CN1702442A - 显示偏心测量结果的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种显示光学系统中的偏心的测量结果的方法，其中透镜系统中的每个透镜元件的表面的偏心量可被显示，并且显示的偏心量可以是放大的偏心量。另外，利用比例系数，可显示透镜系统的截面图。

Description

显示偏心测量结果的方法
技术领域
本发明涉及显示光学系统中的偏心测量结果的方法。更具体地说，至少一个例证实施例涉及显示，分析和改进多透镜系统的偏心。
背景技术
根据(例如Yoshiya MATSUI和Masayuki USUI，Kougakukei noHenshin Sokutei ni Tsuite[Measurement of Eccentricity in an OpticalSystem]，Optical and Electro-Optical Engineering Contact，vol.13，No.11，pp.11-20)，测量偏心的常规方法可被总结为与特殊透镜和测量技术相关的三种方法：
(1)与在旋转透镜的时候，测量偏心相关的方法；
(2)与固定透镜的测量中使用的多次反射的光线相关的方法；和
(3)与固定透镜的图像旋转体测量相关的方法。
所有这些方法借助自准直，把指示符(indicator)投射到待测量面的表观(apparent)曲率中心，并相对于测量基准轴，根据来自该表面的反射图像的状态(偏移量和位移量)，计算偏心量。
方法(1)在旋转待测量透镜的时候测量偏心。方法(1)的优点是可用简单的结构实现高精度测量，但是缺点是它不能准确地测量包含可移动部件，比如变焦透镜的透镜系统的偏心。为了移动可移动部件，包含可移动部件的透镜系统需要在滑动部分周围的微小空隙。于是，在旋转待测量透镜系统的时候，测量偏心的方法改变透镜的重心(weighted)位置，从而改变偏心的状态。
方法(2)利用已在半反射镜和待测量透镜之间实现多次通过的光线。方法(2)不旋转待测量的透镜，从而它能够测量包含可移动部件的透镜系统的偏心。但是，由于测量光线多达6次地通过半反射镜，因此光强度的损失是一个严重的问题(例如日本专利公报No.3-054287)。
通过利用图像旋转体，方法(3)能够在不旋转待测量的透镜系统的情况下测量偏心。另外，由于光线穿过半反射镜的次数较小，因此光的损失较小。在例如日本专利公报No.51-009620，7-081931和7-039982，以及日本专利No.2621119中公开了关于这种方法的建议。
另一种透镜偏心测量系统通过相对移动自准直光学系统和待测量透镜，测量偏心(例如日本专利特许公开No.4-190130)。
在说明的常规系统中，没有公开关于分析偏心的测量结果的方法和显示偏心的测量结果的方法的任何具体提议。
光学系统的偏心的测量最初目的在于分析待测量的透镜系统中的哪个元件偏心，该元件的偏心有多大，以及在于获得有效信息来处理偏心问题。在系统的偏心的测量中，即使待测量透镜系统的每个表面的偏心被准确测量，只把每个表面的偏心的测量结果显示成数值仍然不足以容易地确定偏心状态，并获得解决偏心问题的有效信息。
这是因为对于偏心量中的平行偏心分量和倾斜(slop)偏心分量，存在坐标系统的各种定义(例如直角坐标系，极坐标系，坐标轴的方向，和原点的位置)，所述两种分量都是显示指示偏心状态的数值所需的，一种偏心状态的数值可随着选择的定义而变化。另外，即使选择的定义被明确指出，本领域的普通技术人员也难以准确并且容易地确定系统的偏心状态。
为了分析特别是包括多个透镜组，例如变焦透镜的透镜系统的偏心状态，必须把偏心分成由整个透镜系统的第一偏心分量，每个透镜组的第二偏心分量，和每个透镜组中的每个透镜元件的第三偏心分量组成的三个偏心分量，并且相对于处于设计基准状态的透镜系统确定每个偏心分量是如何存在的。只利用出自偏心测量结果的显示数值，很难确定和显示透镜系统的偏心的细节(例如，倾斜部件的位置，倾斜点的位置，倾斜的程度和方向)。
发明内容
本发明提供一种显示光学系统的偏心测量结果的方法。在至少一个例证实施例中，观察人员可使用该方法容易地确定所述测量。
