DE19600520A1

DE19600520A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Dezentrierung von optischen Linsen

Info

Publication number: DE19600520A1
Application number: DE1996100520
Authority: DE
Inventors: Igor Klimchinsky
Original assignee: Peus Systems GmbH
Current assignee: AVL Emission Test Systems GmbH
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2016-01-10
Also published as: DE19600520C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dezentrierung von optischen Linsen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 9.

Beim Einbau von optischen Linsen, beispielsweise Sammellinsen oder Zerstreuungslinsen in hochpräzise optische Instrumente wie Mikroskope, Ferngläser, optische Meßeinrichtungen etc., treten in der Regel Positionsabweichungen zwischen dem geometrischen Mittelpunkt der optischen Achse einer Linse und dem die Linse haltenden äußeren Trägerkörper auf. Hierdurch ergeben sich auch bei hochpräzise gefertigten Linsen oder Linsensystemen Abbildungs fehler, die die Güte und Auflösung eines aus mehreren optischen Linsen zusammengesetzten optischen Instruments in der Regel in hohem Maße herabsetzen. Die Positionsabweichungen, die im folgenden auch als Dezentrierung bezeichnet werden, ergeben sich beispielsweise dadurch, daß die Ränder der optischen Linsen nicht hochpräzise gefertigt werden, der Trägerkörper der die Linse trägt, keine vollständig symmetrische Form aufweist oder die Linse als solche innerhalb des Trägerkörpers seitlich verschoben oder geneigt angeordnet ist. So sind bei hochpräzisen optischen Instrumenten, beispielsweise bei Mikroskopen oder bei Fernrohren, die eine größere Anzahl von zueinander ausgerichteten Linsen aufweisen, bereits Verschiebungen in der Größenordnung von nur wenigen Zentel Mikrometern ausreichend, um die Abbildungsgüte eines solchen hochpräzisen optischen Instruments in starkem Maße zu verringern.

Um eine zuvor beschriebene Dezentrierung einer Linse ausgleichen zu können, wird die Linse in ihrem Trägerkörper mit Hilfe von radial am Linsenrand angreifenden Halteschrauben in der Weise aufgehängt, daß diese durch ein Verdrehen der Schrauben justiert werden kann. Hierzu können die Linsen beispielsweise durch zwei, drei, vier oder mehr Schrauben gehalten werden.

Das Justieren des zusammengesetzten Linsensystems eines hoch präzisen optischen Instruments erfolgt bei dessen Zusammenbau in der Regel dadurch, daß das Instrument auf eine erste Linse justiert wird, die Dezentrierung dieser Linse bestimmt und anschließend die Linse durch Verstellen der Stellschrauben in der Weise justiert wird, daß die Dezentrierung der ersten Linse verschwindet. Im Anschluß daran wird eine nächste Linse eingesetzt, deren Dezentrierung bestimmt und die Linse durch Verstellen der Stellschrauben wie zuvor beschrieben justiert.

Die Bestimmung der Dezentrierung der einzelnen Linsen erfolgt dabei mit bekannten Vorrichtungen, bei denen ein von einer Lichtquelle beleuchtetes Objekt über ein Linsensystem auf eine der Oberflächen einer zu justierenden optischen Linse projiziert wird, das von der Oberfläche reflektierte Bild des Objektes über entspre chende Linsen auf einem Schirm abgebildet wird und aus der sich bei einer Rotation der zu untersuchenden Linse ergebenden Bewegung des Bildes auf dem Schirm sodann die Dezentrierung der Linse bestimmt wird. Durch entsprechendes Justieren der Linse in ihrer Halterung mit Hilfe der Stellschrauben wird die Auslenkung des Bildes auf dem Schirm auf Null reduziert und somit die Dezentrie rung der Linse beseitigt.

