DE2508611A1

DE2508611A1 - Verfahren zur bestimmung der charakteristischen brechkraefte einer linse und vorrichtung zur durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE2508611A1
Application number: DE19752508611
Authority: DE
Inventors: Johnson John Ratick
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: AO Inc 07950 SOUTHBRIDGE MASS US
Priority date: 1974-05-08
Filing date: 1975-02-27
Publication date: 1975-11-20
Also published as: DE2508611C2; JPS50145249A; GB1507191A; US3880525A; FR2270575A1; FR2270575B1

Description

PATENTANWALT-DR. HERMANN O.TH. D I EH L-D I PLOMP HYS I K E R D-8000 MÜNCHEN 19 - FLD GG ENSTR ASSE 17 -TELEFON: 089/177061

A-1024 21.2.1975

D/zb

American Optical Corporation, Southbridge, Mass./ USA

Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Erechkräfte einer Linse und Vorrichtung zur Durchführung desselben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.

In den Vereinigten Staaten von Amerika werden im Jahr Millionen von Linsen hergestellt. Ein sehr großer Prozentsatz von diesen Linsen besteht aus Brillengläsern zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten. Diese Brillengläser und alle anderen Linsen, welche Sehhilfen darstellen, sollen das Sehvermögen ihrer Benutzer korrigieren und schützen. Diese Linsen müssen daher sorgfältig überprüft und genau gemessen werden, damit sie die Bedürfnisse der Benutzer erfüllen.

Für die Hersteller, die Verteiler und die Benutzer von Brillengläsern und anderen Sehhilfen sind von den charakteristischen Brechkräften der Linsen die folgenden von Bedeutung: Die sphäri-

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sehe Brechkraft, die Brechkräfte in den beiden Hauptmeridianen, wenn das Auge des Benutzers einen Astigmatismus zeigt, die Winkellagen der Hauptmeridiane sowie die Stärke der prismatischen Korrektur und die Winkellage der Prismenachse.

Der Hersteller von Brillengläsern muß die Qualität derselben sorgfältig überprüfen und ihre charakteristischen Brechkräfte gena genau messen, bevor die Brillengläser an die verschiedenen Verteiler verschickt werden. Das typische von den Herstellern von Brillengläsern verwendete Linsen-Prüfgerät, mit dem diese charakteristischen Erechkräfte bestimmt v/erden, ist ein einfaches Instrument, das in seinen ^rundzügen auf den ersten Teil dieses Jahrhunderts zurückgeht« Ein derartiges typisches Linsen-Prüfgerät ist in der US-PS 1 3 83 678 beschrieben. Das optische Grundprinzip dieses Geräts ist bis heute trotz einiger Abwandlungen unverändert, geblieben. Das Gerät eignet sich aufgrund seiner langen Verwendbarkeit außerordentlich gut für diesen Zweck. Man benötigt jedoch bei ihm eine ausgebildete, erfahrene Bedienungsperson, weiche die Linse in das Gerät mit ihrer konkaven Oberfläche an dem Aufnahmeteii anliegend einsetzt und eine zweifache Einsteilung auf ein scharfes Bild eines Balkenmusters vornimmt, das in dein Okular des Instruments zu sehen ist. Die Parameter, nach denen diese Einstellung durchgeführt wird·, sind 1} die Winkeiorientisrung des Balkenmusters und 2) die Schärfe von dessen Bild, d« h. seine Scharfeinstellung. Die Linse muß desvieiteren sorgfältig auf ihrem Aufnahmeteil zentriert sein. Zu all diesen Vorgängen sind eine sorgfältige Handhabung der Linse und-eine kontinuierliche subjektive Abschätzung der Ergebnisse notwendig, Das Linsen-Prüfgerät wird so geeicht, daß man an ihm die bildseitigen Scheitelbrechwerte in Dioptrien abliest. Das Reziproke dieser Scheitelbrechwerte ist die Entfernung - gemessen in Metern - zwischen dem Scheitel an der konkaven Linsenoberfläche und dem zweiten bzw. bildseitigen

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Brennpunkt der Linse.

