Messen und Justierdrehen von optischen Baugruppen

Das Justierdrehen ist das einzige Verfahren, mit dem alle relevanten Parameter einer gefassten Linse justiert werden können, insbesondere auch der Abstand zwischen beiden Scheitelpunkten und der Anlagefläche. Außerdem kann eine große Anzahl unterschiedlicher Fassungsgrößen bearbeitet werden. Und zu guter Letzt erreichen hochpräzise Drehmaschinen sehr gute Fertigungsgenauigkeiten von bis zu 0,5 μm. Das Justierdrehverfahren wird in den nachfolgenden Abbildungen (Abb. 3) beschrieben.
Beim Justierdrehen wird als erstes die Linsenfassung mit der eingeklebten Linse in ein Justierfutter eingespannt und anschließend die Lage der optischen Achse der Linse zur Spindelachse mit dem OptiCentric® System gemessen. Mit Hilfe des Justierfutters wird die Linse dann so ausgerichtet, dass ihre beiden Krümmungsmittelpunkte möglichst genau auf der Drehachse der Spindel liegen.

Abb.1: Die optischen Achsen der Linsen stimmen nicht mit der Achse des Objektivtubus überein, Linsenabstände sind nicht korrekt
Abb.1: Die optischen Achsen der Linsen stimmen nicht mit der Achse des Objektivtubus überein, Linsenabstände sind nicht korrekt
Abb. 2: Die optischen Achsen stimmen mit der Tubusachse überein, die Linsenabstände sind korrekt
Abb. 2: Die optischen Achsen stimmen mit der Tubusachse überein, die Linsenabstände sind korrekt
Prozess des Justierdrehens. A) Optische Achse der Linse wird ermittelt, B) und C) Fassung wird zur optischen Achse der Linse ausgerichtet, der Rand der Fassung wird so bearbeitet, dass er parallel zur optischen Achse steht.)
Abb. 3: Prozess des Justierdrehens. A) Optische Achse der Linse wird ermittelt, B) und C) Fassung wird zur optischen Achse der Linse ausgerichtet, der Rand der Fassung wird so bearbeitet, dass er parallel zur optischen Achse steht.)

Anschließend wird die Spindel gedreht und die Anlageflächen der Fassung werden mit einem scharfen (Diamant-) Drehmeißel bearbeitet.

Hierdurch entsteht eine präzise bearbeitete Oberfläche der Fassung, die parallel zur Spindelachse ausgerichtet ist. Neben der Außenfläche der Fassung können beim Drehvorgang auch die vordere und hintere Anlagefläche bearbeitet werden. Dazu wird das Drehwerkzeug nicht entlang der optischen Achse, sondern senkrecht zur Spindelachse bewegt. Beim Justierdrehen ist die Linse bereits in ihrer Fassung fixiert. Das bedeutet, dass für sehr präzise Optiken spannungsarme Klebstoffe mit sehr langen Aushärtezeiten verwendet werden können. Ebenso können die Linsen gebördelt oder durch Schraubringe gehalten werden, wenn die verfügbaren Klebstoffe für die geplante Anwendung nicht geeignet sind. Da die Linse zu Beginn des Prozesses ausgerichtet wurde, liegen die optische Achse der Linse und die mechanische Achse der Fassung präzise übereinander, wenn diese auf der Drehmaschine entsprechend der optischen Achse der Linse bearbeitet werden. Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, hat TRIOPTICS neben hochauflösenden Autokollimatoren weitere Messtechnik in seine Justierdrehmaschinen integriert. Hierzu zählen taktile und optische Abstandsmesser, welche eine hochgenaue Messung der relevanten mechanischen Parameter gewährleisten. So wird höchste Präzision durch einen schrittweisen Bearbeitungsprozess erreicht, bei dem die Fassungsgenauigkeit nach jedem Bearbeitungsschritt überprüft wird. Die beim Justierdrehen eingesetzten Fassungen müssen vor der Bearbeitung keine außergewöhnlich engen Toleranzen erfüllen. Das Aufmaß muss lediglich groß genug sein, um die geforderte Toleranz nach der Bearbeitung zu erfüllen. Der Abstand des Linsenvertex zur oberen Anlagefläche kann mit einer Genauigkeit von bis zu ±0,5 μm gefertigt werden. Ebenso kann der Durchmesser mit einer absoluten Genauigkeit von bis zu ±2 μm gefertigt werden. Der verbleibende Zentrierfehler lässt sich beim Einsatz eines geeigneten Justierfutters auf weniger als 0,5 μm verringern. Zudem kann mit einem Kurzkohärenzinterferometer die Mittendicke der gefassten Linse auf der Maschine gemessen werden, so dass die Anlageflächen jeweils hochgenau in Bezug zu jeder einzelnen Linse gefertigt werden können. Mehrere durch Justierdrehen gefertigte, gefasste Linsen können übereinander in einen Tubus eingesetzt werden. Durch die Art der Bearbeitung im Mikrometerbereich ist die Ausrichtung aller Linsen zueinander sichergestellt. Dadurch können gefasste Linsen ohne weitere Justageschritte in einen Tubus montiert werden.

Produkte für das Zentrierdrehen von gefassten Linsen: