DE4038727A1

DE4038727A1 - Lens adjustment arrangement for frame mounting of lenses - has mechanical adjustment system and optical system for generating and evaluating reflex images

Info

Publication number: DE4038727A1
Application number: DE19904038727
Authority: DE
Inventors: Bodo Gesell; Michael Ignaczak; Uwe Borsdorf
Original assignee: ILMENAU TECH HOCHSCHULE
Current assignee: ILMENAU TECH HOCHSCHULE
Priority date: 1990-12-05
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1992-06-11

Abstract

The arrangement for adjusting lenses consists of a mechanical adjustment arrangement and an optical system for generating and evaluating reflex images. The mechanical axes of a gripping point (8) and of a bearing (15) are coupled via a rotary drive (14) and aligned w.r.t. a holder with a lifting mechanism by a wedge connection (10). The optical system is arranged so that a receiver (2) behind a semi-transmitting mirror receives the reflex image of the mark on the adjustment surface of the object (11) and has an adjustable focussing range. Optical couplers (16.1), offset by 180 deg. and on a rotatable ring, and a rotary, slotted aperture (16.2) are used to produce a reference signal for evaluating the phase and degree of object surface decentring. A manipulator (18) can be moved towards the object with the holder raised. ADVANTAGE - Enables lens to be aligned w.r.t. reference axis and mounted in mechanical holder for radius region adjustment.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Justierung von Linsen aus einem definierten Flächenradienbereich. Der Flächenradienbereich läßt sich durch Adaption des optischen Systems an spezielle Anforderungen anpassen. Die Vorrichtung kann für die dynamische Justierung von Linsen bei der Montage in mechanische Fassungselemente verwendet werden.The invention relates to an arrangement for adjustment of lenses from a defined area radius range. The area radius range can be adjusted by adapting the adapt the optical system to special requirements. The device can be used for the dynamic adjustment of Lenses when installed in mechanical frame elements be used.

Anordnungen zur Zentrierung optischer Bauelemente, vorzugsweise sphärischer Linsen sind bereits bekannt. Dabei wird die Bezugsachse je nach Anordnung entweder durch das optische System oder die Drehachse des rotierenden Prüflings und damit der mechanischen Aufnahme des Prüflings bestimmt. In DD-WP 2 50 571 wird eine Anordnung zum Justieren optischer Achsen verkitteter optischer Linsensysteme mittels eines fotoelektrischen detektorgekoppelten Reflexbildgerätes sowie einer verschiebbaren Ringschneide beschrieben. Dabei erfolgt die Justierung des Linsensystems über eine Verschiebung der Ringschneide und definiertem Verkippen der Linsen auf der Ringschneide. Zur Signalgewinnung wird ein Detektor mit vorgeschalteter rotierender Halbblende verwendet, das heißt die Bezugsachse wird durch das optische System und Halbblende bestimmt. Arrangements for centering optical components, preferably spherical lenses are already known. Here depending on the arrangement, the reference axis is either by the optical system or the axis of rotation of the rotating DUT and thus the mechanical recording of the DUT certainly. In DD-WP 2 50 571 an arrangement for Adjustment of optical axes of cemented optical lens systems by means of a photoelectric detector coupled Reflex imaging device and a movable ring cutter described. The adjustment of the Lens system via a displacement of the ring cutting edge and defined tilting of the lenses on the ring cutter. A detector with an upstream is used for signal acquisition rotating half aperture used, that is the reference axis is through the optical system and half aperture certainly.

Bewirkt durch die Abhängigkeit des Zentrierergebnisses von einer Grundjustierung des optisch-mechanischen Systems und damit dem quasistatischem Charakter des Justiervorgangs kann nur eine begrenzte Zentriergenauigkeit erreicht werden. Die Fixierung des Linsensystems nach der Justierung in einer mechanischen Fassung im Zusammenhang mit der Zugänglichkeit für die Justierwerkzeuge wird nicht dargestellt. Bekannt sind weiterhin Verfahren, die bei rotierendem Prüfling arbeiten (DD-WP 1 12 316), dabei wird die Linse selbsttätig während der Rotation ausgerichtet. In DD-WP 2 72 933 wird eine Anordnung zur Erfassung, Korrektur und Justierung der Achslagen einer optisch-mechanischen Baugruppe vorgestellt, die aus zwei voneinander getrennten Drehlagerungen, die positionierbar auf einer Justiereinheit angeordnet sind, besteht, wobei auf einer Drehlagerung das optische Bauelement zu der Spindeldrehachse, identisch der Bezugsachse, ausgerichtet und die Abweichung der geometrischen Achse des Bauelementes von der Formachse ermittelt wird. Ausgehend davon erfolgt auf der zweiten Drehlagerung eine entsprechende Bearbeitung der Innenkontur der mechanischen Aufnahme für das optische Bauelement. Damit können sehr gute Justierergebnisse erreicht werden, jedoch nur bei hohem fertigungstechnischem Aufwand.Effected by the dependence of the centering result from a basic adjustment of the optical-mechanical System and thus the quasi-static character of the Adjustment process can only a limited centering accuracy can be achieved. The fixation of the lens system after adjustment in a mechanical version in Connection with the accessibility for the adjustment tools is not shown. Are still known Procedures that work with a rotating test object (DD-WP 1 12 316), the lens is automatically activated during the Rotation aligned. In DD-WP 2 72 933 there is an arrangement for recording, correcting and adjusting the axis positions presented to an opto-mechanical assembly, the two separate pivot bearings, the are positioned on an adjustment unit, exists, the optical component on a rotary bearing to the spindle axis of rotation, identical to the reference axis, aligned and the deviation of the geometric Axis of the component is determined from the shape axis. Based on this, the second rotary bearing is used a corresponding machining of the inner contour of the mechanical Recording for the optical component. In order to very good adjustment results can be achieved, however only with a high manufacturing effort.