Aus der vorstehenden Beschreibung des mit diesem Prüfgerät vorgenommenen Meßvorgangs läßt sich ersehen, daß von der Bedienungsperson für jede einzelne zu prüfende Linse bestimmte subjektive Entscheidungen getroffen werden müssen. Selbst bei den sorgfältigsten und geübtesten Bedienungspersonen sind Unterschiede in den gewonnenen Ablesungen unvermeidlich, da diese das Gerät kontinuierlich gegen einen Normalwert einstellen müssen, um es für den Zustand ihrer eigenen Augen zu eichen, während diese ermüden. Daneben besteht ersichtlicherweise mit zunehmender Ermüdung der Bedienungsperson die Tendenz, daß die Qualität der von ihr vorzunehmenden subjektiven Entscheidungen etwas schlechter wird.

Der größte Nachteil in der Verwendung eines derartigen Geräts bei einer modernen Produktion beruht neben den vorstehend ger nannten, auf die subjektiven Beurteilungen zurückzuführenden Unsicherheitsfaktoren in der Zeitdauer, die selbst die geübteste Bedienungsperson für eine sorgfältige Prüfung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse benötigt. Man braucht daher eine große Anzahl von derartigen Bedienungspersonen, um zu vermeiden, daß ein Stau in der Produktion entsteht.

In der Vergangenheit wurden verschiedene Schemata für eine Automatisierung des vorstehend beschriebenen Vorgangs vorgeschlagen. Hierzu gehört ein Verfahren, bei dem eine- Testlinse mit parallelem Licht beleuchtet wird. Unmittelbar hinter der Testlinse ist eine undurchsichtige Maske angeordnet, die zwei kleine Löcher enthält, welche symmetrisch zu der Achse des Systems angebracht sind. Von der Maske werden zwei Strahlenbündel aus den bei dem Durchgang durch die Linse gebrochenen Strahlenbündeln herausgegriffen. Der Abstand dieser Bündel in

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einer bestimmten Entfernung von der Linse dient als Maß für deren Brechkraft. Dieser Abstand wird dadurch gemessen, daß man an dieser in Fortpflanzungsrichtung der Strahlenbündel stromab gelegenen Stelle eine Zerhackerscheibe anbringt, die einen einzigen in radialer Richtung verlaufenden Schlitz enthält, hinter dem ein Fotodetektor angebracht ist. Das elektrische Signal, welches auftritt, wenn der Schlitz das erste Strahlenbündel kreuzt, setzt einen Zeitgeber in Gang. Aus der Kenntnis der Geschwindigkeit der Zerhackerscheibe und der Zeitdauer zwischen den Durchgängen läßt sich der Abstand der beiden Strahlenbündel ermitteln. Aus diesem Abstand kann die Brechkraft der Linse berechnet werden, wenn die Geometrie des optischen Systems bekannt ist. Für Linsen mit lediglich sphärischer Brechkraft ist dieses Verfahren durchaus verläßlich. Es ist kein Abbildungssystem und die einzige Ablesung erfolgt durch die Drehung der Zerhackerscheibe. Es lassen sich jedoch, wie oben erwähnt, die weiteren, d. h. zusätzlichen charakteristischen Brechkräfte, die bei einer großen Anzahl von Brillengläsern von Bedeutung sind, d. h. die Stärke eines Zylinders und eines Prismas, durch dieses Verfahren nicht messen. Das Verfahren ist daher nur für eine Prüfung von Linsen mit lediglich sphärischer Brechkraft nützlich, nicht jedoch für eine Prüfung von Brillengläsern.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird die Testlinse ebenfalls mit parallelem Licht beleuchtet. Durch Verwendung einer geeigneten Kompensationslinse hinter der Testlinse kann ein reelles Bild der Lichtquelle in einer festen Entfernung von der Testlinse erzeugt werden. Ein Detektor mit einer nicht linearen Übertragungscharakteristik dient zur Anzeige der Energiedichte. Wenn der Detektor in axialer Richtung durch das Bild schwingt, zeigt der Punkt der maximalen Energiedichte die Lage des Brennpunkts für die Kombination aus Test- und Kompensationslinse an. Bei diesem Verfahren wird ein einziger

