DD226088A1

DD226088A1 - Anordnung zur justierung optischer systeme

Info

Publication number: DD226088A1
Application number: DD26479284A
Authority: DD
Inventors: Volker Eberhardt; Ulrich Wenger; Dieter Sonnekalb; Reiner Hofmann
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1984-07-02
Filing date: 1984-07-02
Publication date: 1985-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Justierung optischer Systeme und kann zur Justierung und Zentrierung von Objektiven eingesetzt werden. Dem Ziel, eine Minimierung der Nachteile bei der Erfassung von Reflexbildern aus dem gegenwaertigen Stand zu erreichen, dient die Aufgabe, eine Anordnung anzugeben, mit der die Reproduzierbarkeit der Erfassung von Dezentrierungen optisch wirksamer Flaechen erhoeht werden kann. Das wird erreicht, indem eine Reflexbildgeraeteanordnung benutzt wird, bei der ein Pendel an mindestens zwei Stellen anvisiert wird und die Verbindungslinie die Bezugsachse bildet. Weitere Mittel zur Ausgestaltung werden angegeben. Fig. 2

Description

Titel der Erfindung;

Anordnung zur Justierung optischer Systeme

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung kann zur Justierung optischer Systeme wie Objektiven eingesetzt werden. Die Zentrierung von opti-.

sehen Bauteilen zu einer mechanischen Passung oder. Führung kann vorteilhaft vorgenommen werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Reflexbildgeräte und Verfahren, bei denen das Reflexsignal einer rotierenden optischen Fläche erfaßt und ausgewertet wird, sind bekannt. In DD-WP 113816 ist eine Anordnung beschrieben, bei der die Drehachse dea rotierenden Prüflings die Besugsachse darstellt. Es können prinzipiell eine oder mehrere Flächen gleichzeitig erfaßt werden, wie in DD-WP G02B/158958 angeführt, oder eine Kombination mit einer Durchlichtabbildung ermöglicht werden, wie in DAS 1572573.

Anordnungen, bei denen die Bezugsachse durch die optische Achse des Reflexbildgerätes gebildet wird, sind ebenfalls bekannt. In WP GO13/247618.0 und 238633.0 sind Anordnungen beschrieben, die als Bezugsachse die optische Achse eines fokussierbaren Objektives und den Drehpunkt einer Halbblende vor einem Fotoempfänger haben. ITach DD-Y/? G023/245388.1 ist es- bekannt, einen lichtstrahl in einem doppelbrechenden Medium oder in einer Süieselkombination aufzuspalten

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und durch Drehung der aufspaltenden Mittel eine Rotation des Eichtstrahle3 zu bewirken. Die Rotationsachse ist in Verbindung mit der optischen Achse von Hilfsobjektiven die Bezugsachse.

Aus US-PS 3507597 und DD-WP G02B/195491 sind Anordnungen bekannt, bei denen die Ablenkung, eines Laserstrahles am Prüfling mit einem fokuasierbaren optischen System erfaßt werden. Die Bezugsachse liefert der aufgeweitete Laserstrahl in Verbindung mit dem optischen Abbildungssystem.

Nachteilig bei.den bekannten Lösungen ist, daß die Bezugsachse für die Ermittlung des Zentrierfehlers entweder sit einer genauen Spindellagerung, einem Drehteller oder, durch die Reflexbildgerateanordnung selbst realisiertwerden muß.

Sine genaue Spindel- oder Drehtellerlagerung ist fertigungsmäßig aufwendig und teuer und der Meßfehler beim Erfassen der Dezentrierung hängt als Fehler 1. Ordnung direkt vom Spindelspiei ab

Der,Zugriff zu den Justiermitteln, die mit der Lagerung gedreht werden, ist erschwert und nur mittelbar über z.B. Schleifringkontakte angesteuerte Stellmechanismen oder manuell in Ruhelage möglich.

