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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Linsenmeßeinrichtung
und insbesondere auf eine Linsenmeßeinrichtung, die zur Messung
von optischen Eigenschaften von zu untersuchenden Linsen, zum Beispiel
Brillenlinsen bzw. Brillengläsern, Kontaktlinsen
und dergleichen imstande ist.
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Es
ist ein Meßprinzip
von Linsenmeßeinrichtungen
bekannt, bei dem ein Ziel (target) bzw. eine Vorlage, die mit einem
vorbestimmten Muster versehen ist, vor oder hinter einer zu untersuchenden
Linse angeordnet wird und ein Lichtempfangselement das optische
Bild der Vorlage, das durch den Durchgang durch die zu untersuchende
Linse abgelenkt ist, erfaßt.
Hierdurch werden optische Eigenschaften der Linse auf der Grundlage
der Erfassungsergebnisse des Lichtempfangselements erhalten.
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Wenn
die Position der Vorlage bei einer solchen Linsenmeßeinrichtung
festgelegt ist, wird das auf dem Lichtempfangselement entstehende
optische Bild der Vorlage aufgrund der Brechkraft der zu untersuchenden
Linse verschmiert bzw. unscharf, wobei sich das Ausmaß der Verschmierung
bzw. Unschärfe
des Bilds proportional mit der Vergrößerung der Brechkraft der Linse
erhöht.
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Zur
Vermeidung von Meßfehlern,
die aufgrund der Bildunschärfe
auftreten, ist eine Linsenmeßeinrichtung
bekannt, bei der die Vorlage entlang der optischen Achse des Meßlichts
in Abhängigkeit von
der Brechkraft der zu untersuchenden Linse derart bewegt wird, daß das Ausmaß der Unschärfe des auf
dem Lichtempfangselement gebildeten Bilds verringert sein kann.
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Jedoch
ist es bei der vorstehend beschriebenen Linsen- meßeinrichtung,
bei der die Vorlage entlang der optischen Achse bewegt wird und
die Position des optischen Bilds der Vorlage zusammen mit der Bewegung
der Vorlage verschoben wird, notwendig, die genaue Position zu ermitteln,
in die die Vorlage zur Durchführung
einer Messung hoher Präzision zu
bewegen ist. Bei den herkömmlichen
Linsenmeßeinrichtungen
mit einem System zur Bewegung einer Vorlage entlang der optischen
Achse des Meßlichts ist
es aufgrund von Säkularveränderungen
und anderen Gründen
schwierig, stets eine exakte Anhalteposition für die Vorlage zu erfassen.
Demgemäß ist es bei
einem solchen herkömmlichen
Gerät notwendig, ein
Erfassungssystem zur Erfassung der Anhalteposition der Vorlage separat
bzw. zusätzlich
zu dem System zur Steuerung der Bewegung der Vorlage vorzusehen.
Dies begründet
Probleme hinsichtich komplizierteren Aufbaus des Geräts und erhöhter Kosten.
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Die
JP-63208736 A offenbart ein optisches Messinstrument für ein optisches
System gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 der Erfindung. Sie umfasst insbesondere eine Mehrzahl
von Lichtquellen zum Projizieren eines Messlichtstroms durch eine zu
untersuchende Linse, ein Lichtempfangsmittel zum Erfassen des durch
die Linse projizierten Messlichtstroms, wobei das Lichtempfangsmittel
Daten erzeugt, die auf Brechungseigenschaften der Linse hindeuten.
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In
der
DE 24 32 502 B2 ist
eine Vorrichtung zur automatischen Messung und Anzeige der Brechkraft
von Linsen, insbesondere von Astigmatismuslinsen offenbart. Die
Vorrichtung besteht aus einem optischen System mit wenigstens einer
Kollimatorlinse und einer Lichtquelle zur Lenkung eines Lichtstrahls
der Lichtquelle durch eine zu messende Linse, aus einer die durch
die zu messende Linse hindurchgetretenen Lichtstrahlen auffangenden
Wandlereinrichtung, die das empfangene Licht in eine elektrische
Größe umwandelt,
und aus einer elektronischen Auswerteeinrichtung, die die elektrische
Größe empfängt. Nachteilig
bei dieser herkömmlichen Linsenmesseinrichtung
ist, dass die entsprechenden optischen Elemente nicht in effizienter
Weise präzise positioniert
werden können.
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Die
vorliegende Erfindung soll die vorstehend erläuterten Probleme überwinden
und hat als Aufgabe die Schaffung einer Linsenmeßeinrichtung, die ausreichende
Präzision
für praktischen
Einsatz und einfachen Aufbau besitzt.
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Weitere
Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung erschließen sich
aus der nachfolgenden Beschreibung bzw. bei der Nacharbeitung der
Erfindung.
