DE10231343A1

DE10231343A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung einer örtlichen Verteilung der optischen Brechkraft

Info

Publication number: DE10231343A1
Application number: DE2002131343
Authority: DE
Inventors: Adalbert Hanssen; Harald Dipl.-Phys. Volkenandt
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-01-29

Abstract

Bei einem Verfahren zur Messung einer örtlichen Verteilung der optischen Brechkraft oder Topographie einer optischen Oberfläche eines Prüflings (6), der mit Marken (12) versehen ist, insbesondere eines Brillenglases oder der Abgießform für ein Brillenglas, wird das Hartmannsche Ablenkungsprinzip mit einer Loch- oder Streifenplatte als Blende (5) und mit einem Lichtsensor (3) zur Erkennung des Schattenbildes des Prüflings (6) verwendet. Während der Messung werden zweierlei Lichtarten eingesetzt, wobei die opaken Teile der Hartmann-Blende (5) für eine erste Lichtart undurchlässig und für eine zweite Lichtart durchlässig sind, und wobei der Lichtsensor (3) neben der Erkennung des Schattenbildes der Loch- oder Streifenplatte (5) im durch den Prüfling (6) deformierten Strahl dafür verwendet wird, bei der zweiten Lichtart Schattenbilder der Marken (12) auf dem Prüfling (6) oder dem Rand des Prüflings (6) selbst zu detektieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer örtlichen Verteilung der optischen Brechkraft oder der Topographie einer optischen Oberfläche eines Prüflings, der mit Marken versehen ist, insbesondere eines Brillenglases oder der Abgießform für ein Brillenglas nach dem Hartmann'schen Ablenkungsprinzip.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Prinzip der Hartmann'schen Strahlablenkung ist allgemein bekannt. Es wird unter anderem zur Messung der Brechkraft von Linsen verwendet. Dabei wird nahe des zu prüfenden Objektes eine Loch- oder Streifenblende in den Strahlengang gestellt, um unterschiedliche Aperturen zu. realisieren, wodurch man dann in Kenntnis der separierten Strahlen und Winkel die Topographie oder die lokale optische Wirkung des Prüflings ermitteln kann.

So wird bei bekannten Geräten durch eine ringförmige Blende der Schattenwurf des Strahles in einiger Entfernung von der Blende aufgefangen. Je nachdem, wie stark das einfallende Strahlenbündel durch den vor der Ringblende gelegenen Prüfling gegenüber der Stellung ohne Prüfling abgelenkt wird, deformiert sich der Schatten und nach der Deformation des Schattenbildes und der Grauwertverteilung im Schattenbild kann man auf die optischen Eigenschaften des Prüflings rückschließen.

Statt einer Ringblende kann man auch andere Blendenmuster verwenden, z.B. ein Raster von Punkten. Eine derartige Ausgestaltung ist in der WO 95/34800 beschrieben, wobei anhand einer Vielzahl von Rasterpunkten die örtliche Verteilung der Brechkraft der zu vermessenden Linse gemessen und dargestellt wird.

Nachteilig bei der vorbekannten Vorrichtung ist jedoch, daß keine Möglichkeit besteht die gemessenen Meßwerte in einen örtlichen Bezug zu den auf der zu prüfenden Linse, d.h. auf dem Prüfling angebrachten Orientierungsmarken zu bringen. Bei der praktischen Anwendung haben Prüflinge eine irreguläre Randkontur, z. B. die Randform einer Brillenglasfassung. Wegen des endlichen Abstandes der Hartmann-Blendenpunkte voneinander läßt der Linsenrand mit der vorbekannten Vorrichtung aber nicht ausreichend genau in der gleichen Aufspannung mit messen. Auch die kleinen Orientierungsmarken, die sich z. B. bei einem Brillenglas in üblicher Weise symmetrisch um die optische Mitte des Brillenglases entlang der Glashorizontalen befinden, lassen sich bei diesem Verfahren nicht detektieren, weil sie zwischen die Hartmann-Blendenpunkte fallen können. Bei der Verwendung eines Brillenglases oder auch der Abgießform für ein Brillenglas muß jedoch eine Zuordnung der Meßwerte zu den Orientierungspunkten oder zum Glasrand hergestellt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, gleichzeitig mit der Messung einer örtlichen Verteilung der optischen Brechkraft oder der Topographie einer optischen Oberfläche eines Prüflings eine örtliche Zuordnung der Meßdaten zu Marken auf dem Prüfling und/oder der Berandung zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren nach dem Hartmann'schen Ablenkungsprinzip mit einer Loch- oder Streifenplatte als Blende und mit einem Lichtsensor zur Erkennung des Schattenbildes des Prüflings derart gelöst, daß während der Messung zweierlei Lichtarten verwendet werden, wobei die opaken Teile der Hartmann-Blende für eine erste Lichtart undurchlässig und für eine zweite Lichtart durchlässig sind, und wobei der Lichtsensor neben der Erkennung des Schattenbildes der Hartmann-Blende dafür verwendet wird, bei der zweiten Lichtart Schattenbilder der Marken auf dem Prüfling oder dem Rand des Prüflings selbst zu detektieren.