Nachteilig bei diesen Vorrichtungen zur Bestimmung der Dezen trierung von optischen Linsen nach dem Stand der Technik ist es, daß sie nur eine vergleichsweise geringe Auflösung besitzen und Messungen mit einer hohen Genauigkeit, die durch mehrfache Wiederholung von Einzelmessungen vorgenommen werden, einen großen Zeitaufwand erfordern oder oftmals überhaupt nicht möglich sind, insbesondere dann, wenn der Signalpegel sehr klein ist. Darüber hinaus eignen sich die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik teilweise nicht zur Messung der Dezentrierung von bestimmten Typen optischer Linsen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen sich die Dezentrierung von optischen Linsen mit hoher Präzision und in kurzer Zeit bestimmen läßt. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Bestimmung der Dezentrierung eines zusammengesetzten optischen Instruments mit einer Vielzahl von Linsen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 und 9 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor richtung liefern eine erhöhte Genauigkeit und ein erhöhtes Auflö sungsvermögen bei der Messung der Dezentrierung einer optischen Linse oder eines optischen Linsensystems. Das Auflösungsvermögen, mit welchem die Fähigkeit bezeichnet wird, die Dezentrierung von Linsenoberflächen zu messen, deren Zentren nur einen sehr kleinen Abstand entfernt voneinander angeordnet sind, wird erfindungsge mäß durch die Kombination der adaptiven Steuerung des Lichts, dem Space-Averaging eines Autokollimations-Bildmusters eines Testob jekts, der Verwendung eines elektronischen Detektors in Form eines CCD-Zeilensensors oder CCD-Flächensensors und der digitalen Weiterverarbeitung des detektierten Bildmusters durch einen Computer erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen an hand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Dezentrierung einer optischen Linse,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Drehspiegels mit dem zugehörigen Strahlengang des auf die erste Seite des Spiegels auftreffenden Lichtes,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Strahlenganges an einer zentrierten Linse (durchgezogen) sowie an einer dezentrierten Linse (gestrichelt),

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Strahlenganges zwischen der zweiten Seite des Drehspiegels und dem CCD-Sensor im Falle einer zentrierten Linse (durchgezogen) und im Falle einer dezentrierten Linse (gestrichelt),

Fig. 5 den Verlauf der Intensität der Lichtquelle sowie die zugehörige Winkelposition des Drehspiegel in Abhängigkeit von der Zeit.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dezentrierung einer optischen Linse 2, die in einer Halterung 4, z. B. dem Okular eines Fernrohres, dem Objektiv eines Mikroskops oder allgemein dem Trägerkörper eines optischen Instruments mittels Stellschrauben 6 gehalten wird, enthält eine Lichtquelle 8, die ihr Licht über eine erste Linse oder ein erstes Linsensystem 10, beispielsweise einen Kollimator, auf ein dem ersten Linsensystem 10 nachgeordnetes Objekt 12 wirft. Bei der bevor zugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtquelle 8 durch eine Laserdiode gebildet, deren divergentes Laserlicht durch das als Kollimator ausgebildete erste Linsensystem 10 im Bereich des Objektes 12 kollimiert wird. Das Objekt 12 kann beispielsweise durch ein Strichmuster, ein oder mehrere Kreuze oder ein beliebiges anderes Muster gebildet werden und besteht bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem sich in vertikaler Richtung erstreckenden einzelnen Spalt.

Das von dem angestrahlten Objekt 12 ausgesandte Bildmuster wird über einen Umlenkspiegel 14 und eine zweite, das vom Umlenkspiegel 14 reflektierte Licht parallelisierende Linse oder ein Linsensys tem 15 in im wesentlichen paralleler Form auf eine erste Reflexions ebene oder Spiegeloberfläche 16 eines Scanners 18 projiziert. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Scanner 18 durch einen Drehspiegel gebildet, der wie in Fig. 2 gezeigt, um eine vorzugsweise vertikale Drehachse 19a periodisch zwischen zwei Umkehrpunkten um entsprechende Winkel Φ₁ und Φ₂ durch einen Motor 19 hin- und hergeschwenkt wird. Die Schwenkbewegung des Drehspiegels 18, d. h. der Schwenkwinkel Φ des Drehspiegels 18 in Abhängigkeit von der Zeit t, ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einstellbar und kann beispielsweise eine Sinus- Funktion, eine in Fig. 5 dargestellte im wesentlichen dreiecksför mige Funktion oder eine sonstige periodische Funktion sein. Die in Fig. 5 dargestellte dreiecksförmige Funktion hat den Vorteil, daß die Verweildauer des Drehspiegels 18 im Bereich der Nullpunktslage im Vergleich zur Verweildauer an den Umkehrpunkten vergleichsweise groß ist, wodurch sich eine verbesserte Auflösung der erfindungsge mäßen Vorrichtung 1 erzielen läßt.

Der Schwenkwinkel Φ₁ bzw. Φ₂, um den der Drehspiegel 18 ausgelenkt wird, liegt im Bereich zwischen 0° und 2°, beispiels weise 1°, in jede Richtung und ist vorzugsweise einstellbar. Der Schwenkwinkel Φ₁, Φ₂ kann jedoch auch hiervon abweichende Werte annehmen. Die Frequenz, mit der der Drehspiegel 18 hin- und hergeschwenkt wird, ist einstellbar und liegt im Bereich zwischen einigen Hertz und einigen 100 Hertz, beispielsweise 50 Hertz oder 200 Hertz. Im einfachsten Falle kann der Motor 19 ein Schrittmotor sein, an dessen Welle 19a ein doppelseitiger Spiegel befestigt ist. Der Motor 19 wird durch Anlegen von entsprechenden Steuerpulsen abwechselnd um einen Schrift vor und anschließend um einen Schritt zurück rotiert. In einer Hochpräzisions-Ausführungsform der Erfindung wird der Scanner 18 vorzugsweise durch ein bekanntes Spiegel-Galvanometer gebildet.

Das von der ersten Reflexionsebene oder Spiegeloberfläche 16 des Drehspiegels 18 reflektierte Bildmuster des Objekts 12 wird anschließend, wie in Fig. 1 gezeigt, über einen zweiten Umlenkspie gel 22 einem Strahlteiler 24 zugeführt. Der Strahlteiler 24 kann bei spielsweise durch einen halbdurchlässigen Spiegel 26 gebildet werden oder einen solchen halbdurchlässigen Spiegel 26 enthalten, an dem ein Teil des einfallenden Lichts reflektiert wird und der andere Teil des Lichts durch diesen hindurchtritt. Das im wesentli chen in paralleler Form von der Oberfläche des Spiegels 26 reflektierte Licht wird anschließend einem dritten Linsensystem 28, beispielsweise einem Mikroobjektiv, mit einer ersten Linse 30 und einer dieser ersten Linse in Richtung des einfallenden Lichts gesehen nachgeordneten zweiten Linse 32 zugeführt, welches das Bildmuster des Objekts 12 auf einer zu untersuchenden Oberfläche 34 der Linse 2 abbildet, deren Dezentrierung bestimmt werden soll. Die Fokussierung des Linsensystems 28 ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart gewählt, daß der Fokus des Linsensystems 28 in einer Ebene 36 liegt, die im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse durch den Krümmungsmittelpunkt 40 der Linsenoberfläche 34 verläuft. Ein Teil des Lichts des einfallenden Bildmusters wird an der zu untersuchenden Linsenober fläche 34 reflektiert und gelangt auf dem Wege des einfallenden Lichts zurück in das Linsensystem 28 (Autokollimation), aus welchem es in im wesentlichen paralleler Form durch die Linse 30 austritt und am halbdurchlässigen Spiegel 26 des Strahlteilers 24 zu einem Teil reflektiert wird und zum anderen Teil durch diesen hindurchtritt. Das durch den Spiegel 26 des Strahlteilers 24 hindurchtretende Licht des Bildmusters wird von einem dritten Umlenkspiegel 42 umgelenkt und in im wesentlichen paralleler Form auf die zweite Reflexionsebene 17 des Drehspiegels 18 projiziert. Die zweite Reflexionsebene 17 des Drehspiegels 18 ist vorzugsweise parallel zur ersten Reflexionsebene oder Spiegel oberfläche 16, kann jedoch gegenüber dieser auch leicht geneigt sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erste Reflexionsebene 16 und die zweite Reflexionsebene 17 parallel zueinander angeordnet.

Das von der zweiten Reflexionsebene 17 reflektierte Licht wird über eine vierte Linse oder ein Linsensystem 44 auf den lichtempfind lichen Bereich 46 eines optischen Sensors 48 fokussiert, wie dies z. B. in Fig. 4 vergrößert dargestellt ist. Bei der bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung wird der optische Sensor 48 durch einen im Stand der Technik bekannten CCD-Zeilensensor gebildet. Anstelle eines CCD-Zeilensensors kann jedoch ebenfalls ein CCD-Flächensen sor oder eine oder mehrere nebeneinander angeordnete herkömm liche Fotozellen oder entsprechende elektronische Bauelemente mit der gleichen Funktion verwendet werden.

Meßprinzip

Das auf den CCD-Zeilensensor 48 auftreffende Bildmuster des Objekts 12 wird von der entsprechenden Zelle des lichtempfindlichen Bereichs 46 des Sensors 48 in eine entsprechende Ladungsmenge umgewandelt, die anschließend von einer zentralen Steuerungs- und Auswerteinrichtung 50 ausgelesen und ausgewertet wird. Der Bereich der CCD-Zeile, in welchem sich die größte Ladungsmenge ange sammelt hat, entspricht hierbei dem in Fig. 4 dargestellten Punkt P, in dem das Bildmuster des Objekts 12 auf der CCD-Zeile abgebildet wird. Als nächstes wird die Linse 2 um einen Winkelbetrag von 180° rotiert, der CCD-Sensors 48 zurückgesetzt, eine erneute Messung durchgeführt und in der oben beschriebenen Weise der Bereich P der CCD-Zeile, in welchem sich z. B. die größte Ladungsmenge angesammelt hat, bestimmt. Der geometrische Abstand zwischen dem zuerst bestimmten Punkt P und dem nach einer Drehung der Linse 2 um 180° bestimmten Punkt P ist ein unmittelbares Maß für die Dezentrierung der Linse 2. Aus ihm kann ebenfalls der Absolutwert der Dezentrierung der Linse 2 mit Hilfe der Vergrößerungsfaktoren der Linsen oder Linsensysteme 28 und 44 berechnet werden.

Um die Genauigkeit der Bestimmung der Position des Bildmusters des Objekts 12, welches auf den CCD-Sensor 48 auftrifft, und damit das Auflösungsvermögen der erfindungsgemaßen Vorrichtung weiter zu erhöhen, wird die Position des Bildmusters vorzugsweise durch eine Berechnung des Zentrums der Energie-Symmetrie bestimmt, was auch als "Digital Linear Filtering" bezeichnet wird. Daneben kann die Position in gleicher Weise mit einer erhöhten Genauigkeit durch Berechnung des Maximums einer Korrelations-Funktion, der Centroid-Methode, dem sogenannten "Karmann-Filtering" oder durch Anwendung einer anderen bekannten mathematischen Methode bestimmt werden.

Gewünschtenfalls kann die Linse 2 anschließend um einen Winkel von 90° rotiert werden, um die Dezentrierung der Linse 2 in einer zweiten, zur ersten Richtung senkrechten Richtung zu bestimmen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorge sehen, die Linse 2 in vorgebbaren Winkelschritten, beispielsweise in 1°-Schritten, um 180° oder 360° zu rotieren und nach jedem Winkelschritt eine Bestimmung der Dezentrierung vorzunehmen, um die Dezentrierung über den gesamten Winkelbereich von 360° aufzunehmen. Das Rotieren der Linse 2 kann dabei beispielsweise mit Hilfe eines motorbetriebenen Spindelantriebs 52 erfolgen, wel cher durch die zentrale Steuerungs- und Auswerteinrichtung 50 gesteuert wird. Zur Messung der Winkelstellung des Spindelantriebs 52 kann ferner, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Winkelmeßgeber 54 vorgesehen sein, welcher der zentralen Steuerungs- und Auswert einrichtung 50 die jeweilige Winkelposition des Spindelantriebs 52 zuführt.

In dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Berechnung der Dezentrierung durch die zentrale Steuerungs- und Auswert einrichtung 50, welche in diesem Falle beispielsweise durch einen bekannten IBM-compatiblen Personal Computer und entsprechende Software gebildet sein kann, anhand der nachfolgend aufgeführten Formeln:

worin

Funktionsweise

Das Bildmuster des von der Lichtquelle 8 beleuchteten Objekts 12 gelangt über den ersten Umlenkspiegel 14 auf die periodisch hin- und hergeschwenkte erste Reflexionsebene oder Oberfläche 16 des Drehspiegels 18 und wird von dieser in einen dem Schwenkwinkel entsprechenden Raumwinkelbereich hinein reflektiert. Ein entspre chender Strahlengang ist beispielsweise in Fig. 2 vergrößert darge stellt. Zu dem Zeitpunkt, in dem der Drehspiegel 18 die in Fig. 1 dargestellte Ruheposition einnimmt, gelangt das Bildmuster über den zweiten Umlenkspiegel 22 und den Strahlteiler 24 in das Mikroobjektiv 28 und von dort aus auf die Oberfläche 34 der zu untersuchenden Linse 2.