根据本发明的一个方面，提供一种显示透镜系统的偏心测量结果的方法，包括：顺序把指示符投射到多个待测量表面的每个设计表观曲率中心的位置，所述表面包括在待测量的透镜系统中；显示每个待测量表面的偏心量，根据指示符的反射图像的状态确定偏心量，所述反射图像反射自每个待测量表面。偏心量可被显示，使得利用放大系数放大偏心量，放大系数表示乘以偏心量的放大量，在透镜的截面图中表现(represent)放大的偏心量，放大系数不同于显示透镜的比例系数。
参考附图，根据例证实施例的下述说明，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
根据下面的详细说明和附图，能够更充分地理解例证实施例。
图1图解说明根据至少一个例证实施例的测量偏心的设备的示意图。
图2图解说明观察系统的视觉范围。
图3图解说明根据至少一个例证实施例的显示偏心测量结果的方法的流程图。
图4图解说明根据至少一个例证实施例的在X-Y平面和X-Z平面具有过大的偏心的透镜系统的截面图。
图5图解说明图4中所示的坐标系。
图6图解说明根据至少一个例证实施例的具有和线性对准的透镜元件相关的过大偏心的透镜的截面图。
图7图解说明根据至少一个例证实施例的方法的步骤。
图8图解说明根据至少一个例证实施例的方法的其它步骤。
具体实施方式
例证实施例的下述说明本质上只是对本发明的举例说明，并不是对本发明，其应用或用途的限制。
本领域的普通技术人员已知的过程，技术和材料不再详细说明，但是意图在恰当的情况下成为说明书的一部分。
下面参考附图说明本发明的实施例。
图1图解说明根据至少一个例证实施例的测量偏心的设备的示意图。该设备使用根据至少一个例证实施例的显示偏心测量结果的方法。虽然图1图解说明可移动平台(movable stage)系统的使用，不过例证的实施例并不局限于可移动平台系统。同样地，根据至少一个例证实施例，显示偏心测量结果的方法可以是任何系统，只要(例如通过如图1中所示的自准直，或者本领域的普通技术人员已知的其它技术)获得关于待测量透镜系统的表观曲率中心的位置的信息即可。
在图1中，利用朝着待测量的透镜系统L投射的光源R的光束照亮指示符图T。反射光通过准直器物镜K，在准直器物镜K，透射光经由半反射镜(half mirror)(分光镜)H被重定向到表面图I，在表面图I上形成第一图像。注意准直器物镜K是可替换的，可根据待测量表面的表观曲率半径改变其焦距。
除了来自透镜系统的指示符图T的反射图像之外，第一图像(指示符图T的图像)还直接从半反射镜H被投射到表面图I上，形成第二图像。在至少一个另外的例证实施例中，代替指示符图本身被投射，指示符图T上的一个图像可被投射。由于通过用新的准直器物镜K替换准直器物镜K，可改变指示符图T的投射图像，因此准直器物镜K的位置在垂直于测量基准轴C的方向K1上是可调节的，使得指示符图T的图像出现于测量基准轴(测量轴)C中。
在图1中所示的例证实施例中，透镜系统L可包括多个透镜表面1～V，并且可被固定到用于安装透镜的底座M上。测量偏心的人员观察表面图I上的第一和第二图像之间的偏移量(位移量)。可通过目镜E观察偏移量。在所示的实施例中，指示符图T和图像形成表面图I到半反射镜H的中心距离相等。第二图像形成于图像形成表面图I上，使得图像被反转，并且与实物一样大小。图2表示观察系统的视觉范围200，指示符图T的反射图像，第一图像210的中心简单表示为“+”。在该特定的例证实施例中，就位于图像形成表面图I220的中心的第二图像来说，存在位移量ΔY′和ΔZ′。
光源R，指示符图T，半反射镜H，准直器物镜K，图像形成表面图I，和目镜E构成自准直光学系统U。为了测量偏心，自准直光学系统U和透镜系统L之间的相对距离沿着测量基准轴C被改变，指示符图T的图像被投射到透镜系统L的每个表面的表观曲率中心CV的位置。表观曲率中心CV由计算偏心的计算设备P计算，并且依次从第一到第五表面测量偏心量。
这里使用的术语“表观曲率中心的位置”是借助具有近轴(paraxial)计算的计算设备P，根据透镜系统L的设计数据(例如，每个表面的曲率半径，间隔，折射率和有效孔径)计算的，相对于透镜系统L的第一表面测量的曲率中心的位置。术语“表观曲率半径”由待测量表面的表观顶点的位置(表面的位置)和表观曲率中心的位置之间的距离定义。
