專利名稱：顯示偏心測量結(jié)果的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示光學(xué)系統(tǒng)中的偏心測量結(jié)果的方法。更具體地說，至少一個例證實施例涉及顯示，分析和改進(jìn)多透鏡系統(tǒng)的偏心。
背景技術(shù)：
根據(jù)(例如Yoshiya MATSUI和Masayuki USUI，Kougakukei noHenshin Sokutei ni Tsuite[Measurement of Eccentricity in an OpticalSystem]，Optical and Electro-Optical Engineering Contact，vol.13，No.11，pp.11-20)，測量偏心的常規(guī)方法可被總結(jié)為與特殊透鏡和測量技術(shù)相關(guān)的三種方法(1)與在旋轉(zhuǎn)透鏡的時候，測量偏心相關(guān)的方法；(2)與固定透鏡的測量中使用的多次反射的光線相關(guān)的方法；和(3)與固定透鏡的圖像旋轉(zhuǎn)體測量相關(guān)的方法。
所有這些方法借助自準(zhǔn)直，把指示符(indicator)投射到待測量面的表觀(apparent)曲率中心，并相對于測量基準(zhǔn)軸，根據(jù)來自該表面的反射圖像的狀態(tài)(偏移量和位移量)，計算偏心量。
方法(1)在旋轉(zhuǎn)待測量透鏡的時候測量偏心。方法(1)的優(yōu)點是可用簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高精度測量，但是缺點是它不能準(zhǔn)確地測量包含可移動部件，比如變焦透鏡的透鏡系統(tǒng)的偏心。為了移動可移動部件，包含可移動部件的透鏡系統(tǒng)需要在滑動部分周圍的微小空隙。于是，在旋轉(zhuǎn)待測量透鏡系統(tǒng)的時候，測量偏心的方法改變透鏡的重心(weighted)位置，從而改變偏心的狀態(tài)。
方法(2)利用已在半反射鏡和待測量透鏡之間實現(xiàn)多次通過的光線。方法(2)不旋轉(zhuǎn)待測量的透鏡，從而它能夠測量包含可移動部件的透鏡系統(tǒng)的偏心。但是，由于測量光線多達(dá)6次地通過半反射鏡，因此光強度的損失是一個嚴(yán)重的問題(例如日本專利公報No.3-054287)。
通過利用圖像旋轉(zhuǎn)體，方法(3)能夠在不旋轉(zhuǎn)待測量的透鏡系統(tǒng)的情況下測量偏心。另外，由于光線穿過半反射鏡的次數(shù)較小，因此光的損失較小。在例如日本專利公報No.51-009620，7-081931和7-039982，以及日本專利No.2621119中公開了關(guān)于這種方法的建議。
另一種透鏡偏心測量系統(tǒng)通過相對移動自準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)和待測量透鏡，測量偏心(例如日本專利特許公開No.4-190130)。
在說明的常規(guī)系統(tǒng)中，沒有公開關(guān)于分析偏心的測量結(jié)果的方法和顯示偏心的測量結(jié)果的方法的任何具體提議。
光學(xué)系統(tǒng)的偏心的測量最初目的在于分析待測量的透鏡系統(tǒng)中的哪個元件偏心，該元件的偏心有多大，以及在于獲得有效信息來處理偏心問題。在系統(tǒng)的偏心的測量中，即使待測量透鏡系統(tǒng)的每個表面的偏心被準(zhǔn)確測量，只把每個表面的偏心的測量結(jié)果顯示成數(shù)值仍然不足以容易地確定偏心狀態(tài)，并獲得解決偏心問題的有效信息。
這是因為對于偏心量中的平行偏心分量和傾斜(slop)偏心分量，存在坐標(biāo)系統(tǒng)的各種定義(例如直角坐標(biāo)系，極坐標(biāo)系，坐標(biāo)軸的方向，和原點的位置)，所述兩種分量都是顯示指示偏心狀態(tài)的數(shù)值所需的，一種偏心狀態(tài)的數(shù)值可隨著選擇的定義而變化。另外，即使選擇的定義被明確指出，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也難以準(zhǔn)確并且容易地確定系統(tǒng)的偏心狀態(tài)。
為了分析特別是包括多個透鏡組，例如變焦透鏡的透鏡系統(tǒng)的偏心狀態(tài)，必須把偏心分成由整個透鏡系統(tǒng)的第一偏心分量，每個透鏡組的第二偏心分量，和每個透鏡組中的每個透鏡元件的第三偏心分量組成的三個偏心分量，并且相對于處于設(shè)計基準(zhǔn)狀態(tài)的透鏡系統(tǒng)確定每個偏心分量是如何存在的。只利用出自偏心測量結(jié)果的顯示數(shù)值，很難確定和顯示透鏡系統(tǒng)的偏心的細(xì)節(jié)(例如，傾斜部件的位置，傾斜點的位置，傾斜的程度和方向)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種顯示光學(xué)系統(tǒng)的偏心測量結(jié)果的方法。在至少一個例證實施例中，觀察人員可使用該方法容易地確定所述測量。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種顯示透鏡系統(tǒng)的偏心測量結(jié)果的方法，包括順序把指示符投射到多個待測量表面的每個設(shè)計表觀曲率中心的位置，所述表面包括在待測量的透鏡系統(tǒng)中；顯示每個待測量表面的偏心量，根據(jù)指示符的反射圖像的狀態(tài)確定偏心量，所述反射圖像反射自每個待測量表面。偏心量可被顯示，使得利用放大系數(shù)放大偏心量，放大系數(shù)表示乘以偏心量的放大量，在透鏡的截面圖中表現(xiàn)(represent)放大的偏心量，放大系數(shù)不同于顯示透鏡的比例系數(shù)。