Erfindungsgemäß werden nun die undurchsichtigen bzw. opaken Flächenteile der Hartmann-Blende so gestaltet, daß sie nur bei der Meß-Wellenlänge das Licht sperren, bei einer anderen Wellenlänge hingegen durchsichtig sind.

Arbeitet man z.B. mit einem grünen Licht, von z.B. 530 -nm Wellenlänge als Meßlicht, dann ist es z.B. ausreichend die Hartmann-Blende aus einem roten Farbstoff zu machen. Wenn man nun, vorzugsweise unter Verwendung der gleichen Beleuchtungsoptik, in einem zweiten Meßschritt statt des grünen Meßlichtes eine rote Übersichtsbeleuchtung einfallen läßt, dann wird dieses Licht nicht von der Hartmann-Blende beeinflußt, weil sie dieses nicht absorbiert. Auf dem Lichtsensor entsteht ein Schattenbild des gesamten Prüflings einschließlich der auf dem Prüfling vorhandenen Orientierungsmarken und gegebenenfalls sogar einschließlich seines Randes. Mit diesen Daten können die mit der Hartmann-Blende gewonnenen Meßdaten den Marken auf dem Prüfling eindeutig zugeordnet werden, so daß sie nun in geeigneter Weise zur Kontrolle des Prüflings selbst oder zur Kontrolle, ob die Berandung für den jeweiligen Benutzer in der verwendeten Brillenfassung richtig ist, verwendet werden können. Vorzugsweise läßt man dabei das Licht scheinbar aus dem Unendlichen kommen, d.h. man wird für eine parallele Beleuchtung sorgen.

Anstelle unterschiedlicher Farben kann für den gleichen Zweck auch verschieden polarisiertes Licht verwendet werden. In diesem Falle wird man die Hartmann-Blende aus einem Polfilter herstellen und in Abhängigkeit von der Meßart einen Polarisationsfilter in den Strahlengang vor der Hartmann-Blende parallel oder senkrecht orientiert zum Polfilter der Hartmann-Blende einbringen.

Die Erfindung läßt sich mit den verschiedenen Ausführungsformen von bekannten Hartmann-Sensoren realisieren. So ist es z. B. auch möglich, eine Anordnung ,vorzusehen, bei der sich der orts-empfindliche Lichtempfänger bzw. Lichtsensor und die Blendenplatte getrennt durch einen Abstandskalter gegenüber stehen, wobei eine Zwischenabbildung einer zur Hartmann-Blende im wesentlichen parallelen Ebene als Luftbild oder auf einer Mattscheibe aufgefangenes Bild entsteht, anstelle eines flächenhaften Lichtsensors oder ein in einer Ebene bewegtes Sensor-Array, wie z.B. ein Diodenzeilen-Array.

Eine weitere Variante der Erfindung kann darin bestehen, daß ein farbempfindlicher Lichtsensor vorgesehen wird, der beide Lichtarten gleichzeitig verarbeiten kann.

Anstelle eines transparenten Prüflings, wie z.B. einer Linse, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung hierzu im Bedarfsfalle auch ein Prüfling in Reflexion bezüglich seiner Topographie gemessen werden. In diesem Falle wird man einen Strahlteiler in den Strahlengang einbringen, der die auf dem Prüfling auftreffenden und von diesem reflektierten Lichtarten bei einem erneuten Auftreffen auf den Strahlenteiler entsprechend umlenkt und nach Durchgang durch die Hartmann-Blende auf dem Lichtsensor detektiert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

2 in verkleinerter Darstellung eine Ausführungsform mit einem Strahlteilerwürfel.

