DE1572573A1

DE1572573A1 - Linsen-Zentrierungs-Vorrichtung

Info

Publication number: DE1572573A1
Application number: DE19671572573
Authority: DE
Inventors: Baker Lionel Richard
Original assignee: BRITISH SCIENT INSTR RES ASS
Current assignee: BRITISH SCIENT INSTR RES ASS
Priority date: 1966-07-11
Filing date: 1967-07-08
Publication date: 1970-05-06
Also published as: US3544796A; GB1147521A

Description

PATENTANWALT DIPL-INQ. JOACHIM STRASSE

645 HANAU · FRANKFURTER LANDSTR. 1 · POSTFACH 793 · TEL. 20803 · TELEC/RAMME: HANAUPATENT

Lriti,\-;h Scientific Instrument 7. Juli 1967

lie se arch Association Zo/De - 10

ChiylGhurst (I'.ant) I3:-;gla:;d

Linsan-Sontrierungs-Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung ζ im Zentrieren von Linsen und zum Auffinden von jontriorungsfehlern bei

Linsen. ä

.•■ei der Herstellung von Linsen ist es richtig, daß die geor.etrische Achse der Linse ™.it ihrer optischen Achse ^usa'rianfällt, um sicherzustellen, f:aß die optische Achse genau ausgefluchtet ist, \:en:i die Linse in einer Befestigung gehalten v/ird. n;iese .-ioinzidenn; (il-O-Koinzidenz) *.;ird durch Bearbeiten der Linsenkante während der Drehung .lar Linse u:v. ihre optische Achse erreicht.

Jos v/eiteren ist es notv/endig, daß die optische Achse mit der Drehachse zu3a:nnenfüllt (0-R--'oin3idenz) , bevor die bearbeitung beginnt.

Die geometrische Achse ." ist die Senkrechte im Linsen- -littolpunkt auf die Verbindungslinie 'ier brechenden Kanten der Linse. Dis optische Achse 0 v;ird durch die Verbin-''.uri:/slinie :1er I'rünmungsraittelpunkte der sphärischen Linsonflachen festgelegt. Die Drehachse R ist identisch mit der Achse der drehbaren Haltevorrichtung für die Linse.

■'.ei Plankonvex- odor Plankonkavlinsen verläuft die optische Achse -jenkrecht zur Planflücho und durch den Krürnnungsmittelpunkt der sphärischen Flüche, die endlichen Radius aufweist.

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Die gekrümmte Fläche einer Linse ist in bezug auf eine Achse, beispielsweise eine Drehachse, dann zentriert, wenn ihr Krümmungsndttelpunkt auf closer Achse JLiegt.

3ei bekannten Vorrichtungen ist vorgeschlagen worden, die O-R-ICoinzidenz einer Linse durch Befestigen '.er Linse mit einem Klebemittel in einer drehbaren Faltenhalterung zu erreichen, wobei das Klebemittel bei™ Erwärmen zähflüssig wird. Zu Beginn wird die Halterung so eingestellt, daß ihre mechanische Achse mit ihrer Drehachse zusammenfällt. Die Halterung wird anschließend gedreht und die von einer der beiden Flächen reflektierton Bilder beobachtet.

Tenn sich das oder die nil<\or "j^i diesem Vorgang r-itdrehen, wird das Klebemittel erwärmt und die Linse von !!and aus so lange verschoben, bis das ^T!ild oder die bilder bei neuerlicher Drehung der Halterung stehenbleiben. 1st dies erreicht, so läßt man das !/.lebemittel erstarren und beginnt niit der Bearbeitung der Linsenkante, um die M-O-Koinzidenz herzustellen. Die Zentriarungsgenauirkeit hängt dabei weitgehend von der Geschicklichkeit und der Geduld der Bedienungsperson ab. 3in waiterer "achteil besteht darin, daß die Linse bei c?.or manuellen Justierung ihrer Lage auf der Halterung !nicht beschädigt worden kann.

'Jach einer anderen bekannten "othode für die Massenproduktion von Linsen, bei denen nur einfache Zentrierungstoleranzen vorgeschrieben sind und die nur für star!: gekrümmte Linsenflächen geeignet sind, werden zwei schalen- oder glockenförmige, einander koaxial zugekehrte Halter zusammengefügt, die die Linse auf Grund ihrer Kontakte mit deren sphärischen Flächen halten. Dadurch fluchtet die optische \chse der Linse von selbst mit der Achse der Halter. Die !.'alter werden dann um die ger -.-'nsame Achse gedreht und die Li oon/.anta bearbeitet

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Es ist die Aufgabe der vorliegenden }Jrfin<?ung, die angeführten Nachteile und Schwiericrkciten heim Zentrieren von Linsen zu vermeiden und die Bearbeitung der Linsen weitgehend zu automatisieren.

Diese Aufgabe -./ird durch eine Vorrichtung nun- Zentrieren von Linsen dadurch gelöst, t"a.3 eine elektromagnetische Strahlenquelle, optische "'ittel zur·, Richten eines Strahlenbündeis auf. Oi j Fläch? einer zu zentrierenden Linse, "ittel zum Befestigen der zu zentrierenden Lins3_r ^T.7obei die I:efestigungs;nittel drehbar sind, "!ittel zu~ iinpfanrj ainas durchgehenden und/oder reflektierten Ptrahl-3nb"ndel3 von der Fläche, v/obei die ''ittel ein zu den ^o;:ecungsabv.^Teichungen f des durchgehen Jen oiler reflektierten Stra>-l--»nbündels, auf Grund der Dezcntrierunc dor Linse, korrosnorriierondes .Signal erzeugen, Mittel zum Hinstellen der Laae dar Linse in der Halterung und proportionalreaelndo Servo-nteuermittel zur Steuerung der Einstellmittel durch die vor. den I3mpfanas~-iittoln komncnden Signale vorgesehen sind.

Die Empfangsnittel weisen vorzugsweise cino Fotozelle, deren Empfindlichkeit ir.t rtrahluncrsenpfana von ihrer Lago zun Strahlenbündel abhängt, oder eine '."hnliche fotoelektrische Einrichtung zur Ermittlung von DiIuverschiebungen auf.

Wenn die Empfangsvorrichtung keine r.avregung des Bildes mehr registriert, ist die 0-R-"oinzidenz erreicht. Die Linse kann dann zur Erzielung der "I-O-Iloinzidenz bearbeitet werden.

Es können gleichzeitig sowohl die reflektierten als auch dia durchgehenden Strahlen ernittelt verden. Zusätzlich können beide Linsenoberflächen gleichzeitig zentriert werden, entweder durch. Verwendung einer Strahlenquelle zur Ermittlung dar Bildverschiebungen auf Grund der Reflexion an der ersten Linsenoberf lMche und der Durchs tr ahluna haidar Lir.ser.ober-

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flächen, oder durch den Einsatz zweier Strahlenquellen zur Ermittlung der Eildverschiebungen durch Reflexion an beiden Linsenoberflächen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger in den Zeichnungen dargestellten Anordnungen und eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung zur Zentrierung einer Linse mit einer Lichtquelle,

Fig. 2 eine schematische Anordnung zur Zentrierung einer Linse mit zwei Lichtquellen,

Fig. 3a einen horizontalen Schnitt durch eine bevorzugte Anordnung zum Befestigen einer zu zentrierenden Linse,

Fig. 3b einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 3a und

Fig. 4 eine bevorzugte Steuerschaltung zur Einstellung der Lage einer Linse auf Grund der ermittelten Bildverschiebungen.

Fig. 1 zeigt einen Lichtstrahl 10, der von einer Lichtquelle ausgeht und durch ein Linsensystem 14 und einen Strahlenteiler auf eine zu zentrierende Linse 18 gerichtet ist. Das von einer Fläche 20 der Linse reflektierte Licht v/ird durch den Strahlenteiler auf eine Fotozelle 22, deren Strahlungsempfindlichkeit von ihrer Lage zum Strahl abhängt, durch ein

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Linsensystem 24 reflektiert. Das durch die Fläche 20 und die andere Fläche 26 der Linse hindurchgehende Licht erzeugt ein Bild, welches durch ein Linsensystem 30 auf eine zweite Fotozelle 28, deren Strahlungsempfindlichkeit ebenfalls von ihrer Lage zum Strahl abhängt, geworfen wird. Die Linse ist auf einer drehbaren Halterung 32 befestigt, und eine Drehung derselben verursacht Verschiebungen der von den Fotozellen 22, nachgewiesenen Abbildungen bei ungenauer Zentrierung der Linse. An geeigneter Stelle in dem Linsensystem ist Gin Zerhacker 11 vorgesehen, so da.3 die Fotozellen auf Grund der empfangenen modulierten Strahlung Wechselstrom abgeben, der entsprechend der Verschiebung der Abbildung moduliert ist. Die von den Fotozellen erzeugten Signale werden an eine Einstellvorrichtung für die Linsanlage auf der (nicht dargestellten) Halterung abgegeben, und die Linse automatisch so lange verschoben, bis die O-R-Ivoinzidenz eintritt. Die Linsensystem können :"azu verwendet werden, den optischen Leistungsgrad (Wirkungsgrad) verschiedener Linsenflächen in Übereinstimmung zu bringen. Der durchgehende Strahl zeigt eine vorhandene Dezentrierung auf, sowohl von einer als auch von beiden Linseno!..er flächen. Der reflektierte Strahl ermittelt jede Dezentrierung der von ihm überwachten Oberfläche. l'enn beispielsweise der durchgehende Strahl eine Dezentrierung und der reflektierte Strahl eine Zentrierung für die näherliegenden Linsenoberflächen anzeigt, dann bedeutet r'as, daß die weiter entfernt liegende Linsenoberfläche noch nicht zentriert ist, und das Steuersystem dementsprechend reagieren wird, um die Zentrierung herzustellen.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei v/elcher eine Linse durch Reflexion an beiden Linsenoberflächen zentriert wird, wobei zwei Lichtquellen und zwei Reflexionskanäle vorgesehen sind. Jeder Reflexionskanal gleicht dem in Fig. 1 gezeigten. Jedoch

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haben die beiden Zerhacker vorzugsweise verschiedene Trägerfrequenzen, um jegliche Streulicht-Wechselbeziehung zv/ischen den beiden Kanälen zu vermeiden.

Um die Linse in der Halterung 32 entsprechend der Signale von den Fotozellen einzustellen, ist eine adjustierbare Plattform (siehe Figuren 3a und 3b) vorgesehen. Die zu zentrierende Linse 20 ist beispielsweise durch ein Klebemittel an einem Block 34 befestigt, der auf einem Kippteil 36 gleiten kann. Zwei piezoelektrische Umformer 33, 40 sind in Ausnehmungen 42, 44 angeordnet, welche im rechten Winkel zueinander am Elockrand liegen. Die piezoelektrischen Umformer bewirken eine Verschiebung des Blocks 34 in bezug auf den Kippteil 36 bei Empfang von Signalen der Fotozellen. Ein federvorgespannter Stössel 46 ist im Eingriff mit einer Ausnehmung 43 am Blockrand und drückt den Block 34 gegen die Umformer 38und

Der Kippteil 36 ist mit abgeschrägten Kanten 50 versehen. Zwei v/eitere piezoelektrische Umformer 52 und 54 sind so angeordnet, daß sie auf die abgeschrägten Kanten wirken. Die dem Block abgewandte Seite des I'ippteils 36 v/eist teilweise eine sphärische Fläche 56 auf, welche auf den Kanten einer in einer Nabe 60 ausgebildeten Ausnehmung 58 ruht.

Die Nabe 60 dreht sich in einen Lager 62. Die Bewegung eines oder beider piezoelektrischer Umformer 52, 54 auf Grund der von den Fotozellen empfangenen Signale veranlaßt den Kippteil 36, in bezug auf die Nabe 60 zu kippen. Ein federvorgespannter Stössel 64 wirkt auf die abgeschrägte Kante des Kippteils 36, um diesen Eingriff mit den Umformern 52, zu zwingen. ·

Die Drehachse der Halterungsvorrichtung verläuft vertikal, so daß der Bio „eil und die Nabe durch die Schwerkraft in ihrer Lage gehalten werden. In Abänderung davon können

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(nicht dargestellte) Federn für diesen Zweck vorgesehen werden. Im Kippteil und in der Habe sind Elektromagnete angeordnet, die Block, Kippteil und Nabe zusammenhalten. Während der Zentrierung sind die Elektromagnete nicht erregt, so daß der 3lock frei auf dem Kippteil gleiten und dieser frei auf der Habe kipp-en 3:ann. Die Gleitflächen von Block, Kippteil und Nabe können beispielsweise mit öl geschmiert werden und/oder ir.it einem Ha-1 terial mit niedrigem Reibungskoeffizienten, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, beschichtet sein. V7enn die Linse zentriert ist, werden die Elektromagnete erregt, um Block, Kippteil und Nabe zusammenzuhalten. Die Linse ύ

kann mit jedem geeigneten Klebemittel, wie beispielsweise Harz oder mit jeden geeigneten mechanischen Mittel, oder durch Erzeugung eines Vakuums längs der Linsenunterseite am Block befestigt werden. Die piezoelektrischen Umformer können durch motorangetriebene Schrauben oder sonstige mechanische, thermische, elektromechanische, hydraulische, pneumatische oder magnetische Mittel bzw. deren Kombinationen ersetzt werden.

In Fig. 4 ist beisnielsweise eine servo-gesteuerte Schaltung zur Adjustierung der Plattform dargestellt. Die Schaltung ist für den Betrieb motorangetriebener Schrauben zur 3e-

wegung des "locks und des Kippteils ausgelegt. ^

Die Fotozelle, Jeren Empfindlichkeit von ihrer Lage zun Strahl abhängt, erzeugt zwei Wechselstronsignale im Kanal X bzw. Kanal Y, die die Dezentrierung entlang der X- und Y-Richtung anzeigen und ein Referenzsignal im Kanal S. Die Signale betätigen die entsprechenden Motoren, wodurch die Schrauben die Plattform solange bewegen, bis die von den Fotozellen ausgesandten Kechselstromsignale in den X- oder Y-Kanälen gleich null v/erden. In der dargestellten Schaltung ist jeder Motor mit einem Tachoneter-Generator versehen, dessen Signale

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als Rückkopplung zur Steuerung des Motors dienen. Da die Verstärkung in den X- und Y-Kanälen vom optischen Wirkungsgrad der betrachteten Linsenflächen abhängt , kann eine automatische oder manuelle Einstellung der Verstärkung vorgesehen v/erden. Manuelle oder automatische Schaltmittel können in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung so angebracht werden, daß entweder die Fotozelle im Strahlengang der reflektierten Strahlen die piezoelektrischen Umformer zum Kippen und die Fotozelle im Strahlengang der durchgehenden Strählen die piezoelektrischen Umformer zum Verschieben steuert, oder daß die Reflexionskanal-Fotozelle die Verschiebungs-Umformer und die Durchgangskanal-Fotozelle die Kipp-Umformer steuert.

Die Messung der Dezentrierung von Linsen ist eine Anwendung des Grundgedankens der Erfindung. I-Jenn die 0-R-Koinzidenz einer Linse festgelegt ist, können an die rotierende Linsenkante Meßinstrumente angelegt werden, die z. B. zwei Amplitudenmessungen und eine Phasendifferenzmessung durchführen, die zusammen das Fehlen der M-O-Koinzidenz als räumlicher Vektor anzeigen« Die Meßergebnisse können angezeigt oder geschrieben werden.

Bei einer anderen Anwendung der Erfindung wird zuerst die M-R-Koinzidenz festgelegt, bei der die Heßinstrumente keine Anzeige liefern, während die "!fechselstromsignale der Fotozellen ein Fehlen der O-M-Kolnzidenz anzeigen.

Patentansprüche:

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Claims

PATENTANWALT DIPL-INO. JOACHIM STRASSE 445 HANAU · FRANKFURTER LANDSTR. 1 · POSTFACH 793 · THi. 20801 · TELEQRAM.'viE: HANAUPATENT British Scientific Instrument 7. JuIi 1967 Research Association Zo/Be - 10 012 Chislehurst (Kent) ENGLAND I&tentansprüche

1. Vorrichtung zum Zentrieren von Linsen und zum Auffinden von Zentrierungsfehlern bei Linsen, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Λ Strahlenquelle, optische Mittel zum Richten eines Strahlenbündels auf eine Fläche einer zu zentrierenden Linse, Mittel zum Befestigen ^er zu zentrierenden Linse, wobei die Befestigungsmittel drehbar sind, Mittel zum Empfang eines durchgehenden und/oder reflektierten Strahlenbündels von einer Fläche, wobei die I*ittel ein zu den Bewegungsabweichungen des durchgehenden oder reflektierten Strahlenbündels, auf Grund der Dezentrierung der Linsen, korrespondierendes Signal erzeugen, Ilittel zum Einstellen der Lage der Linse in der Halterung und proportionalregelnde Servo-Steuermittel zur Steuerung der Einstellmittel durch die von den Empfangsmitteln kommenden Signale vorgesehen sind.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ernpfancrsmittel eine Fotozelle aufweisen, deren Empfindlichkeit für Strahlungsempfang von ihrer Lage zum Strahlenbündel abhängt und welche die Bildverschiebung im durchgehenden oder reflektierten Strahlenbündel ermittelt.

3, Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlenquelle aus einer Strahlenquelle für sichtbares Licht, einer Infrarot-Strahlenquelle oder einer Ultraviolett-Strahlenquelle besteht. g^.r-, n~^?~5NAL

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4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Emnfangsmittel eine erste Fotozelle aufweisen, welche die durch die Linse hindurchgehende Strahlung auffängt und eine zweite Fotozelle, die die von einer Linsenfläche reflektierte Strahlung auffängt.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangsmittel eine erste Fotozelle für das Auffangen der von einer

ψ Fläche der Linse reflektierten Strahlung und eine zweite Fotozelle für das Auffangen der von der anderen Linsenfläche reflektierten Strahlung aufweisen und daß eine zusätzliche zweite elektromagnetische Strahlenquelle und Mittel zum Richten der von der zweiten Quelle stammenden Strahlung auf die andere Fläche der zu prüfenden Linse vorhanden sind.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungsvorrichtung aus einer drehbaren Nabe, einem auf der Nabe in bezug auf die Drehachse der Nabe kippbaren Teil und

^ einem auf dem kippbaren Teil befestigten Block besteht, dessen Drehungsebene im wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Nabe verläuft, wobei die Einstellvorrichtung Mittel zum Kippen des Teils und zur Erzeugung einer Gleitbewegung des Blocks aufweist.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch : gekennzeichnet, daß ein Zerhacker im Strahlenbündel vorgesehen ist, so daß die Empfangsvorrichtung ein Wechselstromsignal erzeugt.

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8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Snnfangsvorrichtung ein erstes und ein zv/eites Signal entsprechend einer Dezentrierung entlang der X- und Y-Koordinate und ein drittes Signal als Bezugssignal abgibt.

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