Wie in Fig. 3 im Detail gezeigt, wird das Bildmuster, welches entlang der optischen Achse des Mikroobjektivs 28 auf die Linsenoberfläche 34 trifft, im Falle einer präzise zur optischen Achse 27 des Mikroob jektivs 28 zentrierten Linse 2 (durchgezogene Linien) zu einem Teil entlang der optischen Achse 27 in das Mikroobjektiv 28 zurückre flektiert und gelangt von dort durch den Strahlteiler 24 hindurch und den dritten Umlenkspiegel 42 auf die Rückseite 17 des Dreh spiegels 18 und von dort aus wie zuvor beschrieben und in Fig. 4 im Detail gezeigt, über die vierte Linse 44 in das Zentrum des CCD- Zeilensensors 48.

Für den Fall, daß die Linse 2 dezentriert ist, d. h. die optische Achse 38 der Linse 2 nicht mit der optischen Achse 27 des Mikroobjektivs 28 zusammenfällt (gestrichelte Linien in Fig. 3), wird das Bildmuster entlang der gestrichelten Linien in Fig. 3 im Winkel zur optischen Achse 27 in das Mikroobjektiv 28 zurückreflektiert und wird von dort aus über die Rückseite 17 des sich in diesem Augenblick in der Ruheposition befindenden Drehspiegels 18 und das Linsensystem 44 auf einen im Abstand d vom Zentrum des in Fig. 4 gezeigten CCD- Zeilensensors 48 gelegenen Bereich oder Punkt P abgebildet.

Durch die Hin- und Herbewegung des Drehspiegels 18 wird zusätzlich eine sogenannte Mittelung der von der Lichtquelle 8 ausgesandten Lichtintensität über einen bestimmten, durch den Schwenkwinkel Φ des Drehspiegels 18 vorgegebenen Raumwinkel bereich durchgeführt, welche im folgenden auch als Space-Averaging bezeichnet wird. Das Space-Averaging führt dazu, daß das einfallende Licht des Bildmusters infolge des sich ändernden Winkels des Dreh spiegels 18 vergleichbar einem Scanner periodisch über die Oberfläche 34 der Linse 2 streift. Die an den jeweiligen Winkelstel lungen des Drehspiegels 18 von der Linsenoberfläche 34 ausge sandten Lichtreflexe des Bildmusters gelangen teilweise zurück in das Mikroobjektiv 28 und werden von dort aus über einen bestimmten Raumwinkelbereich auf die zweite Spiegeloberfläche 17 des Drehspiegels 18 geworfen. Wie es sich gezeigt hat, weisen diejenigen Lichtreflexe, die von der Linsenoberfläche 34 bei einer 45°-Stellung des Drehspiegels 18 wie in Fig. 4 gezeigt, entsprechend der Dezentrierung der Linse in dem Bereich P des Sensors 48 abgebildet werden, eine höhere Lichtintensität auf, als die Licht reflexe, die auf danebenliegende Punkte oder Bereiche abgebildet werden.

Allgemein kann das elektrische Signal des CCD-Sensors 48 durch folgende Formel ausgedrückt werden:

worin
E(X_s) das elektrische Signal des CCD-Sensors 48,
X_s die CCD-Ebene,
Q(X_s) die Intensitäts-Funktion des Objekts 12,
t_i die Integrationszeit
N(X_c) das Orts-Rauschen,
X_c die Koordinate in der Brennebene der Linse 30,
f₁, f₂ die Brennweiten der Linsen 44 und 30,
Y₀ die Amplitude des Winkels Φ der Scannerbewegung,

Der erste Term der Formel (1) entspricht dem detektierten Bildmuster des Test-Objekts 12, wohingegen der zweite Term der Formel (1) den Mittelwert des Orts-Rauschens beschreibt.

Durch eine Wiederholung des Scanvorgangs, beispielsweise für einige einhundert mal, läßt sich insbesondere in Zusammenhang mit einem CCD-Zeilensensor, der die Menge des in seine lichtempfindlichen Zellen einfallenden Lichts bis zum Zurücksetzen des Sensors kumulativ speichert, d. h. eine Integration der in jede Zelle einfallen den Lichtmenge durchführt, eine erhebliche Steigerung der Auflösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erzielen. So lassen sich hierdurch und/oder durch die zusätzliche Verwendung einer der zuvor beschriebenen mathematischen Methoden zur genaueren Bestimmung der Position des Bildmusters des Objekts 12 auf dem CCD-Sensor 48 selbst die Lichtreflexe von sehr schwachen Reflexionen, wie sie beispielsweise infolge der sehr geringen Unterschiede im Brechungsindex zwischen dem optischen Kitt zum Verbinden zweier Linsen und dem Linsenmaterial als solchem auftreten, mit dem oben beschriebenen Verfahren, bzw. der oben beschriebenen Vorrichtung durch wiederholtes Scannen der Linsenoberfläche noch hinreichend gut auflösen. Hierdurch ist es möglich, selbst bei mit Hilfe von optischem Kitt zusammengesetzten mehrfachen Linsensystemen, wie sie in hochpräzisen optischen Instrumenten verwendet werden, eine Bestimmung der Dezen trierung jeder einzelnen Linse vorzunehmen, um das Linsensystem entsprechend auch im nachhinein justieren zu können.

