DE2432502B2 - Geraet zur automatischen messung und anzeige der brechkraft von linsen, insbesondere astigmatismuslinsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur automatischen Messung und Anzeige der Brechkraft von Linsen, insbesondere von Astigmatismuslinsen, bestehend 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 Cröße umwandelt, und aus einer elektronischen Auswerteeinrichtung, die die elektrische Größe empfängt.

Üblicherweise wird die Brechkraft D, die die Linsenstärke für Brillengläser anzeigt, als Kehrwert der Brennweite F angegeben, wobei die Gleichung D = 1000/F gilt. Die Brennweiten der Linsen für Brillengläser werden üblicherweise in positiven oder negativen Dioptrien angegeben.

Ein Gerät zur automatischen Messung und Anzeige der Brechkraft von Linsen der eingangs definierten Art ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 28 97 722 bekannt, wobei jedoch dieses bekannte Gerät nicht zum Ausmessen von nichtsphärischen Linsen, also beispielsweise Astigmatismuslinsen, geeignet ist, die bekanntlich zwei Brennebenen besitzen. Mit Hilfe dieses bekannten Gerätes lassen sich jedoch bestimmte optische Eigenschaften der Linsen ermitteln, wobei jedoch als Voraussetzung für diese bekannte Anordnung die Brechkraft bzw. die Dioptrienzahl der zu testenden Linse bekannt sein muß. Auch läßt sich diese bekannte Anordnung zum einen nur für einen sehr kleinen Dioptrienzahlbereich verwenden und zum anderen muß bei jeder auszumessenden Linse vorher eine genaue Justierung bzw. Kompensation der Brechkraft der betreffenden Linse mit Hilfe einer Kompensationslinse vorgenommen werden.

Gemäß einer Ausführungsform besteht diese bekannte Anordnung — in Richtung der Lichtausbreitung — aus einer Lichtquelle, einem Target, welches aus einer Lichtunlerbrechungsscheibe mit am Umfang der Scheibe angeordneten Lichtunterbrecf.ungsiähnen besteht und die einen Objektpunkt bildet, der auf der pho'.oempfindlichen Fläche eines Wandlerelements abgebildet wird. Hinter dem Objektpunkt folgt eine Kollimatorlinse und danach die bereits erwähnte Kompensations'inse und schließlich die zu messende Linse, wobei die Kompensationslinse in Abhängigkeit von der Dioptrienzahl der zu messenden Linse ausgewählt wird.

Wird bei dieser Anordnung das Target mit Hilfe eines Motors in Umdrehung versetzt, so entsteht im Endergebnis eine räumliche Schwingung des Bildpunktes in Richtung der optischen Achse der Anordnung, wobei die Energieverteilung des Abbildungslichtes durch die auszumessende Linse beeinflußt wird und daher die elektrische Ausgangsgröße der Wandlereinrichtung mit dieser Energieveränderung behaftet ist. Die elektrische Ausgangsgröße wird hinsichtlich dieser Energieveränderung ausgewertet, so daß man Rückschlüsse auf die optischen Eigenschaften der untersuchten Linse machen kann.

Aus der US-Patentschrift 34 18 477 ist ein optisches Gerät zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von Linsen, insbesondere zur Bestimmung der Lage des Brennpunktes, bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung gelangt ein Schirm zur Anwendung, der aus zwei Teilen besteht, die in Richtung der optischen Achse einen A.bstand zueinander aufweisen und zwischen sich einen optischen Spalt formen. Weiter wird bei dieser bekannten Anordnung eine punktförmige Lichtquelle über die zu untersuchende Linse im Bereich zwischen den genannten zwei Teilen bzw. in dem optischen Spalt abgebildet, und zwar derart, daß der Brennpunkt genau in der Mitte des Abstandes zwischen den zwei Teilen des Schirmes zu liegen kommt. Hinter dem Schirm ist ein Detektorsystem angeordnet, welches das Licht der abgebildeten Lichtquelle auffängt und die Intensität des durch den optischen Schlitz fallenden Lichtes anzeigt. In der optischen Bahn ist auch ein bewegbarer Spiegel angeordnet, der so bewegt wird, daß der konvergierende Lichtstrahl über den optischen Spalt bewegt wird, wobei die von dem Detektorsystem festgestellte Lichtintensität entsprechend dieser Bewegung schwankt. Das dabei gewonnene elektrische Ausgangssignal wird in einer elektronischen Schaltung verarbeitet, die die Lage des Brennpunktes des konvergierenden Lichtstrahls feststellt. Diese elektrische Größe enthält auch die Information, ob die untersuchte Linse die erwarteten Eigenschaften hat oder nicht.