底座M可被倾斜，使得其安装面M1被调整，从而垂直于测量基准轴C。底座M可被固定到可移动平台S上，可移动平台S可沿着垂直于测量基准轴C的方向S1(例如纸面上下的方向和/或进出纸出的方向)移动。可移动平台S操作上与可移动平台Q连接，可移动平台Q可沿着测量基准轴C的方向Q1移动。于是，底座M可沿着两个轴，即图1中的垂直方向(纸面上下的方面)和图1中(水平)垂直的方向(纸面从左到右的方向)移动。可移动平台Q能够在导轨N上在图1中水平移动。图1的水平轴被称为x轴，透镜系统L的第一表面的顶点被指定为坐标系的原点。沿着x轴到原点左侧的距离被取为负值，到右侧的距离被取为正值。图1中的垂直轴被指定为和x轴具有相同原点的y轴。z轴完成右手定则，并且垂直于x轴和y轴。
沿着测量基准轴C延伸的导轨N可由精密材料(例如不锈钢，铝，塑料，或者本领域的普通技术人员已知的供精密光学系统中使用的其它精密材料)制成。例如在所示的例证实施例中，可以使用精密合金，使得导轨N是坚固的平直板。在这样的例证实施例中，置于其上的可移动平台S和Q可具有低的误差级(例如，相对于每个平台的一米的行程，10秒～20秒的斜度误差)。对于更高的精度来说，每个平台可被形成为具有由精密材料形成的轴(例如由陶瓷或天然深成岩制成的经机械加工制成的柱状物)。另外，可以使用空气轴承系统，得到误差减小的系统(例如，相对于每个平台的一米的行程，5″或者更小的斜度误差)。
下面说明根据至少一个例证实施例的测量偏心的过程，所述过程包括下述步骤：
(1)把可替换的准直器物镜K安装在自准直光学系统U中。准直器物镜K被固定，使得指示符图T的投射图像出现在测量基准轴C中；
(2)底座M被倾斜，以便基本垂直于测量基准轴C；
(3)调节可移动平台S，使得底座M的垂直中心近似地与测量基准轴C相交。在该位置，出现在检测设备W上的y和z的值直接与基准原点的y和z坐标相关；
(4)把透镜系统L放置在底座M上。移动可移动平台Q，使得指示符图T的图像形成于透镜系统L的第一表面的顶点。在该位置，出现在检测设备W上的x轴的值被设定为基准原点的x坐标。
(5)根据设计基准状态(不存在任何偏心的状态)下的透镜系统L的设计数据，计算设备P计算第一个到最后一个表面中每个表面的设计表观曲率中心的位置，表观顶点，和曲率半径，透镜系统L的第一个表面的顶点是基准原点。
(6)移动可移动平台Q，使得指示符图T的投射图像被投射到计算的每个待测量表面的设计表观曲率中心的位置，同时检查出现在检测设备W上的x轴方向的行程量；
(7)在观察系统的图像形成表面(图像形成表面图I)中形成指示符图T的反射图像，即第一图像，并通过目镜E观察该反射图像；和
(8)当待测量的表面是偏心的时，第一图像偏离图像形成表面图I的原点，图像形成表面图I的原点可对应于第二图像的位置。为了确定位移，移动可移动平台S，使得第一图像具有图像形成表面图I的原点，在一些例证实施例中，图像形成表面图I的原点是第二图像的位置。在y和z方向上，可移动平台S到该位置的行程量ΔY和ΔZ由检测设备W检测，检测值随后被发送给计算设备P。这些值对应于测量的表观曲率中心的位置。
如果在透镜系统L中不存在任何偏心，并且透镜系统L的光轴与测量基准轴C一致，那么投射到设计表观曲率中心的位置的指示符图T的光束被待测量表面反射，并沿着通向该表面的光路返回。返回的光束由半反射镜H分成两部分；一部分将形成在指示符图T上，另一部分将形成于图像形成表面图I上，图像形成表面图I到半反射镜H的距离和指示符图T到半反射镜H的距离相同，并且属于目镜系统。当在透镜系统L中不存在任何偏心，并且透镜系统L的光轴与测量基准轴C一致时，反射图像(第一图像)与位于观察系统的图像形成表面图I的中心，或者在一些例证实施例中，第二图像的中心相符。
如果在透镜系统L中存在偏心，那么第一图像偏离观察系统的图像形成表面图I的中心，或者在一些例证实施例中，第二图像的中心。在该实施例中，检测设备W检测可移动平台S的行程量，计算设备P计算实际的表观曲率中心的位置。检测设备W通过从传感器，例如在每个平台中沿x、y和z轴布置的磁性标度尺读取关于行程量的信息，检测行程量。在该实施例中，可移动平台S相对于测量基准轴C的行程量ΔY和ΔZ(平行偏心)和在待测量表面的表观曲率中心的位置的平行偏心量相同。