Eine weitere Steigerung der Auflösung läßt sich weiterhin dadurch erzielen, daß die Intensität der Lichtquelle 8 und/oder die Pulslänge des Lichts, welches von der Lichtquelle 8 emittiert wird, in Abhängig keit von der Winkelposition des Scanners oder Drehspiegels 18 gesteuert wird. In diesem Falle wird die Intensität des Lichts an den Wendepunkten des Drehspiegels 18, an denen sich der Spiegel in der Regel mit einer gegenüber der in Fig. 5 gezeigten Nullpunktslage O verringerten Geschwindigkeit bewegt, herabgesetzt, wodurch der CCD-Zeilensensor 48 an den Wendepunkten nicht in die Sättigung getrieben wird. Die Steuerung der Lichtintensität kann im Falle eines Lasers beispielsweise über eine im Stand der Technik bekannte Kerr-Zelle oder einen sonstigen Intensitäts- oder Pulslängenmodu lator erfolgen. Für den Fall, daß die Lichtquelle 8 durch eine herkömmliche elektrische Glühlampe gebildet wird, kann die Lichtintensität beispielsweise ebenfalls durch Verändern der zugeführten elektrischen Leistung gesteuert werden. Ein Beispiel für den Intensitätsverlauf in Abhängigkeit von der Zeit, bzw. in Abhängigkeit von der Winkelposition des Drehspiegels 18, ist in Fig. 5 dargestellt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird die Intensität I der Lichtquelle 8 im Bereich der Umkehrpunkte des Drehspiegels 18 auf einen Wert I₀ abgesenkt und im Bereich der Nullpunktslage O des Drehspiegels 18 auf einen Wert I₁ erhöht. Je nach Art der verwendeten Lichtquelle oder des verwendeten Intensitäts- oder Pulslängenmodulators kann die Intensität I₀ bis auf null herabgesenkt werden. Der in Fig. 5 gezeigte zeitliche Verlauf der Lichtintensität ist lediglich beispielhaft und nicht auf die dort gezeigte Funktion beschränkt. So kann der Intensitätsverlauf beispielsweise auch sinusförmig oder dreiecksförmig sein oder kann eine sonstige beliebige periodische Abhängigkeit aufweisen.

