DE102015106041B4

DE102015106041B4 - Verfahren zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung sowie Verfahren zur Bestimmung von Polarisationsachsen von Brillengläsern

Info

Publication number: DE102015106041B4
Application number: DE102015106041.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Trumm; Johann Auer; Werner Müller
Original assignee: Rodenstock GmbH
Current assignee: Rodenstock GmbH
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2023-01-19
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: JP2018519497A; DE102015106041A1; US20180052074A1; WO2016169862A1; JP6681407B2; EP3286547A1; US10161828B2

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung (100), welche umfasst- eine Lichtquelle (102) mit unpolarisiertem Licht,- einen um eine optische Achse (104) drehbar angeordneten Polarisator (106) mit einer Hauptachse (134),- eine Aufnahme (108) für einen Prüfling (110), wobei ein Kalibrierelement (10) zum Einsetzen in die Aufnahme (108) der Polarisationsachsenmessvorrichtung (100) verwendet wird, welches umfasst- einen durchleuchtbaren Kalibrierkörper (12) aus polarisierendem Material mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Flachseite (26, 28),- einen Halter (14) zum Fassen des Kalibrierkörpers (12), welcher Halter (14) wenigstens eine Positioniereinrichtung (20) zur bestimmungsgemäßen reproduzierbaren und um die optische Achse (104) verdrehsicheren Anordnung des Kalibrierkörpers (12) in der Aufnahme (108) aufweist, und mit dem Kalibrierkörper (12) wahlweise mit seiner ersten Flachseite (26) oder mit seiner zweiten Flachseite (28) in die Aufnahme (108) der Polarisationsachsenmessvorrichtung (100) eingesetzt wird, wobei der Halter (14) einen Durchstrahlungsbereich (16) aufweist, durch den der Kalibrierkörper (12) mit Licht durchstrahlt wird, umfassend die folgenden Schritte:- Einlegen des Kalibrierelements (10) in die Aufnahme (108) der Polarisationsachsenmessvorrichtung (100) mit seiner ersten Flachseite (26) zu dem Polarisator (106) gerichtet,- Ausrichten des Polarisators (106) in einer ersten rotatorischen Position mit der Hauptachse (134) in einer vorgegebenen Winkelbeziehung zu einer Polarisationsachse (40) des Kalibrierelements (10),- Einlegen des Kalibrierelements (10) in die Aufnahme (108) mit seiner zweiten Flachseite (28) zu dem Polarisator (106) gerichtet,- Ausrichten des Polarisators (106) in einer zweiten rotatorischen Position mit der Hauptachse (134) in der vorgegebenen Winkelbeziehung zu der Polarisationsachse (40) des Kalibrierelements (10),- Bestimmen einer rotatorischen Position einer Achse (30) des Kalibrierelements (10) durch Bestimmung einer Winkelhalbierenden zwischen der ersten und der zweiten rotatorischen Position des Polarisators (106) und- Zuordnen eines vorgegebenen Winkelwertes zu der rotatorischen Position der Hauptachse (134) des Polarisators (106), bei der diese in der vorgegebenen Winkelbeziehung zur Achse (30) des bestimmungsgemäß eingelegten Kalibrierelements (10) steht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung sowie ein Verfahren zur Bestimmung von Polarisationsachsen von Brillengläsern.
Polarisationsachsenmessvorrichtungen werden im Bereich der Brillenoptik eingesetzt, um die Ausrichtung der Polarisationsebene bei polarisierenden Brillengläsern zu bestimmen und zu überprüfen. Mit polarisierenden Gläsern lassen sich unerwünschte, blendende Reflexionen, wie sie zum Beispiel an Wasseroberflächen auftreten, unterdrücken. In einem geringeren Ausmaß trifft das auch auf für das an der Atmosphäre gestreute Licht der Sonne zu, so dass diese Gläser in einem gewissen Grad kontraststeigernd wirken. Bei der Reflexion an nichtmetallischen Flächen wird nämlich unter geeigneten Winkeln überwiegend der Anteil des Lichts reflektiert, dessen Polarisationsrichtung senkrecht zur Einfallsebene steht. Entsprechend sollte ein Brillenglas horizontal polarisiertes Licht unterdrücken.
Zur Vermessung der Polarisationsachse, d.h. Ausrichtung der Polarisationsebene, eines polarisierenden Brillenglases bedient man sich üblicherweise eines Verfahrens, das der einschlägigen Norm DIN EN ISO 8980-3:2014-03 folgt. Solche Polarisationsachsenmessvorrichtungen werden üblicherweise mit einem Kalibrierkörper aus polarisierendem Material mit bekannter Ausrichtung der Polarisationsebene kalibriert. Die Anfertigung derartiger Kalibrierkörper ist aufwendig und das Kalibrierverfahren anfällig für systematische Fehler.
Als Polarisationsachse wird dabei der Schnitt der Polarisationsebene von linear polarisiertem transmittiertem Licht mit der Ebene eines Prüflings bzw. eines Polarisators bezeichnet. Die Polarisationsebene wird dabei als die Ebene definiert, die senkrecht zur Schwingungsebene des elektrischen Feldes der Lichtwelle steht. Als Polarisationsrichtung wird jedoch die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes der Lichtwelle angegeben. Die Einfallsebene ist die Ebene, die von der Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts sowie dem Lot auf die reflektierende Fläche aufgespannt wird. Damit enthält sie auch die Ausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts.
Die US 2008 / 0 088 828 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei dem eine Polarisationsrichtung einer polarisierenden Platte bestimmt wird. Jede Messung wird dabei zweimal durchgeführt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung mit einem Kalibrierelement zu schaffen, welches eine präzise und reproduzierbare Kalibrierung ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung von Polarisationsachsen von Brillengläsern mit einer Polarisationsachsenmessvorrichtung zu schaffen, welche eine reproduzierbare Bestimmung der Polarisationsachsen ermöglicht.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung betrifft nach einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung mit einem Kalibrierelement. Das Verfahren umfasst das Einlegen des Kalibrierelements in die Polarisationsachsenmessvorrichtung mit seiner ersten Flachseite zu dem Polarisator gerichtet, das Ausrichten des Polarisators in einer ersten rotatorischen Position des Polarisators mit einer Hauptachse in einer vorgegebenen Winkelbeziehung zu einer Polarisationsachse des Kalibrierelements, wobei Licht von der ersten Flachseite aus durch das Kalibrierelement transmittiert wird, das Einlegen des Kalibrierelements mit der zweiten Flachseite zu dem Polarisator gerichtet, das Ausrichten des Polarisators in einer zweiten rotatorischen Position des Polarisators mit der Hauptachse in der vorgegebenen Winkelbeziehung zu der Polarisationsachse des Kalibrierelements, wobei Licht von der zweiten Flachseite aus durch das Kalibrierelement transmittiert wird, sowie das Bestimmen der rotatorischen Position der Achse des Kalibrierelements durch Bestimmung einer Winkelhalbierenden zwischen der ersten und der zweiten rotatorischen Position des Polarisators. Die Hauptachse kann in der vorgegebenen Winkelbeziehung vorteilhaft parallel oder senkrecht zu der Polarisationsachse des Kalibrierelements ausgerichtet sein. Jedoch ist prinzipiell auch eine andere Winkelbeziehung denkbar. Dabei wird der rotatorischen Position der Hauptachse des Polarisators ein vorgegebener Winkelwert zugeordnet, bei der diese in der vorgegebenen Winkelbeziehung zur Achse des bestimmungsgemäß eingelegten Kalibrierelements steht.
