DE2211859A1 - Vorrichtung für die Positionierung einer optischen Linse - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. JOACHIM STRASSE 221 1859

HANAU · ROMERSTR. 19 · POSTFACH 79J · TEL.iO8O3· TELEQRAMME: HANAUPATENT · TELEX: 4184782p«t

SLiA IiJSTITUTL 10. März 1972

South Hill, Chislühurst, Kent Se/Ad - 10 738 Oroiib r i tan η i en

Vorrichtung für dio Positionierung einor optischen Linse

Die Lrfindung betrifft eine Vorrichtung für die Positionierung einer optischen Linse auf einem drehbaren Träger zur Herstellung der Koinzidenz zwischen der optischen Achse der Linse und der Drehachse des Trägers, mit einer Bo I euchtungseinrichtung für die Linse und mit einem Detektor zur Anzeige der BoIeuchtungssteI Ie auf der Linse.

Bei der Herstellung von Linsen Ist es erforderlich , daß die mechanische oder geometrische Achse H der zylindrischen LInsonkante mit der optischen Achse 0 zusammenfällt, das ist die VorbindungsIiηie zwischen den Krümmungsmitto I punkton der boiden strahIendurchI8ssI gen oder rofIok1ierendon Oberflächen

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der Linse , urn sicherzustellen, daß die optische Achse genau ausgerichtet ist, wenn die Linse in einur Halterung sitzt, üiüse Koinzidenz, die n\~, M-O Koi n/ i denz bezeichnet wird, wird durch Bearbeitung der Linsenkante während dor Drehung der Linse um ihre optische Achse erreicht. Es ist daher ulno weitere Förderung, bevor dio Bearbeitung beginnt, die optische Achse in Koinzidenz rit der DrohL-rgsachse R zu bringen, um die sogonannte 0-R Koinzidenz zu erhalten, wobei die Drehachse R die Drehungsachse für die drehbare Ma IterungscInrichtung der Linse ist. Wann eine LInsenoberfliehe eben ausgebi I-det Ist, ist die optische Achse die IJornalo auf dio ebene Oberfläche und verläuft durch den Krümrung^ritteIpunkt der Li nsonf I ache mit endlichen Radius. Line riokrli-nnte Llnsonoborflache ist dann zentriert in bezug auf eine Achse, wiυ beispielsweise auf die Drehungsachse R, wenn inr Krümmungsmittolpunkt auf dieser Achse liegt.

Es wurde schon vorgeschlagen, um eine J-K Koinzidenz für eine Linse zu erhalten, die Linse auf oinem drehbaren kreisringförmigon Halfer mit Poch oder einem sonstigen Klebemittel zu befestigen, welches durch Erwärmen weich wird, wobei der Halter zunächst derart eingestellt v;ird, daß soino mechanische Achse mit seiner Drehachse übereinstimmt. Der Maltor wird gedreht und ein oder mehrere Fi I I der, abgebildet durch das von einer oder beiden Oberflachen reflektierte Licht sind visuell beobachtbar. Ein reflektiertes F3ild wird solange verschobon oder gekrümmt sein, als die optische Achse nicht mit der Drehachse Übereinstimmt. Wenn das oder die Bilder verschobon sind, wird das Klebemittel erwärmt, und dio Linse kann solange wieder in die richtige Lage gebracht werden, bis das oder dio üllder während der Drehung des Malters stillstehend erscheinen. Dom Klebemittel wird dann Zelt zum Aushärten gegeben, so daß Im Anschluß daran die Linsenkante bearbeitet werden kann, um die M-O Koinzidenz zu erhalten. Die ZontrierungsgenauIgkeit hängt großtolls von dor Gösch IckIίchke11

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und Ausdauer dos Linsenschleifers und von den Eigenschaften des Klebemittels ab. Zur Vermeidung der Abhängigkeit von der Geschicklichkeit und der Ausdauer des Linsenschleifers Ist eine Vorrichtung gemäß dem britischen Patent Nr. 1 147 521 bekannt, die ein automatisches Zentrieren einer Linse ermöglicht und ohne eine geschulte Bedienungsperson betrieben werden kann, jedoch insbesondere für kleinere Hersteller von optischen Instrumenten zu teuer ist.

