DE2432502C3 - Gerät 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 hindurchgttretenen Lichtstrahlen auffangenden Wandlereinrichtung, die das empfangene Licht in eine elektrische Größe umwandelt, und aus einer elektronischen Auswerteeinrichlung, 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 Brennweii-n 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

ho 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

<>5 bei jeder auszumessenden Linse vorher eine genaue Justierung bzw. Kompensation der Brechkraft der betreffenden Linse mit Hilfe einer Kompensationslinse vorgenommen werder.

Gemäß einer Ausführungsform besteht diese bekannte Anordnung — in Richtung der Lichtausbreitung — aus einer Lichtquelle, einem Target, welches aus einer Lichtunterbrechungsscheibe mit am Umfang der Scheibe angeordneten Lichtunterbrechungszähnen besteht und die einen Objektpunkt bildet, der auf der photoempfindlichen Fläche eines Wandlerelements abgebildet wird. Hinter dem Objektpunkt folgt eine Kollimatorlinse und danach die bereits erwähnte Kompensationslinse 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, wcbei die Energieverteilung des Abbildungslichtes durch die auszumessende Linse beeinfluG. wird und daher die elektrische Ausgangsgröße der Wandlereinrichtung mit dieser Energieveränderung behaftet ist. Die elektrische Ausgangsgröße wird hinsichtlich dieser Energieverändening ausgewertet, so daß man Rückschlüsse auf die optischen Eigenschaften der untersuchten Linse machen kann.

Aus der US-PalL'P'schrift 34 18 477 ist ein optisches Gerät zur Bestimmung der optischen Eigenschaf _-n 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 Abstand 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 Detektorsysteni festgestellte Lichtintensität entsprechend dieser Bewegung schwankt. Das da'jei 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 Fokussiergerät 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 Abtastscheibe 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 71 754 ist ein Scheitelbrechwerimesser 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

is 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

ίο 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

is 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 Autckollimation nach zweimaligem Durchgang durch den Prüfling auf

ss 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

Ίο 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 Hrojektionsbildes der Testfigur zu ermitteln. Zu

''S 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 Optometerlin- s se 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 Minimalwert 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 herbewegbarer Schirm angeordnet ist, der wenigstens einen kleinen kreisförmigen Lichtstrahl aus den-: Licht der Lichtquelle formt und entsprechend einem bestimmten Dioptrienzahlbereich bewegbar ist. daß die Wandlereinrichtung aus einer Vidikon-Kamera 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 Vidikon-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 Lichtfleckfläche mit den gespeicherten Meßsignalen der äquivalenten Bilder in anderen Stellungen des bewegbaren Schirmes verglichen werden und die Minimalwerte 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-Kamera durchführen, so daß somit die erfindungigemäß angewendete Meßanordnung die Voraussetzung für sehr genaue Messungen der Dioptrienzahl bildet.

Bei dem Gerät nach der Erfindung braucht auch das optische Zentrum des zu messenden Glases nicht mit 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 eires 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 ausmessen, auch wenn die Linsen ungenau gelegene Brennpunkte besitzen.

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

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

F i g. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes,

F i g. 2 das optische System dieses Gerätes,

F i g. 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 Abtastlinien auf der elektrisch empfindlichen Oberfläche einer visuell kontrollierbaren Kamera.

Fig. 7 den Spannungsverlauf des Ausgangssignals der visuell kontrollierbaren Kamera und

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

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht einer bevorzugter 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 daC auch eine direkte Ablesung der Dioptrienzahl durcl· Beobachtung mit dem Auge wie bei herkömmlicher Geräten möglich ist.

Der Hauptkörper 1 des Gerätes ist fest auf einen· Sockel la befestigt. Eine Lichtquelle 2 ist in dem unterer Teil dieses Hauptkörpers 1 enthalten. Die optische Achse 3 der Lichtstrahlen ist nach oben gerichtet. Eir

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 I 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 möglieh, die durch das Eigengewicht infolge des Einsetzens verursacht wird. Die gemessene Brechkraft weist keinen F^:ehler infolge der Befestigung auf, der dadurch verursacht wird, daß die optische Mitte des Strahls nicht mit der optischen Achse der zu untersuchenden Linse zusammenfällt. Es genügt, wenn die optische Mitte des Strahls nur näherungsweise mit der optischen Achse zusammenfällt.