Dabei muss der vorgegebene Winkelwert nicht mit der durch die Kalibrierung vorgegebenen Winkelbeziehung übereinstimmen. Die vorgegebene Winkelbeziehung bezieht sich auf das Justageverfahren während der Kalibrierung. Besteht ein Winkelversatz zwischen der Achse des Kalibrierelements und der Hauptachse des Polarisators, kann dieser Winkelversatz als feste Winkelbeziehung in der Kalibrierung berücksichtigt werden. Weiterhin kann der vorgegebene Winkelwert eine Winkelbeziehung bei der Justage während der Messung des Prüflings beinhalten.
Die Kalibrierung besteht darin, ein Verhältnis zwischen einer definierten Lage der Hauptachse des Polarisators und einer Achse der Aufnahme unter Zuhilfenahme eines Kalibrierelements zu etablieren. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem dazu üblicherweise als Kalibrierkörper ein Polarisator mit bekannter Ausrichtung der Polarisationsachse, anstelle des Prüflings in die Vorrichtung eingebracht, der Polarisator auf maximale Auslöschung beider Gesichtsfelder justiert, bzw. im vereinfachten Verfahren auf die minimale oder maximale transmittierte Lichtintensität justiert, und der nach dieser Justage erreichten Ausrichtung der Hauptachse des Polarisators die bekannte Lage der Polarisationsachse des Kalibrierkörpers zugewiesen wird, braucht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die genaue Lage der Polarisationsachse des Kalibrierkörpers nicht bekannt zu sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen hat vielmehr die absolute Orientierung der Polarisationsachse des Kalibrierkörpers keinen Einfluss auf das Kalibrierergebnis. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kalibrierkörper zweimal mit der noch nicht kalibrierten Polarisationsachsenmessvorrichtung vermessen wird, wobei er zwischen der ersten und der zweiten Messung um eine in der Ebene des Polarisators liegende Achse, der Achse des Kalibrierelements, um 180° gedreht, d.h. gewendet, wird, sodass einmal eine erste Flachseite zu dem Polarisator zeigt und einmal eine zweite Flachseite. Dadurch führt eine Abweichung der Lage der Polarisationsachse des Kalibrierkörpers von der Achse des Kalibrierelements bei beiden Messungen zu betragsgleichen Abweichungen in den jeweiligen Messergebnissen, die sich bei der anschließenden arithmetischen Mittelung der rotatorischen Position der Hauptachse des Polarisators aufheben.
Die Bestimmung der rotatorischen Positionen kann jeweils mehrfach durchgeführt werden und die jeweiligen Messwerte als Mittelwerte der Einzelmessungen genommen werden, um die statistische Messunsicherheit zu verbessern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Ausrichten der Hauptachse des Polarisators durch Abgleichen einer durch den ersten Bereich des Polarisators mit einer ersten Polarisationsachse transmittierten Lichtintensität und einer durch den zweiten Bereich des Polarisators mit einer zweiten Polarisationsachse transmittierten Lichtintensität auf gleiche Helligkeit, insbesondere auf niedrige Helligkeit, erfolgen.
Der Fall minimaler Transmission wird dabei vorteilhaft gewählt, da das menschliche Auge eine logarithmische Empfindlichkeit aufweist und deswegen geringe Unterschiede in der Helligkeit zweier dunkler Felder genauer wahrgenommen werden können, als Unterschiede in der Helligkeit zweier heller Felder. Eine automatische Messwerterfassung mit einer Analyseeinheit, welche die transmittierte Lichtintensität durch den optionalen Spiegel oder ohne Verwendung des optionalen Spiegels misst, kann sowohl mit einem Abgleich auf minimale wie maximale Helligkeit arbeiten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Ausrichten der Hauptachse des Polarisators durch Minimieren oder Maximieren einer durch einen Bereich des Polarisators mit einer Polarisationsachse transmittierten Lichtintensität erfolgen. Bei dieser Ausgestaltung wird auf die Teilung des Polarisators verzichtet. Der Vorteil besteht dabei in einer einfacheren und kostengünstigeren Ausführung des Polarisators. Günstigerweise stimmt dabei die Polarisationsachse des Polarisators mit dessen Hauptachse überein. Zur Messung wird auf das Minimum oder Maximum der transmittierten Lichtintensität justiert. Insbesondere für automatisierte Verfahren, bei denen die transmittierte Lichtintensität für verschiedene Winkelstellungen mit einem Sensor erfasst werden kann, ist eine solche Ausführungsform gut geeignet.
Vorzugsweise wird vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung des Polarisationsachsenmessgeräts eine Vorkalibrierung in Form einer Winkelkalibrierung des drehbar angeordneten Polarisators durchgeführt. Bei der Vorkalibrierung wird einer willkürlich gewählten Stellung/Position des Polarisators ein ebenfalls willkürlich gewählter Winkelwert zugeordnet. Damit ist eine Anzeige der Winkelstellung des Polarisators gegeben, die während des erfindungsgemäßen Kalibriervorgangs zur Bestimmung der Polarisationsachsen des Kalibrierelements verwendbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung kann ein Wert Null einer dritten rotatorischen Position der Hauptachse des Polarisators zugeordnet werden, bei der diese in der vorgegebenen Winkelbeziehung zur Achse des bestimmungsgemäß eingelegten Kalibrierelements steht. Vorteilhafterweise entspricht diese dritte Position des Polarisators einer durch Markierungen an der Aufnahme der Polarisationsmessvorrichtung definierten Achse.
Damit ist zweckmäßigerweise eine direkte Zuordnung von Winkelgraden als Winkeldistanz der Polarisationsachse des Prüflings zu der durch die Markierungen der Aufnahme definierten Achse gegeben, was eine vorteilhafte Registrierung und Auswertung der Messergebnisse der Bestimmung der Polarisationsachsen ermöglicht.
Stimmen die durch die Aufnahme für das Kalibrierelement vorgegebene Achse und die durch Markierungen vorgegebene Achse zur Ausrichtung der Prüflinge nicht überein, kann die Differenz zwischen diesen beiden Achslagen bei der Zuweisung des Kalibrierwertes berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise entspricht dabei der Wert Null der Ausrichtung der Hauptachse des Polarisators parallel oder senkrecht zu der durch die Markierung der Auflage für die Prüflinge vorgegebenen Achse.
Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Bestimmung von Polarisationsachsen von Brillengläsern. Brillengläser können dabei rohrund, formgerandet oder fertig in Fassungen montierte Brillengläser, Brillenglaspaare und Brillenglasblanks umfassen. Das Verfahren umfasst das Kalibrieren einer Polarisationsachsenmessvorrichtung nach dem oben beschriebenen Verfahren, das orientierte Einlegen eines Brillenglases in eine Aufnahme der Polarisationsachsenmessvorrichtung durch Ausrichten an einer Markierung der Aufnahme, das Ausrichten einer Hauptachse eines Polarisators in einer vorgegebenen Winkelbeziehung zur Polarisationsachse des Brillenglases und damit das anschließende Bestimmen der Winkeldifferenz der rotatorischen Position des Polarisators und der Markierung der Aufnahme und daraus folgend das Bestimmen der Polarisationsachse des Brillenglases relativ zu einer Orientierung des Brillenglases, wobei die vorgegebene Winkelbeziehung insbesondere eine parallele oder senkrechte Ausrichtung der Hauptachse zu der Polarisationsachse des Brillenglases umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Bereich der Brillenoptik eingesetzt werden, um die Ausrichtung der Polarisationsebene bei polarisierenden Brillengläsern zu bestimmen und zu überprüfen, insbesondere in der Qualitätssicherung. Mit dem Verfahren kann eine Polarisationsachse eines Brillenglases zuverlässig und reproduzierbar bestimmt werden, da die Polarisationsachsenmessvorrichtung zuvor zuverlässig und reproduzierbar mit Hilfe des Kalilbrierelements kalibriert worden ist, wobei das Kalibrierelement einfach herzustellen ist. Dabei kann die Präzision der Messung durch mehrfaches Durchführen und damit einer entsprechenden Verbesserung der Statistik erhöht werden. Auch kann erforderlichenfalls die Güte der Kalibrierung mit einem erneuten Messen des Kalibrierelements überprüft und die Polarisationsachsenmessvorrichtung nötigenfalls damit auch rekalibriert werden.