參考附圖，根據(jù)例證實施例的下述說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


根據(jù)下面的詳細(xì)說明和附圖，能夠更充分地理解例證實施例。
圖1圖解說明根據(jù)至少一個例證實施例的測量偏心的設(shè)備的示意圖。
圖2圖解說明觀察系統(tǒng)的視覺范圍。
圖3圖解說明根據(jù)至少一個例證實施例的顯示偏心測量結(jié)果的方法的流程圖。
圖4圖解說明根據(jù)至少一個例證實施例的在X-Y平面和X-Z平面具有過大的偏心的透鏡系統(tǒng)的截面圖。
圖5圖解說明圖4中所示的坐標(biāo)系。
圖6圖解說明根據(jù)至少一個例證實施例的具有和線性對準(zhǔn)的透鏡元件相關(guān)的過大偏心的透鏡的截面圖。
圖7圖解說明根據(jù)至少一個例證實施例的方法的步驟。
圖8圖解說明根據(jù)至少一個例證實施例的方法的其它步驟。
具體實施例方式
例證實施例的下述說明本質(zhì)上只是對本發(fā)明的舉例說明，并不是對本發(fā)明，其應(yīng)用或用途的限制。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的過程，技術(shù)和材料不再詳細(xì)說明，但是意圖在恰當(dāng)?shù)那闆r下成為說明書的一部分。
下面參考

本發(fā)明的實施例。
圖1圖解說明根據(jù)至少一個例證實施例的測量偏心的設(shè)備的示意圖。該設(shè)備使用根據(jù)至少一個例證實施例的顯示偏心測量結(jié)果的方法。雖然圖1圖解說明可移動平臺(movable stage)系統(tǒng)的使用，不過例證的實施例并不局限于可移動平臺系統(tǒng)。同樣地，根據(jù)至少一個例證實施例，顯示偏心測量結(jié)果的方法可以是任何系統(tǒng)，只要(例如通過如圖1中所示的自準(zhǔn)直，或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它技術(shù))獲得關(guān)于待測量透鏡系統(tǒng)的表觀曲率中心的位置的信息即可。
在圖1中，利用朝著待測量的透鏡系統(tǒng)L投射的光源R的光束照亮指示符圖T。反射光通過準(zhǔn)直器物鏡K，在準(zhǔn)直器物鏡K，透射光經(jīng)由半反射鏡(half mirror)(分光鏡)H被重定向到表面圖I，在表面圖I上形成第一圖像。注意準(zhǔn)直器物鏡K是可替換的，可根據(jù)待測量表面的表觀曲率半徑改變其焦距。
除了來自透鏡系統(tǒng)的指示符圖T的反射圖像之外，第一圖像(指示符圖T的圖像)還直接從半反射鏡H被投射到表面圖I上，形成第二圖像。在至少一個另外的例證實施例中，代替指示符圖本身被投射，指示符圖T上的一個圖像可被投射。由于通過用新的準(zhǔn)直器物鏡K替換準(zhǔn)直器物鏡K，可改變指示符圖T的投射圖像，因此準(zhǔn)直器物鏡K的位置在垂直于測量基準(zhǔn)軸C的方向K1上是可調(diào)節(jié)的，使得指示符圖T的圖像出現(xiàn)于測量基準(zhǔn)軸(測量軸)C中。
在圖1中所示的例證實施例中，透鏡系統(tǒng)L可包括多個透鏡表面1～V，并且可被固定到用于安裝透鏡的底座M上。測量偏心的人員觀察表面圖I上的第一和第二圖像之間的偏移量(位移量)?？赏ㄟ^目鏡E觀察偏移量。在所示的實施例中，指示符圖T和圖像形成表面圖I到半反射鏡H的中心距離相等。第二圖像形成于圖像形成表面圖I上，使得圖像被反轉(zhuǎn)，并且與實物一樣大小。圖2表示觀察系統(tǒng)的視覺范圍200，指示符圖T的反射圖像，第一圖像210的中心簡單表示為“+”。在該特定的例證實施例中，就位于圖像形成表面圖I220的中心的第二圖像來說，存在位移量ΔY′和ΔZ′。
光源R，指示符圖T，半反射鏡H，準(zhǔn)直器物鏡K，圖像形成表面圖I，和目鏡E構(gòu)成自準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)U。為了測量偏心，自準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)U和透鏡系統(tǒng)L之間的相對距離沿著測量基準(zhǔn)軸C被改變，指示符圖T的圖像被投射到透鏡系統(tǒng)L的每個表面的表觀曲率中心CV的位置。表觀曲率中心CV由計算偏心的計算設(shè)備P計算，并且依次從第一到第五表面測量偏心量。
這里使用的術(shù)語“表觀曲率中心的位置”是借助具有近軸(paraxial)計算的計算設(shè)備P，根據(jù)透鏡系統(tǒng)L的設(shè)計數(shù)據(jù)(例如，每個表面的曲率半徑，間隔，折射率和有效孔徑)計算的，相對于透鏡系統(tǒng)L的第一表面測量的曲率中心的位置。術(shù)語“表觀曲率半徑”由待測量表面的表觀頂點的位置(表面的位置)和表觀曲率中心的位置之間的距離定義。
底座M可被傾斜，使得其安裝面M1被調(diào)整，從而垂直于測量基準(zhǔn)軸C。底座M可被固定到可移動平臺S上，可移動平臺S可沿著垂直于測量基準(zhǔn)軸C的方向S1(例如紙面上下的方向和/或進(jìn)出紙出的方向)移動?？梢苿悠脚_S操作上與可移動平臺Q連接，可移動平臺Q可沿著測量基準(zhǔn)軸C的方向Q1移動。于是，底座M可沿著兩個軸，即圖1中的垂直方向(紙面上下的方面)和圖1中(水平)垂直的方向(紙面從左到右的方向)移動?？梢苿悠脚_Q能夠在導(dǎo)軌N上在圖1中水平移動。圖1的水平軸被稱為x軸，透鏡系統(tǒng)L的第一表面的頂點被指定為坐標(biāo)系的原點。沿著x軸到原點左側(cè)的距離被取為負(fù)值，到右側(cè)的距離被取為正值。圖1中的垂直軸被指定為和x軸具有相同原點的y軸。z軸完成右手定則，并且垂直于x軸和y軸。