Die Bezugsachse wird bei bekannter Reflexbildgeräteanordnung von der optischen Reflexübertragung beeinflußt. Jedes optisehe Element, das auf Grund von optischen Anpassungen an die unterschiedliche Krümmung der Prüflingsflächen, in optisch wirksamem Sinn in seiner Relativlage verändert wird, bewirkt einen Einfluß auf die relative Lage der Bezugsachse. Besonders bei zwei sich gegenüberliegenden Reflex- bildgeräten ist die Realisierung der Übereinstimmung der optischen Achsen schwierig und fehlerbehaftet. Erschwerend tritt hinzu, daß bei einem rotierenden Prüfling Drehschwingungen die Genauigkeit der Zentrierfehlererkennung negativ beeinflussen und eine direkte meßtechnische Kopplung zwi- _# sehen der Achse eines bzw. mehrerer Reflexbildgeräte und einem zugeordneten Bezugssystem eines Wegänderungssystems nicht ihestsht.

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Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist die Ilinirnierung der !Nachteile der Erfassung von Reflexbildern aus dem Stand der Technik.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Justierung optischer Systeme anzugeben, mit der die Rrproduzierbarkeit der Erfassung von Dezentrierungen optischer v/irksamer Flächen verbessert, die Genauigkeit· der Zentrierfehlererkennung und -signalverarbeitung erhöht, die Kalibrierung der Anordnung vereinfacht und die Er-

fassung der Dezentrierung von optischen Flächen beliebiger Radien erreicht werden kann. Diese Aufgabe löst eine Anordnung zur Justierung optischer Systeme erfindungsgemäß dadurch, daß eine an sich bekannte Reflexbildgersteanordnung verwendet wird, bei der 'entweder eine beleuchtete' Strichmarke in den Krümmungsmittelpunkt der Prüflingsfläche oder dessen IJähe abgebildet und der Reflex erfaßt wird oder ein gebündelter lichtstrahl auf die Prüflingsfläche abgebildet und die Ablenkung des Strahles ausge- wertet oder ein rotierender Lichtstrahl auf die Erüflings-' fläche abgebildet und das Reflexsignal verarbeitet wird und daß diese Reflexbildgeräteanordnung eine Abbildung realisiert, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Pendsl an mindestens zwei Stellen in einem bestimmten Abstand voneinander im Auf licht- oder Durchlichtprinzip anvisiert wird und die Verbindungslinie der Visierpunkte die Besugsachse bildet.

Die Erfindung wird vorteilhaft ausgestaltet, wenn bei Anwendung zweier Reflexbildgeräte eines einen Lichtstrahl abbildet, der von einem gegenüberliegenden Reflexbildgerät erfaßt und von dessen Empfänger ausgewertet wird. Der Prüfling wird hierzu entfernt. Mit dem anderen Reflexbildgerät kann eine analoge Abbildung realisiert werden.

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Vor dein Empfänger, insbesondere fotoelektrischen Empfänger, wird eine drehbare Halbblende angeordnet, mit der die Justierung der beiden Geräteachsen zueinander kontrolliert wird.

Bei konstantem Intensitätssignal am Fotoempfanger während der Drehung der Halbblende ist die geweilige Reflexbildgeräteachse zum Empfänger zentriert.

Es ist vorteilhaft, wenn das Pendel eine reflektierende Oberfläche und einen quadratischen Querschnitt mit geraden

•jO Kanten hat und fest eingespannt ist.

Ebenfalls vorteilhaft ist ein Doppelpendel, auf welches anvisiert wird.

Günstig ist es« als Pendel ein Lichtleitkabel oder eine oder mehrere Pasern solcher Kabel zu nutzen und mit den Reflexbildgeräten eine Abbildung durch die Pasern auf einen am oberen Ende des Pendels angeordneten Empfänger zu realisieren.