Zur Vermessung montierter Brillengläser können die Markierungen zur Ausrichtung der Brillengläser eine Anlageschiene sein, an die die Fassung, in der die Gläser montiert sind, angelegt werden kann und die der Fassungshorizontale entsprechen kann.
Ein günstiges Kalibrierelement zum Einsetzen in eine Aufnahme einer Polarisationsachsenmessvorrichtung, das zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung geeignet ist, umfasst einen durchleuchtbaren Kalibrierkörper aus polarisierendem Material, dem Kalibrierkörper, mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Flachseite, sowie einen Halter zum Fassen des Kalibrierkörpers, welcher Halter wenigstens eine Positioniereinrichtung zur bestimmungsgemäßen reproduzierbaren Anordnung in einer Aufnahme aufweist. Dabei weist der Halter einen Durchstrahlungsbereich zur Durchstrahlung des Kalibrierkörpers mit Licht auf. Die Positioniereinrichtung weist wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegende Positionierelemente auf, wobei der Halter mit dem Kalibrierkörper wahlweise mit seiner ersten Flachseite oder mit seiner zweiten Flachseite in die Aufnahme der Polarisationsachsenmessvorrichtung einsetzbar ist. Der Halter zum Fassen des Kalibrierkörpers und der Kalibrierkörper können ein Bauteil bilden, wobei vorzugsweise der Halter einen Randbereich des Kalibrierkörpers bilden kann.
Das Kalibrierelement umfasst im einfachsten Fall ein Stück polarisierendes Material, das von einer Lichtquelle durchleuchtbar ist. Das Kalibrierelement ist mit einer Positioniereinrichtung versehen, die eine genaue Ausrichtung des Kalibrierelements in der Polarisationsachsenmessvorrichtung erlaubt. Beispielsweise ist der Kalibrierkörper dabei in eine Fassung eingepasst, die mit Markierungen zur korrekten Anlage versehen ist, oder der Kalibrierkörper ist direkt mit diesen Markierungen versehen. Der Vorteil hierbei ist, dass eine Achse des Kalibrierkörpers, welche Achse in der Ebene des Kalibrierkörpers liegt, durch die Markierungen vorgegeben ist und eine präzise Ausrichtung der Markierung zur Polarisationsachse des Kalibrierkörpers nicht notwendig ist. Besonders vorteilhaft ist das Kalibrierelement mit einer mechanischen Positioniereinrichtung versehen, die eine korrekte und präzise Ausrichtung des Kalibrierkörpers zu der Polarisationsachsenmessvorrichtung erlaubt, ein Verdrehen des Kalibrierkörpers innerhalb seiner Ebene um seine Hochachse senkrecht zur Ebene vorzugsweise verhindert und insbesondere nur ein Wenden um die Achse des Kalibrierkörpers um 180° zulässt. Die mechanische Positioniereinrichtung kann hierbei die Funktion der Markierungen übernehmen.
Vorteilhaft kann die Positioniereinrichtung dabei so gestaltet sein, dass bestimmungsgemäß der Halter verdrehsicher um eine optische Achse der Polarisationsachsenmessvorrichtung in der Aufnahme anordenbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Positioniereinrichtung wenigstens einen Stift als Positionierelement aufweisen, welcher sowohl über die erste Flachseite als auch über die zweite Flachseite übersteht. Mit einem oder mehreren solcher Stifte, welche als Passstifte ausgeführt sein können, ist es möglich, dass der Halter des Kalibrierelements mit dem Kalibrierkörper wahlweise mit seiner ersten Flachseite oder mit seiner zweiten Flachseite in die Aufnahme der Polarisationsachsenmessvorrichtung eingesetzt wird.
Diese Positionierung des Kalibrierelements in der Polarisationsachsenmessvorrichtung ist dabei sehr zuverlässig und reproduzierbar möglich, sodass Kalibrierungenauigkeiten bei der Messung weitgehend ausgeschlossen werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Positioniereinrichtung als Positionierelement wenigstens eine Öffnung aufweisen. Alternativ zu der Ausführung mit Passstiften in dem Halter des Kalibrierelements können die Passstifte auch in der Aufnahme der Polarisationsachsenmessvorrichtung vorgesehen sein, und zweckmäßigerweise Öffnungen im Halter des Kalibrierelements vorgesehen werden, in welche die Passstifte dann bestimmungsgemäß einzuführen sind, sodass eine Positionierung des Kalibrierelements in der Polarisationsachsenmessvorrichtung dabei sehr zuverlässig und reproduzierbar möglich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Positioniereinrichtung als Positionierelement wenigstens eine Markierung, wie etwa eine Kerbe oder eine Strichmarkierung, aufweisen. Auch eine solche Markierung kann eine weitere effiziente Möglichkeit sein, das Kalibrierelement präzise und reproduzierbar in der Polarisationsachsenmessvorrichtung zu positionieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Positioniereinrichtung als Positionierelement wenigstens eine Anlagekante aufweisen. Dabei bildet vorzugsweise die Anlagekante einen Bestandteil des Umfangs des Halters, ist also beispielsweise als eine abgefräste Kante am Umfang des Halters ausgeführt. Die Anlagekante könnte auch als Schiene auf den Halter des Kalibrierelements montiert sein. Eine solche Anlage kann eine weitere effiziente Möglichkeit sein, das Kalibrierelement präzise und reproduzierbar in der Polarisationsachsenmessvorrichtung zu positionieren.
Alternative Möglichkeiten zur zuverlässigen und reproduzierbaren Positionierung des Kalibrierelements in der Aufnahme der Polarisationsachsenmessvorrichtung beispielsweise in Kombinationen der vorgenannten Positionierelemente sind denkbar. So kann der Halter des Kalibrierelements beispielsweise alternativ zwei Passstifte, oder zwei Öffnungen aufweisen. Vorzugsweise sind die Öffnungen oder Passstifte derart ausgestaltet, dass ein Verdrehen bzw. ein verdrehtes Einsetzen des Kalibrierelements um 180° um eine Hochachse des Kalibrierelements verhindert wird. Um dies zu erreichen, können die Öffnungen oder die Passstifte beispielsweise unterschiedlich groß ausgestaltet sein. Sollen jeweils gleich große Öffnungen oder Passstifte vorgesehen sein, weist der Halter vorzugsweise weitere Öffnungen oder Passstifte und/oder Markierungen auf, die derart angeordnet sind, dass ein eindeutiges Einsetzen des Kalibierelements ermöglicht wird. Weiter kann der Halter Kombinationen verschiedener Positionierelemente umfassen. Die entsprechenden Gegenelemente sind jeweils in der Aufnahme der Polarisationsachsenmessvorrichtung vorzusehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Kalibrierkörper einen durchleuchtbaren Bereich mit einer Polarisationsachse aufweisen. Das Kalibrierelement kann günstigerweise einen Kalibrierkörper aus einem polarisierenden Material mit einer Polarisationsachse umfassen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Kalibrierkörper wenigstens in einem Bereich durchleuchtbar ausgeführt ist, so dass das Kalibrierelement in einen Lichtstrahl der Polarisationsachsenmessvorrichtung gebracht werden kann und die transmittierte Lichtintensität zur Kalibrierung herangezogen werden kann.