Aus der US-Patentschrift 34 50 883 ist ein automatisches F^rokussiergerät für optische Systeme, insbesondere für Kameras, Bildprojektoren, wie Diaprojektor usw., bekannt.

Die automatische Fokussierung erfolgt bei diesem bekannten Gerät mit Hilfe einer Abtastscheibe aus lichtundurchlässigem Material, die spiralförmig nach innen zu verlaufende öffnungen aufweist. Ein vom Projektionslichtstrahl abgezweigter Lichtstrahl wird mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels verdoppelt und die dabei erhaltenen beiden Lichtstrahlen werden auf die erwähnte Abtastscheibe geworfen. Das durch die Abtaslscheibe hindurchgelangende Licht wird mit Hilfe von Photovervielfachern aufgefangen und die jeweils aufgefangene Lichtmenge ist ein Maß für die Brennpunkteinstellung des Projektionssystems, so daß diese Größe über eine elektronische Schaltung verarbeitet zur Nachregelung bzw. Einstellung der Brennweite des betreffenden Projektors verwendet werden kann.

Aus der britischen Patentschrift 10 71754 ist ein Scheitelbrechwertmesser zur Bestimmung des Brechwertes von Brillengläsern, die auch einen zylindrischen Effekt haben können, bekannt. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe eines Lichtstrahls eine Testmarke auf eine

ίο Licht diffus streuende Fläche projiziert und das Bild der Testmarke wird so fokussiert, daß es in allen seinen Abschnitten vollständig scharf erscheint. Eine derartige Einstellung kann jedoch niemals 100% genau sein, da die Genauigkeit der Einstellung von der jeweiligen Person bzw. der Augenbeschaffenheit der betreffenden Person, die das Gerät bedient, abhängig ist. Nach der Scharfeinstellung des projizierten Testmarkenbildes wird das zu testende Brillenglas in den Projektionslichtstrahl eingeschoben, derart, daß das optische Zentrum

zo des Brillenglases mit der optischen Achse des Projektionslichtstrahls zusammenfällt. Auch diese Einstellung ist aufwendig und muß mit relativ großer Sorgfalt durchgeführt werden, um ein einigermaßen zuverlässiges Meßergebnis zu erhalten. Die Schärfeeinstellung wird dann so lange verstellt, bis wieder ein scharfes Projektionsbild der Testmarke auf dem Projektionsschirm erscheint. Das Ausmaß der zweiten Verstellung stellt dann ein Maß für die Brechkraft der betreffenden Linse bzw. Brillenglases dar. Im Falle von sphärischen Linsen ist die Ermittlung der Brechkraft jedoch bedeutend komplizierter und wird gemäß diesem bekannten Vorschlag dadurch vereinfacht, daß man den Bildschirm mit verschiedenen Gradeinteilungen ausstattet und indem man eine ganz besonders gestaltete Testmarke in Form von drei im Abstand zueinander angeordneten dicken Balken, die von drei im Abstand zueinander angeordneten dünnen Strichen im rechten Winkel geschnitten werden, verwendet. Das Ausmaß des Zylindereffekts entspricht der Verzerrung der dünnen Linien zwischen den dicken Balken, und es wird daher zur Ermittlung der sphärischen Brechkraftwerte so lange eine Verstellung durch Drehen des zu testenden Brillenglases durchgeführt, bis die dicken Balken und die dünnen Linien zwischen den dicken Balken wieder im rechten Winkel zueinander verlaufen. Das Ausmaß der dafür erforderlichen Drehung kennzeichnet dann die zylindrischen Brechkraftwerte des zu testenden Glases.

Aus der deutschen Auslegeschrift 11 66 502 ist ein Gerät zum automatischen Messen von Schnittweiten oder Scheitelbrechwerten optischer Systeme oder einzelner Linsen bekannt, bei dem ein Strahlenbündel von einer Testfigur ausgeht und durch Autokollimation nach zweimaligem Durchgang durch den Prüfling auf der Testfigur abgebildet wird, die gegenüber einer Optometerlinse verschiebbar ist. Demnach soll bei diesem bekannten Gerät ein insbesondere im Brennpunkt entstehendes Testbild aufgefangen und scharf gestellt und der Betrag der Schnittweite oder des Scheitelbrechwertes angezeigt werden. Auch diesem bekannten Gerät liegt das Prinzip zugrunde, unter Verwendung eines Testbildes oder einer Testfigur den Scheitelbrechwert einer Linse durch Scharfeinstellung des Projektionsbildes der Testfigur zu ermitteln. Zu

f>5 diesem Zweck enthält das bekannte Gerät eine Optometerlinse, in deren einen Brennpunkt sich ein Auflager befindet, welches zwei kreisförmige öffnungen besitzt. Auf dieses Auflager wird der Prüfling gelegt.