就前面提出的方法来说，为了确定平行偏心ΔY和ΔZ的数量，在待测量表面的表观曲率中心的位置，观察系统中的曲率中心的反射图像(第一图像)的位移量ΔY′和ΔZ′被检测，检测值被乘以准直器物镜的投射放大倍率，由于反射图像被加倍，因此所得到的值被除以2。于是，当准直器物镜被新的准直器物镜替换，或者其焦距被改变时，每次透镜被更换或者焦距被改变时，必须在计算前把准直器物镜的投射放大倍率改变到预定的放大倍率。
在根据至少一个例证实施例的至少一种方法中，独立于准直器物镜的投射放大倍率计算平台的行程量ΔY和ΔZ，即行程量等于待测量表面的表观曲率中心的位置的平行偏心量。从而在至少一个实施例中，计算设备P使用的计算算法可比常规方法中使用的算法简单。在其它例证实施例中，为了提高精度，算法可和常规使用的算法一样复杂或者更复杂。
图3的流程图中表示了根据至少一个例证实施例的分析和显示方法。
在步骤S1中，透镜系统L的已知数据(例如曲率半径，表面的间隔，折射率，和光束的有效孔径)被输入计算设备P。如果透镜系统L包括多个透镜组(例如变焦透镜)，那么单个透镜组的信息被一起输入。如果这样的数据被预先输入，那么省略步骤S1。
在步骤S2中，设定显示整个透镜系统L的截面图的比例系数(scalingfactor)，使得透镜系统L的截面图被显示在计算设备P的显示屏幕上。另外，截面图可以恰当的尺寸被输出给输出设备J中的输出介质(例如一张纸)。通过根据指示透镜系统L的表面之间的间隔的数据，计算光轴上的尺寸，计算以恰当的尺寸在显示屏幕上显示透镜系统L的截面图的比例系数。根据指示有效孔径的数据计算垂直(水平)方向上的尺寸。在备选的例证实施例中，显示的比例系数可以是选择值，并且可在计算设备P的操作之前或者之中确定。
在步骤S2中，还设定放大显示的偏心的放大系数。该放大系数的设置可与偏心容限相关。例如，假定透镜的有效孔径为20mm，为了在显示的偏心被放大的透镜的截面图中显示最大有效孔径内的±10mm下的±0.1mm的偏心误差，放大偏心的放大系数为10除以0.1，即100倍。从而，在该特定例子中，测得的偏心被乘以为100的放大系数，以便得以扩大的显示偏心。
在至少一个例证实施例中，如果一个透镜系统L的偏心的测量结果与具有等同的偏心误差的另一透镜系统L的偏心测量结果相比较，那么扩大的显示偏心应类似，从而在该特定的例证实施例中，放大倍率基本相同。
在步骤S3中，从测量偏心的设备获得关于透镜系统L的每个表面的表观曲率中心的信息。获得该信息的一种途径可以是从设备连续获得测量结果，或者通过把指示测量的偏心的测量值的信息保存在记录介质上并取回保存的信息。各种存储介质可被用于保存信息(例如盘，磁带，CD，DVD，RAM，SDRAM，闪速存储器，和本领域的普通技术人员已知的其它存储介质)。
在步骤S4中，根据输入的透镜系统L的已知数据和指示每个表面的测得的表观曲率中心的信息，(例如借助光学计算并关于选定数目的透镜表面)计算实际的曲率中心的位置。在至少一个例证实施例中，(例如通过自准直)能够测量表观曲率中心，并且(例如借助光学近轴计算)，根据物点和像点之间的关系可计算实际曲率中心。
在步骤S5中，计算每个透镜元件的光轴。光轴由连接每个透镜元件的第一表面(面对物体的表面)的实际曲率中心和第二表面(面对成像的表面)的实际曲率中心的直线定义。
在至少一个例证实施例中，光轴被定义为一条直线，该直线相交的两个表面(例如第一透镜表面和第二透镜表面)的法线之间定义的角度变得最小。
在步骤S6中，设置最适合于整个透镜系统和每个透镜组的评估轴。在至少一个例证实施例中，评估轴可被确定为代表整个透镜系统和每个透镜组的平均轴(mean axis)，或者可由任意输入值设定。
设定起评估轴作用的平均轴的方法有几种，下面描述的或者本领域的普通技术人员已知的任何方法预定适合至少一个例证实施例。下面是确定评估轴的方法的几个例子：
借助最小化方法(例如最小二乘法)，确定满足与将为其设置评估轴的透镜组中的每个表面的曲率中心的差异是最小值的直线；
借助最小化方法(例如最小二乘法)，确定满足与将为其设置评估轴的透镜组中的每个透镜元件的光轴的中心的差异是最小值的直线；和
计算将为其设置评估轴的透镜组中的每个透镜元件的光轴上的倾斜偏心分量的数量的简单平均，和平行偏心分量的数量的简单平均。