Ziel der Erfindung ist, eine Anordnung zu schaffen, mit der Linsen aus einem bestimmten Flächenradienbereich justiert und in eine mechanische Fassung montiert werden können und durch Adaption des optischen Systems unterschiedliche Flächenradienbereiche der Linsen einstellbar sind.The aim of the invention is to provide an arrangement with the lenses from a certain area radius area adjusted and mounted in a mechanical socket can and by adapting the optical system different Area radius areas of the lenses adjustable are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die es ermöglicht, eine Linse zu einer Bezugsachse auszurichten und in eine mechanische Fassung zu montieren.The invention has for its object an arrangement to create a lens that becomes one Align reference axis and in a mechanical version to assemble.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu justierende Linse, im weiteren als Prüfling bezeichnet, auf einer Ringschneide aufgelegt und mittels eines Unterdrucks in der Vorrichtung auf dieser fixiert wird. Ringschneide und Fassungsaufnahme sind über eine zentrierend wirkende Kegelverbindung verbunden und besitzen damit eine im Rahmen des fertigungstechnischen Möglichen identische mechanische Achse, die über ein Justierfutter bei der Grundjustierung zur mechanischen Achse einer hochgenauen Lagerung, identisch der Bezugsachse des Gesamtsystems, justiert wird. Damit wird die auf der Ringschneide aufliegende optisch wirksame Fläche des Prüflings zu der Bezugsachse festgelegt. Die Lagerung ist mit einem rotatorischen Antrieb gekoppelt. Zur Zentrierung der oberen Fläche des Prüflings wird die Fassungsaufnahme so angehoben, daß ein seitlich sitzender Manipulator den Prüfling antasten kann. According to the invention the object is achieved in that the lens to be adjusted, hereinafter referred to as the test object, placed on a ring cutter and by means of a Vacuum in the device is fixed on this. The ring cutting edge and the socket holder are centering acting cone connection connected and own thus one in the context of the manufacturing Possible identical mechanical axis that over a Adjustment chuck for basic adjustment for mechanical Axis of a highly precise bearing, identical to the reference axis of the overall system is adjusted. With that the optically effective surface resting on the ring cutting edge of the test object to the reference axis. Warehousing is coupled to a rotary drive. To center the upper surface of the test piece, the Socket holder raised so that a sitting on the side Manipulator can touch the test object.

Das optische System, bestehend aus Quelle, Kondensor, Marke, halbdurchlässigem Spiegel, Objektiv mit fester Schnittweite, Tripelspiegel und Ablenkspiegel, ist zur Bezugsachse ausgerichtet und gestattet durch Verschiebung des Tripelspiegels die Fokussierung auf die jeweils zu justierende bzw. zu prüfende Fläche. Der Fokussierbereich kann durch den Einsatz von Wechsel- bzw. Vorsatzobjektiven an den Prüfling angepaßt werden.The optical system, consisting of source, condenser, Brand, semi-transparent mirror, lens with fixed Focal length, triple mirror and deflection mirror is for Reference axis aligned and permitted by displacement of the triple mirror focusing on each Area to be adjusted or checked. The focus area can be achieved by using interchangeable lenses be adapted to the test object.

Das rotierende Reflexbild wird über das optische System auf einen Detektor abgebildet und durch eine vorgesetzte feste Halbblende moduliert. Das modulierte Ausgangssignal wird über ein Referenzsignal gleicher Frequenz, geliefert von einem Optokoppler-Schlitzblenden-System, in einer Auswerte- und Steuereinrichtung phasenempfindlich gleichgerichtet und so aufbereitet, daß eine gezielte Justierung des Prüflings mit dem Manipulator möglich ist.The rotating reflex image is over the optical system imaged on a detector and by a superior fixed half-aperture modulated. The modulated output signal is supplied via a reference signal of the same frequency from an optocoupler slit diaphragm system, in an evaluation and control device phase sensitive rectified and processed so that a targeted Adjustment of the test object with the manipulator is possible.