Mit dem vorderen Scheitel des Prüflings fällt ein Brennpunkt einer Kollimatorlinse zusammen, in deren anderem Brennpunkt ein achsensenkrechter Planspiegel steht. Das Kernstück dieses Gerätes besteht aus einem Teilungswürfel, der gegenüber der Optometerlinse verschiebbar ist und dessen Diagonalfläche einen Spiegelstreifen als Testfigur enthält, ebenso eine neben dieser Testfigur angeordnete durchlässige Fläche und eine gegenüberliegend angeordnete strahlenabsorbierende Fläche. Der erwähnte Spiegelstreifen wird von einer Lichtquelle her beleuchtet, so daß das Bild dieser Testfigur über die Optometerlinse, den Prüfling, die Kollimatorlinse und den Planspiegel wieder zurück in der Ebene der Testfigur bzw. auf dieser selbst abgebildet wird. Demnach wird das Testbild zweimal durch den Prüfling geworfen. Im abgeglichenen Zustand entsteht genau auf der Testfigur ein gleich großes Testfigurbild, so daß dabei zwei Strahlungsempfänger keine Strahlung erhalten. Im nicht abgeglichenen Zustand wird das Bild der Testfigur nicht genau in der Ebene der Testfigur abgebildet, und es entsteht eine Fehlstrahlung, die von den zwei Strahlungsempfängern aufgefangen und ausgewertet wird.

Schließlich ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 08 390 eine Einrichtung zur automatischen Fokussierung eines Mikroskops bekannt, was dadurch erreicht wird, daß mit fernsehtechnischen Mitteln eine Längenoder Flächenmessung am Bild eines ausgewählten Objekts durchgeführt wird, und daß zugleich die Feinfokussierung des Mikroskops so lange verstellt wird, bis das Meßsignal einen Minimalwerl erreicht.

Demnach wird mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung bzw. Verfahren das Mikroskopiebild auf der Fernsehkamera abgebildet und dient wiederum die Schärfe des Bildes auf der Kamera dazu, den erforderlichen Einstellwert zu ermitteln.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Gerät zur automatischen Messung und Anzeige der Brechkraft von Linsen, insbesondere Astigmatismuslinsen, der eingangs definierten Art mit sehr hoher Meßgenauigkeit zu schaffen.

Ausgehend von dem Gerät der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Lichtquelle und der zu messenden Linse ein in Richtung der optischen Achse hin- und herbewsgbarer Schirm angeordnet ist, der wenigstens einen kleinen kreisförmigen Lichtstrahl aus dem Licht der Lichtquelle formt und entsprechend einem bestimmten Dioptrienzahlbereich bewegbar ist, daß die Wendeeinrichtung aus einer Vidikon-Knmcra besteht und den durch die zu messende Linse geschickten kreisförmigen Lichtstrahl bzw. Lichtfleck auf ihrer Bildfläche entsprechend unterschiedlichen Positionen des beweglichen Schirmes abtastet, und daß die elektronische Auswerteeinrichtung aus einer Meßschaltung besteht, welche die Lichtfleckflächen entsprechend unterschiedlicher Stellungen des bewegbaren Schirmes ausmißt, indem der Breite der über einem bestimmten Schwellwert liegenden Hellausgangssignale proportionale Meßsignale für die Abtastzeilen des jeweiligen Bildes der Vldikon-Kamera erzeugt werden, die In einer Speicherschaltung gespeichert werden, und aus einer Vergleichsschaltung besteht, in welcher jeweils die Meßsignale der in einer der Stellungen des bewegbaren Schirmes ermittelten Llchtfleckflache mit den gespeicherten Meßsignalen der äquivalenten Bilder in anderen Stellungen des bewegbaren Schirmes verglichen werden und die Mlnlme'^erte der Lichtfleckflächen ermittelt werden, die über eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige gebracht werden.

Dieses der Erfindung zugrunde liegende Prinzip ist die Grundlage zum Erreichen von außerordentlich genauen Messungen, wobei die Genauigkeit von der genauen Ermittlung der jeweiligen Fläche des auf dem Bildschirm der Vidikon-Kamera abgebildeten Lichtflecks abhängig ist. Eine derartige Flächenbestimmung läßt sich jedoch äußerst genau mit einer Vidikon-Kamc-

ic> ra durchführen, so daß somit die erfindungsgemäß angewendete Meßanordnung die Voraussetzung für sehr gena:ie Messungen der Dioptrienzahl bildet.

Bei dem Gerät nach der Erfindung braucht auch das optische Zentrum des zu messenden Glases nicht mit

is großer Präzision mit der optischen Achse des Projektionslichtstrahls zusammenfallen, so daß die Bedienung des Gerätes nach der Erfindung auch vergleichsweise einfach ist.

