemente senkrecht zur optischen Achse beträgt oft nur wenige Millimeter. An die Bewegung werden dabei sehr hohe Ansprüche bzgl. ihrer Führungstreue gestellt. Bei einem Stellweg von mehr als 3 mm soll die Abweichung typischerweise geringer als 1 m sein. Um dies zu erreichen, werden sowohl die Positionen als auch die Führungsbahn jedes optischen Elements relativ zum optischen System justiert. Da die Justierung der Führungsbahn eines optischen Elementes dessen Position beeinflusst und umgekehrt müssen gekoppelte Justierstellen vorhanden sein, was die Justierung verkompliziert. Weiterhin verbleiben die Justierelemente wie beispielsweise Justierschrauben nach Beendigung der Justage im optischen System. Ein erhöhter Bauraumbedarf ist die Folge. Außerdem können Setzungserscheinungen während der Lebensdauer des optischen Systems ein Nachjustieren erforderlich machen. Der beschriebene Justage ist daher aufwendig und kostenintensiv und somit für eine Serienherstellung nur bedingt geeignet.

Aus WO 2013/064689 A2 ist eine optische Baugruppe mit zwei optischen Elementen bekannt, in der eines der optischen Elemente eine Führungsnut und eine Führungsschiene aufweist. Das andere optische Element weist einen in die Führungsnut vorstehenden Vorsprung und eine in die Führungsschiene des ersten optischen Elementes eingreifende Führungsschine auf

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Baugruppe zur Verfügung zu stellen für ein optisches System, welches ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element umfasst, die jeweils geführt bewegbar angeordnet sind, bei der zumindest manche der mit Bezug auf den Stand der Technik beschreibenden Nachteile überwunden oder zumindest verringert sind und bei der die Zahl der geführten optischen Elemente nicht auf zwei beschränkt ist.

Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wellenfrontmanipulator zum Manipulieren der Wellenfront einer elektromagnetischen Welle zur Verfügung zu stellen, in dem eine vorteilhafte Führung seiner optischen Elemente realisiert ist, welche wenigstens einen der mit Bezug auf den Stand der Technik genannten Nachteile überwindet oder zumindest verringert und bei dem die Zahl der geführten optischen Elemente nicht auf zwei beschränkt ist.

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum geführten Bewegen eines ersten optischen Elementes und eines zweiten optischen Elementes zur Verfügung zu stellen, welches wenigstens einen der mit Bezug auf den Stand der Technik genannten Nachteile überwindet oder zumindest verringert und bei dem die Zahl der geführten optischen Elemente nicht auf zwei beschränkt ist.

Die erste Aufgabe wird durch eine optische Baugruppe nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch einen Wellenfrontmanipulator nach Anspruch 20 und die dritte Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 21 . Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Eine erfindungsgemäße optische Baugruppe umfasst wenigstens ein erstes optisches Element, das als transmissives oder reflektives optisches Element ausgebildet sein kann, und ein zweites optisches Element, das ebenfalls als transmissives oder reflektives optisches Element ausgebildet sein kann. Die optischen Elemente sind jeweils geführt bewegbar angeordnet. Dabei können die optischen Elemente der optischen Baugruppe insbesondere entlang einer Achse hintereinander angeordnet sein und parallel zu einer zur Achse senkrechten Ebene bewegbar geführt sein. In der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe ist eine gemeinsame Führung für wenigstens zwei der optischen Elemente der optischen Baugruppe vorhanden, die bei geführten Bewegungen eine den beiden optischen Elementen gemeinsame Führungsbahn bereitstellt. Die Führungsbahn ist dabei die Bahn, entlang derer die Führung erfolgt und legt die Bewegungsbahnen, entlang derer sich die optischen Elemente bewegen, eindeutig fest. Die Bewegungsbahnen brauchen dabei nicht miteinander identisch zu sein. Wenn beispielsweise die optischen Elemente entlang einer Achse hintereinander angeordnet und parallel zu einer zu dieser Achse senkrechten Ebene bewegbar sind, können die Bewegungsbahnen einen Abstand voneinander haben, wobei die Bewegungsbahnen aufgrund der gemeinsamen Führungsbahn aber relativ zueinander festgelegt sind. Als Führung im Sinne der vorliegenden Erfindung soll dabei jede Einrichtung angesehen werden, die bei einer Verlagerung eines Körpers dazu führt, dass das Verlagern entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn erfolgt. Die vorgegebene Bewegungsbahn ist dabei eindeutig mit der Führungsbahn verknüpft. Die Führungsbahn kann im Rahmen der Erfindung gerade oder gekrümmt sein, so dass eine geführte lineare Bewegung der beiden optischen Elemente oder eine geführte kurvige Bewegung der beiden optischen Elemente, beispielsweise eine vollständige Kreisbewegung oder eine Bewegung entlang eines Kreisbogens, realisierbar ist.

Das Führen der wenigstens zwei der optischen Elemente der optischen Baugruppe auf einer gemeinsamen Führungsbahn mit Hilfe einer gemeinsamen Führung macht eine Justierung der Bewegungsbahnen der optischen Elemente relativ zueinander überflüssig. Die erfindungsgemäße Baugruppe benötigt daher typischerweise lediglich voneinander unabhängige Justiermöglichkeiten für die Lage der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung relativ zueinander und für die gemeinsame Führungsbahn. Da die Führung auf beide optische Elemente einwirkt, ist ein Justieren der Führungsbahnen der optischen Elemente relativ zueinander nicht nötig. Dadurch wird die für die Justage benötigte Zeit verringert. Außerdem führt die Verringerung der Anzahl der Justiermöglichkeiten zu einer Verringerung der Komplexität der optischen Baugruppe, was gleichzeitig die Steifigkeit des mechanischen Aufbaus erhöht. Die höhere Stabilität und Steifigkeit ergibt sich dabei daraus, dass weniger mechanische Komponenten nötig sind. Dies trägt erheblich zur Reduktion der Serienherstellkosten bei. Zudem gewährleistet die gemeinsame Führungsbahn eine hohe Langzeitstabilität, da Setzerscheinungen reduziert sind.

Die gemeinsame Führung umfasst wenigstens ein Führungselement, an welchem die wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung jeweils mittels Lagerelementen gelagert sind. Die Lageelemente können dabei einen Teil eines Gleit- oder Wälzlagers bilden. Dabei legt das Führungselement, entlang dem die Lagerelemente gleiten oder abrollen, die Führungsbahn fest. Hierbei ist es im Hinblick auf die Komplexität der optischen Baugruppe vorteilhaft, wenn Gleitlager Verwendung finden, so dass die Lagerelemente lediglich Lagerflächen zu sein brauchen. Im Gegensatz dazu bieten Wälzlager zwar eine geringere Reibung, sind dafür jedoch im Aufbau komplexer, was die Serienherstellungskosten gegenüber der Verwendung von Gleitlagern erhöht. Generell kann die Wahl der Art des Lagers vom verfügbaren Bauraum und den Anforderungen an die Stellbewegung, etwa der Anzahl an Stellzyklen, der Stelldynamik, der Lebensdauer, des Verschleißverhaltens, der Partikelimmission, etc. abhängig gemacht werden. Dabei eignen sich die bereits angesprochenen Gleitlader besonders für kleinste Bauräume, wobei die Verstellgeschwindigkeit im Vergleich zu einem Wälzlager jedoch geringer ist und maximal ca. 1 m/s beträgt.