Eine günstige Polarisationsachsenmessvorrichtung mit einem Kalibrierelement, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung geeignet ist, welches eine Lichtquelle mit unpolarisiertem Licht, einen um eine optische Achse drehbar angeordneten Polarisator mit einer Hauptachse, sowie eine Aufnahme für einen Prüfling umfasst. Der drehbar angeordnete Polarisator wird auch als Messpolarisator bezeichnet. Dabei umfasst das Kalibrierelement einen durchleuchtbaren Kalibrierkörper aus polarisierendem Material, sowie einen Halter zum Fassen des Kalibrierkörpers, wobei der Halter wenigstens eine Positioniereinrichtung zur reproduzierbaren Anordnung in der Aufnahme aufweist. Das Kalibrierelement ist dabei wahlweise mit einer ersten Flachseite oder mit einer zweiten Flachseite zum Polarisator gerichtet als Prüfling in der Aufnahme anordenbar.
Die Polarisationsachsenmessvorrichtung dient zur Messung der genauen Lage der Polarisationsachse von polarisierendem Material, wie es zum Beispiel in Gläsern für polarisierende Sonnenbrillen zum Einsatz kommt.
Vorteilhaft kann auch ein Spiegel zur Beobachtung einer von der Lichtquelle parallel zur optischen Achse durch den Polarisator und den Prüfling transmittierten Lichtintensität vorgesehen sein, der eine ergonomisch günstige Bedienung der Polarisationsachsenmessvorrichtung erlaubt, da sich der Nutzer nicht über die Vorrichtung beugen muss, sondern von vorne das Spiegelbild des Prüflings im geeignet ausgerichteten Spiegel betrachten kann.
Das Messprinzip basiert darauf, dass beim Durchgang von linear polarisiertem Licht durch polarisierende Medien die Intensität des transmittierten Lichtes empfindlich von dem Winkel zwischen der Polarisationsebene des Lichtes und der Polarisationsachse des Materials abhängt.
Dazu wird mit einem Polarisator das Licht einer a priori nicht polarisierten Lichtquelle polarisiert. Da der Polarisator zweckmäßigerweise auf einer Präzisionsdrehhalterung montiert ist, kann die Polarisationsrichtung vorgegeben werden. Das derart polarisierte Licht durchläuft den Prüfling. Dieser lässt von dem so polarisierten Licht nur die Komponente durch, die der Lage seiner Polarisationsachse entspricht. Stehen die Polarisationsachsen beider Komponenten parallel zueinander, so ist die Transmission maximal (bei idealen Komponenten vollständig), stehen sie senkrecht, minimal (bei idealen Komponenten tritt vollständige Auslöschung ein).
Zu Beginn der Messung wird der Prüfling in eine definierte Lage gebracht, in der er während der Messung fixiert bleibt. Der Prüfling wird dabei vorzugsweise so angeordnet, dass er lediglich während der Messung nicht bewegt werden kann, jedoch nach der Messung leicht aus der Aufnahme entfernbar ist. Eine einfache Auflage, in der der Prüfling nicht gedreht wird, aber im Prinzip gedreht werden könnte, ist denkbar. Die Lichtquelle wird dann durch den Prüfling und den Polarisator hindurch betrachtet und der Polarisator mit einer Drehhalterung so ausgerichtet, dass möglichst wenig Licht durch die Kombination aus Polarisator und Prüfling tritt.
Die Polarisationsachsenmessvorrichtung ermöglicht eine autarke Kalibrierung. Das bedeutet, dass die Polarisationsachsenmessvorrichtung ohne die Zuhilfenahme vorkalibrierter Objekte oder Geräte kalibriert werden kann. Es wird ein polarisierend wirkender Kalibrierkörper, z.B. eine Polarisationsfolie, verwendet, dessen Polarisationsachse auch nicht a priori bekannt sein muss. An dem Kalibrierelement ist eine in der Ebene des Kalibrierelements liegende Achse ausgezeichnet, um die dieses gewendet werden kann.
Diese Auszeichnung ist von beiden Flachseiten, die willkürlich festgelegt werden können, sichtbar. Die Achse des Kalibrierelements kann beliebig gewählt werden und muss weder mit der Polarisationsachse noch einer geometrischen Symmetrieachse übereinstimmen. Beispielsweise kann die Achse durch die Verbindungsachse von zwei Passstiften gegeben sein. Durch das Wenden des Kalibrierelements wird zudem sichergestellt, dass auch systematische Messabweichungen ausgeglichen werden.
Um eine möglichst genaue Kalibrierung zu erreichen, wird zweckmäßigerweise nicht einmalig auf das Verschwinden des Kontrasts bei Auflage des Prüflings mit bekannter Polarisationsachse justiert, sondern mit einer Drehhalterung des drehbar angeordneten Polarisators eine „Nulllage“, die sich aus der Mittelung von mehreren Messungen ergibt, anhand der Anzeige angefahren. Dadurch lässt sich die Ungenauigkeit bei der Messung der Achse des Kalibrierkörpers, beispielsweise durch die Ungenauigkeit beim Einstellen der Drehhalterung während des Kalibriervorgangs verursacht, welche sich in späteren Messungen, die auf der so erzielten Kalibrierung basieren, als systematischer Fehler manifestiert, von der statistischen Ungenauigkeit einer Messung auf die Messunsicherheit einer Messreihe reduzieren.
Anstatt eines einfachen Polarisators kann, wie in der entsprechenden Norm DIN EN-ISO-8980-3:2014-03 aus dem Jahr 2014 beschrieben, ein Polarisator mit geteiltem Gesichtsfeld, nämlich zwei Bereichen mit voneinander verschieden ausgerichteten Polarisationsachsen, eingesetzt werden. Dieser besteht üblicherweise aus zwei halbkreisförmigen Polarisationselementen. Die Grenze zwischen den beiden Gesichtsfeldern wird als Hauptachse bezeichnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Polarisator so wenigstens einen ersten Bereich mit einer ersten Polarisationsachse sowie einen zweiten Bereich mit einer zweiten Polarisationsachse umfassen, wobei die erste Polarisationsachse und die zweite Polarisationsachse gegen die Hauptachse einen betragsmäßig gleichen Winkel mit entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen, wobei der Winkel bevorzugt zwischen 2° und 5°, besonders bevorzugt zwischen 2,5° und 3,5°, ganz besonders bevorzugt bei 3° liegt. Dabei ist weniger der exakte Betrag des Winkels entscheidend als vielmehr die Tatsache, dass die Beträge gleich sind.
Durch den Prüfling hindurch kann mit dem optionalen Spiegel die Lichtquelle betrachtet werden, wobei das Licht durch den Polarisator mit durch die beiden Bereiche des Polarisators geteiltem Gesichtsfeld polarisiert wird. Die beobachtete Helligkeit hängt dabei von der relativen Lage der Hauptachse als der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Polarisationsachsen des Polarisators zur Polarisationsachse des Prüflings ab. Für die Messung wird auf das Verschwinden des Kontrasts zwischen den beiden Gesichtsfeldern bei maximaler Auslöschung justiert. Da die Helligkeit der beiden Gesichtsfelder an der Grenze unmittelbar erkennbar ist, lässt sich trotz des manuellen Vorgehens eine hohe Genauigkeit und Sicherheit der Messung erreichen. Nach einer entsprechenden Kalibrierung kann der Winkel der Polarisationsachse des Prüflings nun direkt an der Digitalanzeige eines angeschlossenen Drehgebers abgelesen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Polarisator alternativ wenigstens einen Bereich mit einer Polarisationsachse umfassen. In diesem Fall bildet die Polarisationsachse die Hauptachse des Polarisators. Bei dieser Ausgestaltung wird auf die Teilung des Polarisators verzichtet.