Zur Vereinfachung einer derartigen Vorrichtung wurde auch schon β f. η eIektro-optisches Linsen-Anzeigesystem vorgeschlagen, bei dem Einrichtungen für das Lenken eines Strahienbündels auf eine der überflächen der zu zentrierenden Linse und für den Empfang der refIoktiurten Strahlung von der betreffenden Oberfläche und jenem Strahlenanteil des Nil η de fs, der durch die Oberfläche hIndurchtritt und durch die Linse von der Innenfläche der anderen, gegenüberliegenden Oberfläche reflektiert wird, wobei die Strahlungs-Empfangseinrichtung ein photoempfIndIichos Glied für die Erzeugung von Signalen aufweist, welche die Stellung der von dor einen Oberfläche und von der Innenfläche der anderen, gegenüberliegenden Ooerf lache reflektierten (Ji I der in bezug auf eine Reforenzstellung darstellt und deren Betrag anzeigt, ob entweder eine oder beide der Linsenoberflächen nicht zentrieri sind vorgesehen werden.

In diesem System werden vier Informationen erhalten, zv/ei von dom durch Reflexion an der einen Oberf leiche erhaltenen UI I d· und zwei von dem durch Reflexion an dor anderen Oberfläche empfangenen bild.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung der voranstehend beschriebenen Art zu schaffen, bei der nur zwei Informationen für die Zentrierung der zu bearbeitenden Linse erforderlich sind.

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Diese Aufgabo wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Beleuchtungseinrichtung ein StrahIonbündoI vorharbestimmten Querschnittos auf die zu zentrierende Linse strahlt, wobei der Träger für d i α Linse aus einen IlohltoM bestoht, das die durch die Linse durchgehende Strahlung hindurchtrotun läßt und daß der Detektor oine stcI IungsempfindIiehe, auf die hindurchtretende Strahlung ansprechende Photozello aufweist, die ein Signal erzeugt, das die Stellung der der Beleuchtungseinrichtung gegenüberliegenden L i nsenf I iichc in bezug auf die Drehachse des Trägars anzeigt.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten AusführungsbeIsp!ο Ie näher erläutert :

Es ze i gen

Fig. 1 eine optische Vorrichtung zum Zentrieren von L i nsen,

Fig. la, Ib und Ic vorschiedono Linsen- und Photodotöktor-Anordnungcn für dio Verwundung mit dor Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 2 oine weitore Ausführungsform dor optischen Zentriereinrichtung für Linsen und die

Flg. 3a, 3b und 3c verschiedene Ausführungs formen

von Photodetektoren für die Anwendung in den Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2.

In den Figuren 1 und 2 ist cine HnIuuchtungseiηrichtung mit der Bezugs zahl 1 belegt. Eine Olondscheibe odor Blonde 2 in Figur 1, deren Gestalt von den jeweils verwendeten photoempfind I i chon Gliedern abhängt, wird gleichmäßig durch uino Sammellinse 3, ulno Zerstreuungslinse ■?, eine Lampe f; und eine Linse C beleuchtet, die ein MId der Sammellinse 3 auf eine zu zentrierende Linse 7 wirft. ,._

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Die Linse 7 ist im Gegensatz zu dem voll einstellbaren Futter wie es in der britischen Patentschrift Ur. 1 147 521 beschrieben ist auf einem vorzentriertön Träger 8 in Form eines glockenförmigen Futters gehalten. Das glockenförmige Futter weist Im allgemeinen die Form eines vorzentrierten Höh I te 1"Is oder einer Röhre mit abgerundeten Enden wie dies in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, auf und ist auf einer Hohlspindel angebracht, um den Lichtdurchtritt zu dem Anzeige-Zentriersystem zu ermöglichen.