Im Gegensatz zu dem Bekannten wird auch erfindungsgemäß nicht die Bildschärfe eines Testbildes bzw. einer Testfigur oder die Schärfe des Abbildes eines Gegenstandes bzw. eines Mikroskopiebildes als Grundlage für die Ermittlung der Brechkraft einer zu testenden Linse verwendet, sondern die Größe eines Lichtflecks, die von der Lage des genannten hin- und herbewegbaren Schirmes abhängig ist.

Durch Anwendung dieses der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips lassen sich insbesondere Astigmatismuslinsen mit großer Meßgenauigkeit ausmessei,, auch wenn die Linsen ungenau gelegene Brennpunkte besitzen.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

.15 Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des crfindungsgemüßen Gerätes,

F i g. 2 das optische System dieses Gerätes,

Fig.3 die Änderungen des scheibenförmigen Bildes bei einer Astigmatismuslinse,

Fig.4 in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit des Querschnitts des scheibenförmigen Bildes von der Strecke auf der optischen Achse,

Fig. 5 in einem Blockdiagramm die Einrichtung zur digitalen Anzeige, die das scheibenförmige Bild in elektrische Signale umwandelt und die gewünschte digitale Anzeige der Brechkraft liefert,

F i g. 6 die Analyse des scheibenförmigen Bildes einer Linse durch Abtasllinicn auf der elektrisch empfindlichen Oberfläche einer visuell kontrollierbaren Kamera, Fig.7 den Spannungsverlauf des Ausgangssignals der visuell kontrollierbaren Kamera und

SS F i g. 8 in einem Diagramm das Zählen der zeitlichen Breite der Signalform der FI g. 7.

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Gerätes, bei dem eine Einrichtung zur visuellen Beobachtung der Stelle, an der der Querschnitt des scheibenförmigen Bildes minimal wird, und ihrer Dioptrienmarkierung vorgesehen ist, so daß auch eine direkte Ablesung der Dioptrienzahl durch Beobachtung mit dem Auge wie bei herkömmlichen Oeräten möglich ist.

fts Der Hauptkörper 1 des Gerätes Ist fest auf einem Sockel 1 β befestigt. Eine Lichtquelle 2 ist in dem unteren Teil dieses Hauptkörpers 1 enthalten. Die optische Achse 3 der Lichtstrahlen ist nach oben gerichtet. Ein

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Befestigungsteil 4 für die zu untersuchende Linse, ein Augcnanschlußteil 5 für die Einrichtung zur Beobachtung mit dem Auge und ein Dioptrienanzeigeteil 6 sind an der Frontseite des Gerätes vorgesehen.

Da der Hauptkörper 1 vertikal angeordnet ist und die zu untersuchende Linse in einer horizontalen Ebene eingesetzt wird, ist auch bei zu untersuchenden Linsen aus einem weichen Material, wie z. B. bei Kontaktlinsen, keine Verformung möglich, die durch das Eigengewicht infolge des Einsetzens verursacht wird. Die gemessene to Brechkraft weist keinen Fehler infolge der Befestigung auf, der dadurch verursacht wird, daß die optische Mitte des Strahls nicht mit der optischen Achse der zu untersuchenden Linse zusammenfällt. Ls genügt, wenn die optische Mitte des Strahls nur näherungsweisc mit der optischen Achse zusammenfällt.

In dem Befestigungsteil 4 sind Linsen 7 und 8 als Kollimatoren auf der Seite der Strahlquclle und auf der Strahlempfängcrscite vertikal einander gegenüber vor gesehen. Die zu untersuchende Linse wird in einer horizontalen Ebene eingesetzt, über der ein Markierungshandgriff 9 vorgesehen ist, um die Mitte des Lichtstrahls einer Linse für Brillengläser zu markieren.

In dem Lichtquellenteil 2 ist ein optisches System für den Lichtstrahl enthalten, das in Fig.2 gezeigt ist. Die optische Achse 3 des Lichtstrahls der Lichtquellenlampe 10 wird durch ein rechtwinkliges Prisma 11 nach oben über die Strahlsammcllinse YlA gebrochen und auf den bewegbaren Teil 15 projiziert, der einen Schirm zur Bildung von kreisförmigen Leuchtpunkten aufweist, so daß die kreisförmigen Leuchtpunkte auf dem Kollimator 8 auf der Empfängerscite als parallele Lichtstrahlen empfangen werden.

Der bewegbare Teil 15 enthält eine Strahlsammellinse 128, eine Mattglasscheibe 13 und einen Schirm 14 und ist in vertikaler Richtung bewegbar, wie in Fig. 2 gezeigt ist (in Fig.2 ist die Bewegungsrichtung horizontal), so daß der Schirm 14 sich in derselben Richtung in einem Bereich von 0±25 Dioptrien bewegen kann.