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Die
Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 bzw, in den Unteransprüchen genannten
Maßnahmen
gelöst.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Darstellung einer optischen Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Linsenmeßeinrichtung,
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2 ein
Blockschaltbild der hauptsächlichen
elektrischen Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels der Linsenmeßeinrichtung,
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3 eine
schematische Darstellung von zwei Targetbzw. Vorlagenplatten, die
in der Linsenmeßeinrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
angeordnet sind,
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4 eine
Darstellung von verschiedenen Bewegungspositionen von zwei Vorlagenplatten
auf einer optischen Achse, und
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5 eine
Darstellung eines Beispiels, bei dem Anhaltepositionen der Vorlagenplatten
nach Wunsch bestimmt sind.
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In 1 ist
eine Anordnung des optischen Systems des ersten Ausführungsbeispiels
des Geräts
dargestellt.
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Bei
dem optischen System sind vier Lichtquellen 1, (1a bis 1d)
für das
Meßlicht,
die beispielsweise als Leuchtdioden (LED) oder dergleichen ausgebildet
sind, nahe bei dem Brennpunkt einer Objektivlinse 2 bzw.
einer zu untersuchenden Linse 2 auf einer Platte oder Ebene
angeordnet, die eine optische Achse des Meßlichts schneidet. Diese Lichtquellen 1a bis 1d werden
derart gesteuert, daß sie eine
nach der anderen bzw. einzeln in vorbestimmten Intervallen eingeschaltet
werden. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine zur Messung
dienende Zielplatte bzw. Testmuster- oder Vorlagenplatte mit gekreuzten
Schlitzen, die mittels eines Halters 4 an einer in 3 gezeigten
Drehwelle 5a eines Impulsmotors (Schrittmotors) 5 angebracht
ist. Die Zielplatte 3 ist daher durch Drehung des Motors
in zwei Positionen auf bzw. in dem optischen Pfad bewegbar, von denen
eine in 1 mit A und die andere mit B
bezeichnet ist.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
die Mitte der Drehwelle 5a des Schrittmotors 5 nahe
bei einem Brennpunkt der Objektivlinse 2 und einer kollimierenden
Linse (Sammellinse) 6 angeordnet, wobei beide Positionen
A und B derart vorbestimmt sind, daß das optische Bild des Schlitzes
der an dem Punkt A angeordneten Zielplatte 3 auf einem Detektorelement
gebildet wird, wenn eine Linse mit -5 Dioptrien (im folgenden auch
kurz als D bezeichnet) auf einem nachfolgend erläuterten Nasenstück angeordnet
ist. Wenn eine Linse mit +5 D auf dem Nasenstück angeordnet wird, wird das
optische Bild des Schlitzes der Zielplatte 3 dann, wenn
diese in dem Punkt B angeordnet ist, auf einem bzw. dem Detektorelement
abgebildet. Diese Positionen A und B, in denen die Zielplatte 3 anzuordnen
ist, sind hierbei derart bestimmt, daß eine genaue Messung von Linsen
mit häufig
benutzten Dioptrie-Werten möglich
ist. Die Position der Zielplatte sollte in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von Bedingungen wie etwa der Art einer zu untersuchenden Linse,
der Anzahl von Positionen, in die die Zielplatte bewegbar ist, usw.,
bestimmt werden.
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Das
Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Positionssensor des Abschattungstyps
oder Lichtschrankentyps. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine
Abschattungsplatte, die fest an dem Halter 4 angebracht
ist, so daß die
anfängliche
Position der Zielplatte 3 auf der Grundlage der Abschattungsposition der
Abschattungsplatte 8 erfaßt wird.
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Das
optische System ist weiterhin mit einem Nasenstück 9, auf dem die
zu untersuchende Linse (L) angeordnet wird, einer Bilderzeugungslinse
bzw. Abbildungslinse 10, einem Halbprisma 11 und
einem Paar eindimensionaler Positionsdetektoren 12 (12a, 12b)
versehen, die jeweils auf einer Ebene angeordnet sind, die die optische
Achse des Meßlichts
rechtwinklig schneidet, wobei der eine Positionsdetektor derart
angeordnet ist, daß seine
Erfassungsrichtung diejenige des anderen rechtwinklig schneidet.
Das Nasenstück 9 ist
nahe bei dem Brennpunkt der Sammellinse 6 und der Abbildungslinse 10 angeordnet. Die
Dioptriezahl der zu untersuchenden Linse L wird in Abhängigkeit
von der Position der Zielplatte 3 und der Position des
optischen Bilds der Zielplatte bzw. des Testmusters auf den eindimensionalen
Positionsdetektor 12 ermittelt.
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Die
Arbeitsweise der das vorstehend beschriebene optische System enthaltenden
Linsenmeßeinrichtung
wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2, die ein
Blockschaltbild der wesentlichen elektrischen Systeme bzw. Komponenten
zeigt, erläutert.