Das Bild der Blende 2, das durch die Linse 7 abgebildet wird, erscheint entlang der Achse der Vorrichtung, entweder unterhalb der Linse 7,in dem Fall einer Linse mit positiver Brechungskraft, oder oberhalb der Linse 7, in dem Fall einer Linse mit negativer Brechungskraft. Ein einstellbares Linsensystem 9 Ist vorgesehen, um dieses Bild auf eine stellungsempfindliche Photozelle 10 zu fokussieren oder auf sonstige steI IungsömpfIndI I ehe Glieder. Das in den Figuren 1a, -Ib und Ic gezeigte einstellbare Linsensystem besteht In den einzelnen Fä I I en aus :

a) einer beweglichen steI IungsempfIndIichen Photozelle 10, die nur zusammen mit Linsen positiver Brochungskraft zwischen bestimmten Grenzen verwendet wird, die durch die verfügbare Bewegungsstrecke bestimmt sind;

b> einem Satz von,ineinandergesteckten Linsen 9 und einer beweglichen ste I I untjsempf i nd I I chen Photozel-Io 10, welche mit Linsen entweder positiver oder negativer Brechungskraft vorwendet worden kann;

c) einen System aus zwei Linsen 11 und einer stelIungsempf I nd I I chen Photozelle tO, wobei zwei oder jede dieser Komponenten bezüglich ihrer Lage einstellbar sind.

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Eine andere Ausführungsform aar Vorrichtung für die Positionierung einer optischen Linse besitzt aufgrund Ihres einfachen Aufbaus gewisse Vorteile und ist In FIg. 2 gezeigt. Die Einzeltolle dieser Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszahlen wie in der Ausführungs form nach FIg. 1 belegt. Eine Abbildung einer beleuchteten Dlendscheibe oder Blende wird durch die.Quölle 5, die Linse 6 und eine Blendscheibe oberhalb der Linse 7 erhalten, die mittels eines Klebemittels an dem Träger 3 in Form eines glockenförmigen Futters befestigt Ist. Das StrahIonbündeI geht durch die Linse 7 hindurch und bildet einen Lichtfleck an der Oberfläche der stellungsempfindlichen Photozelle 10, die in bevorzugter Welse eine Vlerquadranton-PhotozeI Ie Ist. Genaues Arbeiten der Vorrichtung erfordert, daß der Lichtfleck kleiner als die empfindliche Fläche der Photozello IO Ist. Dies wird durch geeignete Wahl der Blendonöffnungsgröße für die BlendscheIben 12 und 13 als Begrenzungsfaktor für die Linse 9 erreicht. Die Signale der Photozolle 10 sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2, die Abweichungen In dor X- und Y-Richtung darstellen, können mit Hilfe eines Oszillographen oder X-Y-Schro Ibers abgebildet werden oder an zwei Meßinstrumenten. Wie schon voranstohend erwähnt, werden die Signale Insbesondere von einer stellungsempfindlichen, VIerquadranton-PhotozuI I a 10 erhalten, wie slo beispielsweise zusammen mit ihren zugehörigen elektronischen Schaltkreisen In den ZoItschrIfton "Instrument Practice", Jahrgang 1965, Band 19, Seite 733 und In "Optica Acta", Jahrgang 1968, Band 15, Nr. 6, Selten 556 und 559 beschrieben sind.