Dadurch, dass ein von den optischen Elementen getrenntes Führungselement vorhanden ist, ist anders als bei der aus WO 2013/064679 A2 bekannten Führung kein führender Kontakt zwischen den geführten optischen Elementen erforderlich, so dass auch mehr als zwei optische Elemente entlang derselben Führungsbahn geführt werden können. Hierbei befindet sich die Führgeometrie nicht direkt am optischen Element, sondern steht mit diesem in Verbindung. Die separate Führgeometrie erlaubt eine hochgenaue Bearbeitung der Führgeometrie (Führungsbahn), wodurch eine sehr genaue Führbewegung ermöglicht wird.

Die Lagerelemente können direkt an den wenigstens zwei optischen Elementen mit der gemeinsamen Führung ausgebildet sein. Jedoch sind die typischen Materialien insbesondere refraktiver Optiken, also mineralische oder organische Gläser, aufgrund ihres Verschleißverhaltens für den Bau von Führungen mit dauerhaft guten Lagereigenschaften nicht optimal. In einer alternativen Ausgestaltung können daher die wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung jeweils in einer Fassung angeordnet sein. Die Lagerelemente sind dann an den Fassungen ausgebildet. Auf diese Weise können die Fassungen Schlitten bilden, mit deren Hilfe die optischen Elemente jeweils entlang der gemeinsamen Führungsbahn bewegt werden können. Diese Variante ist insbesondere im Hinblick auf den Verschleiß sowie aus Sicht der Fertigung und der Serienherstellungskosten vorteilhaft. Das wenigstens eine Führungselement kann wenigstens eine Führungsschiene umfassen, an welcher die optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung jeweils mittels der Lagerelemente gelagert sind. Insbesondere kann das wenigstens einen Führungselement wenigstens eine erste Führungsschiene und eine zweite Führungsschiene umfassen, wobei dann die wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung jeweils mittels der Lagerelemente sowohl wenigstens an der ersten Führungsschiene als auch an der zweiten Führungsschiene gelagert sind. Zwei Führungsschienen sind insofern vorteilhaft, als dass etwaige durch die Führung auf die optischen Elemente oder ihre Fassungen einwirkende Kräfte oder Momente symmetrisch wirken.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die wenigstens eine Führungsschiene als wenigstens eine Führungsstange ausgebildet, die von den Lagerelementen wenigstens teilweise umgriffen wird. Dabei können die Lagerelemente an der wenigstens einen Führungsstange angreifende Wälzkörper einschließen. Alternativ können die Lagerelemente Lagerflächen sein, von denen die Führungsstange kontaktiert wird. Insbesondere kann die Führungsstange von den Lagerflächen derart kontaktiert werden, dass eine 3- Punkt-Lagerung vorliegt. In dieser Ausführungsvariante weist das Führungselement eine besonders einfache und kostengünstig herstellbare Struktur auf. Der Querschnitt der wenigstens einen Führungsstange kann rund, elliptisch, polygonal, etc. sein, wobei der Querschnitt der wenigstens einen Führungsstange insbesondere auch an die Art der verwendeten Lagerelemente angepasst sein kann. Um einen Reibungskontakt zwischen dem wenigstens einen Führungselement und den Lagerflächen gering zu halten, ist es in allen Ausführungsvarianten mit Lagerflächen als Lagerelementen vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Führungselement von den Lagerflächen derart kontaktiert wird, dass eine 3-Punkt-Lagerung vorliegt. Zudem kann eine 3-Punkt-Lagerung für eine Selbstjustierung der Lagerflächen relativ zum Führungselement sorgen.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist die wenigstens eine Führungsschiene wenigstens eine Führungsnut auf und die Lagerelemente sind als in die wenigstens eine Führungsnut eingreifende Vorsprünge ausgebildet. Dabei können zwischen der wenigstens einen Führungsnut und den in die wenigstens eine Führungsnut eingreifenden Vorsprüngen Wälzkörper wie Kugeln, Zylinder oder Nadeln angeordnet sein.

Für den sicheren Kontakt zwischen den Lagerelementen einerseits und dem wenigstens einen Führungselement anderseits, können das wenigstens eine Führungselement und die Lagerelemente gegeneinander vorgespannt sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Vorspannkräfte nur an den Kontaktstellen zwischen den Lagerelementen und dem wenigstens einen Führungselement wirken, da auf diese Weise Verformungen der optischen Elemente oder ihrer Fassungen vermieden werden können. Ein sicherer Kontakt kann zusätzlich oder alternativ aber auch dadurch erreicht werden, dass die Lagerelemente und das wenigstens einen Führungselement formschlüssig gepaart sind.

Um ein Anfressen oder Ansprengen an den Lagerelementen und dem wenigstens einen Führungselement zu verhindern und dem Entstehen von Reibungswärme entgegenzuwirken, können für die Lagerelemente einerseits und das wenigstens eine Führungselement andererseits geeignete Materialpaarungen Verwendung finden. Vorteilhafter ist es jedoch, gleiche Materialien zu verwenden, da sich dadurch unterschiedliche

Wärmeausdehnungskoeffizienten vermeiden lassen. In diesem Fall ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Lagerelemente und/oder das wenigstens eine Führungselement eine reibungsverminderte Oberflächenschicht, also einen Gleitbelag, aufweisen, etwa Teflon oder dergleichen. Wenn der Gleitbelag sowohl auf die Lagerelemente als auch auf das wenigstens eine

Führungselement aufgebracht wird, kann er nach dem Aufbringen zudem für die Lagerelemente und das wenigstens eine Führungselement gemeinsam nachbearbeitet werden, was höchste Führungsgenauigkeiten ermöglicht.

In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe weisen in jedem der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung die Lagerelemente jeweils wenigstens eine sich entlang des wenigstens einen Führungselements erstreckende Aussparung oder Unterbrechung auf. In dieser ist wenigstens ein Lagerelement zumindest eines der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung angeordnet. Dabei weist die Aussparung oder Unterbrechung entlang des wenigstens einen Führungselementes eine größere Abmessung auf als das in der Aussparung oder Unterbrechung angeordnete Lagerelement. Auf diese Weise wird das in der Aussparung oder Unterbrechung angeordnete Lagerelement nicht an einer Bewegung gehindert, so dass die Bewegung der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung relativ zueinander nicht behindert wird. Diese besondere Ausgestaltung ermöglicht eine Selbstzentrierung und eine annähernd symmetrische Verteilung der bei der Führung auftretenden Reibungskräfte.