Die Lichtstrahlen laufen durch die zu untersuchende Linse /.. die fest in dem Befestigungsteil 4 eingesetzt ist, und werden am Kollimator 8 auf der Empfängerseite empfangen, wo der Querschnitt der gebündelten Strahlen des scheibenförmigen Bildes des Leuchtpunktes des Schirmes auf der optischen Achse 3 entsprechend der Stellung des Schirmes 14 sich ändert. Bei einer sphärischen Linse mit einem Brennpunkt wird dieser Querschnitt in der Brennebene minimal, während vor und hinter dieser Brennebene eine Verlängerung 5» festgestellt wird, gemäß welcher der Querschnitt allmählich zunimmi. Wenn demzufolge Markierungen für positive und negative Dioptrien auf dem Weg der Hin- und Herbewegung angebracht sind, die in der Mitte des Bewegungsbereiches des Schirmes den SS Mittelpunkt D-O besitzen, dann zeigt die Stelle des minimalen Querschnitts den gesuchten Dioptrienwert der Brennweite an. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können Werte von Oi 23 Dioptrien in dem Bewegungsbereich des Schirmes gemessen werden. «°

Wenn bei dem oben beschriebenen Fall einer sphärischen Linse mit einem Brennpunkt diese Linse L befestigt ist, wird der Schirm 14 mit dem kreisförmigen Leuchtpunkt in der Richtung der optischen Achse bewegt. Sein scheibenförmiges Bild an dem Kollimator «< auf der Empfangerseite erreicht einen minimalen Querschnitt. Bei einer Astigmatismuslinse mit zwei Brennpunkten, z. B. für eine Astigmatismusbrille, sind jeweils ein erster und ein zweiter Brennpunkt f\ und f₂ vorhanden, und das scheibenförmige Bild wird an diesen zwei Punkten (\ und /j fokussiert.

Fig.3 zeigt die Änderung der Form und des Querschnitts des scheibenförmigen Bildes auf der optischen Achse einer Astigmatismuslinse, wobei die Richtung der optischen Achse die Z-Achse ist und der Querschnitt des scheibenförmigen Bildes an jeder Stelle in den Abständen Zl-Z9 analytisch gezeigt ist. Wird die horizontale und die vertikale Abmessung mit a bzw. b bezeichnet, so kann der Querschnitt des scheibenförmigen Bildes in dem Bereich von 0<Z« durch die folgende Formel beschrieben werden:

S = η η · b.

Die Form und der Querschnitt des scheibenföimigen Bildes in jeder Stellung aut der Z-Achse ändert sich in der in F i g. 3 gezeigten Weise. Wenn der jeder Stellung auf der optischen Achse Z entsprechende Querschnitt durch die obige Formel berechnet wird und in einer graphischen Darstellung aufgetragen wird, wie sie F i g. 4 zeigt, ergeben sich mirimale Querschnitte an den Stellen Z» und Zq und die Brennweiten /1 und h können erhalten werden.

Das Befestigungsteil 4, das in F i g. I gezeigi ist, ist so angeordnet, daß verschiedene Linsen für Brillengläser als zu vermessende Linsen L₁ z. B. sphärische Linsen mit einem Brennpunkt, nichtsphärische Linsen für Astigmatismusbrillen (Tricklinsen) usw., sicher in waagerechter Lage eingesetzt werden können, so daß ihre l.euchtmittelpunktc näherungsweise mit der optischen Achse zusammenfallen.

Das Bildaufnahmesystem umfaßt einen photoclektrisehen Lichtstrahlwandler und eine visuelle Beobachtungseinrichtung, wobei sich eine Vidikon-Kamcra (-Röhre) z. B. fest in der Brennebene des Kollimators 8 auf der Empfängerseite befindet, um einen Lichtstrahl zu empfangen, der durch die zu untersuchende Linse L von dem Kollimator 7 auf der Lichtqucllcnscite läuft, und das scheibenförmige Bild wird an der photoelektrischen induktiven Bildfläche aufgenommen, sein heller oder beleuchteter Teil wird analysiert, und dann in eine Reihe von elektrischen Zcitsignalen umgewandelt. Wie später erläutert wird, wird die zeitliche Breite jeder Signalfolge verglichen und dadurch die Lage der minimalen zeitlichen Breite bestimmt.