Der Vorteil besteht dabei in einer einfacheren und kostengünstigeren Ausführung des Polarisators. In diesem Fall wird die Polarisationsachse des Polarisators als dessen Hauptachse festgelegt. Zur Messung wird auf das Minimum oder Maximum der transmittierten Lichtintensität justiert. Für automatisierte Verfahren, bei denen die transmittierte Lichtintensität für verschiedene Winkelstellungen mit einem Sensor erfasst werden kann, ist eine solche Ausführungsform gut geeignet.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:

1 eine Draufsicht auf ein Kalibrierelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Passstiften als Positionierungselemente;
2 der Kalibrierkörper aus polarisierbarem Material des Kalibrierelements von 1;
3 eine Draufsicht auf ein Kalibrierelement nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Öffnungen als Positionierungselemente;
4 eine Draufsicht auf ein Kalibrierelement nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Anlagekanten als Positionierungselemente;
5 eine Draufsicht auf ein Kalibrierelement nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Markierungen als Positionierungselemente;
6 eine schematische Darstellung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine isometrische Ansicht der Polarisationsachsenmessvorrichtung von 6;
8 eine Draufsicht auf eine Aufnahme eines Prüflings einer Polarisationsachsenmessvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 eine Draufsicht auf einen Polarisator einer Polarisationsachsenmessvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung von Polarisationsachsen von Brillengläsern nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Kalibrierelement 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Passstiften als Positionierungselemente 22, 24. Das Kalibrierelement 10 zum Einsetzen in eine Aufnahme 108 einer Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 (dargestellt in 6), umfasst einen durchleuchtbaren Kalibrierkörper 12 aus polarisierendem Material mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Flachseite 26, 28, insbesondere einer Vorderseite 26 und einer Rückseite 28. Weiter umfasst das Kalibrierelement 10 einen Halter 14 zum Fassen des Kalibrierkörpers 12, welcher Halter 14 in 1 in Form eines Rings ausgeführt ist und wenigstens eine Positioniereinrichtung 20 zur bestimmungsgemäßen reproduzierbaren Anordnung in einer Aufnahme 108 aufweist. Die Positioniereinrichtung 20 weist bei dem Ausführungsbeispiel in 1 Passstifte mit unterschiedlichem Durchmesser als Positionierelemente 22, 24 auf, welche sowohl über die erste Flachseite 26 als auch über die zweite Flachseite 28 überstehen, wodurch der Halter 14 verdrehsicher um eine optische Achse einer Polarisationsachsenmessvorrichtung in einer Aufnahme anordenbar ist. Der Halter 14 weist einen Durchstrahlungsbereich 16 zur Durchstrahlung des Kalibrierkörpers 12 mit Licht auf.
Die Positioniereinrichtung 20 weist wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegende Positionierelemente 22, 24, 32, 34, 42 auf (siehe 1, 3, 4, 5). Der Halter 14 mit dem Kalibrierkörper 12 ist wahlweise mit seiner ersten Flachseite 26 oder mit seiner zweiten Flachseite 28 in die Aufnahme 108 der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 einsetzbar. Der Kalibrierkörper 12 weist einen durchleuchtbaren Bereich 18 mit einer Polarisationsachse 40 auf. Die beiden Positionierelemente 22, 24 sind auf einer Achse 30 des Kalibrierkörpers 12 angeordnet (dargestellt in 1), um welche Achse 30 der Kalibrierkörper 12 gewendet in die Aufnahme 108 der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 eingesetzt werden kann. Die Polarisationsachse 40 des Kalibrierkörpers 12 ist in den 1 bis 5 eingezeichnet. Die Schraffur des Kalibrierkörpers 12 soll seine Polarisationsrichtung angeben.
In 2 ist der Kalibrierkörper 12 aus polarisierbarem Material des Kalibrierelements 10 von 1 getrennt dargestellt. Im einfachsten Fall kann der Kalibrierkörper 12 aus einer polarisierbaren Folie gebildet sein, die auf einen Halter 14 beispielsweise aufgeklebt werden kann, um so eine feste Orientierung auf dem Kalibrierelement 12 einzuhalten. Alternativ können Halter 14 und Kalibrierkörper 12 ein Bauteil bilden, vorzugsweise kann der Halter 14 einen Randbereich des Kalibrierkörpers 12 bilden.
3 zeigt weiter eine Draufsicht auf ein Kalibrierelement 10 nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Öffnungen als Positionierungselemente 42. Eine Ausführung mit zwei Öffnungen in dem Halter 14 des Kalibrierungselements 10 ist besonders vorteilhaft, wenn in der Aufnahme 108 der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 entsprechend komplementäre Passstifte vorgesehen sind. Auf diese Weise lässt sich das Kalibrierungselement 10 mit einer ersten Flachseite 26 oder einer zweiten Flachseite 28 in die Aufnahme 108 einsetzen.
4 zeigt eine Draufsicht auf ein Kalibrierelement 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Anlagekanten 32 als Positionierungseinrichtung 20. Die Anlagekante 32 bildet vorzugsweise einen Bestandteil des Umfangs des Halters 14. Die Anlagekante 32 kann beispielsweise als angefräste Kante des Halters 14 ausgebildet sein. Auch mit Hilfe solcher Anlagen 32 lässt sich das Kalibrierungselement 10 reproduzierbar mit einer ersten Flachseite 26 oder einer zweiten Flachseite 28 in die Aufnahme 108 einsetzen.
In 5 ist eine Draufsicht auf ein Kalibrierelement 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Markierungen 34 als Positionierungseinrichtung 20 dargestellt. Mit Hilfe solcher Markierungen 34 kann das Kalibrierelement an korrespondierenden Markierungen 132, welche in der Aufnahme 108 angebracht sind (in 7 dargestellt), beim Einlegen in die Aufnahme 108 ausgerichtet werden. Auch auf diese Weise ist eine reproduzierbare Anordnung in der Aufnahme 108 möglich, um so zuverlässige Messwerte zu erhalten.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 umfasst eine Lichtquelle 102 mit unpolarisiertem Licht, einen um eine optische Achse 104 drehbar angeordneten Polarisator 106 mit einer Hauptachse 134 (in 9 dargestellt), eine Aufnahme 108 für einen Prüfling 110, sowie einen Spiegel 112 zum visuellen Abgleich der von der Lichtquelle 102 parallel zur optischen Achse 104 durch den Polarisator 106 und den Prüfling 110 transmittierten Lichtintensität durch Justieren des in einer Drehhalterung 138 drehbar angeordneten Polarisators 106. Die Aufnahme 108 weist dabei Gegenelemente 124 beispielsweise in Form zweier Öffnungen 126, 128 (in 7 dargestellt) für das Einsetzen des Kalibrierelements 10 in die Aufnahme 108 mit Hilfe der Positioniereinrichtung 20 auf. Der montierte Spiegel 112 ist zum Bediener der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 hin geneigt, so dass der Bediener ein Spiegelbild des Prüflings 110 sieht. Der Spiegel 112 steigert die Ergonomie der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100. Er erlaubt es dem Benutzer, das Gerät vollständig von vorne zu bedienen, ohne sich bei der Auflage des Prüflings 110 oder während des Messvorgangs über die Apparatur beugen zu müssen.
Da der Prüfling 110 selbst fix aufliegt, können auch bereits gefasste Brillengläser gemessen werden. Zu diesem Zweck kann das Gerät mit einem entsprechenden Anschlag für die Brillenfassung erweitert werden.