In dem Befestigungsteil 4 sind Linsen 7 und 8 als Kollimatoren auf der Seite der Strahlquelle und auf der Sirahlempfängcrscite vertikal einander gegenüber vorgesehen. 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 F i g. 2 gezeigt ist. Die optische Achse 3 des Lichtstrahls der Lichtqucllenlampe 10 wird durch ein rechtwinkliges Prisma 11 nach oben über die Strahlsammellinse 12A gebrochen und auf den bewegbaren Teil 15 projiziert, der einen Schirm zur Bildung von kreisförmigen Lcuchlpunkten aufweist, so daß die kreisförmigen Leuchtpunkte auf dem Kollimator 8 auf der Empfängerseitc als parallele Lichtstrahlen empfangen werden.

Der bewegbare Teil 15 enthält eine Strahlsammellinsc 128, eine Mattglasscheibe 13 und einen Schirm 14 und ist in vertikaler Richtung bewegbar, wie in Fig. 2 gezeigt ist (in F i g. 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 L. 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 festgestellt wird, gemäß welcher der Querschnitt allmählich zunimmt. 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 Mittelpunkt D = O besitzen, dann zeigt die Stelle des minimalen Querschnitts den gesuchten Dioptrienwert d<T Brennweite an. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können Werte von 0±25 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 ^fi5 auf der Empfängerseite 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 /j vorhanden, und das scheibenförmige Bild wird an diesen zwei Punkten /i und h 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 Stellt 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 = π a ■ b.

Die Form und der Querschnitt des scheibenförmigen Bildes in jeder Stellung auf der Z-Achse ändert sich in der in F i g. 3 gezeigten Weise. Wenn der jeder Stellung auf der optischen Achse Z entsprechende Querschnitl durch die obige Formel berechnet wird und in einet graphischen Darstellung aufgetragen wird, wie sie F i g. 4 zeigt, ergeben sich minimale Querschnitte an den Stellen Zt, und Zc₁ und die Brennweiten /] und /2 können erhalten werden.

Das Befestigungsteil 4, das in F i g. 1 gezeigt ist, ist se angeordnet, daß verschiedene Linsen für Brillengläser als zu vermessende Linsen L, z. B. sphärische Linsen mil einem Brennpunkt, nichtsphärische Linsen für Astigmatismusbrillen (Tricklinsen) usw., sicher in waagerechtei Lage eingesetzt werden können, so daß ihre Leuchtmittclpunkte näherungsweise mit der optischen Achse zusammenfallen.

Das Bildaufnahmesysiem umfaßt einen photoelektrischen Lichtstrahlwandler und eine visuelle Beobachtungseinrichtung, wobei sich eine Vidikon-Kameri (Röhre) z. B. fest in der Brennebene des Kollimators f auf der Empfängerseite befindet, um einen Lichtstrah zu empfangen, der durch die zu untersuchende Linse L von dem Kollimator 7 auf der Lichtquellenseite läuft und das scheibenförmige Bild wird an der photoelektri sehen induktiven Bildfläche aufgenommen, sein hellei oder beleuchteter Teil wird analysiert, und dann in eine Reihe von elektrischen Zeitsignalen umgewandelt. Wie später erläutert wird, wird die zeitliche Breite jedei Signalfolge verglichen und dadurch die Lage dei minimalen zeitlichen Breite bestimmt.

In Fig. 2 ist eine Vidikon-Kamera 20 in dei Brennebene des Kollimators 8 auf der Empfängerseite angebracht und ein optisches ND-Filter 21 ist ebenfall! vorgesehen. Die Vidikon-Kamera befindet sich auf dei Verlängerung der optischen Achse. Die Einrichtung füi die visuelle Beobachtung umfaßt einen Beobachtungs schirm 23 und ein Teil 5 für die Beobachtung mit den Auge. Ein halbdurchlässiges rechtwinkliges Prisma 2'. befindet sich zwischen der Vidikon-Kamera (-Röhre) 2< und dem Kollimator 8, teilt den empfangenei Lichtstrahl und beugt die optische Achse unter einen rechten Winkel ab, so daß das scheibenförmige Bild au den Beobachtungsschirm 23 fällt Auf diese Weise is eine herkömmliche Messung in der Weise möglich, dai die Änderung der Form und des Querschnitts dei 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 Brechkraf

9 10

umgewandelt werden. Das System besitzt eine Schal- Stellung kann als ein äquivalentes Zeitmuster verglichen

lung zum Antrieb des bewegbaren Teils 15 in dem werden, wenn jedes Röhrenbild schrittweise mit einer

optischen System der Lichtstrahlquelle, eine Schaltung konstanten Geschwindigkeit bewegt wird,

zur Umwandlung des in dem optischen Aufnahmesy- Gemäß F i g. 5 wird das Bewegungsspeisesignal und

stern aufgenommenen scheibenförmigen Bildes in eine 5 die Abtastlinien der visuell kontrollierbaren Kamera mit

