DD263363A1

DD263363A1 - ARRANGEMENT FOR CENTERING OPTICAL COMPONENTS

Info

Publication number: DD263363A1
Application number: DD30546787A
Authority: DD
Inventors: Reiner Hofmann; Joerg-Peter Schmidt; Peter Kaiser; Dietmar Wendt
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1988-12-28
Also published as: DD263363B5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Zentrieren optischer Bauelemente, vorwiegend sphaerischer oder planoptischer Bauelemente bzw. Baugruppen, bei welcher das optische Bauelement auf einer ringschneidenfoermigen Auflage aufliegt und die Dezentrierung ueber einen speziell gestalteten Zentriersensor erfasst wird. Erfindungsgemaess ist der Zentriersensor mit einer spiegelfoermigen Referenzebene versehen. Ueber eine optische Einrichtung in Verbindung mit einer Auswerteeinheit wird die Dezentrierung einzelner oder mehrerer optischer Teile erfasst und korrigiert. Die erfindungsgemaesse Anordnung kann unabhaengig vom Reflexionsgrad der optisch wirksamen Flaechen der Bauelemente, insbesondere zum Fuegen von Optik fuer Hochleistungsobjektive eingesetzt werden. FigurThe invention relates to an arrangement for centering optical components, mainly spheric or planar optical components or assemblies, in which the optical component rests on a ringschneidenfoermigen support and decentration is detected by a specially designed centering sensor. According to the invention, the centering sensor is provided with a mirror-shaped reference plane. Via an optical device in conjunction with an evaluation unit, the decentring of individual or several optical parts is detected and corrected. The inventive arrangement can be used regardless of the reflectance of the optically effective surfaces of the components, in particular for joining optics for high-performance lenses. figure

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Zentrieren optischer Bauelemente, vorwiegend sphärischer oder planoptischer Bauelemente bzw. Baugruppen. Sie kann zur Justierung der Krümmungsmittelpunkte von Fügegruppen zur optischen Achse eines Systems, insbesondere zum Fügen von Optik für Hochleistungsobjektive, eingesetzt werden.The invention relates to an arrangement for centering optical components, predominantly spherical or planar optical components or assemblies. It can be used for adjusting the centers of curvature of joining groups to the optical axis of a system, in particular for joining optics for high-performance lenses.

Characteristic of the known state of the art

Zum Justieren optischer Bauelemente bezüglich der optischen bzw. mechanischen Achsen sind eine Vielzahl von MöglichkeitenFor adjusting optical components with respect to the optical or mechanical axes are a variety of ways

bekannt. known.

In DD-WP 231802 wird ein Reflexbildgerät zur Ermittlung der Krümmungsmittelpunktablagen von optischen Bauelementen beschrieben. Dabei wird das zu erfassende Bauelement unter dem Reflexbildgerät gedreht und die Dezentrierung visuell beobachtet. Die Automatisierung der Meßwerterfassung ist mit hohem Aufwand verbunden.DD-WP 231802 describes a ghost imaging device for determining the center of curvature of optical components. In this case, the device to be detected is rotated under the reflex imaging device and the decentration is visually observed. The automation of the measured value acquisition is associated with high costs.

Weiterhin sind Anordnungen bekannt, bei denen zur Erfassung des Zentrierzustandes optischer Bauelemente Laserstrahlen eingesetzt werden. .Furthermore, arrangements are known in which laser beams are used to detect the centering state of optical components. ,

In US-PS 3057597 wird dazu eine Anordnung beschrieben, bei der die Ablenkung eines Laserstrahls am Prüfling mit Hilfe eines fokussierbaren optischen Systems als Dezentrierung des Prüflings erfaßt wird.In US Pat. No. 3,057,597 an arrangement is described in which the deflection of a laser beam on the test object is detected by means of a focusable optical system as decentration of the test object.

Bezugsachse ist dabei der Laserstrahl. Weiterhin wird in US-PS 3542476 eine Lösung vorgestellt, bei welcher das monochromatische Licht eines Lasers auf den Prüfling trifft und die dadurch entstehenden Interferenzen eine Aussage über die Indentität des Strahlenmittelpuhktes mit dem Mittelpunkt geben. Ein sich axial anschließender Fotoempfänger registriert die fehlerhafte Position des Prüflings.Reference axis is the laser beam. Furthermore, in US-PS 3542476 a solution is presented in which the monochromatic light of a laser strikes the test object and the resulting interference gives a statement about the identity of the Strahlmittelpuhktes with the center. An axially adjoining photoreceiver registers the faulty position of the specimen.