In Fig. 2 ist eine Vidikon-Kamera 20 in dci Brennebene des Kollimators 8 auf der Empfängerseitc angebracht und ein optisches ND-Filtcr 21 ist cbcnfall; vorgesehen. Die Vidikon-Kamera befindet sich auf dci Verlängerung der optischen Achse. Die Einrichtung füi die visuelle Beobachtung umfaßt einen Bcobachtungs schirm 23 und ein Teil S für die Beobachtung mit den Auge. Ein halbdurchlässiges rechtwinkliges Prisma Z befindet sich zwischen der Vidikon-Kamera (-Röhre) 21 und dem Kollimator 8, teilt den empfangene! Lichtstrahl und beugt die optische Achse unter einen rechten Winkel ab, so daß das scheibenförmige Bild au den Beobachtungsschirm 23 fällt. Auf diese Welse Is eine herkömmliche Messung In der Welse möglich, dal die Änderung der Form und des Querschnitts de scheibenförmigen Bildes In Abhängigkeit von de Bewegung des Schirmes 14 visuell beobachtet werdei kann.

F i g. 5 zeigt ein System, durch das die elektrischei Signale des scheibenförmigen Bildes, die von de Vidikon-Kamera 20 des photoelektrischen Wandler erhalten werden, In digitale Signale der Brechkral

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umgewandelt werden. Das System besitzt eine Schaltung zum Antrieb des bewegbaren Teils 15 in dem optischen System der Lichtstrahlquelle, eine Schaltung zur Umwandlung des in dem optischen Aufnahmesystem aufgenommenen scheibenförmigen Bildes in eine Reihe von elektrischen Zeitsignalen und zur Zählung der zeitlichen Stellung des Brechkraftwertes, und eine Schaltung zur digitalen Anzeige der Signale.

Der bewegbare Teil 15 bewegt sich in einem Hubbereich von ±25 Dioptrien von einem Ende bei + 25 Dioptrien über D = 0 zu dem anderen Ende bei -25 Dioptrien mit Hilfe eines Impulsmotors 30 hin und her, wobei die Signale eines Speisesignalgenerators 31 mit den Speisesignalen der Vidikon-Kamera 20 synchronisiert sind, so daß der bewegbare Teil sich mit konstanter Geschwindigkeit bei jedem Bild der Kamera um einen Schritt vorwärts bewegt.

Bei einer sphärischen Linse mit einem Brennpunkt fallen die Lagen der Brennpunkte bei der Vorwärts- und der Rückwärtsbewegung zusammen, während bei einer Astigmatismuslinse mit geringer BrechkraJt, da die Querschnittsänderung des scheibenföimigen Bildes um die Punkte f\ und f> ziemlich flach ist. wie in F i g. 4 m sehen ist, das Lagesignal des ersten Brennpunktes bei dem Vorwärtshub und das Lagesignal des zweiten Brennpunktes bei dem Rückwärtshub aufgenommen wird, um die gewünschte Stelle zu erhalten. Die Frequenz der Signale des Spcisesignalgenerators 31 für den Antriebsimpulsmotor 30 ist synchron mit der Frequenz der Bildspeisesignale der visuell kontrollierbaren Kamera 20, und ermöglichen eine Hin- und Herbewegung des bewegbaren Teils in 10 see bei einem gesamten Hub von 40 mm für ± 25 Dioptrien.

Wie oben beschrieben wurde, läuft der einfallende Lichtstrahl durch den Kollimator 8 auf der Empfängerseite und erzeugt ein scheibenförmiges Bild auf der Photoinduktionsoberfliiche der visuell kontrollierbaren Kamera 20. wobei der Querschnitt des scheibenförmigen Bildes entsprechend der Bewcgungsstellung des Schirmes 14 variiert, wie in F i g. 3 gezeigt ist. und in der Brennebene der zu untersuchenden Linse L minimal wird, wobei das scheibenförmige Bild bei jedem Schritt der Bewegung des Schirmes 14 ein statisches Bild auf der photoinduktiven Oberfläche erzeugt.

Dieses statische Bild wird bei jedem Bild der Kamera durch 525 horizontale Abtastzeilen analysiert. Der helle beleuchtete Teil des scheibenförmigen Bildes wird in elektrische Signale umgewandelt, die eine zeitliche Breite besitzen, die dem jeweiligen hellen Querschnitt entspricht. Wie in Fig.b gezeigt ist. erzeugt bei einem scheibenförmigen Bild, das einen hellen Bereich c bcsii/t. wahrend die anderen Teile nicht beleuchtet sind. das Ausgangssignal der «en Abtastzeile si eine Wellenform, wie sie in Fig.7 gezeigt ist. so daß ein Ausgangssignal VfOr die Zeitspanne »geliefert wird.