Die erfindungsgemäße optische Baugruppe kann auch eine auf mindestens eines der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung zumindest mittelbar, bspw. beim Vorhandensein einer Fassung über die Fassung, einwirkende Antriebseinrichtung zum Einleiten einer die geführte Bewegung bewirkenden Stellkraft umfassen. Auf diese Weise braucht die optische Baugruppe keine Schnittstelle zu einem externen Getriebe aufzuweisen. Die Antriebseinrichtung kann dabei beispielsweise einen Linearantrieb oder einen rotatorischen wirkenden Antrieb umfassen. Falls die Bewegung der optischen Elemente eine lineare Bewegung ist, die Antriebseinrichtung jedoch einen rotatorisch wirkenden Antrieb umfasst, weist die optische Baugruppe außerdem ein eine rotatorische Bewegung in eine lineare Bewegung umwandelndes Getriebe auf.

Die Antriebseinrichtung der optischen Baugruppe kann für jedes der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung einen eigenen Antrieb umfassen. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass bei der Verwendung getrennter Antriebe die Stellbewegung über den gesamten nutzbaren Bewegungsbereich zur Verfügung steht und somit ein Justierfreiheitsgrad bildet. Dadurch sind die Anforderungen an die Toleranzen der Einzelteile sowie an die Justage geringer.

Um die Lage der optischen Elemente korrigieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn die optische Baugruppe wenigstens einen Detektor zum Detektieren der Positionen der wenigstens zwei optischen Elemente mit der gemeinsamen Führung umfasst. Eventuelle aufgrund von Verschleiß auftretenden fehlerhaften Positionierungen, können dann bspw. im Rahmen einer Regelung durch eine Stellbewegung ausgeglichen werden.

Um Fehlpositionierungen durch auf die optischen Elemente einwirkende Kräfte, die durch sich verlagernde Kabel herbeigeführt werden, vermeiden zu können, ist es vorteilhaft, wenn von der optischen Baugruppe umfasste, mit Elektrizität zu versorgende Elemente derart ortsfest angeordnet sind, dass sie sich nicht mit den wenigstens zwei optischen Elementen mit der gemeinsamen Führung bei deren geführter Bewegung mitbewegen.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Wellenfrontmanipulator zum Manipulieren der Wellenfront einer elektromagnetischen Welle zur Verfügung gestellt. Der erfindungsgemäße Wellenfrontmanipulator umfasst zum Manipulieren der Wellenfront eine erfindungsgemäße optische Baugruppe. Die optischen Elemente der optischen Baugruppe können hierzu insbesondere mit Freiformflächen versehen sein. Unter einer Freiformfläche versteht man im weiteren Sinn eine komplexe Fläche, die sich insbesondere mittels gebietsweise definierter Funktionen, insbesondere zweimal stetig differenzierbarer gebietsweise definierter Funktionen darstellen lässt. Beispiele für geeignete gebietsweise definierte Funktionen sind (insbesondere stückweise) polynomiale Funktionen (insbesondere polynomiale Splines, wie z.B. bikubische Splines, höhergradige Splines vierten Grades oder höher, oder polynomiale non-uniform rational B-Splines (NURBS)). Fliervon zu unterscheiden sind einfache Flächen, wie z.B. sphärische Flächen, asphärische Flächen, zylindrische Flächen, torische Flächen, die zumindest längs eines Hauptmeridians als Kreis beschrieben sind. Eine Freiformfläche braucht insbesondere keine Achsensymmetrie und keine Punktsymmetrie aufzuweisen und kann in unterschiedlichen Bereichen der Fläche unterschiedliche Werte für den mittleren Flächenbrechwert aufweisen. Die Herstellung einer Freiformfläche auf einem optischen Element erfolgt in der Regel durch spanendes Bearbeiten des optischen Elements, also beispielsweise durch Fräsen, im Rahmen eines CNC-Verfahrens, in dem die Freiformfläche numerisch gesteuert auf der Basis einer mathematischen Beschreibung der Fläche hergestellt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Freiform blank zu pressen. Hierfür muss die negative Pressform mit entsprechenden Zugaben für temperaturabhängigen Schrumpf, mit CNC- Verfahren bearbeitet werden.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum geführten Bewegen wenigstens eines ersten optischen Elements und eines zweiten optischen Elements zur Verfügung. Die optischen Elemente können hierbei entweder transmissive optische Elemente oder reflektive optische Elemente sein. Sie können insbesondere entlang einer Achse hintereinander angeordnet sein und parallel zu einer zur Achse senkrecht verlaufenden Ebene parallel zueinander bewegt werden. Erfindungsgemäß erfolgt die Bewegung wenigstens zweier der optischen Elemente der optischen Baugruppe auf der Basis einer diesen optischen Elementen gemeinsamen Führung, die eine den entsprechenden optischen Elementen gemeinsame Führungsbahn bereitstellt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundenen Vorteile entsprechen denen, die mit Bezug auf die erfindungsgemäße optische Baugruppe beschrieben worden sind. Auf den entsprechenden Teil der Beschreibung wird verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit zwei beweglichen optischen Elementen, bei der beide optischen Elemente gemeinsam geführt werden, in einer Schnittansicht.

Figur 2 zeigt die optische Baugruppe aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht.

Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine optische

Baugruppe mit zwei beweglichen optischen Elementen, bei der beide optischen Elemente gemeinsam geführt werden, in einer Schnittansicht.

Figur 4 zeigt die optische Baugruppe aus Figur 3 in einer Draufsicht.

Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit zwei beweglichen optischen Elementen, in der eine beiden optischen Elementen gemeinsame Führung vorhanden ist, in einer Schnittansicht.

Figur 6 zeigt die optische Baugruppe aus Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht. Figur 7 zeigt die Fassungen der optischen Elemente der optischen

Baugruppe aus Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht.

Figur 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für eine optische

Baugruppe mit zwei beweglichen optischen Elementen, in der eine beiden optischen Elementen gemeinsame Führung vorhanden ist, in einer Schnittansicht.

Figur 9 zeigt ein optisches Bauelement mit einer Antriebseinrichtung zum Einleiten einer Antriebskraft in die optischen Elemente des optischen Bauelements, um die geführte Bewegung herbeizuführen. Figur 10 zeigt einen rotatorischen Antrieb mit einem Zugmittelgetriebe. Figur 1 1 zeigt einen rotatorischen Antrieb mit einem Flebelgetriebe. Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit drei beweglichen optischen Elementen, in der eine den drei optischen Elementen gemeinsame Führung vorhanden ist, in einer schematischen Darstellung.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, die unterschiedliche Führungen für die optischen Elemente zeigen, beschrieben. Die Figuren 1 bis 4 zeigen dabei Ausführungsbeispiele mit Führungen, die Führungsschienen in Form von Führungsstangen umfassen, und die Figuren 5 bis 8 Ausführungsbeispiele mit Führungen, die Führungsnuten aufweisende Führungsschienen umfassen. Obwohl in den Ausführungsbeispielen lediglich Führungen mit linearen Führungsbahnen beschrieben werden, erkennt ein Fachmann, dass die zu Grunde liegenden Prinzipien auch bei Führungen zur Anwendung kommen können, die kurvige Führungsbahnen bereitstellen, insbesondere aber nicht ausschließlich kreisförmige Führungsbahnen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße optische Baugruppe 1. Die optische Baugruppe 1 umfasst zwei optische Elemente 3A und 3B, die jeweils in einer Fassung 5A, 5B angeordnet sind. Jedes der optischen Elemente 3A, 3B weist eine Planfläche 7A, 7B und eine Freiformfläche 9A, 9B auf, wobei die optischen Elemente im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3A, 3B so angeordnet sind, dass ihre Freiformflächen einander zugewandt sind. Sie können jedoch auch auf den einander abgewandten Seiten angeordnet sein, oder es können auf beiden Seiten eines optischen Elements 3A, 3B Freiformflächen angeordnet sein. Die optischen Elemente 3A, 3B mit den Freiformflächen 9A, 9B sind entlang einer optischen Achse OA hintereinander angeordnet und parallel zu einer zur optischen Achse OA senkrecht verlaufenden Geraden verschiebbar gelagert.