Zur Justierung mehrerer optischer Bauelemente zueinander ist es für eine systematische Justierung erforderlich, einen bereits justierten Krümmungsmittelpunkt festzuhalten, um unabhängig davon die weitere Justierung vornehmen zu können. Dazu wird in US_-PS-109217 eine Anordnung beschrieben, mitwelcher.Linsen beliebiger Radien justiert werden können.For adjustment of several optical components to each other, it is necessary for a systematic adjustment to hold an already adjusted center of curvature to independently make the further adjustment can. For this purpose, an arrangement is described in US-PS-109217, with which. Lenses arbitrary radii can be adjusted.

Die bestimmte Justierung wird über rechnergestützte Iteratiohsverfahren duchgeführt.The specific adjustment is performed via computer-aided iterative methods.

Alle bekannten Anordnungen bzw. Methoden zur Zentrierung optischer Bauelemente weisen die Nachteile auf, daß einmal zur genauen Lageerfassung der gerätetechnische Aufwand sehr hoch ist und zum anderen der Anwendung durch die Notwendigkeit des Vorhandenseins reflektierender optischer Flächen Grenzen gesetzt sind.All known arrangements or methods for centering optical components have the disadvantages that once for accurate position detection of the equipment expense is very high and on the other hand, the application by the necessity of the presence of reflective optical surfaces are limited.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den gerätetechnischen sowie zeitlichen Aufwand bei der Zentrierung optischer Bauelemente zu reduzieren sowie den Anwendungsbereich durch eine Anordnung zu erweitern.The aim of the invention is to reduce the equipment and time required in the centering of optical components and to expand the scope by an arrangement.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Zentrierung optischer Bauelemente, vorwiegend sphärischer oder planoptischer Bauelemente oder Baugruppen zu entwickeln, die unabhängig vom Reflexionsgrad der optisch wirksamen Flächen sowie ohne Flächenbeschädigung eine reproduzierbare hochgenaue Lageerfassung sowie automatisierbare Zentrierung ermöglicht.The invention has for its object to develop an arrangement for centering optical components, predominantly spherical or planar optical components or assemblies that allows independent of the reflectance of the optically active surfaces and without surface damage a reproducible high-precision position detection and automatable centering.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung, bestehend aus einer ringschneidenförmigen, kipp- sowie in zwei Koordinaten zu einer Geräteachse verschiebbaren Bauelementauflage sowie einer optischen, zur Erfassung des Zentrierzustandes des optischen Bauelementes dienenden Einrichtung, dadurch gelöst, daß zwischen der optischen Einrichtung und dem auf der Bauelementauflage angeordneten optischen Bauelement ein an die zu erfassende optische Funktionsfläche angepaßter, ein Ringschneidenform aufzuweisender Zentriersensor, der über ein Luftpolster konstanter Dicke mit der optischen Funktionsfläche in Verbindung steht, eingelagert ist, der Zentriersensor in einer, eine Lufteintrittsöffnung aufweisenden kardanisch gelagerten Führung vertikal beweglich angeordnet ist, die Führung in Richtung der optischen Einrichtung mit einer über eine Kugel justierbaren, verspiegelten Platte, die als Referenzebene zur Ebene der Bauelementauflage ausgebildet ist, versehen ist und ein von der Platte reflektierter Lichtstrahl auf eine Auswerteeinheit, die mit den Bewegungselementen der Bauelementaufnahme in Verbindung steht, übertragbar ist. Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit als CCD-Matrize ausgebildet.According to the invention this object is achieved by an arrangement consisting of a ring-shaped, tilting and movable in two coordinates to a device axis component support and an optical, for detecting the centering state of the optical device serving device, characterized in that between the optical device and on the Component support arranged an optical component adapted to be detected optical functional surface, a ring cutting mold exhibiting Zentriersensor which is connected via an air cushion of constant thickness with the optical functional surface, is stored, the Zentriersensor is arranged vertically movable in a, an air inlet opening having gimbal bearing guide , the guide is provided in the direction of the optical device with a ball-adjustable, mirrored plate which is formed as a reference plane to the plane of the component support, and a vo n the plate reflected light beam to an evaluation, which is in communication with the movement elements of the component recording, transferable. Advantageously, the evaluation unit is designed as a CCD matrix.

Nach dem Auflegen des optischen Bauelementes bzw. der optischen Baugruppe auf die Bauelementaufnahme wird der Zentriersensor derart auf die obere optisch wirksame Fläche aufgesetzt, daß sich zwischen der Ringschneide des Zentriersensors und der optischen Funktionsfläche ein Luftpolster ausgebildet. Dazu wird über die in der Führung eingebrachte Luftpolster ausbildet. Dazu wird über die in der Führung eingebrachte Lufteintrittsöffnung Druckluft eingeleitet. Der sich dabei ausbildende Winkel zwischen der Geräteachse und dem Zentriersensor repräsentiert durch die Neigung der Referenzebene ein Maß für die Dezentrierung und das Azimut. Durch nacheinanderfolgende Messen der Dezentrierung von, beispielsweise optischen Bauelementen, die aus mehreren Einzelteilen bestehen, ergibt sich die Möglichkeit, die optische Achse von Fügeteilen zu justieren.After placing the optical component or the optical assembly on the component receiving the Zentriersensor is placed on the upper optically active surface such that formed between the annular edge of the Zentriersensors and the optical functional surface an air cushion. This is done by using the air cushion in the guide. For this purpose, compressed air is introduced via the air inlet opening introduced in the guide. The thereby forming angle between the device axis and the centering represented by the inclination of the reference plane is a measure of the decentering and the azimuth. By successively measuring the decentring of, for example, optical components, which consist of several individual parts, there is the possibility to adjust the optical axis of joining parts.

Dazu können die einzelnen Teile über seitlich anzuordnende Manipulatoren unter meßtechnischer Erfassung der Dezentrierung' verschoben werden. Durch Auswechseln der Ringschneideauflage des Zentriersensors ist die Anordnung nahezu für beliebige Flächenradien einsetzbar. Bedingt durch die Gestaltung des Zentriersensors, das heißt, durch die meßtechnische Erfassung über die Referenzebene wird einmal eine direkte Kopplung an mikrorechentechnische Auswerteeinheiten möglich und zum anderen können unabhängig vom Reflexionsgrad der optisch wirksamen Flächen der Bauelemente Dezentrierung hochgenau erfaßt werden. Die Erfassung der Meßwerte erfolgt vorteilhafterweise über eine CCD-Matrize oder über Näherungsindikatoren. Bedingt durch die Verbindung des Zentriersensors mit der optisch wirksamen Fläche über das Luftpolster werden Beschädigungen der Bauelemente vermieden.For this purpose, the individual parts can be moved over the side to be arranged manipulators under measurement detection of decentring '. By replacing the ring cutting support of the centering sensor, the arrangement can be used almost for any surface radii. Due to the design of the Zentriersensors, that is, by the metrological detection on the reference plane is a direct coupling to mikrorechentechnische evaluation once possible and, secondly, regardless of the reflectance of the optically active surfaces of the devices decentration can be detected with high accuracy. The acquisition of the measured values advantageously takes place via a CCD matrix or via proximity indicators. Due to the connection of the Zentriersensors with the optically active surface on the air cushion damage to the components are avoided.

Weiterhin bietet der Druckluftanschluß in der Führung die Möglichkeit, wahlweise Unterdruck zum Verkitten bzw. Ansprengen von Fügeteilen zu erzeugen.Furthermore, the compressed air connection in the guide offers the possibility of optionally generating negative pressure for cementing or wringing of parts to be joined.

Im Gegensatz zu einer Vielzahl von konventionellen Zentrieranordnungen ist eine Rotation des Prüflings während des Meßvorganges nicht erforderlich.In contrast to a variety of conventional Zentrieranordnungen a rotation of the specimen during the measurement process is not required.

embodiment

In einem nachstehenden Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Anordnung näher erläutert werden.In an embodiment below, the arrangement according to the invention will be explained in more detail.

Die dazugehörende Figur zeigt eine zu verkittende Bauelementgruppe, bestehend aus zwei Einzellinsen 1 und 2, die auf einer ringschneidenförmigen Bauelementauflage 3 aufgelegt sind. Die Bauelementauflage 3 ist austauschbar gestaltet und kann in einer Kugelkalotte 4 mittels Stellschrauben 5 gekippt oder auf einer Geradführung 6 über Stellschrauben 7 in zwei Koordinatenachsen zur Geräteachse verschoben werden. Auf der oberen Linse 2 befindet sich eine Ringschneide 8 des Zentriersensors 9.The associated figure shows a component group to be cemented, consisting of two individual lenses 1 and 2, which are placed on a ring-shaped component support 3. The component support 3 is designed to be interchangeable and can be tilted in a spherical cap 4 by means of screws 5 or moved on a straight guide 6 via screws 7 in two coordinate axes to the device axis. On the upper lens 2 is a ring cutting edge 8 of the centering sensor. 9

Um Beschädigungen der optisch wirksamen Fläche zu vermeiden, steht der Zentriersensor nicht direkt, sondern über ein Luftpolster 10 mit der Linse 2 in Verbindung. Dieses Luftpolster 10 wird über durch eine Lufteintrittsöffnung 11 einströmende Luft ausgebildet. Der Zentriersensor 9 ist in einer Führung 12 verschiebbar gelagert, wobei die Führung 12 selbst in einem kardanischen Gelenk 13 gehaltert ist. Oberhalb der Führung 12 ist eine über eine Kugel 14 justierbare Platte 15 mit einem Spiegel 16, dereine Referenzebene darstellt, angeordnet.In order to avoid damage to the optically effective surface, the centering sensor is not directly, but via an air cushion 10 with the lens 2 in combination. This air cushion 10 is formed via air flowing in through an air inlet opening 11. The centering sensor 9 is slidably mounted in a guide 12, wherein the guide 12 is itself supported in a gimbal joint 13. Above the guide 12, a plate 14, which is adjustable by a ball 14, is arranged with a mirror 16, which constitutes a reference plane.