Wenn eine Spannungsquelle mittels eines in bzw. an dem Gehäuse der
Linsenmeßeinrichtung vorgesehenen
Leistungsschalters (EIN/AUS-Schalter) 20 aufgeladen bzw.
durchgeschaltet ist, steuert ein Mikrocomputer 21 eine
Treiberschaltung 22 derart an, daß die vier Lichtquellen 1a bis 1d eine
nach der anderen bzw. einzeln eingeschaltet werden. Gleichzeitig
steuert der Mikrocomputer 21 eine Treiberschaltung 23 derart,
daß der
Schrittmotor 5 gedreht wird. Aufgrund der Drehung des Schrittmotors 5 wird
die an dem Halter 4 befestigte Abschattungsplatte 8 sowie
die Zielplatte 3 gedreht oder bewegt. Wenn der Positionssensor 7 die
Position der Abschattungsplatte 8 erfaßt, beendet der Mikrocomputer 21 die
Drehung des Schrittmotors 5, so daß die Zielplatte 3 in
der Position A, die die anfänglich
Position der Zielplatte 3 bildet, positioniert wird.
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Wenn
dann eine zu untersuchende Linse L, die eine beliebige Brechkraft
haben kann, auf dem Nasenstück
9 angeordnet
wird, wird das durch die Linse auf dem eindimensionalen Positionsdetektor
12 (
12a,
12b)
erzeugte optische Bild des Schlitzes
3a durch die Linse
abgelenkt. Signale, die bei dem eindimensionalen Positionsdetektor
12 erfaßt bzw. durch
diesen erzeugt werden, werden in einer Signalverarbeitungsschaltung
24 mittels
eines vorbestimmten Verarbeitungsvorgangs bearbeitet und in den
Mikrocomputer
21 eingespeist. Auf der Grundlage der von
den eindimensionalen Positionsdetektoren
12a und
12b zugeführte Signalen,
die jeweils dem durch die nacheinander eingeschalteten vier Lichtquellen
1a bis
1d erzeugten
Bild entsprechen, führt
der Mikrocomputer
21 vorbestimmte Verarbeitungen zur Berechnung
der vorläufigen
optischen Eigenschaften der Linse L durch. Eine derartige Methode
zur Berechnung der optischen Eigenschaften der zu untersuchenden
Linse ist in der demselben Anmelder wie vorliegende Anmeldung zugeordneten
US-PS 5,247,341 beschrieben,
so daß die
Einzelheiten demgemäß hier nicht
mehr beschrieben werden.
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Die
vorläufige
Messung bezeichnet allgemein eine Messung vor der regulären Messung.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird als Daten für
die vorläufige
Messung bzw. Grobmessung die Brechkraft verwendet, die sich ergibt,
wenn die Linse L in der optischen Achse des Meßlichts angeordnet und das
auf dem eindimensionalen Positionsdetektor 12 gebildete
Bild des Ziels demgemäß durch die
Linse abgelenkt wird. Es ist jedoch nicht notwendig, sich auf derartige
Daten zu beschränken.
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Wenn
ermittelt wird, daß der äquivalente sphärische Wert
der zu untersuchenden Linse ein negativer Wert ist, schreitet der
Mikrocomputer 21 zur Messung ohne Bewegung der Zielplatte 3 weiter.
Der Mikrocomputer 21 führt
dann die Ausrichtung der Linse L entlang der optischen Achse des
Meßlichts
mit Hilfe einer herkömmlichen
Ausrichtvorrichtung durch und zeigt den in dieser ausgerichteten
Position erfaßten
Wert an.
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Wenn
stattdessen ermittelt wird, daß der Wert
ein positiver Wert ist, steuert der Mikrocomputer 21 die
Treiberschaltung 23 zur Drehung des Schrittmotors 5 um
einen Winkel von 180°,
d.h. um eine halbe Umdrehung an, wodurch die Zielplatte 3 in
die Position B bewegt wird, die dem Wert +5 D entspricht. Danach
berechnet der Mikrocomputer 21 Signale, die von den eindimensionalen
Detektoren 12a und 12b zugeführt werden, um die optischen
Eigenschaften der erneut auf das Nasenstück 9 aufgebrachten Linse
L zu bestimmen.
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Nach
der Messung bei an der Position B angebrachter Zielplatte 3 wird
dann, wenn nachfolgend eine andere zu untersuchende Linse mit einem
negativen äquivalenten
sphärischen
Wert gemessen werden soll, die Zielplatte 3 in die Position
A verschoben. Der Grund hierfür
besteht darin, daß dann,
wenn die zu untersuchende Linse einen negativen äquivalenten sphärischen
Wert besitzt, das auf dem eindimensionalen Positionsdetektor 12 gebildete
optische Bild des Ziels bzw. Testmusters etwas genauer in den Brennpunkt
gelangt, wenn die Zielplatte 3 an der Position A statt
an der Position B angeordnet ist. Der Mikrocomputer 21 bewegt
demgemäß die Zielplatte 3 in die
Position A zur Messung einer solchen Linse.