同样地，在至少一个例证实施例中，上述用于获得直线光轴(直线和两个透镜表面的相交形成的角度被最小化)的方法也可被用于定义平均轴。例如，利用最小二乘法，或者本领域的普通技术人员已知的其它最小化方法能够实现角度的最小化，所得到的光轴被用作平均轴。
在至少一个其它的例证实施例中，平均轴的另外的定义可使用角度和折射率加权(weights)。例如角度可被定义在与将为其设置评估轴的透镜组中的每个表面相交的直线和在每个交点的法线之间。折射率加权可由相关表面的前面和其后面的折射率的差异定义。从而，角度和折射率加权的值的乘积可被最小化(例如利用最小二乘法)。
在步骤S7，计算设备P和整个透镜系统的评估轴能够计算透镜系统L的每个透镜元件的光轴。随后应用放大(扩大)每个透镜组的偏心量的放大系数，并在计算设备P的显示屏幕上显示偏心放大(扩大)的透镜系统的截面图。术语“扩大”或“放大”被用于指的是已被乘以放大系数的修改的计算偏心。上下文中术语“比例系数”被用于修改供显示的截面图。这两个术语，放大系数和比例系数被独立取值，从而放大系数不必与比例系数是相同的值。
根据指示透镜系统性质(例如曲率半径，有效孔径)的数据，确定处于部存在偏心的设计基准状态的每个透镜的形状，两个表面之间(包括这两个表面)的间隔构成透镜系统中的一个透镜元件。确定的透镜形状随后被乘以用于显示透镜形状的比例系数，并计算代表每个透镜元件的透镜形状的坐标数据。每个透镜元件的计算光轴和测量的基准轴之间的差异是偏心量。每个透镜元件的偏心量中的平行偏心量和倾斜偏心量的切线分量都被乘以放大偏心的放大系数，以便计算用于显示放大的偏心的平行偏心和倾斜偏心。通过座标变换计算偏心状态下的透镜形状的坐标。
根据偏心状态下的每个透镜元件的数据，可在显示屏幕上显示偏心放大的透镜的截面图，所述数据被进行座标变换。显示偏心放大的透镜的每个透镜元件的截面图以及每个透镜元件的光轴，使观察人员能够容易地确定是否存在偏心。
另外，响应以基于选择的指令，在偏心放大的透镜的截面图中可显示或隐藏整个透镜系统的评估轴，每个透镜组的评估轴，和处于不存在任何偏心的设计基准状态的透镜。例如，使用用户接口(例如鼠标，键盘)的用户能够选择显示设计基准状态。
在步骤S8，从偏心放大的透镜的显示截面图，确定在透镜系统L中是否存在超过设定的偏心容限的偏心。如果存在这样的偏心，那么再次测量偏心，以便确定是在透镜系统L中实际存在大的偏心误差，还是该偏心起源于测量误差。如果重新测量得到相同的结果，那么确定在透镜系统L中实际存在大的偏心误差。
在步骤S9，根据需要，偏心放大的透镜的截面图从输出设备J输出给记录介质，例如一张纸，磁性记录介质，或者光学存储介质。输出偏心放大的透镜的截面图的方法的例子包括从打印机表现该截面图，即将其打印出，和以在另一个人计算机等中可显示的格式，例如位图格式或者联合图像专家组(JEPG)格式，将其输出给磁性记录介质，光学存储介质，或者本领域的普通技术人员已知的其它电子存储介质。
在步骤S10，根据需要，和偏心量相关的数值数据从输出设备J输出给记录介质。输出数值数据的方法的例子包括打印该数值数据，和平行偏心分量和倾斜偏心分量的组合的方法，和以在另一个人计算机等中可显示的文本格式将其输出给记录介质。
下面说明由根据至少一个例证实施例的方法显示的透镜系统的截面图的例证例子。其它截面图和显示它们的方法应被包括在例证实施例的范围内，下面的说明不应被理解为对所述范围的限制。
图4表示显示的偏心放大的透镜系统的截面图的一个例子。在图4中，左侧表示面对物体的一侧，右侧表示面对成像的一侧。图4图解说明待测量的透镜系统的一个例子，在该例子中，变焦透镜由从左到右的11个透镜元件G1～G11组成，这11个透镜元件被分成四个透镜组。透镜元件G1～G3构成第一透镜组，透镜元件G4～G6构成第二透镜组，透镜元件G7～G9构成第三透镜组，透镜元件G10和G11构成第四透镜组。
图4中，测量基准轴400由点划线表示，整个透镜系统的评估轴410由粗实线表示，每个透镜组的评估轴420、421、422和423由穿过相应透镜组的中实线表示，每个透镜元件的光轴由细实线表示(例如430，431)。