Die optischen Elemente 3A, 3B dienen als Wellenfrontmanipulator, bei dem der Grad der Manipulationswirkung auf die Wellenfront von dem Grad der Verschiebung der optischen Elemente 3A, 3B entlang der Geraden abhängt. Typischerweise erfolgt die Verschiebung der optischen Elemente 3A, 3B zum Flerbeiführen der Wellenfrontmanipulation entlang der Geraden um denselben Betrag, aber in entgegengesetzte Richtungen. Zu Feinkorrekturzwecken kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn jedes optische Element um individuelle Beträge verschoben werden kann. Mittels der Manipulation der Wellenfront können zum Beispiel Abbildungsfehler des optischen Systems, in welches die optische Baugruppe 1 eingebaut ist, ausgeglichen werden. Durch den Betrag der Verschiebung der beiden optischen Elemente 3A, 3B kann die Korrektur an die Stärke des auftretenden Abbildungsfehlers ausgeglichen werden. Wenn die optischen Elemente 3A, 3B um individuelle Beträge verschoben werden können, besteht zudem die Möglichkeit einer optischen Feinkorrektur. Das Ausgleichen von Abbildungsfehlern durch die Verschiebung der optischen Elemente eines Wellenfrontmanipulators ist in DE 10 2013 101 711 A1 beschrieben. Auf dieses Dokument wird daher hinsichtlich des Ausgleichens von Abbildungsfehlern verwiesen.

Alternativ zum Ausgleichen von Abbildungsfehlern besteht die Möglichkeit, durch gegenläufiges Verschieben der optischen Elemente 3A, 3B einen Abbildungsfehler in das optische System, in welches die optische Baugruppe 1 eingebaut ist, einzubringen, beispielsweise um bei einem Weichzeichnerobjektiv eines sphärische Aberration herbeizuführen, die zu einem Weichzeichnungseffekt führt. Wie ein solcher Weichzeichnungseffekt herbeigeführt werden kann, ist in DE 10 2014 118 383 A1 beschrieben. Auf dieses Dokument wird daher hinsichtlich des Herbeiführens eines Weichzeichnungseffekt verwiesen.

Bei der Bewegung der optischen Elemente 3A, 3B ist eine hohe Präzision notwendig. Bei individuellen Stellwegen der optischen Elemente 3A, 3B von typischerweise mehr als 3 mm sollen die Abweichungen von der eingestellten Position möglichst nicht mehr als 5 pm betragen und vorzugsweise geringer als 1 pm sein. Um dies zu erreichen, ist eine hochgenaue Justierung sowohl der Positionen der optischen Elemente 3A, 3B als auch der Bewegungsbahnen der optischen Elemente 3A, 3B notwendig, um zu gewährleisten, dass die optischen Elemente nach jeder Verschiebung den richtigen Stellweg aufweisen und die richtige Position im optischen Bauelement einnehmen.

Um eine Justierung der Bewegungsbahnen der optischen Elemente 3A, 3B relativ zueinander überflüssig zu machen, weist das optische Bauelement 1 eine beiden optischen Elementen 3A, 3B gemeinsame Führung auf, die bei einer Bewegung des ersten optischen Elementes 3A und des zweiten optischen Elementes 3B eine beiden optischen Elementen 3A, 3B gemeinsame Führungsbahn bereitstellt. Die gemeinsame Führungsbahn gewährleistet dabei, dass die Stellbewegungen der optischen Elemente 3A, 3B immer relativ zueinander justiert sind. Eine Dejustierung der Bewegungsbahnen relativ zueinander ist dabei nicht möglich, weil sich die Führungsbahnen der beiden optischen Elemente nicht relativ zueinander verlagern können.

Durch die gemeinsame Führungsbahn entfällt nicht nur die Notwendigkeit, die Bewegungsbahnen der optischen Elemente 3A, 3B relativ zueinander zu justieren, wie dies der Fall wäre, wenn jedes der optischen Elemente 3A, 3B eine eigene Führung mit einer eigenen Führungsbahn ausweisen würde, sondern verringert auch die Zahl der Bauteile der optischen Baugruppe 1. Die dadurch verringerte Komplexität der optischen Baugruppe 1 verringert die Fertigungskosten, was insbesondere im Hinblick auf eine Serienfertigung vorteilhaft ist.

Die gemeinsame Führungsbahn ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch zwei zueinander parallele Führungselemente in Form von Führungsstangen 11 , 13, an denen Lagerflächen 15, 17 und 19 bzw. 21 , 23 und 25 der Fassungen 5A, 5B anliegen, gebildet. Die Führungsstangen 11 , 13 bilden Führungsschienen, an denen die als Gleitflächen ausgebildeten Lagerflächen 15, 17, 19 und 21 , 23, 25 bei einer Stellbewegung der optischen Elemente 3A, 3B gleiten. Um das Gleiten zu erleichtern sind die Gleitflächen 15, 17, 19, 21 , 23, 25 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer die Reibung vermindernden Beschichtung versehen, beispielsweise mit einer PTFE-Beschichtung (PTFE: Polytetrafluorethylen). Zusätzlich oder alternativ können auch die Führungsstangen 11 , 13 mit einer reibungsvermindernden Beschichtung, beispielsweise einer PTFE-Beschichtung, versehen sein. Die Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23 und 25 stellen Lagerelemente dar, die zusammen mit den Führungsstangen 11 , 13 die Führung der optischen Baugruppe bilden. Die Lagerstellen selbst sind vorzugsweise als 3-Punkt- Kontakte aufgeführt, d.h. , die Führungselemente, hier die Führungsstangen 11 , 13, werden an drei Punkten ihres Querschnittes von den Lagerelementen, hier den Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23 und 25, kontaktiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass die Lagerflächen 17, 19 und 23, 25 eine V-förmige Nut bilden, die in der gewünschten Bewegungsrichtung verläuft und die der jeweils dritten Lagerfläche 15, 21 gegenüberliegt.