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Falls
die Zielplatte 3 in der Position A angeordnet ist und der äquivalente
sphärische
Wert der zu untersuchenden Linse als positiver Wert beurteilt wird,
bewegt der Mikrocomputer 21 die Zielplatte 3 in die
Position B und führt
dann die Messung der Linse aus. Wenn beurteilt wird, daß der Positionscode
bzw. Positionsparameter der Zielplatte 3 und der Code bzw.
Parameter der zu untersuchenden Linse einander angepaßt sind,
bewegt der Mikrocomputer 21 die Zielplatte nicht. Es ist
möglich,
die Steuerung derart auszulegen, daß die Zielplatte 3 nicht
verschoben wird, falls kein Einfluß auf die Untersuchungsdaten bzw.
-ergebnisse ausgeübt
wird, weil der Dioptriewert D der zu untersuchenden Linse klein
ist und zum Beispiel 1 D beträgt,
und zwar selbst dann, wenn sich der Positionscode (Position) der
Zielplatte 3 von derjenigen unterscheidet, die für den Code
bzw. Wert der zu untersuchenden Linse geeignet wäre.
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Die
Untersuchungsdaten, die durch den Mikrocomputer 21 verarbeitet
bzw. erzeugt wurden, werden auf einer Anzeigeeinrichtung 26 mittels
einer Anzeigeschaltung 25 angezeigt.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird eine Zielplatte
eingesetzt, wobei die Positionen der Zielplatte entlang der optischen
Achse auf zwei Orte begrenzt sind. Falls die Notwendigkeit der Verbesserung
der Meßgenauigkeit
besteht, ist es möglich,
die Anzahl der Bewegungspositionen der Zielplatte durch Verwendung
einer Mehrzahl von Zielplatten zu vergrößern.
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3 zeigt
ein zweites, mit zwei Zielplatten arbeitendes Ausführungsbeispiel.
Zwei Zielplatten 3A und 3B sind über einen
Halter 30 mit der Drehachse 5a des Schrittmotors 5 verbunden,
wobei die beiden Zielplatten in rechten Winkeln und mit unterschiedlichen
Abständen
zur Mitte der Drehwelle 5a angeordnet sind.
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Die
Zielplatten sind derart aufgebaut, daß dann, wenn eine Zielplatte
an einer vorbestimmten Position im optischen Pfad angeordnet ist,
die weitere Zielplatte den Lauf des Meßlichtflusses bzw. Meßlichtstrahls
entlang des optischen Pfads nicht behindert.
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Zum
Beispiel ist jeder Abstand der beiden Zielplatten von der Mitte
der Drehwelle 5a derart ausgelegt, daß dann, wenn die Mitte der
Drehwelle des Schrittmotors 5 an einer Position für 0 D angeordnet ist,
die Zielplatte 3A in Positionen für +5 D und -5 D beweglich ist,
während
die Zielplatte 3B in Positionen +10 D und -10 D bewegbar
ist. Der Mikrocomputer 21 steuert den Schrittmotor 5 zur
Umdrehung um jeweils 90°,
wie in 4 gezeigt ist, so daß die Zielplatte in vier unterschiedliche
Anordnungspositionen bewegt werden kann.
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Es
ist nicht notwendig, das Drehzentrum der Zielplatten, d.h. die Mitte
der Drehwelle bzw. Drehachse des Schrittmotors 5, stets
in einer mit 0 D bezeichneten Position anzuordnen. Diejenigen Positionen,
in die die Zielplatten bewegt werden, können nach Wahl in Abhängigkeit
von den Bedingungen von zu untersuchenden jeweiligen Linsen festgelegt
werden, wie in 5 gezeigt ist. In 5 sind
die Codes bzw. Werte von Anordnungspositionen der Zielplatten 3A und 3B nicht
symmetrisch, was jedoch effektiv ist, falls gewünscht ist, daß die Zielplatte
in eine entfernter liegende Position in der Richtung von negativen
Werten, oder in eine Position für
0 D bewegt wird.
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Wie
vorstehend angegeben, ist die Anordnung der Zielplatten derart ausgelegt,
daß der
Meßlichtstrahl,
der durch die im optischen Pfad angeordnete Zielplatte hindurchgeht,
nicht durch die andere Zielplatte behindert wird. Demgemäß kann jede
beliebige Anzahl von Zielplatten in gewünschten Positionsintervallen
angeordnet werden.