[發明專利]單透鏡或多透鏡光學系統的光學表面的曲率中心的位置的測量

有效

• 申請號: 201511036112.3
• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN105738078B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 尾矢尚志;A·魯普雷希特;E·杜米迪斯古
• 申請（專利權）人: 全歐光學有限公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 慈戩;吳鵬

在用于測量單透鏡或多透鏡光學系統的光學表面的曲率中心的位置的方法中，提供了成像透鏡系統，其將至少一個物體平面成像到彼此不同但是位于相同光束路徑中的第一和第二圖像平面。光學系統這樣設置，考慮位于光束路徑上游的光學系統的任意光學表面的折射效應，第一曲率中心的假定位置位于成像透鏡系統的第一圖像平面中并且第二曲率中心的假定位置位于成像透鏡系統的第二圖像平面中。設置在物體平面中的物體然后通過測量光同時或順序成像在第一圖像平面和第二圖像平面處。測量光在光學系統的光學表面處的反射通過空間解析光傳感器檢測。從所檢測的反射計算第一曲率中心和第二曲率中心的實際位置。

技術領域

本發明涉及一種用于測量單透鏡或多透鏡光學系統的光學表面的曲率中心的位置的方法和設備。

背景技術

在高質量多透鏡光學系統的制造中，多個透鏡必須以較高精度相對于彼此對準。為了能夠實施該對準，必須通過測量確定光學表面的位置。即使在所述多個透鏡對準期間不檢查位置精度，至少在質量控制范圍內也常規地實施該測量。

在多透鏡光學系統測量中的重要幾何參數是光學表面的曲率中心的位置。理想地，曲率中心精確地位于公共參考軸線上，其應該大體與固定透鏡的透鏡支架的對稱軸線一致。然而，在實際光學系統中，作為制造公差和安裝公差的結果，曲率中心隨機分布在該參考軸線附近。如果曲率中心到參考軸線的距離太大，那么光學系統的成像特性將難以忍受地惡化。

從DE 10 2004 029 735 A1已知一種用于測量多透鏡光學系統的光學表面的曲率中心的方法，其中單個光學表面的曲率中心的位置通過自準直望遠鏡連續測量。對于每個光學表面，優選地在光學系統的不同方位角位置處多次實施該測量。對其曲率中心的位置測量的第一表面是最靠近自準直望遠鏡的表面。只要已經確定該第一表面的曲率中心的位置，就測量后續第二表面。然而，第一表面影響第二表面的測量。當確定第二表面的曲率中心的位置時，第一表面的光學效應必須因此數學地考慮。當考慮第一表面的光學效應時，借助第一表面的設計數據，尤其是借助預期曲率半徑以及到第二表面的預期距離(也就是說第一透鏡的中心厚度)。附加地數學地考慮第一表面的曲率中心的先前測量位置。

對所有其他表面采取相同的過程。因而，在數學估算中考慮所有前述光學表面的曲率中心的測量位置，以及附加的設計數據。

在該已知方法中，要測量的光學表面的曲率中心必須總是位于自準直望遠鏡的圖像平面中，從而考慮位于光束路徑上游的光學系統的任意光學表面的折射效應。因此確保測量光垂直地入射要測量的光學表面并且在其自身上反射回來。然后僅是自準直望遠鏡的測量物體，其可以例如是清晰地成像在自準直望遠鏡的空間解析光傳感器上的十字交叉線。在曲率中心的位置的每個測量之后，因此必須重新調整自準直望遠鏡的焦距。通常，這通過沿著自準直望遠鏡的光軸移動一個或多個透鏡來實施。

尤其是，在工業測量任務的情況下，其中在較短時間內要測量相同類型的非常大量的光學系統，該焦距的重復調整占據了總測量時間的相當大的部分由。

在測量單個透鏡的兩個曲率中心例如以便確定從那穿過的它的光軸時，也出現了相似問題。這里同樣，對于每個測量操作必須改變一次焦距。

從來自R.E.Parks的名稱為“使用點源顯微鏡的透鏡定心(Proc.SPIE第6676卷，光學系統的對準與公差，文章ID：667603，2007年9月12日，doi：10.1117/12.726837)”的文章，已知一種測量方法，其中兩個獨立點源顯微鏡(PSM)的光束路徑通過光束分光器重疊。因此可以非常快速并且不需要移動透鏡地確定單個透鏡的光軸。必須簡單地確保點源顯微鏡的焦距這樣預先調整，使得曲率中心的預期位置位于聚焦平面中。從而對每個光學表面在多個方位角位置中實施該測量以便減少測量誤差。

然而，該已知測量方法具有如下缺點，由于提供兩個完整點源顯微鏡，因此關于裝置的費用相對較高。特別當要無機械移動操作地測量不僅兩個而且三個或更多個光學表面時，該方法由于成本因素是不經濟的。

發明內容