Weiter ist es vorteilhaft, eine radiale bzw. axiale Anvisierung des Pendels mit an sich bekannten pneumatischen, . induktiven oder mechanischen Sensoren, die sit dem Reflexbildgerät entsprechend gekoppelt sind, vo.rzunehmen und daß dabei eine Verstellung optischer Baueinheiten zwecks Fokussieren in bezug auf den Zentrierzustand des Reflexbildgerätes auf die Relativlage der Sensoren wirkt.

Die Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß in einer konzentrischen genauen Lagerung ein Ring drehbar eingesetzt ist, der ein Wegänderungssyätem aufweist, das ao ausgeführt ist, daß an der Spitze einer verschiebbaren Pinole eine reflektierende Planfläche vorhanden ist, die etwa dem Durchmesser des verwendeten Laserstrahles entspricht und rechtwinklig zur Lagerachse steht und die weiterhin mit einem bekannten WegsieSsvstem in Abbe-scher Komparatoranordnung gekoppelt ist und über einen Antrieb verstellt werden kann.

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Auaf ührungabeispiel:

Die Erf in dung-soll anhand von Zeichnungen an zwei Bei- ' spielen erläutert werden.

Pig. 1 zeigt ein Reflexbildgerät mit lagekonstanter Bezugaachse

Pig. 2 zeigt die Anordnung bei Verwendung zweier Reflexbildgeräte

Sin Laser 1 sendet einen Laserstrahl über einen Teilerspiegel 2, eine Aufweitungsoptik 3, einen weiteren Teilerspiegel 4_f ein fokussierbares Objektiv 5 auf den Prüfling in dessen Krümmungsmittelpunkt.

Der Reflex wird vom Objektiv 5 über den Teilerspiegel 4- und ein Objektiv 7 auf den Empfänger 8 abgebildet. Die Aufweitungsoptik 3 und das Objektiv 5 sind mittig durchbohrt mit einem geringfügig größerem Durchmesser als. dem dea Laserstrahles.

Der Laserstrahl wird auch vom Teilerspiegel 2 rechtwinklig abgelenkt und trifft auf das Pendel 9, das mit einem Gericht 10 versehen oder fest eingespannt ist. Eine Empfan-

2G geroptik, bestehend aus einem Teleskopsystem 11; 12;- einer Blende 13 und einem Empfänger 14, wird auf das Pendel fokussiert. Der Durchmesser des Pendels entspricht dem des Laserstrahles. Trifft der Laserstrahl auf das Pendel 9, wird er so abgelenkt, daß im zentrierten Zustand kein Licht auf den Empfänger 14 auftrifft.

Zur Justierung oder Prüfung des Zentrierzustandes des Reflexbildgerätes wird der Prüfling β entfernt. Der Laser-, strahl wird dann von einem Umlenkspiegel 15 ebenfalls auf das Pendel 9 abgebildet, hinter dem eine weitere Empfängeroptik (11; 12; 13; 14) angeordnet ist. Die optische Achse, des Reflexbildgerätea ist dann justiert, wenn an beiden Empfängern 14 kein Signal anliegt.

In Pig. 2 wird ein von einem Laser 1 ausgehender Strahl auf einen Teilerspiegel 2 abgebildet. Der abgelenkte Strahl wird über einen Umlenkspiegel 15, eine Lochspiegelkombina-

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tion 16; 17 auf einen Teilerspiegel 4 abgebildet. Der nicht abgelenkte Teil des Strahles durchläuft 16; 17 und trifft auf dem Teilerspiegel 4 mittig auf. Zwischen beiden 'Teilerspiegeln 4 wi,rd der Prüfling 6 angeordnet. Das Reflessignal vom Prüfling 6 wird über den Teilerspiegel 4 und Abbildungsoptik 18 auf den Empfänger 8 abgebildet.

Zur Justierung der Geräteachsen wird ein Empfänger 14 mit vorgeschalteter Abbildungsoptik 18 so angeordnet, daß der abgelenkte Teilstrahl von den Teilerspiegeln 4 in der rückwärtigen Verlängerung mittig auf die Smpfänger trifft. Sin Pendel 9, mit Gewicht 10 versehen oder fest eingespannt, dient als Bezugsnormal zur Justierung der Geräteachsen der beiden Reflezbildgeräte.