整个透镜系统的评估轴410和透镜组的评估轴(420、421、422和423)都被设定为由最小二乘法确定的平均轴，使得在评估轴和每个透镜表面的法线之间形成的角度变得最小。但是，如上所述，评估轴并不局限于这样的平均轴。评估轴可由任何适当的值定义。
当在广角位置的端部和在望远位置的端部测量变焦透镜的偏心状态时，根据透镜系统中存在的偏心状态，一端的整个透镜系统的平均轴可能不同于另一端的整个透镜系统的平均轴。在一些情况下，通过利用在广角位置的端部和在望远位置的端部的单一评估轴来确定由变焦操作引起的透镜系统的偏心状态的变化，能够评估透镜。为此，最好通过考虑到两端的整个透镜系统的平均轴，设置适当的平均轴，利用在广角位置的端部和望远位置的端部的相同评估轴评估透镜。可自由选择是否显示每个评估轴。
图5中表示了图4中使用的特定坐标系，不过可以使用任意数量的坐标系，本领域的普通技术人员已知的其它坐标系预定在至少一个例证实施例的范围内。在图5中，坐标系是如在Yoshiya Matsui的“RenzuSekkei Hou”[设计透镜系统的方法]，Kyoritsu Shuppan中说明的坐标系。如图5中所示，从面对物体的一侧到面对成像的一侧的距离被取为正值。光轴被认为是x轴。垂直于x轴的轴为y轴，沿着y轴从下往上的距离被取为正值。垂直于x轴和y轴的轴为z轴，正z轴在纸面上从左到右，并且完成右手定则坐标系。
图4中，透镜系统的偏心状态由偏心放大的透镜的两个截面图的组合来表示。一个截面图是从一侧观察的，由x轴和y轴定义的第一截面图400，并在图4中称为“侧视图”。另一个截面图是从底部观察的，由x轴和z轴定义的第二截面图450，并在图4中称为“底视图”。这两个截面图的组合使观察人员能够在视觉上确定透镜系统在垂直方向和水平方向上偏心有多大。
显示透镜形状的比例系数可被自由设定，使得以适当的尺寸在显示屏幕上显示透镜的截面图。
图4的下部中表示了和设定的显示透镜形状的比例系数匹配的比例尺。
由于存在于透镜系统中的偏心的量很小，因此以透镜的实际放大倍率显示偏心的测量数量不能使观察人员在视觉上识别出偏心状态。于是，放大偏心的放大系数可被自由设定，使得视觉上能够识别出偏心量。图4的左部表示了和设定的放大偏心的放大系数匹配的比例尺。
为了把透镜的偏心量显示成数值，平行偏心量和倾斜偏心量被显示。通常以毫米为单位显示平行偏心量，通常以角度测量中的分或秒显示倾斜偏心量。
为了表现偏心放大的透镜的截面图，平行偏心量被直接乘以放大偏心的放大系数。另一方面，直接把倾斜偏心量乘以放大偏心的放大系数存在缺点。如果倾斜偏心量被乘以较大的放大系数，那么和放大的平行偏心量相比，放大的倾斜偏心量变得过大。这会导致平行偏心量和倾斜偏心量之间的不平衡，从而导致偏心放大的透镜的截面图失真。
在至少一个例证实施例中，倾斜偏心量的切线分量被乘以放大偏心的放大系数，以确定显示放大的倾斜偏心的放大角。根据至少一个例证实施例的这种特殊方法能够平衡平行偏心量和倾斜偏心量。从而，即使放大偏心的放大系数被设置成较大的值，也能够正确地显示倾斜偏心和平行偏心被放大的透镜的截面图。
图6图解说明和图4中所示相同的偏心状态。但是在图6中，没有显示整个透镜系统的平均轴，测量基准轴(x轴)被设为整个透镜系统的平均轴。在至少一个例证实施例中，透镜系统的偏心测量测量当安装透镜的基准平面(这种情况下，所述基准平面起透镜系统的设计基准的作用)和偏心测量基准轴相符时的偏心。这种情况下，测量基准轴与设计基准中的光轴一致，最好把测量基准轴设为整个透镜系统的评估轴。为了清楚地显示实际的透镜元件相对于设计基准状态偏心程度有多大，用未增强的轮廓描述了设计基准状态下的透镜(例如Z1～Z11)，而实际偏心的透镜由增强的轮廓表示(例如G1～G11)。
可自由地选择是显示还是隐藏设计基准状态下的透镜。
图7表示根据至少一个例证实施例，在由x轴和y轴定义的横截面中显示在广角位置的端部和在望远位置的端部的偏心测量结果的例子。在图7中，描述在广角位置的端部的偏心状态的偏心放大的透镜的第一截面图被表示在上部700中，描述在望远位置的端部的偏心状态的偏心放大的透镜的第二截面图被表示在下部710中。
