光学系统组装校正装置与方法.pdf

本发明公开一种光学系统组装校正装置与方法。在有限系光学系统组装时，提供一种简单而有效的方法，以寻找并调整出有限系光学系统德光源与聚焦物镜之间的最佳成像位置。此装置包含备有外部光源、低倍率成像光学系统、电控系统、以及监视器。当外部光源所产生的平行光束与待校正有限系光学系统的光轴平行时，让低倍率成像光学系统能够同时呈现待校正有限系光学系统的内部光源与外部光源所形成的两个聚焦光点，最后通过调整聚焦物镜的位置或是调整有限系光学系统的光源位置，便可找到待校正有限系光学系统的最佳像高。本发明的校正装置结构简单、组立容易、组装精度高、成本低，且可针对每一个有限系聚焦物镜位置作最佳调整。

1、  一种光学系统组装校正装置，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该装置包含：
外部光源；
低倍率成像光学系统；
电控系统；
监视器；
该外部光源产生的光束，进入所欲调整的该有限系光学系统中，经由该聚焦物镜，形成第一聚焦光点；该电控系统启动欲调整的该有限系光学系统的该内部光源，让该内部光源的光束经由该聚焦物镜，形成第二聚焦光点；接着，该低倍率成像光学系统将该第一聚焦光点与该第二聚焦光点成像放大，并通过监视器监看；调整该聚焦物镜或该有限系光学系统的该内部光源的任何一个元件的位置，以得到最佳的成像品质。

2、  如权利要求1所述的光学系统组装校正装置，其中该外部光源产生的光束为平行光。

3、  如权利要求1所述的光学系统组装校正装置，其中该有限系光学系统与该低倍率成像光学系统之间还包括玻璃盖板，该玻璃盖板为与该聚焦物镜搭配的补偿平板。

4、  如权利要求1所述的光学系统组装校正装置，其中该电控系统可控制该聚焦物镜的微调移动、启动该外部光源，亦可提供电源给该低倍率成像光学系统。

5、  一种光学系统组装校正方法，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该方法包含下列步骤：
a.调整外部光源所产生的光束与该有限系光学系统的光轴平行；
b.调整低倍率成像光学系统的焦平面，使外部光源的平行光束经聚焦物镜所形成的第一聚焦光点或欲调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点而成像于监视器上；
c.沿着光轴方向至少移动该聚焦物镜与该低倍率成像光学系统的任何一个元件的位置，让该外部光源与该有限系光学系统的该内部光源产生的光束，经由该聚焦物镜所形成的第一聚焦光点与第二聚焦光点显示在监视器上；以及
d.至少调整聚焦物镜或有限系光学系统内部任何一个元件的位置，使待调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点位于最佳像高位置。

6、  如权利要求5所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤a中，该外部光源所产生的光束为平行光束。

7、  如权利要求5所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤c中，可沿着光轴方向移动该聚焦物镜的位置，让该外部光源与该有限系光学系统的该内部光源产生的光束，经由该聚焦物镜所形成的该第一聚焦光点与该第二聚焦光点显示在该监视器上。

8、  如权利要求5所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤c中，可沿着光轴方向移动该低倍率成像光学系统的位置，让该外部光源与该有限系光学系统的该内部光源产生的光束，经由该聚焦物镜所形成的该第一聚焦光点与该第二聚焦光点显示在该监视器上。

9、  如权利要求5所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤c中，可沿着光轴方向同时移动该低倍率成像光学系统的位置，让该外部光源与该有限系光学系统的该内部光源产生的光束，经由该聚焦物镜所形成的该第一聚焦光点与该第二聚焦光点显示在该监视器上。

10、  如权利要求5所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤d中，可调整该聚焦物镜的位置，以得到最佳的成像品质。

11、  如权利要求5所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤d中，可调整该有限系光学系统的该内部任何一个元件的位置，以得到最佳的成像品质。

12、  如权利要求5所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤d中，可同时调整该聚焦物镜与该有限系光学系统的该内部任何一个元件的位置，以得到最佳的成像品质。

13、  一种光学系统组装校正方法，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该方法包含下列步骤：
A.调整外部光源所产生的光束与该有限系光学系统的光轴平行；
B.调整低倍率成像光学系统，使该外部光源的平行光束经该聚焦物镜所形成的第一聚焦光点并成像于监视器上，记录此成像点位置；
C.电控系统开启欲调整之有限系光学系统的内部光源，至少调整低倍率成像光学系统或聚焦物镜于光轴方向移动，使得欲调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜的第二聚焦光点成像于监视器荧幕上；以及
D.调整欲调整的该有限系光学系统的该内部任何一个元件的位置，使其成像点与步骤B中所记录的该外部光源所形成的成像点，位于最佳相对位置。