Die Linse 7 kann auf dem glockenförmigen Futter 8 mittels eines thermoplastischen Klebemittels In bekannter Welse befestigt werden. BoI dor Drehung des glockenförmigen Futters zeigt dor Oszillograph einen Lichtfleck, der eino kreisförmige Bahn beschreibt. Das Ktohomfttuf wfrd dann orwürnt, und die Linse 7 Irr bozug auf das g locken fö rm I gu Futter B dor;)rt bewegt,

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daß dor Lichtflock In das Zentrum dos Kreises gebracht wird. Dieser Vorhang v/lrd mit größerer Vorst.i rkung in den elektronischen Scha I tkre I son wiederholt, bis die gev/ünschte Genauigkeit erreicht Ist. Dabei kann ein η I ent I Ineares System verwendet werden, um die Notwendigkeit einer Vorstärkungsveränderung zu vermelden. Erfolgt die Anzeige über Meßgeräte, so v/erden die Einstellungen der Linse 7 nichi In eine einzige allgemeine Richtung, sondern in die zwei, dafür geeigneten Richtungen vorgenommen.

Kartesische steI IungsempfIndI I ehe Photozellen der Vierquadrantenbauweise besiehon aus vier unabhängigen anelnandorgrenzenden Photosensoren, wie sie in Fig. 3a gezeigt sind. Die Dlffurenzausgangscrößen sind abhönglj von der Stellung des Llchtfleckos, der durch die Beleuchtungseinrichtung 1 erzeugt wird und alle vier Sensoren nach dem Fokussleren durch die LInso 7 durchkreuzt. Bei der Anwondung dieser stoI IungsempfIndIichen Elemente besitzt Im allgemeinen die Blendscholbe 2 elno krc-l sf ι" rrr.l ge ■ ti I on den öffnung, die entweder im Durchmesser einstellbar Ist oder gegen eine Anzahl von anderen Blendenöffnungen austauschbar ist, um die optimale Größe des Bildes auf der Photozello zu erhalten.

Andere Elemente wie beispielsweise EIektronentI IdzorIogor können für denselben Anwendungszweck vorgesehen werden.

Die vier Quadranten der Phctozelle können wahlweise gemeinsam botrieben werden, wie dies in Fig. ob gezeigt ist, um die Stellung des Bildes eines beleuchteten Schlitzes 14 In eine Richtung Irr rechten Winkel zu dem Schlitz zu messen. Die erhaltene SIgnaI amp I Itude bei dor Drehung der Linse 7 und dos η Iockunf3rnigen Futters G zeigt dlo Größe des Zentrierfehlers an, wo'jel die Richtung dos Fehlers dann Im rechten Winkel zu den Schlitz Meat, wenn das Signal uinen S['itzcnv,t_:r1 aufweist.

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Wenn das photoemp f i nd I i cho Element 10 in don Figuren 1 und aus einem kreisförmigen Photodctektcr 1 '3 besteht, wie er in Flg. 3c dargestellt ist, der durch einen kreisriηgförmigen Detektor 16 gleicher Fläche umgeben ist, dann ist die Ausgangsgroße ein Maß für die Stellung einer beleuchteten Kante 17 in der im rechten Winkel zu der Kante liegenden Richtung. Die Ausgangsgröße ist gleich null wenn die Kante 17 durch den Mittelpunkt der beiden Detektoren 1 ^CJ und ITj hindurchgeht

Ein besonderer Vorteil dieses Systems besteht darin, daß keine optische Adjustierung erforderlich ist, um eine Veränderung In der Verstärkung zu komp.jnr; i oren .

Kartesiche Informationswerte werden vortei Ihaftorweise auf einem X-Y Oszillographen abgebildet, da dann die Abbildung derjenigen gleicht, die durch ein horkönnIiches Zonfrierungs· mikroskop erhalten wird.Da aber der verhältnismäßig große diffuse Lichtfleck, der von dorn Zentriorungsmikroskop erzeugt wird, durch einen scharf begrenzten Louchtflock auf den Oszillographenschirm gesetzt wird und da keine Notwendigkeit für das Einsehen In das Okular wie beim 'Mikroskop besteht, wird die Bedienungsperson erheblich entlastet und die Ungenau Igkeiten in der Endphase des Zentrierons infolge von Se hf eh lern vermieden.