沿著測量基準(zhǔn)軸C延伸的導(dǎo)軌N可由精密材料(例如不銹鋼，鋁，塑料，或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的供精密光學(xué)系統(tǒng)中使用的其它精密材料)制成。例如在所示的例證實施例中，可以使用精密合金，使得導(dǎo)軌N是堅固的平直板。在這樣的例證實施例中，置于其上的可移動平臺S和Q可具有低的誤差級(例如，相對于每個平臺的一米的行程，10秒～20秒的斜度誤差)。對于更高的精度來說，每個平臺可被形成為具有由精密材料形成的軸(例如由陶瓷或天然深成巖制成的經(jīng)機械加工制成的柱狀物)。另外，可以使用空氣軸承系統(tǒng)，得到誤差減小的系統(tǒng)(例如，相對于每個平臺的一米的行程，5″或者更小的斜度誤差)。
下面說明根據(jù)至少一個例證實施例的測量偏心的過程，所述過程包括下述步驟(1)把可替換的準(zhǔn)直器物鏡K安裝在自準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)U中。準(zhǔn)直器物鏡K被固定，使得指示符圖T的投射圖像出現(xiàn)在測量基準(zhǔn)軸C中；(2)底座M被傾斜，以便基本垂直于測量基準(zhǔn)軸C；(3)調(diào)節(jié)可移動平臺S，使得底座M的垂直中心近似地與測量基準(zhǔn)軸C相交。在該位置，出現(xiàn)在檢測設(shè)備W上的y和z的值直接與基準(zhǔn)原點的y和z坐標(biāo)相關(guān)；(4)把透鏡系統(tǒng)L放置在底座M上。移動可移動平臺Q，使得指示符圖T的圖像形成于透鏡系統(tǒng)L的第一表面的頂點。在該位置，出現(xiàn)在檢測設(shè)備W上的x軸的值被設(shè)定為基準(zhǔn)原點的x坐標(biāo)。
(5)根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)狀態(tài)(不存在任何偏心的狀態(tài))下的透鏡系統(tǒng)L的設(shè)計數(shù)據(jù)，計算設(shè)備P計算第一個到最后一個表面中每個表面的設(shè)計表觀曲率中心的位置，表觀頂點，和曲率半徑，透鏡系統(tǒng)L的第一個表面的頂點是基準(zhǔn)原點。
(6)移動可移動平臺Q，使得指示符圖T的投射圖像被投射到計算的每個待測量表面的設(shè)計表觀曲率中心的位置，同時檢查出現(xiàn)在檢測設(shè)備W上的x軸方向的行程量；(7)在觀察系統(tǒng)的圖像形成表面(圖像形成表面圖I)中形成指示符圖T的反射圖像，即第一圖像，并通過目鏡E觀察該反射圖像；和(8)當(dāng)待測量的表面是偏心的時，第一圖像偏離圖像形成表面圖I的原點，圖像形成表面圖I的原點可對應(yīng)于第二圖像的位置。為了確定位移，移動可移動平臺S，使得第一圖像具有圖像形成表面圖I的原點，在一些例證實施例中，圖像形成表面圖I的原點是第二圖像的位置。在y和z方向上，可移動平臺S到該位置的行程量ΔY和ΔZ由檢測設(shè)備W檢測，檢測值隨后被發(fā)送給計算設(shè)備P。這些值對應(yīng)于測量的表觀曲率中心的位置。
如果在透鏡系統(tǒng)L中不存在任何偏心，并且透鏡系統(tǒng)L的光軸與測量基準(zhǔn)軸C一致，那么投射到設(shè)計表觀曲率中心的位置的指示符圖T的光束被待測量表面反射，并沿著通向該表面的光路返回。返回的光束由半反射鏡H分成兩部分；一部分將形成在指示符圖T上，另一部分將形成于圖像形成表面圖I上，圖像形成表面圖I到半反射鏡H的距離和指示符圖T到半反射鏡H的距離相同，并且屬于目鏡系統(tǒng)。當(dāng)在透鏡系統(tǒng)L中不存在任何偏心，并且透鏡系統(tǒng)L的光軸與測量基準(zhǔn)軸C一致時，反射圖像(第一圖像)與位于觀察系統(tǒng)的圖像形成表面圖I的中心，或者在一些例證實施例中，第二圖像的中心相符。
如果在透鏡系統(tǒng)L中存在偏心，那么第一圖像偏離觀察系統(tǒng)的圖像形成表面圖I的中心，或者在一些例證實施例中，第二圖像的中心。在該實施例中，檢測設(shè)備W檢測可移動平臺S的行程量，計算設(shè)備P計算實際的表觀曲率中心的位置。檢測設(shè)備W通過從傳感器，例如在每個平臺中沿x、y和z軸布置的磁性標(biāo)度尺讀取關(guān)于行程量的信息，檢測行程量。在該實施例中，可移動平臺S相對于測量基準(zhǔn)軸C的行程量ΔY和ΔZ(平行偏心)和在待測量表面的表觀曲率中心的位置的平行偏心量相同。
就前面提出的方法來說，為了確定平行偏心ΔY和ΔZ的數(shù)量，在待測量表面的表觀曲率中心的位置，觀察系統(tǒng)中的曲率中心的反射圖像(第一圖像)的位移量ΔY′和ΔZ′被檢測，檢測值被乘以準(zhǔn)直器物鏡的投射放大倍率，由于反射圖像被加倍，因此所得到的值被除以2。于是，當(dāng)準(zhǔn)直器物鏡被新的準(zhǔn)直器物鏡替換，或者其焦距被改變時，每次透鏡被更換或者焦距被改變時，必須在計算前把準(zhǔn)直器物鏡的投射放大倍率改變到預(yù)定的放大倍率。
在根據(jù)至少一個例證實施例的至少一種方法中，獨立于準(zhǔn)直器物鏡的投射放大倍率計算平臺的行程量ΔY和ΔZ，即行程量等于待測量表面的表觀曲率中心的位置的平行偏心量。從而在至少一個實施例中，計算設(shè)備P使用的計算算法可比常規(guī)方法中使用的算法簡單。在其它例證實施例中，為了提高精度，算法可和常規(guī)使用的算法一樣復(fù)雜或者更復(fù)雜。
圖3的流程圖中表示了根據(jù)至少一個例證實施例的分析和顯示方法。
在步驟S1中，透鏡系統(tǒng)L的已知數(shù)據(jù)(例如曲率半徑，表面的間隔，折射率，和光束的有效孔徑)被輸入計算設(shè)備P。如果透鏡系統(tǒng)L包括多個透鏡組(例如變焦透鏡)，那么單個透鏡組的信息被一起輸入。如果這樣的數(shù)據(jù)被預(yù)先輸入，那么省略步驟S1。
在步驟S2中，設(shè)定顯示整個透鏡系統(tǒng)L的截面圖的比例系數(shù)(scalingfactor)，使得透鏡系統(tǒng)L的截面圖被顯示在計算設(shè)備P的顯示屏幕上。另外，截面圖可以恰當(dāng)?shù)某叽绫惠敵鼋o輸出設(shè)備J中的輸出介質(zhì)(例如一張紙)。通過根據(jù)指示透鏡系統(tǒng)L的表面之間的間隔的數(shù)據(jù)，計算光軸上的尺寸，計算以恰當(dāng)?shù)某叽缭陲@示屏幕上顯示透鏡系統(tǒng)L的截面圖的比例系數(shù)。根據(jù)指示有效孔徑的數(shù)據(jù)計算垂直(水平)方向上的尺寸。在備選的例證實施例中，顯示的比例系數(shù)可以是選擇值，并且可在計算設(shè)備P的操作之前或者之中確定。
在步驟S2中，還設(shè)定放大顯示的偏心的放大系數(shù)。該放大系數(shù)的設(shè)置可與偏心容限相關(guān)。例如，假定透鏡的有效孔徑為20mm，為了在顯示的偏心被放大的透鏡的截面圖中顯示最大有效孔徑內(nèi)的±10mm下的±0.1mm的偏心誤差，放大偏心的放大系數(shù)為10除以0.1，即100倍。從而，在該特定例子中，測得的偏心被乘以為100的放大系數(shù)，以便得以擴大的顯示偏心。
在至少一個例證實施例中，如果一個透鏡系統(tǒng)L的偏心的測量結(jié)果與具有等同的偏心誤差的另一透鏡系統(tǒng)L的偏心測量結(jié)果相比較，那么擴大的顯示偏心應(yīng)類似，從而在該特定的例證實施例中，放大倍率基本相同。
在步驟S3中，從測量偏心的設(shè)備獲得關(guān)于透鏡系統(tǒng)L的每個表面的表觀曲率中心的信息。獲得該信息的一種途徑可以是從設(shè)備連續(xù)獲得測量結(jié)果，或者通過把指示測量的偏心的測量值的信息保存在記錄介質(zhì)上并取回保存的信息。各種存儲介質(zhì)可被用于保存信息(例如盤，磁帶，CD，DVD，RAM，SDRAM，閃速存儲器，和本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它存儲介質(zhì))。
在步驟S4中，根據(jù)輸入的透鏡系統(tǒng)L的已知數(shù)據(jù)和指示每個表面的測得的表觀曲率中心的信息，(例如借助光學(xué)計算并關(guān)于選定數(shù)目的透鏡表面)計算實際的曲率中心的位置。在至少一個例證實施例中，(例如通過自準(zhǔn)直)能夠測量表觀曲率中心，并且(例如借助光學(xué)近軸計算)，根據(jù)物點和像點之間的關(guān)系可計算實際曲率中心。
在步驟S5中，計算每個透鏡元件的光軸。光軸由連接每個透鏡元件的第一表面(面對物體的表面)的實際曲率中心和第二表面(面對成像的表面)的實際曲率中心的直線定義。
在至少一個例證實施例中，光軸被定義為一條直線，該直線相交的兩個表面(例如第一透鏡表面和第二透鏡表面)的法線之間定義的角度變得最小。
在步驟S6中，設(shè)置最適合于整個透鏡系統(tǒng)和每個透鏡組的評估軸。在至少一個例證實施例中，評估軸可被確定為代表整個透鏡系統(tǒng)和每個透鏡組的平均軸(mean axis)，或者可由任意輸入值設(shè)定。
設(shè)定起評估軸作用的平均軸的方法有幾種，下面描述的或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的任何方法預(yù)定適合至少一個例證實施例。下面是確定評估軸的方法的幾個例子借助最小化方法(例如最小二乘法)，確定滿足與將為其設(shè)置評估軸的透鏡組中的每個表面的曲率中心的差異是最小值的直線；借助最小化方法(例如最小二乘法)，確定滿足與將為其設(shè)置評估軸的透鏡組中的每個透鏡元件的光軸的中心的差異是最小值的直線；和計算將為其設(shè)置評估軸的透鏡組中的每個透鏡元件的光軸上的傾斜偏心分量的數(shù)量的簡單平均，和平行偏心分量的數(shù)量的簡單平均。
同樣地，在至少一個例證實施例中，上述用于獲得直線光軸(直線和兩個透鏡表面的相交形成的角度被最小化)的方法也可被用于定義平均軸。例如，利用最小二乘法，或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它最小化方法能夠?qū)崿F(xiàn)角度的最小化，所得到的光軸被用作平均軸。
在至少一個其它的例證實施例中，平均軸的另外的定義可使用角度和折射率加權(quán)(weights)。例如角度可被定義在與將為其設(shè)置評估軸的透鏡組中的每個表面相交的直線和在每個交點的法線之間。折射率加權(quán)可由相關(guān)表面的前面和其后面的折射率的差異定義。從而，角度和折射率加權(quán)的值的乘積可被最小化(例如利用最小二乘法)。
在步驟S7，計算設(shè)備P和整個透鏡系統(tǒng)的評估軸能夠計算透鏡系統(tǒng)L的每個透鏡元件的光軸。隨后應(yīng)用放大(擴大)每個透鏡組的偏心量的放大系數(shù)，并在計算設(shè)備P的顯示屏幕上顯示偏心放大(擴大)的透鏡系統(tǒng)的截面圖。術(shù)語“擴大”或“放大”被用于指的是已被乘以放大系數(shù)的修改的計算偏心。上下文中術(shù)語“比例系數(shù)”被用于修改供顯示的截面圖。這兩個術(shù)語，放大系數(shù)和比例系數(shù)被獨立取值，從而放大系數(shù)不必與比例系數(shù)是相同的值。