14、  一种光学系统组装校正方法，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该方法包含下列步骤：
(1).调整外部光源所产生的光束与该有限系光学系统的光轴平行；
(2).调整低倍率成像光学系统的焦平面，使外部光源的平行光束经聚焦物镜所形成的第一聚焦光点或欲调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点而成像于监视器上；
(3).电控系统调整聚焦物镜于光轴方向摆动，让监视器上交叉显示欲调整的有限系光学系统的内部光源与外部光源经聚焦物镜所形成的两个聚焦光点；以及
(4).至少调整聚焦物镜或有限系光学系统内部任何一个元件的位置，使待调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点位于最佳像高位置。

15、  一种光学系统组装校正方法，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该方法包含下列步骤：
I.调整外部光源所产生的光束与该有限系光学系统的光轴平行；
II.调整低倍率成像光学系统的焦平面，使外部光源的平行光束经聚焦物镜所形成的第一聚焦光点或欲调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点而成像于监视器上；
III.电控系统控制同时开启外部光源与欲调整的有限系光学系统的内部光源，并调整低倍率成像光学系统在光轴方向摆动，让监视器上交叉显示欲调整的有限系光学系统的内部光源与外部光源经聚焦物镜所形成的两个聚焦光点；以及
IV.至少调整聚焦物镜或有限系光学系统内部任何一个元件的位置，使待调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点位于最佳像高位置。