Gemäß 1 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Trägerplatte 1 auf, welche in einer Halterung 2 angeordnet ist, die gleichzeitig als Abstandskalter zu einem Lichtsensor 3 dient, welcher mit einem CCD-Chip versehen ist, der eine Viel zahl von Bildelementen (Pixel) 4 aufweist.
Auf der Unterseite oder der Oberseite der Trägerplatte 1 ist eine Hartmann-Blende 5 angeordnet, welche z.B. ein regelmäßiges Muster von Löchern in einer roten Farbschicht aufweist. Über der Trägerplatte 1 ist ein Prüfling 6, z.B. eine Linse, auf z.B. drei über den Umfang verteilt angeordneten Auflagern 7 angeordnet.
Der Prüfling 6 wird von einer grünen Lichtquelle 8 über eine Beleuchtungsoptik 9, welche z.B. einen Kollimator aufweisen kann, mit einem parallelen Strahlengang beleuchtet.
Die Farbe der Hartmann-Blende 5 ist nun so gewählt, daß die opaken Flächenteile das grüne Licht der Lichtquelle 8 nicht durchlassen.
Neben der Lichtquelle 8, die eine erste Lichtart erzeugt, ist eine zweite Lichtquelle 10 vorgesehen, die eine zweite Lichtart erzeugt. Die zweite Lichtquelle 10 kann z.B. eine rote Lichtquelle sein, wobei die von der roten Lichtquelle 10 erzeugte Lichtart über einen halbdurchlässigen Spiegel 11 in den Hauptstrahlengang eingebracht werden kann. Aufgrund der gewählten Farbe der Hartmann-Blende 5 ist dessen gesamte Fläche bei der Beleuchtung durch die zweite Lichtart der Lichtquelle 10 komplett durchlässig. Die zweite Lichtart durchläuft die gleiche Beleuchtungsoptik 9, so daß sie ebenfalls oberhalb des Prüflings 6 parallel verläuft. Auf dem Prüfling 6 angeordnete Orientierungsmarken 12 werden dabei als Schatten auf dem Lichtsensor 3 abgebildet. Wegen des Schattenbildes selbst ist der Strahl, der ursprünglich durch die Orientierungsmarken 12 ging, eventuell verfälscht, aber man kann hierbei durch Interpolation der Ablenkungsdaten der umliegenden ungestörten Strahlen trotzdem die exakte Lage ermitteln.
Der Wechsel zwischen den beiden Farben der Lichtquelle, kann auch durch ein- und ausschwenkbare Filter geschehen oder man verwendet eine mehrfarbig schaltbare LED.
Wenn als Lichtsensor 3 ein farbempfindlicher Lichtsensor verwendet wird, so können Lichtarten unterschiedlicher Wellenlängen gleichzeitig eingesetzt werden.
Anstelle der Verwendung von Licht unterschiedlicher Wellenlängen durch die beiden Lichtquellen 8 und 10 mit der Erzeugung z.B. eines grünen und eines roten Lichtes, kann auch verschieden polarisiertes Licht für die beiden Meßmethoden verwendet werden. Hierfür kann z.B. ein Polarisationsfilter 13 (gestrichelt dargestellt) verwendet werden, der zur Erzeugung der unterschiedlichen Lichtarten entsprechend im Strahlengang orientiert wird. Gleichzeitig wird man dann die Hartmann-Blende 5 ebenfalls als Polfilter ausbilden. Je nachdem, ob sich der Polarisationsfilter in der Stellung befindet, in der er parallel oder senkrecht zu dem Polfilter der Hartmann-Blende orientiert ist, wird Licht entweder nur durch die Öffnungen der Hartmann-Blende hindurchgelassen oder komplett. Für diesen Zweck läßt sich sowohl linear polarisiertes als auch zirkular polarisiertes Licht mit entsprechenden Polfiltern einsetzen. Statt einen Filter um eine Achse parallel zur Zeichenebene zu drehen, kann man auch abwechselnd einen Polfilter in Durchlaßrichtung und einen in Sperrichtung einschwenken.
In der 2 ist in verkleinerter Darstellung prinzipmäßig eine Ausgestaltung mit einem Strahlteiler 14 dargestellt, der zur Messung in Reflexion eines reflektierenden Prüflings 6' vorgesehen ist. Da das Meßverfahren grundsätzlich in gleicher Weise mit den gleichen Teilen dabei abläuft, sind für die gleichen Teile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.
Das Meßverfahren für die beiden unterschiedlichen Meßarten läuft dabei in gleicher Weise ab. Das entweder von der Lichtquelle 8 oder 10 erzeugte Licht durchläuft in einem Parallelstrahl den Strahlteiler 14, trifft auf den reflektierenden Prüfling 6' und wird anschließend beim erneuten Auftreffen auf den Strahlteiler 14 an der Strahlteilerfläche umgelenkt. Nach Durchgang durch die Hartmann-Blende 5 erfolgt dann die Auswertung mit dem Lichtsensor 3.