Reihe von elektrischen Zeitsignalen und zur Zählung einer Signalspeiscschaltung 31 synchronisiert. Der

der zeitlichen Stellung des Brechkraftwertes, und eine Helligkeitssignalausgang wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Schaltung zur digitalen Anzeige der Signale. durch eine Signalaufnahmeschaltung 32 schwellenmäßig

Der bewegbare Teil 15 bewegt sich in einem (Triggerschwelle WJerfaßt. Die Anzahl der Impulse von

Hubbereich von ±25 Dioptrien von einem Ende bei io einem Taktsignalgenerator 33, die der zeitlichen Breite

+ 25 Dioptrien über D = 0 zu dem anderen Ende bei der Helligkeitssignale entspricht, wird beispielsweise

— 25 Dioptrien mit Hilfe eines Impulsmotors 30 hin und über eine Torschaltung 32,7 durch einen Zähler 34

her, wobei die Signale eines Speisesignalgenerators 31 gezählt und aufeinanderfolgend in einer Speicherschal-

mit den Speisesignalen der Vidikon-Kamera 20 tung 35 gespeichert, jeder Querschnitt des scheibenför-

synchronisiert sind, so daß der bewegbare Teil sich mit !5 migen Bildes bei jedem Röhrenbild wird als ein

ί konstanter Geschwindigkeit bei jedem Bild der Kamera äquivalentes Zeitmuster mit Hilfe einer digitalen

um einen Schritt vorwärts bewegt. Vergleicherschaltung 36 ,nit dem vorhergehenden und

Bei einer sphärischen Linse mit einem Brennpunkt dem nachfolgenden Querschnitt verglichen. Ein Signal

fallen die Lagen der Brennpunkte bei der Vorwärts-und mit einer bestimmten zeitlichen Länge, die dem

der Rückwärtsbewegung zusammen, während bei einer 20 minimalen Querschnitt entspricht, wird zu einer

Astigmatismuslinse mit geringer Brechkraft, da die Torschaltung 37 geführt.

Querschnittsänderung des scheibenförmigen Bildes um Diese Torschaltung 37 empfängt Impulse von dem

die Punkte f\ und /2 ziemlich flach ist, wie in Fig. 4 zu Speiseimpulsgenerator 31 des Impulsmotor 30 und

sehen ist, das Lagesignal des ersten Brennpunktes bei schließt und öffnet bei Empfang von Signalen von der

dem Vorwärtshub und das Lagesignal des zweiten 25 digitalen Vergleicherschaltung 36 und führt die Signale

Brennpunktes bei dem Rückwärtshub aufgenommen der Dioptrienzählerschaltung 38 zu. Diese Signale

WTd. um die gewünschte Stelle zu erhalten. Die werden dann der Diopirienanzeige 6 über eine

Frequenz der Signale des Speisesignalgenerators 31 für Signalanzeige-Umwandlungsschaltung 39 zugeführt,

den Antriebsimpulsmotor 30 ist synchron mit der wodurch der Dioptrienwert des ersten Brennpunktes in

Frequenz der Bildspeisesignale der visuell kontrollier- 30 digitaler Form an der ersten Anzeigevorrichtung 40

baren Kamera 20, und ermöglichen eine Hin- und angezeigt wird. In der Zählerschaltung 38 wird die

Herbewegung des bewegbaren Teils in 10 see bei einem Zählung der positiven und negativen Dioptrien und die

gesamten Hub von 40 mm für ±25 Dioptrien. Unterscheidung des ersten und des zweiten Brennpunk-

Wie oben beschrieben wurde, läuft der einfallende tes durchgeführt, indem, wenn das scheibenförmige Bild

Lichtstrahl durch den Kollimator 8 auf der Empfänger- 35 des zweiten Brennpunktes auftritt, ein dem zweiten

seite und erzeugt ein scheibenförmiges Bild auf der Brennpunkt entsprechendes Signal über die Signalan-

Photoinduktionsoberfläche der visuell kontrollierbaren zeige-Umwandlungsschaltung 39 bei der zweiten

Kamera 20, wobei der Querschnitt des seheibenförmi- Anzeigevorrichtung 41 als ein digitaler Dioptrienwert

gen Bildes entsprechend der Bewegungsstellung des angezeigt wird, während bei einer Linse mit einem

Schirmes 14 variiert, wie in F i g. 3 gezeigt ist, und in der 40 Brennpunkt die beiden Dioptrienwerte zusammenfallen.