在变焦操作中，参考图7，第一透镜组(例如S1、S2、S3和S4)和第三透镜组(例如S7、S8和S9)并不相对于像面移动。当变焦操作把透镜系统从广角位置的端部移动到望远位置的端部时，第二透镜组(例如S4、S5和S6)只是从面对物体的一侧(A)移向面对像面的一侧(B)，如下部710中所示。在变焦操作把透镜系统从广角位置的端部移动到望远位置的端部时，第四透镜组(例如S10、S11)移向面对物体的一侧，随后移向面对像面的一侧，从而表现出凸状路径。在图7中，每个透镜组的路径由带箭头的线条表示。
图7表示在偏心放大的透镜的截面图中，第二透镜组放大偏心的特殊例子。如果比较位于广角位置的端部(A)的第二透镜组和位于望远位置的端部(B)的第二透镜组，那么能够视觉识别偏心，从而便于找出偏心误差的原因。
在图7的显示广角位置的端部的偏心状态的第一截面图700中，用虚线轮廓表示位于望远位置的端部(B)的第二透镜组。类似地，在图7的显示位于望远位置的端部的偏心状态的第二截面图710中，用虚线轮廓表示位于广角位置的端部(A)的第二透镜组。
在所示的例证实施例中，在变焦操作移动的滑动单元的导轨(guide)中存在倾斜偏心。另外，该图表示由变焦操作引起的第二透镜组的行程为28毫米，变焦操作中第二透镜组的偏心状态下的平行偏心量为0.05毫米。因此，能够容易地确定第二透镜组的滑动单元的导轨的倾斜量为tan-1(0.05/28)，即6分。这里沿着x轴，从第二透镜组的平均轴与x轴的截点到投射到x轴上的最终的第一表面顶点测量行程。为了解决这种偏心问题，易于理解需要校正滑动单元的导轨相对于显示透镜形状的比例系数的比例尺上沿光轴方向的38毫米周围某点的倾斜偏心。
图8是根据至少一个例证实施例的偏心放大的透镜系统的截面图。该截面图也表示其中第二透镜组极大偏心的状态。在图8中，位于广角位置的端部的透镜系统的偏心状态和图7中的相同，但是位于望远位置的端部的第二透镜组的偏心状态不同(C)。位于望远位置的端部的第二透镜组的偏心状态被平行于整个透镜系统的评估轴(x轴)从位置A移动到位置C。在图8中所示的例子中，在第二透镜组的滑动单元的导轨中基本上不存在变焦操作中倾斜偏心的任何偏心误差分量。相反，由第二透镜组的透镜支承框架相对于滑动单元的倾斜(未示出)，造成6分的倾斜偏心。
从而，在所示的例子中，必须把第二透镜组的透镜支承框架的斜度校正6分，并且校正0.05毫米的平行偏心。
按照这种方式用偏心放大的透镜的截面图显示偏心测量结果便于透镜设计人员，镜筒设计人员，加工部件的人员，装配部件的人员和评估透镜系统的人员易于确定偏心测量的结果。另外，分析存在于在偏心放大的透镜的截面图中所示的透镜系统中的偏心状态导致易于得到和实现偏心问题的解决方案。
例证的实施例有助于许多光学设计情形，下面所提供的只是对本发明的举例说明，而不是对本发明的限制。例如，例证的实施例有助于下述情形：(a)通常就是这样，即使镜筒的单个部件在容限范围内进行加工，装配后的镜筒可能具有大于预期的偏心误差。这是因为在装配期间，在镜筒中可能产生意外的变形。通过分析在偏心放大的透镜的截面图中所示的装配状态下的透镜系统的偏心，镜筒的设计人员能够找到确定问题存在于何处的线索，并且能够获得有效的信息从而在镜筒的结构方面解决该问题；
(b)加工镜筒的部件的人员通过比较实际的透镜系统和偏心放大的透镜系统的截面图，能够确定哪个部件存在加工误差问题。另外，他或她能够容易地确定要校正的部件，该部件内的部分，以及程度；
(c)装配部件的人员通过比较实际的透镜系统和偏心放大的透镜系统的截面图，能够确定其中存在偏心的部件，部件内的部分，以及方向。从而，他或她能够采取描述来防止偏心问题，例如当装配镜筒时，在消除偏心误差的一侧的部件的装配，利用衬垫或垫圈等进行校正；和
(d)评估透镜系统的人员通过确定透镜系统的偏心状态，能够容易地确定偏心和偏心导致的问题，例如一侧的图像模糊或者耀斑之间的关系。于是，他或她能够与加工镜筒的部件的人员，和装配部件的人员一起产生高质量的透镜系统。
至少一个例证实施例可被用于改进透镜系统的偏心状态的确定，在至少一个例证实施例中，所述透镜系统可包括多个透镜元件(例如变焦透镜)。另外，至少一个例证实施例可被用于分析和解决透镜系统中的偏心问题。
虽然上面提供并讨论了例证实施例的例子，不过其它例证实施例也是可能的，并且至少一个例证实施例意图覆盖包括在附加权利要求的精神和范围内的各种修改和等同方案。下述权利要求的范围应被给予最宽广的解释，以便包括所有这样的修改和等同的结果和功能。