Diese Wellenform wird tchwellenmaßig (Trigger· schwelle vt) erfaßt, um den Einfluß eines noch vorhandenen Restbildes und des Rauschens auszuschalten, und die seitliche Breite Oj/de» beleuchteten Teils kann durch ein Taktsignal als Om - ii/tc gezahlt werden, wobei die seitliche Breite der Takisignalimnul· se «eist

Da die zeitliche Breite des Helligkeitssignals durch ein bekanntes Taktsignal berechnet werden kann, wird leder Querschnitt des scheibenförmigen Bildes bei jedem Bild der Rohre durch die zeitliche Breite des HelllgkeJ'ssignals. wie oben beschrieben, gezahlt, leder Querschnitt Jedes scheibenförmigen Bildes in jeder Stellung kann als ein äquivalentes Zeitmuster verglichen werden, wenn jedes Röhrenbild schrittweise mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird.

Gemäß Fig.5 wird das Bewegungsspeisesignal und die Abtastlinien der visuell kontrollierbaren Kamera mit einer Signalspeiseschaltung 31 synchronisiert. Der Helligkeitssignalausgang wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist, durch eine Signalaufnahmeschaltung 32 schwellenmäßig (Triggerschwelle Vrjerfaßt. Die Anzahl der Impulse von ίο einem Taktsignalgenerator 33, die der zeitlichen Breite der Helligkeitssignale entspricht, wird beispielsweise über eine Torschaltung 32a durch einen Zähler 34 gezählt und aufeinanderfolgend in einer Speicherschaltung 35 gespeichert. Jeder Querschnitt des scheibenförmigen Bildes bei jedem Röhrenbild wird als ein äquivalentes Zeitmuster mit Hilfe einer digitalen Vergleicherschaltung 36 mit dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Querschnitt verglichen. Ein Signal mit einer bestimmten zeitlichen Länge, die dem minimalen Querschnitt entspricht, wird zu einer Torschaltung 37 geführt.

Diese Torschaltung 37 empfängt Impulse von dem Speiseimpulsgenerator 31 des Impulsmotors 30 und schließt und öffnet bei Empfang von Signalen von der digitalen Vergleicherschaltung 36 und führt die Signale der Dioptrienzählerschallung 38 zu. Diese Signale werden dann der Dioptrienanzeige 6 über eine Signalan/eige-Umwandlungsschaltung W zugeführt, wodurch der Dioptrienwert des ersten Bn lnpunktes in digitaler Form an der ersten Anzeigevorrich: :ng 40 angezeigt wird. In der Zählerschaltung 38 wird die Zählung der positiven und negativen Dioptrien und die Unterscheidung des ersten und des zweiten Brennpunktes durchgeführt, indem, wenn das scheibenförmige Bild des zweiten Brennpunktes auftritt, ein dem /weiten Brennpunkt entsprechendes Signal über die Signalanzeige-Umwandlungsschaltung 39 bei der /weiten Anzeigevorrichtung 41 als ein digitaler Dioptrienwert angezeigt wird, während bei einer Linse mit einem Brennpunkt die beiden Dioptrienwerte zusammenfallen. Die Bewegungsgeschwindigkeii des Schirmes ist konstant und seine Stellung, wenn die Torschaltung Yl öffnet, wird durch die Geschwindigkeit und die Bewegungsdauer bestimmt. Auf diese Weise kann die Stelle, wo das scheibenförmige Bild einen minimalen Querschnitt besitzt, durch die Anzahl der Impulse ve dem .Speisesignalgenerator fur die schrittweise Be« gung des Schirmes gezählt weiden, wobei, wenn ι Entfernung von einem Schritt in eine Dioptrienem so umgewandelt wird, der Dioptrien» cn an der Stell· ·> Brennpunktes digital angezeigt wer ilen kann.

Wie oben beschrieben wurde bewegt sich do den Schirm 14 tragende bewegbare Teil IS hin- und hergehend von einem Ende zu dem anderen innerhalb SS eines festgelegten Hubes und der Teil IS wird automatisch durch eine nicht gezeigte Steuerschaltung in diesem Moment angehe' on und kehrt dann zu dem entgegengesetzten Ende zi' uck.

Das erftndungsgemaße Meßgerät hat den Vorteil, daß *> es die Lage der Brennebene sehr genau bestimmen kann

In der beschriebenen Ausfuhrungsform der Erfindung sind al% Minimum 0,125 Dioptrien ablesbar

Frfindungsgemeß kann die Brechkraft automatisch

•i nach einigen Sekunden abgelesen werden, indem

lediglich die verschiedenen Linsen mit sphärischer und

nichupharischer Oberfläche in das Gerat gebracht

werden, und die Werte können ebenfalls digital

angezeigt werden. Durch Verwendung eines geeigneten Befestigungsteils können verschiedene Linsen, auch wenn sie aus einem weichen Material bestehen, ebenso wie harte Linsen sehr genau gemessen werden.