根據(jù)指示透鏡系統(tǒng)性質(zhì)(例如曲率半徑，有效孔徑)的數(shù)據(jù)，確定處于部存在偏心的設(shè)計基準(zhǔn)狀態(tài)的每個透鏡的形狀，兩個表面之間(包括這兩個表面)的間隔構(gòu)成透鏡系統(tǒng)中的一個透鏡元件。確定的透鏡形狀隨后被乘以用于顯示透鏡形狀的比例系數(shù)，并計算代表每個透鏡元件的透鏡形狀的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。每個透鏡元件的計算光軸和測量的基準(zhǔn)軸之間的差異是偏心量。每個透鏡元件的偏心量中的平行偏心量和傾斜偏心量的切線分量都被乘以放大偏心的放大系數(shù)，以便計算用于顯示放大的偏心的平行偏心和傾斜偏心。通過座標(biāo)變換計算偏心狀態(tài)下的透鏡形狀的坐標(biāo)。
根據(jù)偏心狀態(tài)下的每個透鏡元件的數(shù)據(jù)，可在顯示屏幕上顯示偏心放大的透鏡的截面圖，所述數(shù)據(jù)被進(jìn)行座標(biāo)變換。顯示偏心放大的透鏡的每個透鏡元件的截面圖以及每個透鏡元件的光軸，使觀察人員能夠容易地確定是否存在偏心。
另外，響應(yīng)以基于選擇的指令，在偏心放大的透鏡的截面圖中可顯示或隱藏整個透鏡系統(tǒng)的評估軸，每個透鏡組的評估軸，和處于不存在任何偏心的設(shè)計基準(zhǔn)狀態(tài)的透鏡。例如，使用用戶接口(例如鼠標(biāo)，鍵盤)的用戶能夠選擇顯示設(shè)計基準(zhǔn)狀態(tài)。
在步驟S8，從偏心放大的透鏡的顯示截面圖，確定在透鏡系統(tǒng)L中是否存在超過設(shè)定的偏心容限的偏心。如果存在這樣的偏心，那么再次測量偏心，以便確定是在透鏡系統(tǒng)L中實際存在大的偏心誤差，還是該偏心起源于測量誤差。如果重新測量得到相同的結(jié)果，那么確定在透鏡系統(tǒng)L中實際存在大的偏心誤差。
在步驟S9，根據(jù)需要，偏心放大的透鏡的截面圖從輸出設(shè)備J輸出給記錄介質(zhì)，例如一張紙，磁性記錄介質(zhì)，或者光學(xué)存儲介質(zhì)。輸出偏心放大的透鏡的截面圖的方法的例子包括從打印機表現(xiàn)該截面圖，即將其打印出，和以在另一個人計算機等中可顯示的格式，例如位圖格式或者聯(lián)合圖像專家組(JEPG)格式，將其輸出給磁性記錄介質(zhì)，光學(xué)存儲介質(zhì)，或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它電子存儲介質(zhì)。
在步驟S10，根據(jù)需要，和偏心量相關(guān)的數(shù)值數(shù)據(jù)從輸出設(shè)備J輸出給記錄介質(zhì)。輸出數(shù)值數(shù)據(jù)的方法的例子包括打印該數(shù)值數(shù)據(jù)，和平行偏心分量和傾斜偏心分量的組合的方法，和以在另一個人計算機等中可顯示的文本格式將其輸出給記錄介質(zhì)。
下面說明由根據(jù)至少一個例證實施例的方法顯示的透鏡系統(tǒng)的截面圖的例證例子。其它截面圖和顯示它們的方法應(yīng)被包括在例證實施例的范圍內(nèi)，下面的說明不應(yīng)被理解為對所述范圍的限制。
圖4表示顯示的偏心放大的透鏡系統(tǒng)的截面圖的一個例子。在圖4中，左側(cè)表示面對物體的一側(cè)，右側(cè)表示面對成像的一側(cè)。圖4圖解說明待測量的透鏡系統(tǒng)的一個例子，在該例子中，變焦透鏡由從左到右的11個透鏡元件G1～G11組成，這11個透鏡元件被分成四個透鏡組。透鏡元件G1～G3構(gòu)成第一透鏡組，透鏡元件G4～G6構(gòu)成第二透鏡組，透鏡元件G7～G9構(gòu)成第三透鏡組，透鏡元件G10和G11構(gòu)成第四透鏡組。
圖4中，測量基準(zhǔn)軸400由點劃線表示，整個透鏡系統(tǒng)的評估軸410由粗實線表示，每個透鏡組的評估軸420、421、422和423由穿過相應(yīng)透鏡組的中實線表示，每個透鏡元件的光軸由細(xì)實線表示(例如430，431)。
整個透鏡系統(tǒng)的評估軸410和透鏡組的評估軸(420、421、422和423)都被設(shè)定為由最小二乘法確定的平均軸，使得在評估軸和每個透鏡表面的法線之間形成的角度變得最小。但是，如上所述，評估軸并不局限于這樣的平均軸。評估軸可由任何適當(dāng)?shù)闹刀x。
當(dāng)在廣角位置的端部和在望遠(yuǎn)位置的端部測量變焦透鏡的偏心狀態(tài)時，根據(jù)透鏡系統(tǒng)中存在的偏心狀態(tài)，一端的整個透鏡系統(tǒng)的平均軸可能不同于另一端的整個透鏡系統(tǒng)的平均軸。在一些情況下，通過利用在廣角位置的端部和在望遠(yuǎn)位置的端部的單一評估軸來確定由變焦操作引起的透鏡系統(tǒng)的偏心狀態(tài)的變化，能夠評估透鏡。為此，最好通過考慮到兩端的整個透鏡系統(tǒng)的平均軸，設(shè)置適當(dāng)?shù)钠骄S，利用在廣角位置的端部和望遠(yuǎn)位置的端部的相同評估軸評估透鏡。可自由選擇是否顯示每個評估軸。