Der Polarisator 106 umfasst einen ersten Bereich 114 mit einer ersten Polarisationsachse 118 sowie einen zweiten Bereich 116 mit einer zweiten Polarisationsachse 120, die an der Hauptachse 134 aneinandergrenzen (in 9 dargestellt). Die erste Polarisationsachse 118 und die zweite Polarisationsachse 120 weisen dabei gegen die Hauptachse 134 einen betragsmäßig gleichen Winkel 122 auf, bevorzugt zwischen 2° und 5°, besonders bevorzugt zwischen 2,5° und 3,5°, ganz besonders bevorzugt 3°. Durch den Prüfling 110 hindurch wird mit dem Spiegel 112 die Lichtquelle 102 betrachtet, wobei das Licht durch den Polarisator 106 mit durch die beiden Bereiche 114, 116 (in 8 dargestellt) des Polarisators 106 mit geteiltem Gesichtsfeld polarisiert wird. Die beobachtete Helligkeit hängt dabei von der relativen Lage der Hauptachse als der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Polarisationsachsen 118, 120 des Polarisators 106 zur Polarisationsachse des Prüflings 110 ab. Für die Messung wird auf das Verschwinden des Kontrasts zwischen den beiden Gesichtsfeldern vorzugsweise bei maximaler Auslöschung justiert. Da die Helligkeit der beiden Gesichtsfelder an der Grenze unmittelbar erkennbar ist, lässt sich trotz des manuellen Vorgehens eine hohe Genauigkeit und Sicherheit der Messung erreichen. Nach einer entsprechenden Kalibrierung kann der Winkel der Polarisationsachse des Prüflings 110 nun direkt an der Digitalanzeige eines angeschlossenen Drehgebers abgelesen werden.
Alternativ kann der Polarisator 106 auch nur einen Bereich 114 mit einer Polarisationsachse 118 umfassen, wobei die Polarisationsachse 118 die Hauptachse 134 bildet. Bei dieser Ausgestaltung wird auf die Teilung des Polarisators 106 verzichtet. Der Vorteil besteht dabei in einer einfacheren und kostengünstigeren Ausführung des Polarisators 106. In diesem Fall wird die Polarisationsachse 134 des Polarisators 106 als dessen Hauptachse festgelegt. Zur Messung wird auf das Minimum oder Maximum der transmittierten Lichtintensität justiert. Insbesondere für automatisierte Verfahren, bei denen die transmittierte Lichtintensität für verschiedene Winkelstellungen mit einem Sensor erfasst werden kann, ist eine solche Ausführungsform gut geeignet.
Das dazugehörige (in 1 dargestellte) Kalibrierelement 10 zur Kalibrierung der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 umfasst den durchleuchtbaren Kalibrierkörper 12 aus polarisierendem Material, sowie den Halter 14 zum Fassen des Kalibrierkörpers 12, welcher Halter 14 die Positioniereinrichtung 20 zur reproduzierbaren Anordnung in der Aufnahme 108 aufweist. Das Kalibrierelement 10 kann wahlweise mit der ersten Flachseite 26 oder mit der zweiten Flachseite 28 zum Polarisator 106 gerichtet als Prüfling 110 in der Aufnahme 108 angeordnet werden.
In 7 ist eine isometrische Ansicht der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100, welche in 6 rein schematisch dargestellt ist, gezeigt. Die verschiedenen Elemente der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 sind an einem Rahmen 148 angeordnet. Der Rahmen 148 wird getragen von einer Grundplatte 146, auf welcher die Lichtquelle 102 zentral aufliegt. Eine Montageplatte 144 trägt die Drehhalterung 138 des Polarisators 106 mit Antrieb und Winkelgeber. Eine weitere Montageplatte 142 trägt die Aufnahme 108 für den Prüfling 110. An einer weiteren Montageplatte 140 ist der Spiegel 112 unter einem Winkel gegen die Senkrechte von beispielsweise 45° angeordnet. Die Lichtstrahlen der Lichtquelle 102 können somit entlang der optischen Achse 104 durch den Polarisator 106, durch den Durchblickbereich 130 der Aufnahme 108 und den (nicht eingezeichneten) auf der Aufnahme angeordneten Prüfling 110 über den gekippten Spiegel 112 beobachtet werden. Über den Antrieb der Drehhalterung 138 lässt sich der Polarisator 106 um die optische Achse 104 drehen und so der Abgleich auf gleiche Helligkeitsbereiche des Polarisators 106 durchführen.
In 8 ist eine Draufsicht auf die Aufnahme 108 des Prüflings 110 einer Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Aufnahme 108 weist einen ringförmigen Träger mit einer Öffnung 130 als Durchstrahlungsbereich auf. Auf dem Träger sind zwei Gegenelemente 124 für die Positionierungselemente 22, 24 des Kalibrierelements 10 angeordnet, um das Kalibrierungselement 10 mit deren Hilfe reproduzierbar positionieren zu können. Die Gegenelemente 124 sind bei dem Ausführungsbeispiel in 8 als Bohrungen 126, 128 ausgeführt, um die Passstifte 22, 24 des Kalibrierungselements 10 aus 1 aufnehmen zu können. Die Gegenelemente 124 sind auf einer Achse 136 der Aufnahme 108 angeordnet. Weiter sind auf dem Träger der Aufnahme 108 Markierungen 132 zum reproduzierbaren Positionieren von Prüflingen 110 angebracht.
9 zeigt eine Draufsicht auf den Polarisator 106 der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Polarisator 106 umfasst einen ersten Bereich 114 mit einer ersten Polarisationsachse 118 sowie einen zweiten Bereich 116 mit einer zweiten Polarisationsachse 120, die an der Hauptachse 134 aneinandergrenzen. Dabei weisen die erste Polarisationsachse 118 und die zweite Polarisationsachse 120 einen Winkel 122 zur Hauptachse 134 zwischen 2° und 5°, bevorzugt zwischen 2,5° und 3,5°, besonders bevorzugt von 3° auf. Der in 9 eingezeichnete Winkel 122 der beiden Polarisationsachsen 118, 120 zur Hauptachse 134 ist stark übertrieben dargestellt, um den Effekt zu verdeutlichen.
In 10 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Kalibrierung der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Kalibrierung der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 erfolgt mit Hilfe des Kalibrierelements 10.
Das Verfahren umfasst in Schritt S110 das Einlegen des Kalibrierelements 10 in die Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 mit der ersten Flachseite 26 zu dem Polarisator 106 gerichtet. Dann wird in Schritt S120 der Polarisator 106 in einer ersten rotatorischen Position mit einer Hauptachse 134 in einer vorgegebenen Winkelbeziehung, bevorzugt parallel oder senkrecht zu einer Polarisationsachse 40 des Kalibrierelements 10 ausgerichtet, wobei Licht von der ersten Flachseite 26 aus durch das Kalibrierelement 10 transmittiert wird. Als nächstes wird in Schritt S130 das Kalibrierelement 10 mit der zweiten Flachseite 28 zu dem Polarisator 106 gerichtet in die Aufnahme 108 eingelegt, bevor in Schritt S140 der Polarisator 106 in einer zweiten rotatorischen Position mit der Hauptachse 134 in einer vorgegebenen Winkelbeziehung, bevorzugt parallel oder senkrecht zu der Polarisationsachse 40 des Kalibrierelements 10 ausgerichtet wird, wobei Licht von der zweiten Flachseite 28 aus durch das Kalibrierelement 10 transmittiert wird. Danach wird in Schritt S150 die rotatorische Position der Achse 30 des Kalibrierelements 10 durch Bestimmen der Winkelhalbierenden, was durch arithmetische Mittelung der ersten und der zweiten rotatorischen Position des Polarisators 106 geschieht, bestimmt. In Schritt S160 wird der rotatorischen Position der Hauptachse 134 des Polarisators 106 ein vorgegebener Winkelwert zugeordnet, bei der diese in der vorgegebenen Winkelbeziehung zur Achse 30 des bestimmungsgemäß eingelegten Kalibrierelements 10 steht. Die Bezugszeichen beziehen sich dabei auf die Elemente in den 1 bis 9.
Das Ausrichten der Hauptachse 134 des Polarisators 106 in den Schritten S120 und S140 erfolgt dabei durch Abgleichen der durch den ersten Bereich 114 des Polarisators 106 mit der ersten Polarisationsachse 118 transmittierten Lichtintensität und der durch den zweiten Bereich 116 des Polarisators 106 mit der zweiten Polarisationsachse 120 transmittierten Lichtintensität auf gleiche Helligkeit. Alternativ ist auch denkbar, Das Ausrichten der Hauptachse 134 des Polarisators 106 durch Minimieren oder Maximieren einer durch einen einzigen Bereich 114 des Polarisators 106 mit der Polarisationsachse 118 transmittierten Lichtintensität durchzuführen.