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PrüfVorgang durch das Schwingen des Detektors durchgeführt. Dieses Verfahren ist ebenfalls lediglich für Linsen mit nur sphärischer Brechkraft verwendbar. Darüber hinaus muß man von vornherein die Nominalbrechkraft der zu untersuchenden Testlinsen kennen, damit man geeignete Kompensationslinsen verwendet. Dies ist notwendig, um den Bereich, in dem die Abtastung mit dem Detektor durchgeführt werden soll, so klein zu halten, daß das Verfahren praktisch durchführbar ist.

Da die Herstellung von Brillengläsern für eine große Vielfalt von unterschiedlichen Verschreibungen bzw. "Brillen-Rezepten" erfolgt, muß ein automatisiertes System rasch an die große Vielfalt von möglichen Kombinationen der charakteristischen Brechkräfte anpaßbar sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse zu schaffen, die eine automatische Meßtechnik ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 8 gelöst.

Mit der Erfindung werden somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Brechkräfte einer Linse geschaffen, bei denen die Messungen automatisch durchgeführt werden können, wozu man den Betrag und die Richtung von Verschiebungen für eine Mehrzahl aus zumindest drei nicht in einer Ebene liegende Strahlenbündel betrachtet, wenn die Linse in ein Bündel von parallel gerichteten Strahlen eingesetzt wird. Die Ebene, an der die Messung von diesen Beträgen und Richtungen der Verschiebungen durchgeführt wird, befindet sich in einem bekannten Abstand hinter der Linse.

Mit der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, bei denen man ohne die subjektive Beurteilung durch eine Bedienungsperson auskommt.

Mit der Erfindung werden desweiteren ein Verfahren und eine Vor-

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richtung geschaffen, welche die Prüfung von allen Standard-Brillengläsern ermöglichen.

Mit der Erfindung werden desweiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die konstruktionsmäßig ausreichend einfach sind, um ihren wirtschaftlichen und verläßlichen Einsatz bei Standard-Produktionsprozessen zu ermöglichen.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit darin zu sehen, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse geschaffen werden, wobei die Vorrichtung die folgenden Bauelemente enthält: Eine Lichtquelle, die ein paralleles Strahlenbündel aussendet, das parallel zur optischen Achse des Geräts verläuft und diese umgibt; eine Einrichtung, welche die Linse in das parallele Strahlenbündel so einsetzt, daß ihre geometrische Achse annähernd mit der optischen Achse des Geräts fluchtet; eine benachbart zu der Linse angebrachte Einrichtung, welche zumindest drei in Abständen voneinander verlaufende, nicht in einer Ebene liegende Strahlenbündel aus den von der Linse gebrochenen Strahlenbündeln auswählt; und eine senkrecht zur optischen Achse des Geräts angebrachte Anzeigefläche, die sich in einem vorbestimmten Abstand hinter der Linse befindet, so daß die ausgewählten Strahlenbündel auf sie auffallen. Die Anzeigefläche trägt ein Koordinatensystem, durch das die Verschiebungen der Einfallslagen der ausgewählten gebrochenen Strahlenbündel aus den Einfallslagen, die sie vor dem Einbringen der Linse in das parallele Strahlenbündel aufwiesen, nach Betrag und Richtung feststellbar sind. Die Beträge und die Richtungen dieser Verschiebungen geben Aufschlüsse über die charakteristischen Brechkräfte der Linse.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung ersichtlich:

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemaße Vorrichtung, die einen automatischen Betrieb ermöglicht.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung von einer Maske, die zur Auswahl von Strahlenbündeln bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 4 zeigt ein Muster, wie man es auf dem Anzeigeschirm finden kann, wenn die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum einen mit einer Testlinse, zum anderen ohne eine solche verwendet wird.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 6 zeigt Muster, wie man sie auf dem Anzeigeschirm finden kann, wenn die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung zum einen mit einer Testlinse, zum anderen ohne eine solche verwendet wird.

i.i den verschiedenen Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen identische Bauelemente der Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse 12 dargestellt. Die Linse 12 ist in ein Strahlenbündel 14 aus parallelem Licht eingebracht. Sie nimmt darin eine derartige Lage ein, daß ihre geometrische Achse annähernd mit der optischen Achse 16 der Vorrichtung fluchtet. Das Strahlenbündel 14 verläuft parallel zu der optischen Achse 16 und umgibt diese. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine Maske 18 indem Strahlenbündel des

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von der rückwärtigen Fläche der Linse 12 ausgehenden gebrochenen Lichts angebracht. Die Maske 18 enthält zumindest drei nicht auf einer Geraden liegende kleine Öffnungen 20, die eine entsprechende Anzahl von Strahlen 24 aus dem gebrochenen Strahlenbündel ausblenden. Die Maske ist in einem bekannten Abstand d hinter dem rückwärtigen Scheitel 22 der Linse 12 angebracht. Hinter der Maske 18 und in einem bekannten Abstand D von dieser befindet sich eine Anzeigefläche 26. Die Anzeigefläche 26 verläuft orthogonal zur optischen Achse 16 der Vorrichtung. Ihre Ausdehnung ist so groß gewählt, daß sie alle aus dem gebrochenen Strahlenbündel ausgewählten Strahlen 24 schneidet.

Die Anzeigefläche 26 kann beispielsweise die Vorderfläche einer Abtastvorrichtung 28 sein. Die Abtastvorrichtung 28 stellt die Lage der Punkte fest, an denen die ausgewählten Strahlen 24 die Anzeigefläche 26 schneiden, digitalisiert diese Information und überträgt die gewonnenen Daten zu einem Elektronenrechner Der Elektronenrechner 30 enthält eine Information gespeichert, die es ihm ermöglicht, aus den von der Abtastvorrichtung 28 eingegebenen digitalisierten Daten über die Schnittpunkte die exakten charakteristischen Brechkräfte der Linse 12 zu berechnen. Der Elektronenrechner 30 kann darüber hinaus den Abtastvorgang der Abtastvorrichtung 28 steuern, um den von ihm kommenden Datenfluß zu regeln. Die charakteristischen Brechkräfte der Linse 12 werden von dem Elektronenrechner 30 über ein herkömmliches Ausdruckgerät 3 2 erhalten.

Die Grundzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens und der in Fig. dargestellten Vorrichtung zur Durchführung desselben lassen sich am besten unter Betrachtung des x,y,z-Koordinatensystems von Fig. 2 beschreiben. Die z-Achse dieses Koordinatensystems entspricht der optischen Achse 16 der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. Die Testlinse wird mit ihrem bildseitigen Scheitel in den Ursprung dieses Koordinatensystems gebracht, d. h. in den Punkt mit den Koordinaten (0,0,0), wobei ihre konkave Ober-