光学系统组装校正装置与方法
技术领域
本发明有关于一种光学系统组装校正装置与方法，提供在有限系光学系统组装时，校正有限系光学系统的光源与聚焦物镜之间的最佳成像位置。
背景技术
光学透镜如光碟机的读取头、数码相机、手机相机与光通信等相关元件的应用需求大幅增加。随着模造玻璃成形与射出成形等相关高精密模具产业的蓬勃发展，此类轴对称光学元件在制作或系统组装时，光轴与旋转对称轴若不重合，将产生误差。随着光学透镜广泛应用及其光学系统组装校正的要求，对于元件误差的检测评估，则是制作高精度光学镜片的重要课题。
在一般的光学系统中，假使透镜的光轴与参考轴并未重合，光线进入光学系统时，不管是通过反射或是折射所形成的光学成像都会出现误差，进而影响了整个光学系统的品质，因此，目前在组装光学系统前，多会先对其中所需要使用的光学元件(例如透镜)进行误差的测量。
传统的光学系统中确认其成像品质时，运用在光学读取头的方法为使用高倍率的光学系统将读取头的物镜所聚焦的光点放大，通过光点的形状分析成像品质，再进而分析光学系统中的元件品质与组装误差，但是，上述的光机校正系统，由于使用了高倍率光学系统，易受环境及调整时振动的影响，实际运用时常需搭配伺服控制系统来解决此振动问题，因而构成系统复杂且成本较高。
发明内容
本发明提供一种光学系统组装校正装置与方法。本发明提供在有限系(finite conjugate)光学系统组装时，通过本发明的校正装置，找出有限系光学系统的光源(物体)与聚焦物镜之间的最佳成像位置，并以此为基准来组装光学系统，便可达到此有限系光学系统的最佳像高位置。
本发明的校正装置，其结构简单、组立容易、组装精度高、成本低，且可针对每一个有限系聚焦物镜与光源间相对位置作最佳调整。由于，有限系光学系统中的聚焦物镜难免在工艺上有些微误差，因此通过本发明的校正装置，除了可校正聚焦物镜与内部光源间的最佳位置外，也可以校正聚焦物镜的工艺误差。
本发明的光学系统组装校正装置包含外部光源、低倍率成像光学系统、电控系统、以及监视器。
根据本发明，外部光源产生的平行光束，进入所欲调整的有限系光学系统中，并经由聚焦物镜，形成第一聚焦光点；电控系统启动欲调整的有限系光学系统的内部光源，并让此内部光源的光束经由聚焦物镜，形成第二聚焦光点；接着，通过低倍率成像光学系统将第一与第二聚焦光点成像放大，并通过监视器监看；最后通过电控系统调整聚焦物镜或是调整有限系光学系统的内部光源的相关位置，以便找到有限系光学系统的光源与聚焦物镜间的最佳的相对位置。
如上所述的光学系统组装校正装置，其中该外部光源产生的光束为平行光。
如上所述的光学系统组装校正装置，其中该有限系光学系统与该低倍率成像光学系统之间还包括玻璃盖板，该玻璃盖板为与该聚焦物镜搭配的补偿平板。
如上所述的光学系统组装校正装置，其中该电控系统可控制该聚焦物镜的微调移动、启动该外部光源，亦可提供电源给该低倍率成像光学系统。
本发明的光学系统组装校正方法调整外部光源所产生的光束与欲调整的有限系光学系统的光轴平行后，让低倍率成像光学系统能够同时呈现欲调整的有限系光学系统的光源与外部光源所形成的两个聚焦光点，并通过监视器监看；最后通过调整聚焦物镜的位置或是调整欲调整的有限系光学系统的光源位置，便可找到欲调整的有限系光学系统的最佳像高。
本发明还提供一种光学系统组装校正方法，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该方法包含下列步骤：a.调整外部光源所产生的光束与该有限系光学系统的光轴平行；b.调整低倍率成像光学系统的焦平面，使外部光源的平行光束经聚焦物镜所形成的第一聚焦光点(或欲调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点)成像于监视器上；c.沿着光轴方向至少移动该聚焦物镜与该低倍率成像光学系统的任何一个元件的位置，让该外部光源与该有限系光学系统的该内部光源产生的光束，经由该聚焦物镜所形成的第一聚焦光点与第二聚焦光点显示在监视器上；以及d.至少调整聚焦物镜或有限系光学系统内部任何一个元件的位置，使待调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点位于最佳像高位置。
如上所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤a中，该外部光源所产生的光束为平行光束。
如上所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤c中，可沿着光轴方向移动该聚焦物镜的位置，让该外部光源与该有限系光学系统的该内部光源产生的光束，经由该聚焦物镜所形成的该第一聚焦光点与该第二聚焦光点显示在该监视器上。
如上所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤c中，可沿着光轴方向移动该低倍率成像光学系统的位置，让该外部光源与该有限系光学系统的该内部光源产生的光束，经由该聚焦物镜所形成的该第一聚焦光点与该第二聚焦光点显示在该监视器上。
如上所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤c中，可沿着光轴方向同时移动该低倍率成像光学系统的位置，让该外部光源与该有限系光学系统的该内部光源产生的光束，经由该聚焦物镜所形成的该第一聚焦光点与该第二聚焦光点显示在该监视器上。
如上所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤d中，可调整该聚焦物镜的位置，以得到最佳的成像品质。
如上所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤d中，可调整该有限系光学系统的该内部任何一个元件的位置，以得到最佳的成像品质。
如上所述的光学系统组装校正方法，其中该步骤d中，可同时调整该聚焦物镜与该有限系光学系统的该内部任何一个元件的位置，以得到最佳的成像品质。
本发明还提供一种光学系统组装校正方法，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该方法包含下列步骤：A.调整外部光源所产生的光束与该有限系光学系统的光轴平行；B.调整低倍率成像光学系统，使该外部光源的平行光束经该聚焦物镜所形成的第一聚焦光点并成像于监视器上，记录此成像点位置；C.电控系统开启欲调整之有限系光学系统的内部光源，至少调整低倍率成像光学系统或聚焦物镜于光轴方向移动，使得欲调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜的第二聚焦光点成像于监视器荧幕上；以及D.调整欲调整的该有限系光学系统的该内部任何一个元件的位置，使其成像点与步骤B中所记录的该外部光源所形成的成像点，位于最佳相对位置。
本发明又提供一种光学系统组装校正方法，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该方法包含下列步骤：(1).调整外部光源所产生的光束与该有限系光学系统的光轴平行；(2).调整低倍率成像光学系统的焦平面，使外部光源的平行光束经聚焦物镜所形成的第一聚焦光点(或欲调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点)成像于监视器上；(3).电控系统调整聚焦物镜于光轴方向摆动，让监视器上交叉显示欲调整的有限系光学系统的内部光源与外部光源经聚焦物镜所形成的两个聚焦光点；以及(4).至少调整聚焦物镜或有限系光学系统内部任何一个元件的位置，使待调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点位于最佳像高位置。
本发明还提供一种光学系统组装校正方法，应用于有限系光学系统中，以使该有限系光学系统的内部光源与聚焦物镜之间具有最佳成像位置，该方法包含下列步骤：I.调整外部光源所产生的光束与该有限系光学系统的光轴平行；II.调整低倍率成像光学系统的焦平面，使外部光源的平行光束经聚焦物镜所形成的第一聚焦光点(或欲调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点)成像于监视器上；III.电控系统控制同时开启外部光源与欲调整的有限系光学系统的内部光源，并调整低倍率成像光学系统在光轴方向摆动，让监视器上交叉显示欲调整的有限系光学系统的内部光源与外部光源经聚焦物镜所形成的两个聚焦光点；以及IV.至少调整聚焦物镜或有限系光学系统内部任何一个元件的位置，使待调整的有限系光学系统的内部光源经聚焦物镜所形成的第二聚焦光点位于最佳像高位置。
本发明的校正装置结构简单、组立容易、组装精度高、成本低，且可针对每一个有限系聚焦物镜位置作最佳调整。
配合下列附图、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其他目的与优点详述于后。
附图说明
图1为本发明的光学系统组装校正装置的一个示意图。
图2为本发明的光学系统组装校正方法的一个工作流程图。
图3为本发明第一工作范例，说明光学系统组装校正方法的一个工作流程图。
图4为本发明第二工作范例，说明光学系统组装校正方法的一个工作流程图。
图5为本发明第三工作范例，说明光学系统组装校正方法的一个工作流程图。
其中，附图标记说明如下：