Vorzugsweise wird vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung des Polarisationsachsenmessgeräts 100 eine Vorkalibrierung in Form einer Winkelkalibrierung des drehbar angeordneten Polarisators 106 durchgeführt. Bei der Vorkalibrierung wird einer willkürlich gewählten Stellung/Position des Polarisators 106 ein ebenfalls willkürlich gewählter Winkelwert zugeordnet. Damit ist eine Anzeige bei der Drehung der Drehhalterung 138 des Polarisators 136 beispielsweise in Winkelgraden gegeben, die hinterher zur Bestimmung der Polarisationsachse 40 des Kalibrierelements 10 verwendbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 kann ein Wert Null einer dritten rotatorischen Position der Hauptachse 134 des Polarisators 106 zugeordnet werden, bei der diese in der vorgegebenen Winkelbeziehung zur Achse 30 des bestimmungsgemäß eingelegten Kalibrierelements 10 steht. Vorteilhafterweise entspricht diese dritte Position des Polarisators 106 einer durch Markierungen 132 an der Aufnahme 108 der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 definierten Achse. Damit ist zweckmäßigerweise eine direkte Zuordnung von Winkelgraden als relative Winkeldistanz der Polarisationsachse des Prüflings 110 zu der durch die Markierungen 132 der Aufnahme 108 definierten Achse gegeben, was eine vorteilhafte Registrierung und Auswertung der Messergebnisse der Bestimmung der Polarisationsachsen ermöglicht.
Stimmen die durch die Aufnahme 108 für das Kalibrierelement 10 vorgegebene Achse 30 und die durch Markierungen 132 vorgegebene Achse 136 zur Ausrichtung der Prüflinge 110 nicht überein, kann die Differenz zwischen diesen beiden Achslagen bei der Zuweisung des Kalibrierwertes berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise entspricht dabei der Wert Null der Ausrichtung der Hauptachse 134 des Polarisators 106 parallel oder senkrecht zu der durch die Markierung 132 der Aufnahme 108 für die Prüflinge 110 vorgegebenen Achse 136.
Die Durchführung einer Kalibration der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 erfolgt so, dass das Kalibrierelement 10 so auf die Aufnahme 108 gelegt wird, dass die als Vorderfläche (z.B. erste Flachseite 26) bezeichnete Fläche nach oben zeigt. Durch die mechanische Passung zwischen dem Halter 14 des Kalibrierelements 10 und der Prüflingsaufnahme 108 ist eine präzise Ausrichtung an der Markierungen 132 der Aufnahme 108 sichergestellt. Nun ist die Lage der Polarisationsachse 40 zu messen.
Die Messung kann gegebenenfalls mehrmals (n -mal, mindestens zweimal) durchgeführt werden. Dabei wird jedes Mal die Lage der Polarisationsachse 40 an der Winkelanzeige abgelesen und mit dem angezeigten Vorzeichen φvor 1, bzw. φvor 2, ..., φvor n notiert.
Vorteilhaft ist, das Kalibrierelement 10 jedes Mal neu aufzulegen, um auch eine etwaige Messunsicherheit, die aus dem Auflegen des Kalibrierelements 10 resultiert, auszugleichen.
Die Lage der Polarisationsachse 40 in dem relativen Koordinatensystem der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 ergibt sich dann als Mittelwert $φ_{vor} = \frac{1}{n} \times \sum_{i = 1}^{n} φ_{vor} i$
und die Messunsicherheit zu $\begin{array}{l} u_{vor} = \frac{t}{\sqrt{n \times (n - 1)}} \times \sqrt{\sum_{i = 1}^{n} {(φ_{vor} - φ_{vor} i)}^{2}} \\ = \frac{t}{\sqrt{n \times (n - 1)}} \times \sqrt{n \times \sum_{i = 1}^{n} φ_{vor i}^{2} - {(\sum_{i = 1}^{n} φ_{vor} i)}^{2}} \end{array}$
Der Wert für den Korrekturfaktor t ist je nach gewünschtem Vertrauensniveau und der genauen Anzahl der Einzelmessungen zu wählen.
Das Kalibrierelement 10 wird darauffolgend um die festgelegte Achse gewendet, so dass die als Rückfläche (z.B. zweite Flachseite 28) bezeichnete Fläche nach oben zeigt. Die Lage der Polarisationsachse 40 ist wie im letzten Schritt mehrfach zu messen und der Mittelwert (φ_rück sowie die Messunsicherheit u_rück zu bestimmen.
Die Lage der geometrischen Achse des Kalibrierelements 10 im Koordinatensystem der Anzeige der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 berechnet sich als Mittel der Lagen der Polarisationsachsen: $φ_{0} = \frac{1}{2} \times (φ_{vor} + φ_{r \ddot{u} c k})$
Gemäß der Gaußschen Fehlerfortpflanzung ergibt sich damit die Kalibrierunsicherheit als $u_{calib} = \frac{1}{\sqrt{2}} \times \sqrt{u_{vor}^{2} + u_{r \ddot{u} c k}^{2}}$
Weiterhin erhält man die Lage der Polarisationsachse des Kalibrierelements 10 bezogen auf die geometrische Achse des Kalibrierelements 10: $α_{0} = \frac{1}{2} \times (φ_{vor} + φ_{r \ddot{u} c k})$
$α_{r \ddot{u} ck} = \frac{1}{2} \times (φ_{r \ddot{u} ck} - φ_{vor}) = - α_{vor}$
Die Werte sind gegebenfalls jeweils auf ganze Hundertstelgrad zu runden und die Vorzeichen zu berücksichtigen.
Das anschließende Einstellen der Winkelanzeige des Polarisators 106 kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wie folgt durchgeführt werden. Zuerst wird mit dem Drehteller des Polarisators 106 die neutrale Position anfahren. Dazu wird die Drehhalterung so lange rotiert, bis der Wert φ₀ vorzeichenrichtig in der Anzeige erscheint. Sobald der Wert ungefähr erreicht ist, wird der exakte Wert beispielsweise mit einem Feintrieb eingestellt. Nun wird die Anzeige auf Null gesetzt. Die Genauigkeit der Kalibrierung ist dann u_mess = u_calib + u_anz mit u_anz = 0,01° als der Genauigkeit der Anzeige in einer beispielhaften Ausführungsform, die ja auch limitiert, wie genau die Drehhalterung auf den „wahren“ Wert eingestellt werden kann. Der eigentliche Kalibriervorgang ist damit abgeschlossen.
Um die Kalibrierung zu überprüfen, kann das Kalibrierelement nachgemessen werden.
Vorteilhaft kann eine schnelle Überprüfung der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 mit dem Kalibrierelement 10 durchgeführt werden, um die ordnungsgemäße Funktion der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 sicherzustellen. Zur schnellen Überprüfung wird das Kalibrierelement 10 so auf die Aufnahme 108 gelegt, dass die als Vorderfläche (z.B. erste Flachseite 26) bezeichnete Fläche nach oben zeigt. Durch die mechanische Passung zwischen dem Halter 14 des Kalibrierelements 10 und der Prüflingsaufnahme 108 ist eine präzise Ausrichtung an der Markierungen 132 der Aufnahme 108 sichergestellt. Nun kann die Lage der Polarisationsachse 40 gemessen werden.
Der Schnelltest gilt beispielsweise als bestanden, wenn der gemessene Wert von dem für das Kalibrierelement 10 vorgegebenen Wert nicht mehr als 0,5 Grad abweicht. Sollte die Abweichung größer sein, kann die Messung wiederholt werden. Weicht der nun gemessene Wert von dem vorgegebenen Wert nicht mehr als 0,5 Grad ab, gilt der Test ebenfalls als bestanden. Ist dies nicht der Fall, ist eine zweite Wiederholung durchzuführen. Fällt diese ebenfalls negativ aus (Abweichung über 0,5 Grad), ist eine genaue Überprüfung durchzuführen.