Die Verschiebung der scheibenförmigen Bilder des Leuchtpunktes und die feine und genaue Lage des Brennpunktes kann entsprechend den Eigenschaften

des scheibenförmigen Bildes und der Kurve seiner Querschnittsänderung erhalten werden. Es ist daher eine genaue Ablesung des Brennpunktes möglich, auch wenn die Linsen einen ungenau gelegenen Brennpunkt besitzen, insbesondere bei Astigmatismuslinsen, die zwei Brennpunkte haben, wobei die charakteristische Kurve im Bereich der Brennpunkte flach verläuft.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gerät zur automatischen Messung und Anzeige der Brechkraft von Linsen, insbesondere von s Astigmatismuslinsen, bestehend aus einem optischen System mit wenigstens einer Kollimatorlirse und einer Lichtquelle zur Lenkung eines Lichtstrahls der Lichtquelle durch eine zu messende Linse, aus einer die durch die zu messende Linse hindurchgetretenen ι ο Lichtstrahlen auffangenden Wandlereinrichtung, die das empfangene Licht in eine elektrische Größe umwandelt, und aus einer elektronischen Auswerteeinrichtung, die die elektrische Größe empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (10,11) und der zu messenden Linse (L) ein in Richtung der optischen Achse hin und herbewegbarer Schirm (14) angeordnet ist, der wenigstens einen kleinen kreisförmigen Lichtstrahl aus dem Licht der Lichtquelle (10, 11) formt und entsprechend einem bestimmten Dioptrienzahl-Bereich bewegbar ist, daß die Wandlereinrichtung aus einer Vidikon-Kamera (20) besteht und den durch die /u messende Linse (/Jgeschickten kreisförmigen Lichtstrahl bzw. Lichtfleck auf ihrer Bildfläche entsprechend unterschiedlichen Positionen des beweglichen Schirmes (14) abtastet, und daß die elektronische Auswerteeinrichtung (Fig. 5) aus einer Meßschaltung (32, 32a, 33, 34) besteht, welche die Lichtfleckflächen entsprechend unterschiedlieher Stellungen des bewegbaren Schirmes ,(14) ausmißt, in dem der Breite der über einem bestimmten Schwellwert liegenden Hellausgangssignale proportionale Meßsignale für die Abtastze·- len des jeweiligen Bildes der Vidikon-Kamera (20) erzeugt werden, die in einer Speicherschaltung (35) gespeichert werden, und aus einer Vergleichsschaltung (36) besteht, in welcher jeweils die Meßsignale der in einer der Stellungen des bewegbaren Schirmes (14) ermittelten Lichtfleckfläche mit den gespeicherten Meßsignalen der äquivalenten Bilder in anderen Ste'lungen des bewegbaren Schirmes (14) verglichen werden und die Minimalwerte der Lichtfleckflächen ermittelt werden, die über eine Anzeigeeinrichtung (37, 38, 39, 40, 41) zur Anzeige gebracht werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System von der Lichtquelle (10, 11) aus gesehen eine Sammellinse {i2A) sowie eine weitere Sammellinse (12ß;und eine Mattscheibe (13) aufweist, die beide zusammen mit dem nachfolgenden Schirm (14) in Richtung der optischen Achse hin- und herbewegbar sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vidikon-Kamera (20) ein S5 optisches Graufilter (21) vorgeschaltet ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der einen von zwei Kollimatorlinsen (7, 8), die auf der der ersten Kollimatorlinse (7) gegenüberliegenden Seite der zu messenden Linse (L) angeordnet ist, und der Vidikon-Kamera (20) ein rechtwinkliges Prisma (22) mit halbdurchlässiger Hypotenusenfläche angeordnet ist, welches einen Teil des kreisförmigen Lichtbündels auf einen Beobachtungsschirm (23) lenkt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Teile (12Ö. 13· 14) des optischen Systems mit Hilfe eines Schrittmotors (30) hin- und herbewegbar sind und daß der Schrittmotor (30) von einem Speisesignalgenerator (31), mit welchem die Aufzeichnung durch die Vidikon-Kamera (20) synchronisiert ist, angetrieben wird.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der der Breite der über einem bestimmten Schwellwert liegenden Hellausgangssignale proportionalen Meßsignalen ein Zähler (34) vorgesehen ist, der die Anzahl der von einem Taktsignalgenerator (33) erzeugten Impulse während dem Anliegen eines schwellenmäßig erfaßten Hellausgangssignals der Vidikon-Kamera (20) zählt.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (37—41) digital arbeitet und einen Dioptrienzähler (38), der von einer mit dem Ausgangssignal der Vergleichsschaltung (36) beaufschlagten Torschaltung (37) gesieueri wird, eine Umwandlungsschaltung (39) und zwei Anzeigeteile (40, 41) für gegebenenfalls zwei Brennpunkte enthält.

8. Cerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anordnung in einem Gehäuse derart angeordnet bzw. befestigt ist, daß die optische Achse vertikal verläuft.