■ Brennebene der zu untersuchenden Linse L minimal Die Bewegungsgeschwindigkeit des Schirmes ist

wird, wobei das scheibenförmige Bild bei jedem Schritt konstant und seine Stellung, wenn die Torschaltung 37

der Bewegung des Schirmes 14 ein statisches Bild auf öffnet, wird durch die Geschwindigkeit und die

der photoinduktiven Oberfläche erzeugt. Bewegungsdauer bestimmt. Auf diese Weise kann die

Dieses statische Bild wird bei jedem Bild der Kamera 45 Stelle, wo das scheibenförmige Bild einen minimalen

durch 525 horizontale Abtastzeilen analysiert. Der helle Querschnitt besitzt, durch die Anzahl der Impulse von

beleuchtete Teil des scheibenförmigen Bildes wird in dem Speisesignalgenerator für die schrittweise Bewe-

elektrische Signale umgewandelt, die eine zeitliche gung des Schirmes gezählt werden, wobei, wenn eine

Breite besitzen, die dem jeweiligen hellen Querschnitt Entfernung von einem Schritt in eine Dioptrieneinheit

entspricht. Wie in F i g. 6 gezeigt ist, erzeugt bei einem 5° umgewandelt wird, der Dioptrienwert an der Stelle des

scheibenförmigen Bild, das einen hellen Bereich c Brennpunktes digital angezeigt werden kann.

besitzt, während die anderen Teile nicht beleuchtet sind. Wie oben beschrieben wurde, bewegt sich der den

das Ausgangssignal der /-ten Abtastzeile si eine Schirm 14 tragende bewegbare Teil 15 hin- und

ff Wellenform, wie sie in Fig.7 gezeigt ist, so daß ein hergehend von einem Ende zu dem anderen innerhalb

Ausgangssignal VTür die Zeitspanne i/geliefert wird. 55 eines festgelegten Hubes und der Teil 15 wird

~% Diese Wellenform wird schwellenmäßig (Trigger- automatisch durch eine nicht gezeigte Steuerschaltung

§ schwelle vt) erfaßt, um den Einfluß eines noch in diesem Moment angehalten und kehrt dann zu dem

J vorhandenen Restbildes und des Rauschens auszuschal- entgegengesetzten Ende zurück.

ten, und die zeitliche Breite Cni des beleuchteten Teils Das erfindungsgemäße Meßgerät hat den Vorteil, daß

kann durch ein Taktsignal als Cw = ti/tc gezählt 60 es die Lage der Brennebene sehr genau bestimmen

werden, wobei die zeitliche Breite der Taktsignalimpul- kann.

se fcisL In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung

Da die zeitliche Breite des Helligkeitssignals durch sind als Minimum 0,125 Dioptrien ablesbar. S ein bekanntes Taktsignal berechnet werden kann, wird Erfindungsgemäß kann die Brechkraft automatisch

jeder Querschnitt des scheibenförmigen Bildes bei 65 nach einigen Sekunden abgelesen werden, indem

jedem Bild der Röhre durch die zeitliche Breite des lediglich die verschiedenen Linsen mit sphärischer und

Helligkeitssignals, wie oben beschrieben, gezählt. Jeder nichtsphärischer Oberfläche in das Gerät gebracht Querschnitt jedes scheibenförmigen Bildes in jeder werden, und die Werte können ebenfalls digital

angezeigt werden. Durch Verwendung eines geeigneten Befesligungsteils 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 verlauft.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. 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 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, II) formt und entsprechend einem bestimmten Dioptrienzahl-Bereich bewegbar ist, daß die Wandlereinrichtung aus einer Vidikon-Kamera (20) besteht und den durch die zu messende Linse (^geschickten kreisförmigen Lichtstrahl bzw. Lichtfleck auf ihrer Bildflüche entsprechend unterschiedlichen Positionen des beweglichen Schirmes (14) abtastet, und daß die elektronische Auswerteeinrichtung (Fig. 5) aus einer Meßschaltung (32, 32a, 33, 34) besieht, welche die Lichtfleckflächen entsprechend unterschiedlicher Stellungen des bewegbaren Schirmes (14) ausmißt, in dem der Breite der übet einem bestimmten Schwellwert liegenden Hellausgangssignale proportionale Meßsignale für die Abtastzeilen 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 Stallungen 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 (12S,)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 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 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Teile (12ß, 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

ίο liegenden Heliausgangssignale 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 I 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) gesteuert wird, eine Umwandlungsschaltung (39) und zwei Anzeigeteile (40, 41) für gegebenenfalls zwei Brennpunkte enthält.

8. Gerät 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.