Informationen In Polarkoordinaten werden vorzugsweise auf elnom Meßgerät abgebildet, bei dem die Richtung der Zeigerbewegung parallel zu der 'leßwertr I chtung liegt, z. '3. in · Längsrichtung nach vor und zurück. Die Linse wird dann In die Längsrichtung nach vor und zurück bewegt, bis das Meßgerät die MitteIpunktsI age anzeigt.

Ancprücho :

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Claims (9)

1. _ ο ■-

   Ansprüche

   M) Vorrichtung für die Positionierung einer optischen Linse auf einem drehbarun Tnägor zur Herstellung der Koinzidenz ζ»·; Inchon dor ομ Machen Achse der Linso und der Drehachse des Trägers, mit einer Beleuchtungseinrichtung für die Linse und mit einem Detektor zur Anzeige der Be IauchtungsstuI Ie auf der Linse, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß dio r>e I ouchtungse i nrichtung (1) ein Strahlenbündel vorherbestinmten Querschnittes auf die zu zentrierende Linse (7) strahlt, wobei der Träger (O) für die Linse (7) aus einem Hohlteil besteht, das die durch die Linse (7) durchgehende Strahlung ηindurentrufun läßt und daß der Detektor eine ste I-I ungsempfindIiehe auf die hindurchtretonde Strahlung ansprechende Phatozolle (10) aufweist, die ein Signal erzeugt, das die Stellung der der Beleuchtungseinrichtung gegenüberliegenden Linsenfläche in bezug auf die Drehachse dos Trägers (3) anzeigt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -

   k e η η ζ e i c h η e t , daß die Beleuchtungseinrichtung (1) eine Strahlenquelle (5) und Blendscheiben (2 bzw, 12, 13) zur Erzeugung eines Strahlenbündels vorgegebenen Querschnittes aufweist.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennze i chnet, daß eine Befestigungseinrichtung zwischen der Linse (7) und der Photozelle (10) für jede, von zur Auswahl stehenden Linsen (9, 11) vorgesehen Ist, um das von der auf dem Träger (0) befindlichen Linse (7) erzeugte Bild der Blendscheibe auf die Pnotozülle (10) zu bündeln.

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4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 ti-, 4, d ά d ;i r c h fj G k ο η η ζ ο i chnot, daß di·.; P'io fox.j I I ο (I") entlang dor Drehachse des L i nson -Träger, (H) bewegbar ist und daß dio Befestigungseinrichtung für die zur Auswahl stehenden Linsen (0, 11) derart anqeordret I ;; t, daß fj I ο optische Achse jeder gewählten LInoe sich in Koinzidenz mit der Drehachse befindet und jcdo Linse auf dio Photoze I I e ' ( 1 0) zu und von dieser v/eg vors ta I I bar ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k ο η η zeichnet, daß dio Be Iouchtungsoinrichtung (1) die Strahlenquelle (5), dio Blendscheibe (2) und ein optisches System (3, 4, 6) für die Kollimntion und zum Projizieren dor Strahlung der Quelle (5) auf die B lendsehe i be (2) unfaßt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zel chnet, daß für dio Be IouchtungsoiηrIchtung die Strahlenquelle (5), eine erste nahe der Strahlenquelle (5) angeordnete Mondscheibe (12) und oint zweite Blendscheibe (13) sowie eine Linse (5) zur Abbildung der ersten üIendschoibe (12) auf die auf dem Träger (3) angeordneten Linse (7) vorgesehen sind.
7. 7. Vorrichtung nach einen oder nehroron dor Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Photozolle (IC)) aus einem VI erquadranten-Photodotoktor besteht.
8. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, d η d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß ein A r; ζ -'· i <■■ r mit der Photozelle (10) zur Anzeige dor Γο I guc'i tungsste I I ο auf der auf dem Träger ( ⁷I ) befindlichem Linsu (7) In bezug auf eine Referenzstelle gekoppelt I-.t.

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9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (8) aus einem glockenförmigen Futter mit abgerundeten Enden besteht.

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