Eine optische Einrichtung 17 erzeugt über den Spiegel 16 einen Lichtfleck auf einer zur Erfassung der Dezentrierung vorgesehenen CCD-Matrize 18. Dabei wird ein Lichtstrahl 19 vom Spiegel 16 in Abhängigkeit des Zentriersensors unterschiedlich reflektiert.An optical device 17 generates a light spot on the mirror 16 on a CCD matrix 18 provided for detecting the decentration. In this case, a light beam 19 is reflected differently by the mirror 16 as a function of the centering sensor.

Zur Verschiebung der Linsen 1 und 2 gegenüber der Geräteachse dienen Stellschrauben 20, die über eine Halterung 21 mit dem Gestell des Zentriersensors 9 höhenverstellbar verbunden sind.To move the lenses 1 and 2 relative to the device axis are screws 20, which are connected via a bracket 21 with the frame of the Zentriersensors 9 adjustable in height.

Zunächst wird die Ringschneide der Bauelementauflage 3 entsprechend dem Durchmesser der Linse 1 ausgewählt, die First, the annular edge of the component support 3 is selected according to the diameter of the lens 1, the

Bauelementauflage 3 auf eine Spindel 22 aufgeschraubt und zur Geräteachse ausgerichtet. Anschließend erfolgt das Auflegen der Linse 1 auf die Bauelementauflage 3. Durch Zuführung von Druckluft über die Lufteintrittsöffnung 11 wird auf die Linse 1 ein Druck ausgeübt. Danach wird die Ringschneide 8 des Zentriersensors 9 in Richtung der Linse 1 abgesenkt. Durch das kardanische Gelenk 13 paßt sich der Zentriersehsor 9 der dezentrierten Linse lan. Das hat eine Auslenkung eines Lichtfleckes auf der CCD-Matrize 18 zur Folge. Die Dezentrierung der Linse 1 kann dabei auf einem nicht dargestellten Anzeigegerät abgelesen werden. Mit Hilfe der Stellschrauben 20 wird die optische Achse der Linse 1 zur Geräteachse justiert, so daß nach beispielsweise dem Auftragen einer Kittschicht auf die Linse 1 die Linse 2 aufgelegt und analog zur Zentrierung der Linse 1 ausgerichtet werden kann.Component support 3 screwed onto a spindle 22 and aligned to the device axis. Subsequently, the laying of the lens 1 on the component support 3. By supplying compressed air via the air inlet opening 11, a pressure is exerted on the lens 1. Thereafter, the annular cutting edge 8 of the centering sensor 9 is lowered in the direction of the lens 1. Through the gimbal joint 13, the Zentriersehsor 9 fits the decentered lens lan. This results in a deflection of a light spot on the CCD die 18. The decentration of the lens 1 can be read on a display device, not shown. With the aid of the adjusting screws 20, the optical axis of the lens 1 is adjusted to the device axis, so that after example, the application of a layer of cement on the lens 1, the lens 2 can be placed and aligned analogously to the centering of the lens 1.

Claims

1. Arrangement for centering optical components, predominantly spherical and planar optical components or assemblies, consisting of a ring-shaped, tilting and movable in two coordinates to a device axis component support and an optical, for detecting the centering state of the optical component serving device, characterized in that, between the optical device (17) and the optical component (1, 2) arranged on the component support (3), a centering sensor (9) adapted to the optical functional surface to be detected and having a circular cutting edge shape has a more constant air cushion (10) Thickness with the optical functional surface is in communication, is stored, the centering sensor (9) in a, an air inlet opening (11) having gimbaled guide (12) is arranged vertically movable, the guide (12) in the direction of the optical device (17) with one over a ball (14) justie a mirror plate (15) which is designed as a reference plane to the plane of the component support (3) and a light spot reflecting from the plate (15) onto an evaluation unit (18) connected to the movement elements (5, 7, 20 ) of the component support (3) is in connection, is transferable.

2. Arrangement for centering optical components according to claim 1, characterized in that the evaluation unit (18) is designed as a CCD die.