圖5中表示了圖4中使用的特定坐標(biāo)系，不過可以使用任意數(shù)量的坐標(biāo)系，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它坐標(biāo)系預(yù)定在至少一個例證實施例的范圍內(nèi)。在圖5中，坐標(biāo)系是如在Yoshiya Matsui的“RenzuSekkei Hou”[設(shè)計透鏡系統(tǒng)的方法]，Kyoritsu Shuppan中說明的坐標(biāo)系。如圖5中所示，從面對物體的一側(cè)到面對成像的一側(cè)的距離被取為正值。光軸被認(rèn)為是x軸。垂直于x軸的軸為y軸，沿著y軸從下往上的距離被取為正值。垂直于x軸和y軸的軸為z軸，正z軸在紙面上從左到右，并且完成右手定則坐標(biāo)系。
圖4中，透鏡系統(tǒng)的偏心狀態(tài)由偏心放大的透鏡的兩個截面圖的組合來表示。一個截面圖是從一側(cè)觀察的，由x軸和y軸定義的第一截面圖400，并在圖4中稱為“側(cè)視圖”。另一個截面圖是從底部觀察的，由x軸和z軸定義的第二截面圖450，并在圖4中稱為“底視圖”。這兩個截面圖的組合使觀察人員能夠在視覺上確定透鏡系統(tǒng)在垂直方向和水平方向上偏心有多大。
顯示透鏡形狀的比例系數(shù)可被自由設(shè)定，使得以適當(dāng)?shù)某叽缭陲@示屏幕上顯示透鏡的截面圖。
圖4的下部中表示了和設(shè)定的顯示透鏡形狀的比例系數(shù)匹配的比例尺。
由于存在于透鏡系統(tǒng)中的偏心的量很小，因此以透鏡的實際放大倍率顯示偏心的測量數(shù)量不能使觀察人員在視覺上識別出偏心狀態(tài)。于是，放大偏心的放大系數(shù)可被自由設(shè)定，使得視覺上能夠識別出偏心量。圖4的左部表示了和設(shè)定的放大偏心的放大系數(shù)匹配的比例尺。
為了把透鏡的偏心量顯示成數(shù)值，平行偏心量和傾斜偏心量被顯示。通常以毫米為單位顯示平行偏心量，通常以角度測量中的分或秒顯示傾斜偏心量。
為了表現(xiàn)偏心放大的透鏡的截面圖，平行偏心量被直接乘以放大偏心的放大系數(shù)。另一方面，直接把傾斜偏心量乘以放大偏心的放大系數(shù)存在缺點。如果傾斜偏心量被乘以較大的放大系數(shù)，那么和放大的平行偏心量相比，放大的傾斜偏心量變得過大。這會導(dǎo)致平行偏心量和傾斜偏心量之間的不平衡，從而導(dǎo)致偏心放大的透鏡的截面圖失真。
在至少一個例證實施例中，傾斜偏心量的切線分量被乘以放大偏心的放大系數(shù)，以確定顯示放大的傾斜偏心的放大角。根據(jù)至少一個例證實施例的這種特殊方法能夠平衡平行偏心量和傾斜偏心量。從而，即使放大偏心的放大系數(shù)被設(shè)置成較大的值，也能夠正確地顯示傾斜偏心和平行偏心被放大的透鏡的截面圖。
圖6圖解說明和圖4中所示相同的偏心狀態(tài)。但是在圖6中，沒有顯示整個透鏡系統(tǒng)的平均軸，測量基準(zhǔn)軸(x軸)被設(shè)為整個透鏡系統(tǒng)的平均軸。在至少一個例證實施例中，透鏡系統(tǒng)的偏心測量測量當(dāng)安裝透鏡的基準(zhǔn)平面(這種情況下，所述基準(zhǔn)平面起透鏡系統(tǒng)的設(shè)計基準(zhǔn)的作用)和偏心測量基準(zhǔn)軸相符時的偏心。這種情況下，測量基準(zhǔn)軸與設(shè)計基準(zhǔn)中的光軸一致，最好把測量基準(zhǔn)軸設(shè)為整個透鏡系統(tǒng)的評估軸。為了清楚地顯示實際的透鏡元件相對于設(shè)計基準(zhǔn)狀態(tài)偏心程度有多大，用未增強的輪廓描述了設(shè)計基準(zhǔn)狀態(tài)下的透鏡(例如Z1～Z11)，而實際偏心的透鏡由增強的輪廓表示(例如G1～G11)。
可自由地選擇是顯示還是隱藏設(shè)計基準(zhǔn)狀態(tài)下的透鏡。
圖7表示根據(jù)至少一個例證實施例，在由x軸和y軸定義的橫截面中顯示在廣角位置的端部和在望遠(yuǎn)位置的端部的偏心測量結(jié)果的例子。在圖7中，描述在廣角位置的端部的偏心狀態(tài)的偏心放大的透鏡的第一截面圖被表示在上部700中，描述在望遠(yuǎn)位置的端部的偏心狀態(tài)的偏心放大的透鏡的第二截面圖被表示在下部710中。
在變焦操作中，參考圖7，第一透鏡組(例如S1、S2、S3和S4)和第三透鏡組(例如S7、S8和S9)并不相對于像面移動。當(dāng)變焦操作把透鏡系統(tǒng)從廣角位置的端部移動到望遠(yuǎn)位置的端部時，第二透鏡組(例如S4、S5和S6)只是從面對物體的一側(cè)(A)移向面對像面的一側(cè)(B)，如下部710中所示。在變焦操作把透鏡系統(tǒng)從廣角位置的端部移動到望遠(yuǎn)位置的端部時，第四透鏡組(例如S10、S11)移向面對物體的一側(cè)，隨后移向面對像面的一側(cè)，從而表現(xiàn)出凸?fàn)盥窂健Ｔ趫D7中，每個透鏡組的路徑由帶箭頭的線條表示。
圖7表示在偏心放大的透鏡的截面圖中，第二透鏡組放大偏心的特殊例子。如果比較位于廣角位置的端部(A)的第二透鏡組和位于望遠(yuǎn)位置的端部(B)的第二透鏡組，那么能夠視覺識別偏心，從而便于找出偏心誤差的原因。
在圖7的顯示廣角位置的端部的偏心狀態(tài)的第一截面圖700中，用虛線輪廓表示位于望遠(yuǎn)位置的端部(B)的第二透鏡組。類似地，在圖7的顯示位于望遠(yuǎn)位置的端部的偏心狀態(tài)的第二截面圖710中，用虛線輪廓表示位于廣角位置的端部(A)的第二透鏡組。
在所示的例證實施例中，在變焦操作移動的滑動單元的導(dǎo)軌(guide)中存在傾斜偏心。另外，該圖表示由變焦操作引起的第二透鏡組的行程為28毫米，變焦操作中第二透鏡組的偏心狀態(tài)下的平行偏心量為0.05毫米。因此，能夠容易地確定第二透鏡組的滑動單元的導(dǎo)軌的傾斜量為tan-1(0.05/28)，即6分。這里沿著x軸，從第二透鏡組的平均軸與x軸的截點到投射到x軸上的最終的第一表面頂點測量行程。為了解決這種偏心問題，易于理解需要校正滑動單元的導(dǎo)軌相對于顯示透鏡形狀的比例系數(shù)的比例尺上沿光軸方向的38毫米周圍某點的傾斜偏心。