Obwohl die Führungsstangen im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, können sie grundsätzlich auf andere Querschnitte besitzen. Alternative Querschnitte sind bspw. elliptische Querschnitte, polygonale Querschnitte oder auch einen unregelmäßige Querschnitte, ohne dass die alternativen Querschnitte auf die genannten Querschnitte beschränkt sind.

Die Führungsstangen 1 1 , 13 werden bei einem Einbau der optischen Baugruppe 1 in eine optisches Gerät fest mit dem Gehäuse des optischen Gerätes verbunden, so dass die Führung definiert zur optischen Achse des optischen Gerätes, die typischerweise mit der optischen Achse OA der optischen Baugruppe zusammenfällt, erfolgt.

Um einen sicheren Kontakt der Lagerflächen 15, 1 , 19, 21 , 23, 25 mit den Führungsstangen 1 1 , 13 zu gewährleisten, sind die Fassungen 5A, 5B gegeneinander vorgespannt. Die zur Vorspannung in die Fassungen eingeleiteten Vorspannkräfte F werden vorzugsweise im Bereich der Kontaktstellen der Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23, 25 mit der jeweiligen Führungsstange 1 1 , 13 in die Fassungen 5A, 5B eingeleitet, um Verformungen der Fassungen 5A, 5B aufgrund der eingeleiteten Kräfte zu vermeiden oder zumindest möglichst gering zu halten.

In dem mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die optischen Elemente 3A, 3B in Fassungen 5A, 5B eingefasst. Es ist grundsätzlich aber auch möglich, auf die Fassungen 5A, 5B zu verzichten und die Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23, 25 direkt in den optischen Elementen 3A, 3B auszubilden. Jedoch sind die Materialien refraktiver optischer Elemente aufgrund ihres Verschleißverhaltens in der Regel nicht für den Bau von Lagerflächen mit dauerhaft guten Lager- und Gleiteigenschaften geeignet. Insofern ist die Anordnung der Lagerflächen 15, 17, 19, 21 , 23, 25 in den Fassungen 5A, 5B für die optischen Elemente 3A, 3B vorteilhaft. Im Hinblick auf das Führen der Fassungen 5A, 5B bei der Stellbewegung ist es vorteilhaft, wenn in beiden Fassungen 5A, 5B jeweils eine V-förmige Nut an den Führungsstangen 1 1 , 13 angreift. Zwar kann dies grundsätzlich dadurch erreicht werden, dass die Lagerflächen 15, 21 durch Lagerflächen wie die Lager 17, 19 und 23, 25 ersetzt werden, so dass an den Führungsstangen 1 1 , 13 einander gegenüberliegende V-förmige Nuten angreifen, jedoch geht dadurch der Vorteil der 3-Punkt-Lagerung, nämlich die Selbstzentrierung, verloren, und es wird die Reibung erhöht. Um trotzdem zu erreichen, dass aneinander gegenüberliegenden Seiten der Führungsstangen 1 1 , 13 V- förmige Nuten angreifen, besteht die Möglichkeit, die Fassungen 5A, 5B in Bereiche 27, 29 einzuteilen, wobei es vom jeweiligen Bereich 27, 29 abhängt, in welcher der Fassungen sich die V-förmige Nut befindet. In denjenigen Bereichen 29, in denen sich die V-förmige Nut 17, 19 in der in den Figuren 1 und 2 oben liegenden Fassung 5A befindet, weist die in den Figuren 1 und 2 unten liegende Fassung 5B eine ebene Lagefläche 15 auf und in denjenigen Bereichen 27, in denen sich die V-förmige Nut 23, 25 in der in den Figuren 1 und 2 unten liegenden Fassung 5B befindet, weist die in den Figuren 1 und 2 oben liegende Fassung 5A eine ebene Lagefläche 21 auf. Zudem ist es vorteilhaft, wenn wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, in denjenigen Bereichen 27, 29, in denen eine Fassung an der einen Führungsstange mit einer V-förmigen Nut anliegt, diese Fassung an der anderen Führungsstange mit einer ebenen Lagerfläche anliegt und umgekehrt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße optische Baugruppe wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 beschrieben.

Das zweite Ausführungsbeispiel für die optische Baugruppe 1 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Ausgestaltung der Führung für die geführte Bewegung des ersten optischen Elementes 3A und der geführten Bewegung des zweiten optischen Elementes 3B. Die optischen Elemente 3A, 3B selbst unterscheiden sich nicht von den optischen Elementen aus dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch die Fassungen 5A, 5B unterscheiden sich bis auf die Ausgestaltung der Lagerelemente, mit denen sie an der Führungsstange 1 1 gelagert sind, nicht. Die Lagerelemente des zweiten Ausführungsbeispiels sind als Gleitlagerbuchsen 31 A, 31 B ausgebildet, die auf dem Führungselement, welches wie im ersten Ausführungsbeispiel als Führungsschiene in Form einer Führungsstange 1 1 ausgebildet ist, gleiten. In der Fassung 5A sind mehrere derartige Gleitlagerbuchsen 31 A entlang der Ausdehnungsrichtung der Führungsstange 1 1 voneinander beabstandet hintereinander angeordnet. In der zweiten Fassung 5B sind Aussparungen 33B vorhanden, in denen sich die Gleitlagerbuchsen 31 A der ersten Fassung 5A entlang der Führungsstange 1 1 bewegen können. Die Ausdehnung der Aussparungen 33B entlang der Führungsstange 1 1 ist so groß gewählt, dass sich die Gleitlagerbuchsen 31 A der ersten Fassung 5A über den gesamten benötigten Stellweg des ersten optischen Elements 3A verschieben lassen. Entsprechend weist die zweite Fassung 5B ebenfalls eine Anzahl an Gleitlagerbuchsen 31 B auf, die sich in Aussparungen 33A der ersten Fassung 5A befinden. Die Aussparungen 33A weisen entlang der Ausdehnungsrichtung der Führungsstange 1 1 eine derartige Abmessung auf, dass die darin angeordneten Gleitlagerbuchsen 31 B der zweite Fassung 5B über den gesamten Stellweg des zweiten optischen Elements 3B entlang der Führungsstange 1 1 bewegt werden können. Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind auch im zweiten Ausführungsbeispiel zwei Führungsstangen vorhanden, von denen in den Figuren 3 und 4 jedoch lediglich eine dargestellt ist. Wie im Bereich der ersten Führungsstange 1 1 weisen die Fassungen 5A, 5B im Bereich der zweiten Führungsstange Gleitlagerbuchsen und Aussparungen auf, die ein Bewegen der Gleitlagerbuchsen über den gesamten Stellweg ermöglichen.

Im zweiten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel keine Vorspannung der Fassungen (5A, 5B) gegeneinander nötig, da die Lagerbüchsen 31 A, 31 B aufgrund eines Formschlusses den Kontakt zu den Führungsstangen nicht verlieren können.

Ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße optische Baugruppe ist in den Figuren 5 bis 7 dargestellt. Die optischen Elemente 3A, 3B des dritten Ausführungsbeispiels entsprechen denen der ersten beiden Ausführungsbeispiele. Sie werden daher nicht noch einmal beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden. Der Unterschied des dritten Ausführungsbeispiels zu den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen liegt in der Art der Führung, die bei der geführten Bewegung des ersten optischen Elements 3A und der geführten Bewegung des zweiten optischen Elements 3B die beiden optischen Elementen gemeinsame Führungsbahn bereitstellt.

Als Führungselemente sind im dritten Ausführungsbeispiel zwei Führungsschienen 35, 37 vorhanden, die jeweils eine V-förmige Nut 39, 41 aufweisen. Die Führungsschienen 35, 37 werden beim Einbau der optischen Baugruppe in ein optisches Gerät unmittelbar oder mittelbar am Gehäuse des Gerätes befestigt. In die V-förmige Nuten 39, 41 der Führungsschienen 35, 37 greifen als Lagerelemente dachkantenartige Abschnitte 43A, 45A, 43B, 45B der Fassungen 5A, 5B ein. Die Oberflächen der dachkantigen Abschnitte 43A, 43B, 45A, 45B sind Lagerflächen, die zusammen mit den ebenfalls Lagerflächen bildenden Oberflächen der V-förmigen Nuten 39, 41 jeweils ein Gleitlager bilden. Die gemeinsame Führungsbahn wird dabei durch die Führungsschienen 35, 37 mit den V-förmigen Nuten 39, 41 festgelegt.

Die dachkantenförmigen Abschnitte 43A, 45A, 43B, 45B erstrecken sich entlang der Führungsschienen 35, 37 nicht über die gesamte Ausdehnung der Fassungen 5A, 5B, sondern weisen jeweils Unterbrechungen 47A, 47B, 49A, 49B auf, in denen dann die dachkantenförmigen Abschnitte 43A, 45A, 43B, 45B der jeweils anderen Fassung 5A, 5B angeordnet sind (vgl. Figur 7). Die Unterbrechungen weisen dabei entlang der Führungsschienen 35, 37 Abmessungen auf, die größer sind als die Abmessungen der dachkantenförmigen Abschnitte in den jeweiligen Unterbrechungen 47A, 47B, 49A, 49B. Die Ausdehnung der Unterbrechungen 47A, 47B, 49A, 49B ist dabei so groß gewählt, dass die darin befindlichen dachkantenartigen Vorsprünge über den gesamten Stellweg des jeweiligen optischen Elements 3A, 3B entlang der Führungsschienen 35, 37 verschoben werden können. Die Leichtgängigkeit der Verschiebung der optischen Elemente 3A, 3B entlang der Führungsbahn lässt sich durch eine geeignete Vorspannkraft F einstellen, die die V-förmigen Nuten 37, 39 in Richtung auf die dachkantenartigen Abschnitte 43, 45 vorspannt.

Um die beiden Führungsschienen 35, 37 am Gehäuse eines optischen Gerätes, in welches die optische Baugruppe eingebaut werden soll, befestigen zu können, besteht die Möglichkeit, die Führungsschienen 35, 37 auf ein Trägerelement zu montieren (in den Figuren 5 bis 7 nicht dargestellt), welches dann wiederum an das Gehäuse des optischen Gerätes montiert wird. Das Trägerelement legt dann die Lage der optischen Baugruppe entlang der optischen Achse des optischen Gerätes fest. Außerdem ermöglicht sie die azimutale Ausrichtung der optischen Baugruppe, d.h. die Orientierung der optischen Baugruppe innerhalb einer zur optischen Achse senkrechten Ebene, sowie eine Zentrierung der optischen Baugruppe. Die Zentrierung und die Ausrichtung lässt sich in der Praxis beispielsweise durch eine Anschraubfläche, Zentrierbund und ein azimutales Bestimmungselement realisieren. Die Ablaufrichtung der Führungsbahn lässt sich somit eindeutig zur Schnittstelle des optischen Gerätes ausrichten bzw. in Bezug bringen.

Eine Abwandlung des in den Figuren 5 bis 7 darstellten Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemäße optische Baugruppe ist in Figur 8 dargestellt. Während in dem in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel die Oberflächen der dachkantenartigen Vorsprünge 43A, 43B, 45A, 45B zusammen mit den Oberflächen der V-förmigen Nuten 39, 41 Gleitlager bilden, sind die Lager in dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel als Wälzlager ausgebildet. Hierzu befinden sich zwischen den Oberflächen der dachkantenartigen Vorsprünge 43A, 43B, 45A, 45B Käfige mit Nadeln 53. Die Ausdehnung der Käfige entlang der Führungsschienen 35, 37 ist dabei geringer als die Ausdehnung eines dachkantenartigen Vorsprungs entlang der Führungsschienen. Durch geeignete Wahl der Abmessungen der Käfige 51 in Bezug auf die Ausdehnung der dachkantenartigen Vorsprünge 43A, 43B, 45A, 45B kann erreicht werden, dass die Käfige 51 bei ihrer Bewegung während des Verlagerns der optischen Elemente 3A, 3B den zur Verfügung stehenden Stellweg nicht unter den durch die Unterbrechungen 47A, 47B, 49A, 49B ermöglichten Stellweg begrenzen. Statt der mit Bezug auf Figur 8 beschriebenen Nadeln 53 können in den Käfigen 51 auch Rollen oder Kugeln angeordnet sein. Im Falle von Rollenkäfigen könnten Parallelrollenkäfige Verwendung finden, wobei die Ausgestaltung der Führung bis auf den Käfig im Wesentlichen der in Figur 8 dargestellten Ausführung entsprechen würde, oder Kreuzrollenkäfige, wobei die Lagerelemente statt dachkantenartiger Vorsprünge wie die Führungsschienen eine V-förmige Nut aufweisen würden. Nadelkäfige sind jedoch kompakter als Rollenkäfige, so dass Nadelkäfige im Hinblick auf den benötigten Bauraum gegenüber Walzenkäfigen vorteilhaft sind.

Für das Einleiten der zum Verlagern der die optischen Elemente 3A, 3B tragenden Fassungen 5A, 5B entlang ihrer Führungsbahn benötigten Stellkraft bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Die Einleitung einer die Verlagerung herbeiführenden Stellkraft kann bspw. durch die Kopplung eines linear wirkenden Antriebs, beispielsweise eines sogenannten Voice-Coil-Motors, eines Linearmotors, eines Piezoaktuators, eines Piezo-Schreit-Antriebs, etc., oder durch die Kopplung eines rotatorisch wirkenden Antriebs, etwa eines Gleichstrommotors, eines Schrittmotors, eines auf einem Piezo-Schreit- Antrieb beruhenden rotatorischen Antriebs, etc., und der Wandlung der rotatorischen Bewegung in eine lineare Bewegung, beispielsweise mittels eines Kurvengetriebes, eines Hebelgetriebes, eines Schraubgetriebes, eines Zugmittel-Getriebes, etc., erfolgen. Für die Aufbringung der entsprechenden Stellkräfte sind je nach Antrieb die Antriebskraft bzw. das Antriebsmoment ausreichend zu dimensionieren. Dabei sind insbesondere auch die auftretenden Reibungskräfte zwischen den Führungselementen und den Lagerelementen sowie ggf. Reibungskräfte im Getriebe oder einer Übersetzung zu berücksichtigen.