Die.Justierung ist beendet, wenn die Smpfänger 8 ein maximales und die Empfänger 14 kein Signal abgeben. Die Lochspiegelkombination 16; 17 ist so angeordnet, daß die Brennpunkte der Flächen zusammenfallen und der Teilerspiegel 2 mit dem Umlenkspiegel 15 in einer Führung drehbar ist, um einen rotierenden Strahl zu erzeugen. Die Empfänger 8 und 14 einschließlich Abbildungsoptik 18 sind in einer gemeinsamen Führung aerial verstellbar, um verschiedene Ablenkverhältnisse ein-stellen zu können. Der von den Teilerspiegeln 4 abgelenkte Mittenstrahl des Lasers 1 kann zur Erhöhung der Meßgenauigkeit mit zusätzlichen, justierten Smpfängern 19 erfaßt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Justierung optischer Systeme mit Reflexbildgeräten, insbesondere Laserreflexbildgeräten, mit der die Relativlage der optischen Achse eines optischen Systems zu einer Bezugsachse ermittelt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Reflexbildgeräteanordnung eine Abbildung realisiert, bei der ein Pendel an mindestens zwei Stellen in Auf licht oder Durchlicht anvisiert wird, daß die Verbindungslinie der Visierpunkte die Bezugsachse ist, daß das Pendel eine reflektierende Oberfläche und einen quadratischen Querschnitt vom Durchmesser eines Laserstrahles hat', daß das optische System nach einer Beleuchtungseinrichtung einen festen Teilerspiegel (2) aufweist, der einen Teilstrahl zu eines Pendel (9) ablenkt, daß der andere Teilstrahl durch die mitt ige Bohrung einer Strahlaufweitungsoptik (3) und eines Objektives (5) tritt und dieser Teilstrahl von einem Umlenkspiegel (15) auf das Pendel (9) gelenkt wird, daß zur Erfassung der abgelenkten Teilstrahlen bekannte Mittel (11; 12; 13; 14) vorhanden sind.

2; Anordnung nach Ansprach 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Pendel beidseitig ortsfest eingespannt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Pendel ein Doppelpendel ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1. bis 3., gekennzeichnet dadurch, daß das Pendel als Lichtleitkabel oder aus einzelnen Lichtleitfasern ausgeführt ist, daß eine Abbildung der- Teilstrahlen auf das Pendel und/oder durch das Pendel möglich ist, daß an dem einen Snde des Pendels ein Empfänger vorhanden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1. bis 4., gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich zu einer optischen Anvisierung des Pendels eine an sich bekannte pneumatische, induktive oder mechanische Antastung mittels Sensoren möglich ist, daß diese Sensoren mit dem optischen System gekoppelt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1. bis 5., gekennzeichnet dadurch, daß anstelle des Umlenkspiegels (15) ein weiteres gleiches optisches System so angeordnet ist, .. daß der Abbildungsstrahlengang des einen vom anderen optischen System erfaßt werden kann, daß Teilerspiegel (4) so angeordnet ist, daß eine zusätzliche Ablenkung von Teilstrahlen auf ein Pendel (9) realisiert ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, , daß Mittel zur,Aufspaltung von Beleuchtungsstrahlen und periodischen Änderung, insbesondere Rotation, um den Achsstrahl vorhanden sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1. bis 7., gekennzeichnet dadurch, daß auf einer ringförmigen Führung eine radial in einer Lagerung verschiebbare Pinole vorhanden ist, die an der Spitze eine senkrecht zur Drehachse gelagerte - reflektierende Planfläche besitzt, daß die Reflexbildgeräteachse bei Drehung der Pinole mittig zu der reflektierenden Pianflache steht und an der Pinole ein Wegmeßsystern und ein Antrieb gekoppelt ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.