Claims

Verfahren zur Messung einer örtlichen Verteilung der optischen Brechkraft oder der Topographie einer optischen Oberfläche eines Prüflings, der mit Marken versehen ist, insbesondere eines Brillenglases oder der Abgießform für ein Brillenglas nach dem Hartmann'schen Ablenkungsprinzip mit einer Loch- oder Streifenplatte als Hartmann-Blende (5) und mit einem Lichtsensor zur Erkennung des Schattenbildes der Hartmann-Blende (5) im durch den Prüfling (6) deformierten Strahl, dadurch gekennzeichnet, daß während der Messung zweierlei Lichtarten verwendet werden, wobei die opaken Teile der Hartmann-Blende (5) für eine erste Lichtart undurchlässig und für eine zweite Lichtart durchlässig sind, und wobei der Lichtsensor (3) neben der Erkennung des Schattenbildes der Hartmann-Blende (5) dafür verwendet wird, bei der zweiten Lichtart Schattenbilder der Marken (12) auf dem Prüfling (6) oder dem Rand des Prüflings (6) selbst zu detektieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der beiden Lichtarten für die erste und für die zweite Lichtart Licht verschiedener Wellenlängen verwendet wird, wobei das Licht der einen Wellenlänge zur Erkennung des Schattenbildes der Hartmann-Blende (5) in dem durch den Prüfling deformierten Strahl nach dem Hartmann-Prinzip dient und das Licht der zweiten Wellenlänge gegenüber den opaken Teilen der Hartmann-Blende (5) durchlässig ist und zur Detektion der Schattenbilder der Marken (12) auf dem Prüfling (6) oder des Randes des Prüflings (6) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Licht für die beiden Lichtarten unterschiedlich polarisiertes Licht verwendet wird, wobei das Licht in einem ersten Polarisationszustand zur Erkennung des Schattenbildes der Hartmann-Blende (5) im durch den Prüfling (6) deformierten Strahl nach dem Hartmann-Prinzip verwendet wird und in ei nem zweiten Polarisationszustand gegenüber den opaken Teilen der Hartmann-Blende (5) durchlässig ist und zur Detektion der Schattenbilder der Marken (12) auf dem Prüfling (6) oder des Randes des Prüflings (6) verwendet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit wenigstens einer Lichtquelle (8) zur Erzeugung einer ersten Lichtart, einer Beleuchtungsoptik (9), einer Lagereinrichtung (2,7) für einen Prüfling (6), einer Hartmann-Blende (5) und einem Lichtsensor (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmann-Blende (5) für eine zweite Lichtart zur Detektion der Schattenbilder von Marken (12) auf dem Prüfling (6) oder dem Rand des Prüflings (6) , durchlässig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Lichtarten zwei Lichtquellen (6,10) vorgesehen sein.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Lichtarten wenigstens teilweise der gleiche Beleuchtungsstrahlengang vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Lichtarten mit unterschiedlichen Wellenlängen ein farbempfindlicher Lichtsensor (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang ein einschwenkbarer Spiegel (11) angeordnet ist, wobei zwischen den beiden Lichtquellen (8,10) eine Umschaltung durch den Spiegel (11) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zweierlei Lichtarten ein Polarisationsfilter (13) im Strahlengang angeordnet ist, wobei die Hartmann-Blende (5) als Polfilter ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Prüfling (6') mit reflektierender Oberfläche im Strahlengang vor dem Prüfling (6') ein Strahlteiler (14) angeordnet ist, wobei sich die Hartmann-Blende (15) zwischen dem Strahlteiler (14) und dem Lichtsensor (3) befindet.