Die Fassungen 5A, 5B können entweder mittels eines gemeinsamen, an beiden Fassungen 5A, 5B angreifenden Antriebs oder jeweils mittels eines eigenen Antriebs bewegt werden. Die Verwendung eigener unabhängiger Antriebe bietet den Vorteil, dass ein zusätzlicher Freiheitsgrad zur Verfügung steht, der über den gesamten Stellweg zur Kompensation optischer Fehler genutzt werden kann. Im Ergebnis sind die Anforderungen an die Toleranzen der Einzelteile und die Justierung der Einzelteile geringer.

Ein Beispiel für eine optische Baugruppe 1 mit getrennten Antrieben für die Fassungen 5A, 5B ist in Figur 9 dargestellt. Die Führungsschienen 37, 39 sind auf einem Trägerelement 55 befestigt, welches in ein optisches Gerät eingebaut werden kann. Auf dem Trägerelement 55 sind zudem zwei Gleichstrommotoren 57A, 57B angeordnet, die jeweils auf eine der Fassungen 5A, 5B zum Einbringen der Stellkraft einwirken. Mittels eines Spindelgetriebes werden die rotatorischen Bewegungen der Gleichstrommotoren 57A, 57B in lineare Bewegungen der Fassungen 5A, 5B umgewandelt. Statt der Gleichstrommotoren können auch andere rotatorisch wirkende Motoren zur Anwendung kommen. Ebenso können anstelle rotatorisch wirkender Motoren Linearmotoren Verwendung finden, wobei dann auf das Getriebe zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung in eine lineare Bewegung verzichtet werden kann. Geeignete linear wirkende Antriebe sind neben Linearmotoren Piezoaktoren, Piezo-Schreit-Antriebe oder dergleichen. Bei der Verwendung von Piezoaktoren und Piezo-Schreit-Antrieben ist bei größeren Stellwegen im Millimeterbereich üblicherweise ein Hebelgetriebe erforderlich, da die Piezoaktoren in der Regel nur Stellbewegungen im Bereich von wenigen Mikrometern erlauben. Dafür sind jedoch sehr schnelle Verstellbewegungen mit hoher Dynamik möglich. Wenn Piezo-Schreit-Antriebe Verwendung finden, deren Funktionsweise auf dem Stick-Slip-Effekt beruht, ist es vorteilhaft, wenn Wälzlager bei der Führung zur Anwendung kommen, wie es mit Bezug auf Figur 8 beschrieben worden ist, damit die Stellbewegung sicher ausgeführt werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der stationäre Teil des jeweiligen Antriebs 57A, 57B auf dem Trägerelement 55 angeordnet, so dass die Stromkabel 58A, 58B zur Versorgung der Antriebe 57A, 57B keiner Bewegung folgen müssen. Fehlpositionierungen aufgrund von durch die Kabel in die bewegten optischen Elemente eingebrachten Kräften können so vermieden werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Position der optischen Elemente 3A, 3B entlang ihrer Führungsbahn detektiert werden kann. Da die optischen Elemente 3A, 3B fest mit den Fassungen 5A, 5B verbunden sind, reicht es aus, die Position der Fassungen 5A, 5B entlang der Führungsbahn mit einem absolut messenden System oder einem relativ messenden System plus einer Referenzmarke, beispielsweise einer Endlage, zu erfassen. Hierfür lassen sich beispielsweise an den Fassungen 5A, 5B Linearmaßstäbe mit integrierten oder separaten Marken für eine Endlage oder eine Referenzlage aufbringen. Die Linearmaßstäbe können dabei magnetisch oder optisch wirken. Die Sensorik, die aus einem Messkopf, einem Gabelkoppler oder einem Reflexkoppler bestehen kann, ist mit dem Trägerelement 55 fest verbunden.

Durch das Erfassen der Position der optischen Elemente 3A, 3B entlang der Führungsbahn wird es möglich, Regelkreise aufzubauen, durch die eine besonders genaue hohe Genauigkeit in der Positionierung der optischen Elemente 3A, 3B möglich wird. Für die Detektion der Endlagen und/oder Referenzlagen können beispielsweise schaltende Kontakte, Kontrastunterschiede, die beispielsweise mittels Reflexkoppler ausgewertet werden, optische Gabelkoppler, etc. Verwendung finden.

Obwohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Maßstab an den Fassungen 5A, 5B und die Sensorik auf dem Trägerelement 55 angeordnet sind, besteht auch die Möglichkeit der umgekehrten Anordnung, d.h. der Anordnung des Maßstabes an dem Trägerelement 55 und der Sensorik an den bewegten Fassungen 5A, 5B. Die ortsfeste Anordnung der Sensorik an dem Trägerelement 55 hat jedoch den Vorteil, dass keine elektrischen Verbindungen einer Bewegung folgen müssen, so dass Fehlpositionierungen aufgrund von durch Kabel in die bewegten optischen Elemente eingebrachten Kräften vermieden werden können.

In dem in Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Fassungen 5A, 5B jeweils mittels eigener Motoren bewegt. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, lediglich einen einzigen Motor vorzusehen, der auf beide Fassungen 5A, 5B einwirkt, um diese gegenläufig zueinander entlang der Führungsbahn zu verschieben. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Zugmittelgetriebes geschehen, wie es in Figur 10 gezeigt ist. Ein Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor 61 überträgt seine rotatorische Bewegung mittels eines Antriebsrades 63 auf ein umlaufendes Zugmittel, etwa ein Band, eine Kette, ein Seil, etc. Um die Richtung der linearen Bewegung zu ändern, sind entsprechende Umlenkrollen 65 vorhanden. In den Bereichen, in denen das Zugmittel 62 eine lineare Bewegung ausführt, sind Schnittstellen 67A, 67B vorhanden, über die das Zugmittel 62 mit der Fassung 5A bzw. der Fassung 5B gekoppelt ist. Um die Antriebslose gering zu halten, umfasst das Zugmittelgetriebe zudem eine Spannrolle 69, mit deren Hilfe das Zugmittel 62 gespannt werden kann. Das Anstellen der Spannrolle 69 kann dabei fest bei der Inbetriebnahme des optischen Bauelements erfolgen, wobei von Zeit zu Zeit eine Überprüfung erfolgen sollte. Alternativ kann eine automatische Anstellung erfolgen, die beispielsweise durch einen permanent wirkenden Federmechanismus, welcher das Zugmittel 62 auf Spannung hält, bewirkt werden kann.

In der in Figur 10 gezeigten Darstellung des Zugmittelgetriebes liegt das Zugmittel 62 lediglich am Antriebsrad 63 an. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Zugmittel 62 das Antriebsrad 63 mehrfach umschlingt, wodurch die Antriebslose bei Richtungsumkehr minimiert werden kann.