The relative position of the components:

Optokoppler-Schlitzblende- Manipulator, wird während des Justiervorgangs so verändert, daß der Manipulator immer in Richtung der maximalen Dezentrierung des Prüflings wirkt. Der Unterdruck im mechanischen System wird so gewählt, daß ein Verschieben der Linse gerade möglich ist.Optocoupler slit diaphragm Manipulator, is changed during the adjustment process, that the manipulator is always in the direction of the maximum Decentering the test object works. The negative pressure in the mechanical system is chosen so that a shift the lens is currently possible.

Der Manipulator kann entweder als statische Komponente, d. h. Manipulation im Ruhezustand des Gesamtsystems, oder als dynamische Komponente, d. h. Manipulation während der Rotation des Prüflings, angeordnet sein. The manipulator can either be used as a static component, d. H. Manipulation in the idle state of the overall system, or as a dynamic component, d. H. Manipulation during the rotation of the test object.

Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention is based on one shown in the drawing Embodiment will be explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt einen optischen Aufbau zur Gewinnung und Auswertung eines Reflexbildes in Kombination mit einer mechanischen Justiereinrichtung.The drawing shows an optical structure for extraction and evaluation of a reflex image in combination with a mechanical adjustment device.

Ein zu justierender Prüfling 11 ist auf einer Ringschneide 8 mit Kegel 10, die über das Justierfutter 13 zur mechanischen Achse eines Lagers 15, identisch der Bezugsachse des Gesamtsystems, plus rotatorischen Antrieb 14 ausgerichtet worden sind, aufgelegt und durch eine Ansaugeinrichtung 18 gehalten. Die aufliegende Fläche des Prüflings ist damit zu der Bezugsachse des Systems und der zu der mechanischen Achse der Fassungsaufnahme 9, die über einen Kegelsitz zu der Ringschneide 8 mit Kegel 10 festgelegt ist, zentriert.A test specimen 11 to be adjusted is placed on an annular cutting edge 8 with a cone 10 , which have been aligned via the adjusting chuck 13 to the mechanical axis of a bearing 15 , identical to the reference axis of the overall system, plus rotary drive 14 , and held by a suction device 18 . The surface of the test specimen is thus centered on the reference axis of the system and on the mechanical axis of the holder receptacle 9 , which is fixed to the ring cutting edge 8 with the cone 10 via a conical seat.

Durch das, zu der Bezugsachse justierte optische System, bestehend aus Quelle 1.1, Kondensor 1.2, Marke 1.3, halbdurchlässiger Ablenkspiegel 4, Objektiv 5 mit fester Schnittweite, verschiebbarem Tripelspiegel 6 und Ablenkspiegel 7 erfolgt die Fokussierung auf die zu justierende bzw. zu prüfende Fläche des Prüflings 11. Das bei Drehung des Prüflings rotierende reflektierte Markenbild wird durch das optische System und den halbdurchlässigen Spiegel 4 auf den Empfänger 2 abgebildet. Durch eine, vor dem Empfänger 2 angeordnete Halbblende 3 wird das rotierende Markenbild moduliert. Das vom Empfänger 2 gelieferte Meßsignal wird mit einem Referenzsignal, das mit mindestens zwei um 180 Grad am mechanischen Aufbau versetzt angeordneten Optokopplern 16.1 und mindestens einer Schlitzblende 16.2 gewonnen wird, in der Auswerte- und Steuereinrichtung 17 gleichgerichtet und verstärkt. Die Größe des gleichgerichteten Meßsignals in Verbindung mit der Winkellage des drehbar angeordneten Optokoppler 16.1 zu dem in diesem Falle feststehenden Manipulator 18 ermöglicht die Bestimmung der Größe und des Azimuts der Dezentrierung der jeweiligen Fläche des Prüflings 11 durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 17. Der Prüfling 11 kann damit statisch, d. h. der Prüfling 11 befindet sich während der Justierung in Ruhe und in einer definierten Stellung zur Halbblende 3 und Manipulator 18, oder dynamisch, d. h. der Prüfling 11 rotiert und wird zu diskreten Zeitpunkten, entsprechend der Winkellage zu Manipulator 18 und Halbblende 3, auf der Ringschneide justiert. Die Zugänglichkeit zum Prüfling 18 während des Justiervorgangs wird durch das Aufheben der Fassungsaufnahme 9 mittels einer zentrisch zur Justierfutter 13 angeordneten Aushebeeinrichtung 12 erreicht. Due to the optical system adjusted to the reference axis, consisting of source 1.1 , condenser 1.2 , brand 1.3 , semi-transparent deflection mirror 4 , objective 5 with a fixed focal length, displaceable triple mirror 6 and deflection mirror 7 , the focus is on the surface to be adjusted or tested DUT 11 . The reflected mark image rotating when the test specimen is rotated is imaged on the receiver 2 by the optical system and the semi-transparent mirror 4 . The rotating brand image is modulated by a half-aperture 3 arranged in front of the receiver 2 . The measurement signal supplied by the receiver 2 is rectified and amplified in the evaluation and control device 17 with a reference signal, which is obtained with at least two optocouplers 16.1 which are offset by 180 degrees on the mechanical structure and at least one slit diaphragm 16.2 . The size of the rectified measurement signal in conjunction with the angular position of the rotatably arranged optocoupler 16.1 relative to the manipulator 18 , which in this case is fixed, enables the evaluation and control device 17 to determine the size and azimuth of the decentering of the respective surface of the test specimen 11 . The device under test 11 can thus be static, ie the device under test 11 is at rest during the adjustment and in a defined position with respect to the half-aperture 3 and the manipulator 18 , or dynamically, ie the device under test 11 rotates and becomes at discrete times, corresponding to the angular position relative to the manipulator 18 and half aperture 3 , adjusted on the ring cutting edge. Access to the test specimen 18 during the adjustment process is achieved by lifting the holder receptacle 9 by means of a lifting device 12 arranged centrally to the adjustment chuck 13 .