Durch das erfindungsgemaße Space-Averaging an der ersten und zweiten Spiegeloberfläche 16, 17 des Drehspiegels 18 läßt sich weiterhin eine beachtliche Steigerung der Meßgeschwindigkeit er zielen. Somit ergibt sich durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine erheb liche Erhöhung der Auflösung und der Geschwindigkeit bei der Be stimmung der Dezentrierung einer Linse oder eines Linsensystems 2. Daneben bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erhöhte Funktionalität, da es mit ihr möglich ist, selbst die Dezentrierung von Linsen in einem fertig zusammengebauten optischen Instrument durch einfaches Fokussieren des Mikroobjektivs 28 auf die entspre chende Linse des optischen Instruments zu bestimmen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zentra le Steuerungs- und Auswerteinrichtung 50 vorzugsweise durch einen Personal Computer gebildet, der mit entsprechenden Schnittstellen karten zur Steuerung der Intensität der Lichtquelle 8, der Frequenz und/oder des Winkels Φ des Scanners oder Drehspiegels 18 sowie des Spindelantriebs 52 ausgerüstet sein kann. Der Personal Compu ter kann weiterhin entsprechende Schnittstellenkarten zum Ausle sen und Zurücksetzen des CCD-Sensors 48 sowie zur Messung der Winkelposition des Spindelantriebs 52 mit Hilfe des Winkel meßgebers 54 sowie des Drehwinkels Φ des Drehspiegels 18 enthalten. Die Steuerschaltungen, die zum Betrieb der zuvor genannten Komponenten benötigt werden, können entweder als in den Figuren nicht dargestellte analoge Schaltungen ausgebildet sein. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sie jedoch als im PC enthaltene Softwareprogramme realisiert.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Dezentrierung von optischen Linsen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens schritte:
Erzeugen eines optischen Bildmusters durch Anstrahlen eines Objektes mit Licht, Reflexion des Bildmusters an einer ersten, sich periodisch bewegenden Reflexionsebene eines Reflexions mediums, Projektion des reflektierten Bildmusters auf eine Oberfläche der zu untersuchenden optischen Linse, Abbilden des von der Linsenoberfläche reflektierten Bildmusters auf eine zur ersten Reflexionsebene im wesentlichen parallele zweite Re flexionsebene des Reflexionsmediums, Abbilden des von der zweiten Reflexionsebene reflektierten Bildmusters auf einen lichtempfindlichen ortsauflösenden Detektor und Bestimmung der Ortsposition des auf den Detektor auftreffenden Bildmusters.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Linse nach der Bestimmung der Ortsposi tion um einen vorgegebenen Winkelbetrag gedreht wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortsposition des auf den Detektor abgebildeten Bildmusters in Abhängigkeit von der Winkelposition der optischen Linse bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor durch einen CCD-Sensor gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsmedium durch einen ebenen doppelseitigen Spiegel gebildet wird, dessen einander gegenüberliegende Spiegelflächen die erste und zweite Reflexionsebene bilden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsmedium um eine Ruhelage motorisch hin- und hergeschwenkt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtintensität der Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der Winkelposition des Reflexionsmediums verändert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtintensität der Lichtquelle an den Umkehrpunkten des Reflexionsmediums herabgesetzt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer einen Gegenstand (12) beleuchtenden Lichtquelle (8) zur Erzeugung eines dem Gegen stand (12) entsprechenden Bildmusters, mit einem periodisch hin- und herbewegten, eine erste Reflexionsebene (16) und eine zu dieser im wesentlichen parallele zweite Reflexionsebene (17) aufweisenden optischen Reflexionsmedium (18), mit Mitteln (14, 15) zum Abbilden des Bildmuster auf die erste Reflexions ebene (16) des Reflexionsmediums, mit Mitteln (22, 24, 28) zum Abbilden des von der ersten Reflexionsebene (16) reflek tierten Bildmusters auf eine Oberfläche (34) einer zu unter suchenden optischen Linse (2), mit Mitteln (28, 24, 42) zum Abbilden des von der Oberfläche (34) der Linse (2) reflektierten Bildmusters auf die zweite Reflexionsebene (17) des Reflexions mediums (18), sowie mit Detektionsmitteln (48) zur räumlichen optischen Detektion des von der zweiten Reflexionsebene (17) reflektierten Bildmusters.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsmedium (18) durch einen motorisch bewegten ebenen doppelseitigen Spiegel gebildet wird, dessen einander gegenüberliegende Spiegelflächen die erste und zweite Reflexionsebene (16, 17) bilden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Reflexionsmediums (18) durch einen Schritt motor (19a) erfolgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsmittel (48) durch einen CCD-Sensor gebildet werden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Linse (2) nach der Bestimmung der Ortsposition um einen vorgegebenen Winkelbetrag gedreht wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Linse (2) durch einen Spindelantrieb (52) erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtintensität der Lichtquelle (8) in Abhängigkeit von der Winkelposition (Φ) des Reflexionsmediums (18) verändert wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtintensität der Lichtquelle (18) an den Umkehrpunkten des Reflexionsmediums (18) herabgesetzt wird.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Steuerungs- und Auswerteinrichtung (50) zur Bestimmung der Dezentrierung der Linse aus den vom Detektionsmittel (48) aufgenommenen Meßdaten vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuerungs- und Auswerteinrichtung (50) die Intensität der Lichtquelle (8) und/oder die Frequenz der Schwenkbewegung des Reflexionsmediums (18) und/oder den Winkel (Φ) des Reflexionsmediums (18) und/oder den Drehwinkel des Spindelantriebs (52) und/oder die Detektionsmittel (48) steuert.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuerungs- und Auswerteinrichtung (50) durch einen entsprechende Steuerungs-, Meß- und Regelungssoftware enthaltenden Personal Computer gebildet wird.