Eine weitere Ausführungsvariante eines rotatorischen Antriebes mit einem die rotatorische Antriebsbewegung in eine lineare Bewegung umsetzenden Getriebe ist in Figur 1 1 gezeigt. Diese Figur zeigt ein Bauteil 71 des Gehäuses eines optischen Gerätes, an dem Führungsstangen 1 1 , 13 einer erfindungsgemäßen optischen Baugruppe befestigt sind. Die Fassungen 5A, 5B weisen Lagerelemente 73A, 73B, 75A, 75B auf, die mit Bohrungen versehen sind, durch die sich die Führungsstangen 1 1 , 37 erstrecken. In den Bohrungen befinden sich die Führungsstangen 1 1 , 13 umgreifende Kugelkäfige 77, d.h. es ist eine Wälzlagerführung realisiert. Die Käfige 77 liegen bei einer Verlagerung einer Fassung 5A, 5B um einen bestimmten Stellweg jeweils einen Weg zurück, der der Hälfte des Stellwegs entspricht. Wie im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Kontakt zwischen den Lagerelementen 73A, 73B, 75A, 75B und den Führungsstangen 1 1 , 13 aufgrund von Formschluss gewährleistet, so dass keine Vorspannung zu erfolgen braucht. In dem in Figur 1 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor 79 als rotatorischer Antrieb vorhanden, der auf eine Wippe 80 einwirkt. Die beiden Enden der Wippe 80 sind jeweils über eine Zug- Druck-Stange 81 A, 81 B mit einer der Fassungen 5A, 5B verbunden. Die Wippe 80 und die Zug-Druck-Stangen 81 A, 81 B bilden ein Flebelgetriebe, mit dessen Hilfe die rotatorische Bewegung des Gleichstrommotors oder Schrittmotors 79 in die lineare Bewegung der Fassungen 5A, 5B umgewandelt wird. An den Gelenkstellen 82 des Flebelgetriebes können Drehfedergelenke eingesetzt werden, um zu erreichen, dass die rotatorische Bewegung des Gleichstrommotors oder ein Schrittmotors 79 möglich spielfrei in die lineare Bewegung umgewandelt wird. Die Drehfedergelenke lassen sich in eine Richtung Vorspannen und ermöglichen so eine weitgehend spielfreie Bewegungsumwandlung.

Zusätzlich zu der bisher beschriebenen Bewegung entlang einer gemeinsamen Führungsbahn besteht die Möglichkeit einer Bewegung der beiden optischen Elemente quer zu ihrer gemeinsamen Führungsbahn. Bspw. im Falle von optischen Elementen mit Freiformflächen kann auf diese Weise das Korrekturfeld für optische Fehler erweitert werden, bzw. Führungsfehler der Flauptführung können kompensiert werden. Hierfür sind weitere Antriebe, bzw. Führungen für die Querrichtung erforderlich.

Bisher wurden lediglich Ausführungsbeispiele für optische Baugruppen mit zwei entlang einer gemeinsamen Führungsbahn geführten optischen Elementen beschrieben. Die Erfindung kann aber auch zur Führung von mehr als zwei optischen Elementen entlang einer gemeinsamen Führungsbahn zum Einsatz kommen. Ein Ausführungsbeispiel für eine optische Baugruppe mit drei entlang einer gemeinsamen Führungsbahn geführten optischen Elementen ist schematisch in Figur 12 dargestellt. Zwischen zwei äußeren Fassungen 5A, 5B mit optischen Elementen befindet sich eine dritte Fassung 5C mit einem weiteren optischen Element. Die Fassungen 5A, 5B, 5C sind jeweils mittels Lagerelementen 83A, 83B, 83C bspw. in Form von Gleitlagerbuchsen an einer Führungsstange 1 1 verschiebbar gelagert. Zwischen den Lagerelementen 83A, 83B, 83C einer Fassung 5A, 5B, 5C sind jeweils Unterbrechungen 85A, 85B, 385C vorhanden, die es den Lagerelementen 83A, 83B, 83C der anderen Fassungen 5A, 5B, 5C ermöglichen, innerhalb der Unterbrechung 85A, 85B, 85C entlang der Führungsstange 1 1 verschoben zu werden. Wie ein Fachmann ohne weiteres erkennt, kann dieses Konzept auch auf optische Baugruppen mit mehr als drei optischen Elementen übertragen werden.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in Ausführungsvarianten der Erfindung im Falle von drei oder mehr optischen Elementen in einer optischen Baugruppe zwar alle optischen Elemente bzw. deren Fassungen entlang einer gemeinsamen Führungsbahn geführt werden können, dies aber im Rahmen der Erfindung nicht zwingend der Fall sein muss. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weisen jedoch wenigstens zwei der optischen Elemente einer optischen Baugruppe bzw. deren Fassungen eine gemeinsame Führung auf. Es besteht bei mehr als zwei optischen Elementen auch die Möglichkeit, dass diese jeweils paarweise eine gemeinsame Führung aufweisen. Die Bewegungsrichtung der geführten Bewegung eines Paares kann mit der eines anderen Paares übereinstimmen oder in einem Winkel dazu verlaufen, beispielsweise 90°. Auf diese Weise kann bspw. ein Zoomsystem aufgebaut werden, das unterschiedliche Abbildungsfehler korrigiert, in das unterschiedliche Abbildungsfehler eingebracht werden, oder in dem Abbildungsfehler im Zusammenhang mit der optischen Vergrößerung oder einer ähnlichen Größe korrigiert werden. Ein optisches Element kann grundsätzlich auch zwei Paaren angehören, bspw. wenn die Führungsstangen oder Führungsschienen des einen Paares entlang der Führungsbahn des anderen Paares verschiebbar sind.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von exemplarischen Ausführungsbeispielen zu Erläuterungszwecken im Detail beschrieben. Ein Fachmann erkennt jedoch, dass von den beschriebenen Ausführungsbeispielen im Rahmen der vorliegenden Erfindung abgewichen werden kann. Die Erfindung soll daher nicht durch die Ausführungsbeispiele definiert werden, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche. Bezugszeichenliste

I optische Baugruppe

3 optisches Element

5 Fassung

7 Planfläche

9 Freiformfläche

I I Führungsstange

13 Führungsstange

15 Lagerfläche

17 Lagerfläche

19 Lagerfläche

21 Lagerfläche

23 Lagerfläche

25 Lagerfläche

27 Abschnitt

29 Abschnitt

31 Gleitlagerbuchse

33 Aussparung

35 Führungsschiene

37 Führungsschiene

39 V-förmige Nut

41 V-förmige Nut

43 dachkantenartiger Vorsprung

45 dachkantenartiger Vorsprung

47 Unterbrechung

49 Unterbrechung

51 Käfig

53 Nadel

55 Trägerelement

57 Motor

58 Strom kabel

59 Spindelgetriebe

61 Motor 62 Zugmittel

63 Antriebsrad 65 Umlenkrolle 67 Schnittstelle 69 Spannrolle

71 Bauteil

73 Lagerelement 75 Lagerelement 77 Käfig

79 Motor

80 Wippe

81 Zug-Druck-Stange

82 Gelenkstelle

83 Lagerelement