Liste der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

1.1 Quelle
1.2 Kondensor
1.3 Marke
2 Empfänger
3 Halbblende
4 halbdurchlässiger Ablenkspiegel
5 Objektiv
6 Tripelspiegel
8 Ringschneide
9 Fassungsaufnahme
10 Kegel
11 Prüfling
12 Aushebeeinrichtung
13 Justierfutter
14 rotatorischer Antrieb
15 Lager
16.1 Optokoppler
16.2 Schlitzblende
16.3 Ring
17 Auswerte- und Steuereinrichtung
18 Manipulator 1.1 source
1.2 condenser
1.3 brand
2 receivers
3 half aperture
4 semi-transparent deflection mirrors
5 lens
6 triple mirrors
8 ring cutting edge
9 socket
10 cones
11 DUT
12 lifting device
13 adjustment chuck
14 rotary drive
15 bearings
16.1 Optocoupler
16.2 Slit diaphragm
16.3 ring
17 Evaluation and control device
18 manipulator

Claims

1. Arrangement for adjusting lenses consisting of a mechanical adjustment arrangement and an optical system for generating and evaluating reflex images, characterized in that

- That the mechanical axis of the ring cutter ( 8 ) and thus the surface of the test specimen ( 11 ) via an adjusting chuck ( 13 ) to the mechanical axis of a bearing ( 15 ), identical to the reference axis of the overall system, coupled with a rotary drive ( 14 ) and is aligned with the socket holder ( 9 ) via a cone connection by means of a cone ( 10 ),
- That the optical system consisting of source ( 1.3 ), condenser ( 1.2 ), brand ( 1.1 ), semitransparent mirror ( 4 ), lens ( 5 ) with a fixed focal length, movable triple mirror ( 6 ), is arranged so that a vertically behind the receiver ( 2 ) arranged in front of the semitransparent mirror with a front half-aperture ( 3 ) receives the reflection image of the mark ( 1.1 ) from the surface of the test specimen ( 11 ) to be adjusted and the focusing range can be changed by attachment or interchangeable lenses,
- That a system of at least two 180 ° offset optocouplers ( 16.1 ) and at least one coupled to the adjusting chuck circumferential slot diaphragm ( 16.2 ) are arranged on the mechanical structure so that a reference signal for evaluating the phase position and the size of the decentration of the respective surface of the Test object ( 11 ) is generated,
- That the phase position of the optocouplers ( 16.1 ) and thus the reference signal to the measurement signal can be changed by arranging the optocouplers on a ring ( 16.3 ) rotatably mounted in relation to the reference axis,
- That the socket holder ( 9 ) is arranged centrally to the ring cutter ( 8 ) by a lifting device ( 12 ),
- That the manipulator ( 18 ) is arranged so that it can be fed to the test specimen in the raised state of the socket holder ( 9 ).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the half diaphragm ( 3 ) in the height, side and rotational position perpendicular to the reference axis, for compensating for the effects of errors by the adjustment of the triple mirror ( 6 ), is arranged adjustable.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that a manipulator ( 18 ) is adjusted as a static system to the half diaphragm ( 3 ) in the direction of the half diaphragm edge and perpendicular to the reference axis of the overall system.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that a manipulator ( 18 ) as a dynamic system, ie rotating at the same frequency as the test object ( 11 ), in the angular position relative to the test object ( 11 ), according to the maximum decentration, adjustable and adjusted to the slit diaphragm ( 16.2 ) is arranged.