Claims (21)

1、一种显示偏心测量结果的方法，所述方法包括下述步骤：
顺序把指示符投射到多个待测量表面的每个设计表观曲率中心的位置，所述表面包括在待测量的透镜系统中；
显示每个待测量表面的偏心量，根据指示符的反射图像的状态确定偏心量，所述反射图像反射自每个待测量表面，
其中以这样的方式显示偏心量，使得利用放大偏心量的放大系数放大偏心量，利用显示透镜系统的透镜系统比例系数，在透镜系统的截面图中表现放大的偏心量，其中比例系数和放大系数独立取值。
2、按照权利要求1所述的方法，其中以这样的方式放大偏心量，即偏心量中的倾斜偏心量的切线分量被乘以放大偏心量的放大系数，并且偏心量中的移动偏心量被直接乘以放大偏心量的放大系数，从而表现放大的偏心量。
3、按照权利要求1所述的方法，其中
以表现指示沿着光轴的长度的第一比例尺，和指示沿着垂直于光轴的方向的偏心量的第二比例尺的方式显示偏心量。
4、按照权利要求1所述的方法，其中
以透镜的偏心状态由两个横截面表示的方式显示偏心量，一个横截面由x轴和y轴定义，另一横截面由x轴和z轴定义，其中x轴是透镜系统的光轴，y轴是垂直于光轴的轴，z轴是垂直于x轴和y轴的轴。
5、按照权利要求1所述的方法，其中
以这样的方式显示偏心量，即偏心量放大的透镜系统的截面图用增强线条表示，基准状态下的透镜系统的截面图用未被增强的线条表示，基准状态不包括相对于测量基准轴的偏心。
6、按照权利要求1所述的方法，其中
偏心量被显示，使得透镜系统的评估轴、平均轴和每个透镜元件的光轴中的至少之一被表现，相对于透镜系统被分成的单个透镜组的评估轴确定所述平均轴。
7、按照权利要求1所述的方法，其中
偏心量被显示，使得处于透镜系统的不同聚焦状态和透镜系统的不同变焦状态的透镜系统的偏心的测量结果被表现。
8、按照权利要求1所述的方法，其中
以在显示设备中表现放大的偏心量的方式显示偏心量。
9、按照权利要求1所述的方法，其中
以在来自打印设备的介质上表现放大的偏心量的方式显示偏心量。
10、一种偏心显示方法，包括：
获得偏心数据；
把偏心数据乘以放大系数，产生放大的偏心数据；
获得透镜系统的数据；
把透镜系统的数据乘以比例系数，产生按比例缩放的透镜系统数据；和
在显示器上显示放大的偏心数据和按比例缩放的透镜系统数据。
11、按照权利要求10所述的方法，其中放大系数由用户输入。
12、按照权利要求10所述的方法，其中比例系数由用户输入。
13、按照权利要求10所述的方法，其中通过利用测量设备的平台的移动距离计算偏心数据。
14、按照权利要求10所述的方法，其中透镜系统包括一个透镜组，其中所述透镜组包括至少两个透镜元件，透镜系统数据包括关于透镜元件的光学信息。
15、按照权利要求14所述的方法，其中光学信息包括关于透镜元件光轴的信息。
16、按照权利要求15所述的方法，还包括：
显示透镜元件和它们各自的光轴。
17、按照权利要求15所述的方法，还包括：
利用光学信息计算平均轴；和
显示平均轴。
18、按照权利要求17所述的方法，还包括：
获得基准透镜系统数据。
19、按照权利要求18所述的方法，还包括：
把基准透镜系统数据乘以比例系数，产生按比例缩放的基准透镜系统数据；和
显示按比例缩放的基准透镜系统数据。
20、按照权利要求19所述的方法，还包括：
计算平行偏心和倾斜偏心的校正值；和
显示校正值。
21、一种偏心显示方法，包括：
接收透镜系统数据，和把透镜系统数据发送给计算设备；
获得在显示器上显示整个透镜系统的截面图的比例系数，其中透镜系统包括至少两个透镜元件，每个透镜元件具有至少两个透镜表面；
获得包括所述至少两个透镜元件的每个透镜元件表面的表观曲率中心的信息在内的信息；
计算选定数目的透镜元件表面的实际曲率中心的位置；
计算所述至少两个透镜元件中每个透镜元件的光轴；
获得评估轴；
至少利用所述至少两个透镜元件中的一个透镜元件的实际曲率中心和光轴之一，计算偏心量；和
对偏心量应用放大系数，产生放大的偏心量，并在显示器上显示放大的偏心量。
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