Um eine genaue Überprüfung durchzuführen, sind die Messungen von einer Vorderfläche und von einer Rückfläche des Kalibrierelements 10 aus wie in dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben durchzuführen. Die einzelnen Messungen sollten mehrfach (mindestens dreimal) durchgeführt werden, um die Ungenauigkeit der Testmessungen zu verringern. Das Gerät gilt als ordentlich kalibriert, wenn die Beträge der Werte von φ_vor und φ_rück innerhalb der vorher bestimmten Messunsicherheit und der geforderten Genauigkeit übereinstimmen.
In 11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung von Polarisationsachsen von Brillengläsern nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Brillengläser können dabei rohrund, formgerandet oder fertig in Fassungen montierte Brillengläser, Brillenglaspaare und Brillenglasblanks umfassen. Bei fertig in Fassungen montierten Brillengläsern weist die Polarisationsmessvorrichtung 100 vorzugsweise eine Anlageschiene (nicht dargestellt) auf, an welche die Fassungshorizontale bzw. der obere Rand der Fassung derart angelegt werden kann, dass ein jeweiliges Glas über dem Durchblickbereich 130 der Polarisationsmessvorrichtung 100 angeordnet werden kann. Die Anlageschiene übernimmt dabei die Funktion der Markierungen 132, auf die in diesem Fall verzichtet werden kann.
Das Verfahren umfasst in Schritt S210 das Kalibrieren einer Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 mit dem oben beschriebenen Verfahren. In Schritt 220 wird dann ein Brillenglases orientiert in die Aufnahme 108 der Polarisationsachsenmessvorrichtung 100 eingelegt, indem es an einer Markierung 132 der Aufnahme 108 ausgerichtet wird. In Schritt S230 wird die Polarisationsachse des Brillenglases durch Ausrichten einer Hauptachse 134 eines Polarisators 10 in einer vorgegebenen Winkelbeziehung, bevorzugt parallel oder senkrecht zur Polarisationsachse des Brillenglases bestimmt. Anschließend wird in Schritt S240 eine Winkeldifferenz der rotatorischen Position des Polarisators 106 und der Markierung 132 der Aufnahme 108 bestimmt. Aus dieser Winkeldifferenz kann auf die Polarisationsachse des Brillenglases relativ zu einer Orientierung des Brillenglases geschlossen werden. Damit ist die Bestimmung der Polarisationsachse des eingelegten Brillenglases abgeschlossen und kann beispielsweise über die zuvor erwähnte Anlageschiene auf die Brillenfassung übertragen werden.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung einer Polarisationsachsenmessvorrichtung (100), welche umfasst - eine Lichtquelle (102) mit unpolarisiertem Licht, - einen um eine optische Achse (104) drehbar angeordneten Polarisator (106) mit einer Hauptachse (134), - eine Aufnahme (108) für einen Prüfling (110), wobei ein Kalibrierelement (10) zum Einsetzen in die Aufnahme (108) der Polarisationsachsenmessvorrichtung (100) verwendet wird, welches umfasst - einen durchleuchtbaren Kalibrierkörper (12) aus polarisierendem Material mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Flachseite (26, 28), - einen Halter (14) zum Fassen des Kalibrierkörpers (12), welcher Halter (14) wenigstens eine Positioniereinrichtung (20) zur bestimmungsgemäßen reproduzierbaren und um die optische Achse (104) verdrehsicheren Anordnung des Kalibrierkörpers (12) in der Aufnahme (108) aufweist, und mit dem Kalibrierkörper (12) wahlweise mit seiner ersten Flachseite (26) oder mit seiner zweiten Flachseite (28) in die Aufnahme (108) der Polarisationsachsenmessvorrichtung (100) eingesetzt wird, wobei der Halter (14) einen Durchstrahlungsbereich (16) aufweist, durch den der Kalibrierkörper (12) mit Licht durchstrahlt wird, umfassend die folgenden Schritte: - Einlegen des Kalibrierelements (10) in die Aufnahme (108) der Polarisationsachsenmessvorrichtung (100) mit seiner ersten Flachseite (26) zu dem Polarisator (106) gerichtet, - Ausrichten des Polarisators (106) in einer ersten rotatorischen Position mit der Hauptachse (134) in einer vorgegebenen Winkelbeziehung zu einer Polarisationsachse (40) des Kalibrierelements (10), - Einlegen des Kalibrierelements (10) in die Aufnahme (108) mit seiner zweiten Flachseite (28) zu dem Polarisator (106) gerichtet, - Ausrichten des Polarisators (106) in einer zweiten rotatorischen Position mit der Hauptachse (134) in der vorgegebenen Winkelbeziehung zu der Polarisationsachse (40) des Kalibrierelements (10), - Bestimmen einer rotatorischen Position einer Achse (30) des Kalibrierelements (10) durch Bestimmung einer Winkelhalbierenden zwischen der ersten und der zweiten rotatorischen Position des Polarisators (106) und - Zuordnen eines vorgegebenen Winkelwertes zu der rotatorischen Position der Hauptachse (134) des Polarisators (106), bei der diese in der vorgegebenen Winkelbeziehung zur Achse (30) des bestimmungsgemäß eingelegten Kalibrierelements (10) steht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Winkelbeziehung eine parallele oder senkrechte Ausrichtung der Hauptachse (134) zu der Polarisationsachse (40) des Kalibrierelements (10) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Ausrichten der Hauptachse (134) des Polarisators (106) durch Abgleichen einer durch einen ersten Bereich (114) des Polarisators (106) mit einer ersten Polarisationsachse (118) transmittierten Lichtintensität und einer durch einen zweiten Bereich (116) des Polarisators (106) mit einer zweiten Polarisationsachse (120) transmittierten Lichtintensität auf gleiche Helligkeit, insbesondere auf niedrige Helligkeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Ausrichten der Hauptachse (134) des Polarisators (106) durch Minimieren oder Maximieren einer durch einen ersten Bereich (114) des Polarisators (106) mit einer ersten Polarisationsachse (118) transmittierten Lichtintensität erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Wert Null einer dritten rotatorischen Position der Hauptachse (134) des Polarisators (106) zugeordnet wird, bei der diese in der vorgegebenen Winkelbeziehung zur Achse (30) des bestimmungsgemäß eingelegten Kalibrierelements (10) steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei eine automatisierte Erfassung der transmittierten Lichtintensität für verschiedene Winkelstellungen des Polarisators (106) mit einem Sensor erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positioniereinrichtung (20) mit wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegenden Positionierelementen (22, 24, 32, 34, 42) verwendet wird.
Verfahren zur Bestimmung von Polarisationsachsen von Brillengläsern, umfassend die Schritte - Kalibrieren einer Polarisationsachsenmessvorrichtung (100) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - Orientiertes Einlegen eines Brillenglases in eine Aufnahme (108) der Polarisationsachsenmessvorrichtung (100) durch Ausrichten an einer Markierung (132) der Aufnahme (108), - Bestimmen einer der Polarisationsachsen des Brillenglases durch Ausrichten einer Hauptachse (134) eines Polarisators (106) in einer vorgegebenen Winkelbeziehung zur Polarisationsachse des Brillenglases und - Bestimmen der Winkeldifferenz der rotatorischen Position des Polarisators (106) und der Markierung (132) der Aufnahme (108) und daraus Bestimmen der Polarisationsachse des Brillenglases relativ zu einer Orientierung des Brillenglases.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorgegebene Winkelbeziehung eine parallele oder senkrechte Ausrichtung der Hauptachse (134) zu der Polarisationsachse (40) des Kalibrierelements (10) ist.