圖8是根據(jù)至少一個例證實施例的偏心放大的透鏡系統(tǒng)的截面圖。該截面圖也表示其中第二透鏡組極大偏心的狀態(tài)。在圖8中，位于廣角位置的端部的透鏡系統(tǒng)的偏心狀態(tài)和圖7中的相同，但是位于望遠(yuǎn)位置的端部的第二透鏡組的偏心狀態(tài)不同(C)。位于望遠(yuǎn)位置的端部的第二透鏡組的偏心狀態(tài)被平行于整個透鏡系統(tǒng)的評估軸(x軸)從位置A移動到位置C。在圖8中所示的例子中，在第二透鏡組的滑動單元的導(dǎo)軌中基本上不存在變焦操作中傾斜偏心的任何偏心誤差分量。相反，由第二透鏡組的透鏡支承框架相對于滑動單元的傾斜(未示出)，造成6分的傾斜偏心。
從而，在所示的例子中，必須把第二透鏡組的透鏡支承框架的斜度校正6分，并且校正0.05毫米的平行偏心。
按照這種方式用偏心放大的透鏡的截面圖顯示偏心測量結(jié)果便于透鏡設(shè)計人員，鏡筒設(shè)計人員，加工部件的人員，裝配部件的人員和評估透鏡系統(tǒng)的人員易于確定偏心測量的結(jié)果。另外，分析存在于在偏心放大的透鏡的截面圖中所示的透鏡系統(tǒng)中的偏心狀態(tài)導(dǎo)致易于得到和實現(xiàn)偏心問題的解決方案。
例證的實施例有助于許多光學(xué)設(shè)計情形，下面所提供的只是對本發(fā)明的舉例說明，而不是對本發(fā)明的限制。例如，例證的實施例有助于下述情形(a)通常就是這樣，即使鏡筒的單個部件在容限范圍內(nèi)進(jìn)行加工，裝配后的鏡筒可能具有大于預(yù)期的偏心誤差。這是因為在裝配期間，在鏡筒中可能產(chǎn)生意外的變形。通過分析在偏心放大的透鏡的截面圖中所示的裝配狀態(tài)下的透鏡系統(tǒng)的偏心，鏡筒的設(shè)計人員能夠找到確定問題存在于何處的線索，并且能夠獲得有效的信息從而在鏡筒的結(jié)構(gòu)方面解決該問題；(b)加工鏡筒的部件的人員通過比較實際的透鏡系統(tǒng)和偏心放大的透鏡系統(tǒng)的截面圖，能夠確定哪個部件存在加工誤差問題。另外，他或她能夠容易地確定要校正的部件，該部件內(nèi)的部分，以及程度；(c)裝配部件的人員通過比較實際的透鏡系統(tǒng)和偏心放大的透鏡系統(tǒng)的截面圖，能夠確定其中存在偏心的部件，部件內(nèi)的部分，以及方向。從而，他或她能夠采取描述來防止偏心問題，例如當(dāng)裝配鏡筒時，在消除偏心誤差的一側(cè)的部件的裝配，利用襯墊或墊圈等進(jìn)行校正；和
(d)評估透鏡系統(tǒng)的人員通過確定透鏡系統(tǒng)的偏心狀態(tài)，能夠容易地確定偏心和偏心導(dǎo)致的問題，例如一側(cè)的圖像模糊或者耀斑之間的關(guān)系。于是，他或她能夠與加工鏡筒的部件的人員，和裝配部件的人員一起產(chǎn)生高質(zhì)量的透鏡系統(tǒng)。
至少一個例證實施例可被用于改進(jìn)透鏡系統(tǒng)的偏心狀態(tài)的確定，在至少一個例證實施例中，所述透鏡系統(tǒng)可包括多個透鏡元件(例如變焦透鏡)。另外，至少一個例證實施例可被用于分析和解決透鏡系統(tǒng)中的偏心問題。
雖然上面提供并討論了例證實施例的例子，不過其它例證實施例也是可能的，并且至少一個例證實施例意圖覆蓋包括在附加權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同方案。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬廣的解釋，以便包括所有這樣的修改和等同的結(jié)果和功能。
權(quán)利要求
1.一種顯示偏心測量結(jié)果的方法，所述方法包括下述步驟順序把指示符投射到多個待測量表面的每個設(shè)計表觀曲率中心的位置，所述表面包括在待測量的透鏡系統(tǒng)中；顯示每個待測量表面的偏心量，根據(jù)指示符的反射圖像的狀態(tài)確定偏心量，所述反射圖像反射自每個待測量表面，其中以這樣的方式顯示偏心量，使得利用放大偏心量的放大系數(shù)放大偏心量，利用顯示透鏡系統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)比例系數(shù)，在透鏡系統(tǒng)的截面圖中表現(xiàn)放大的偏心量，其中比例系數(shù)和放大系數(shù)獨立取值。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中以這樣的方式放大偏心量，即偏心量中的傾斜偏心量的切線分量被乘以放大偏心量的放大系數(shù)，并且偏心量中的移動偏心量被直接乘以放大偏心量的放大系數(shù)，從而表現(xiàn)放大的偏心量。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中以表現(xiàn)指示沿著光軸的長度的第一比例尺，和指示沿著垂直于光軸的方向的偏心量的第二比例尺的方式顯示偏心量。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中以透鏡的偏心狀態(tài)由兩個橫截面表示的方式顯示偏心量，一個橫截面由x軸和y軸定義，另一橫截面由x軸和z軸定義，其中x軸是透鏡系統(tǒng)的光軸，y軸是垂直于光軸的軸，z軸是垂直于x軸和y軸的軸。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中以這樣的方式顯示偏心量，即偏心量放大的透鏡系統(tǒng)的截面圖用增強線條表示，基準(zhǔn)狀態(tài)下的透鏡系統(tǒng)的截面圖用未被增強的線條表示，基準(zhǔn)狀態(tài)不包括相對于測量基準(zhǔn)軸的偏心。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中偏心量被顯示，使得透鏡系統(tǒng)的評估軸、平均軸和每個透鏡元件的光軸中的至少之一被表現(xiàn)，相對于透鏡系統(tǒng)被分成的單個透鏡組的評估軸確定所述平均軸。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中偏心量被顯示，使得處于透鏡系統(tǒng)的不同聚焦?fàn)顟B(tài)和透鏡系統(tǒng)的不同變焦?fàn)顟B(tài)的透鏡系統(tǒng)的偏心的測量結(jié)果被表現(xiàn)。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中以在顯示設(shè)備中表現(xiàn)放大的偏心量的方式顯示偏心量。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中以在來自打印設(shè)備的介質(zhì)上表現(xiàn)放大的偏心量的方式顯示偏心量。
10.一種偏心顯示方法，包括獲得偏心數(shù)據(jù)；把偏心數(shù)據(jù)乘以放大系數(shù)，產(chǎn)生放大的偏心數(shù)據(jù)；獲得透鏡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；把透鏡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)乘以比例系數(shù)，產(chǎn)生按比例縮放的透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)；和在顯示器上顯示放大的偏心數(shù)據(jù)和按比例縮放的透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中放大系數(shù)由用戶輸入。
12.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中比例系數(shù)由用戶輸入。
13.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中通過利用測量設(shè)備的平臺的移動距離計算偏心數(shù)據(jù)。
14.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中透鏡系統(tǒng)包括一個透鏡組，其中所述透鏡組包括至少兩個透鏡元件，透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括關(guān)于透鏡元件的光學(xué)信息。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中光學(xué)信息包括關(guān)于透鏡元件光軸的信息。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，還包括顯示透鏡元件和它們各自的光軸。
17.按照權(quán)利要求15所述的方法，還包括利用光學(xué)信息計算平均軸；和顯示平均軸。
18.按照權(quán)利要求17所述的方法，還包括獲得基準(zhǔn)透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
19.按照權(quán)利要求18所述的方法，還包括把基準(zhǔn)透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)乘以比例系數(shù)，產(chǎn)生按比例縮放的基準(zhǔn)透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)；和顯示按比例縮放的基準(zhǔn)透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
20.按照權(quán)利要求19所述的方法，還包括計算平行偏心和傾斜偏心的校正值；和顯示校正值。
21.一種偏心顯示方法，包括接收透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)，和把透鏡系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送給計算設(shè)備；獲得在顯示器上顯示整個透鏡系統(tǒng)的截面圖的比例系數(shù)，其中透鏡系統(tǒng)包括至少兩個透鏡元件，每個透鏡元件具有至少兩個透鏡表面；獲得包括所述至少兩個透鏡元件的每個透鏡元件表面的表觀曲率中心的信息在內(nèi)的信息；計算選定數(shù)目的透鏡元件表面的實際曲率中心的位置；計算所述至少兩個透鏡元件中每個透鏡元件的光軸；獲得評估軸；至少利用所述至少兩個透鏡元件中的一個透鏡元件的實際曲率中心和光軸之一，計算偏心量；和對偏心量應(yīng)用放大系數(shù)，產(chǎn)生放大的偏心量，并在顯示器上顯示放大的偏心量。
全文摘要
提供一種顯示光學(xué)系統(tǒng)中的偏心的測量結(jié)果的方法，其中透鏡系統(tǒng)中的每個透鏡元件的表面的偏心量可被顯示，并且顯示的偏心量可以是放大的偏心量。另外，利用比例系數(shù)，可顯示透鏡系統(tǒng)的截面圖。
文檔編號G01M11/02GK1702442SQ200510071369
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者村田安規(guī) 申請人:佳能株式會社