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fläche in Richtung der +z-Achse weist. Die Testlinse wird von einer Lichtquelle mit einem parallelen Strahlenbündel aus der Richtung der -z-Achse beleuchtet. Die Anzeigefläche 26 verläuft parallel zur x,y-Ebene und schneidet die z-Achse an einem Punkt, der die Koordinaten (0,0,ζ ) aufweist. Die Anzeigefläche 26 enthält ein χ',y¹-Koordinatensystem, das parallel zu dem x,y-Koordinatensystem verläuft. Der Abstand zwischen den Ebenen z=0 und z=z_ bildet ein optisches System, das aus einem freigelassenen Raum oder aus einer Reihe von einzelnen optischen Elementen bestehen kann. Falls ein optisches System aus einer Reihe von einzelnen Elementen verwendet wird, sollte dieses zentriert, anastigmatisch und verzeichnungsfrei sein. Ein derartiges optisches System beeinflußt lediglich die Umrechnung der unmittelbar erhaltenen Ergebnisse in die bildseitigen Scheitelbrechwerte und Prismenbrechkräfte.

Zunächst sei ein Strahl 14' des einfallenden parallelen Lichtes betrachtet, der die durch den rückwärtigen Scheitel gehende Ebene 23 (z=0) im Punkt P schneidet. Der Strahl 14' wird in dieser Ebene durch die Testlinse 12 in einen Strahl PQ gebrochen, der das optische System 34 im Punkt Q schneidet. Die Punkte P und Q können auch zusammenfallen. Der gebrochene Strahl tritt aus dem optischen System 34 am Punkt Q¹ aus und schneidet die Ebene der Anzeigefläche 26 (z=z ) in Punkt P¹. Auch die Punkte P¹ und Q¹ können zusammenfallen. Wenn die Testlinse geometrisch zentriert ist und keine Frismenwirkung enthält, lassen sich bei Zugrundelegung von paraxialen Strahlenbündeln die Koordinaten des Punktes P¹ durch folgende Beziehungen wiedergeben:

y¹ = Cx + By

worin χ und y die Koordinaten des Punktes P bedeuten. Wenn die Testlinse eine Prismenwirkung auf v/eist _f lassen sich die Koordinaten äes Punktes P¹ durch folgende Beziehungen wiedergeben:

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_ ₁₀ _

χ¹ = Ax + Cy + y¹ = Cx + By +

Die Größen A, B und C sind dimensionslose Zahlen, welche den Einfluß der sich aus Testlinse und zwischengeschaltetem optischen System ergebenden kombinierten Brechkräfte beschreiben. Die Größen Ψ* und *f- beschreiben die Querverschiebung der gebrochenen Strahlen, die auf die Prismenwirkung der Testlinse zurückzuführen sind. Die Beziehung (1) stellt eine allgemeine lineare Transformation d?.r, die bequemerweise durch folgende Matrixdarsteliunq wiederqeqaben werden kann:

β y ^⁷

Wenn χ¹ und γ'· für jedes der drei feststellbaren Wertepaare von χ und y gemessen wird, erhält man sechs Gleichungen für die fünf unbekannten A, B, C, \, und ti Eine derartige Messung ermöglicht somit die Bestimmung dieser Größen.

Die Eigenwerte der Matrix sind:

μ._Λ ₌ ^A + ^B +

(3)

Die bildseitigen Kauptscheitalbrechvjerte der Testlinse stehen in Beziehung zu diesen Eigenwerten« Die Orientierung des Hauptachsensystems der Linse ergibt sich durch die Orientierung der Eigenvektoren, der Matrix. Dia Prismenwirkung und die Orientierung des Prisrncis werden durch j- und ^sf' bestimmt, Die soesielle

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Beziehung zwischen den bildseitigen Hauptscheitelbrechwerten und den Eigenwerten sowie die Beziehung zwischen *ζ* und ^L und der Prismenwirkung der Linse werden durch die Art des optischen Systems 34 bestimmt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird das optische System 34 von einem freigelassenen Raum gebildet. Die Anzeigefläche 26 der Abtastvorrichtung 28 ist lichtempfindlich, wie beispielsweise die Aufnahmefläche einer Bildsondenröhre oder einer Fernsehkamera. Die Abtastvorrichtung dient zur Bestimmung der Koordinaten, mit denen die verschiedenen Strahlen die Anzeigefläche 26 schneiden. Diese Koordinaten müssen digitalisiert durch eine elektronische Zwischenfläche in geeignete "Wörter" umgeformt und anschließend in dem Arbeitsspeicher des Elektronenrechners 30 abgelegt werden. Der Elektronenrechner enthält ein Programm, das in der Lage ist:

1) die Größen A, B, C, ^₁ und *^_ aus den gemessenen Werten von x¹ und y¹ zu bestimmen;

2) aus den Größen A, B und C die Eigenwerte und die Eigenvektoren der Matrix zu bestimmen;

3) die bildseitigen Hauptscheitelbrechwerte und die Hauptachsen-Orientierung aus den Matrix-Eigenwerten und -Eigenvektoren zu bestimmen; und

4) die Prismenwirkung und die Prismenorientierung aus ⁰C₁ und *\„ zu bestimmen.

Wenn ,U^ und JUL„ die Eigenwerte der Gleichung (3) sind, erhält man für das vorliegende Beispiel die bildseitigen Scheitelbrechwerte durch folgende Beziehung:

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D + d (1 -μ_λ)

1 -A₁ (4)

^P2 =

Die Winkel-Orientierung der Hauptachsen von der Linse im x,y-System ergeben sich durch die Beziehung ι

D + d (1 -

^₁ = tan \ B-

f2 = ti ^{+ 90}°

Die Größe der Prismenwirkung ergibt sich durch folgende Beziehung :

W2 V 2

_{Δ =} 1P^121_±_22___ ₍₆₎

Die Orientierung des Prismas in der Linse ergibt sich durch die Beziehung:

0 = tan"¹ { ^₂) ₍₇₎

Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Beispiel von einer Maske 18', die sich zur Verwendung in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung eignet. Die Maske 18' besteht aus einem undurchsichtigen Material und enthält vier kleine Öffnungen 36, 38, 40 und 42, Die vier Öffnungen sind in einer exakt quadratischen Anordnung angebracht.

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Solange keine Testlinse 12 in die Vorrichtung von Fig. 1 eingebracht ist, schneiden die durch die Öffnungen in der Maske 18' ausgeblendeten, parallelen Strahlen die Anzeigefläche 26 in Punkten, die auf dieser ein geometrisch kongruentes Quadrat bilden.

Zur Berechnung der vorstehend aufgeführten Beziehungen für A, B und C aus den gemessenen Einfallspunkten der durch die Linse gebrochenen Strahlen auf der Anzeigefläche 26 muß man wissen, welche der öffnungen in der Maske 18 den jeweiligen Einfallspunkt hervorruft. Wenn die in Fig. 3 dargestellte Maske 18^! verwendet und ein Strahlenbündel aus parallelem Licht durch die Maske aus der Sicht der Zeichnung von rechts nach links hindurchgeschickt wird, erhält man ein Muster auf dem die Anzeigefläche 26 enthaltenden Bildschirm, das dem in Fig. 4 dargestellten Quadrat entspricht. Dieses Quadrat wird von der linken oberen Seite aus gerechnet bei einem Fortschreiten im Uhrzeigersinne durch die Ecken 4O₁ , 42.. , 38.. und 36.. begrenzt. Es gibt grundsätzlich vier unterschiedliche Reihenfolgen, welche die Einfallspunkte auf der Anzeigefläche 26 nach einer Brechung durch die Linse einnehmen können. Die jeweilige Reihenfolge hängt von der Stellung der Anzeigefläche 26 zu den reellen "Brennpunkten" ab, welche die Testlinse 12 erzeugt, wenn sie in das System eingesetzt wird. Wenn zwischen der Maske und der Anzeigefläche 26 kein reeller "Brennpunkt" liegt - unter "Brennpunkt" ist hiermit entweder tatsächlich ein Punkt oder eine Gerade zu verstehen - erhält man bei abermaliger Ablesung im Uhrzeigersinne eine Reihenfolge für die durch eine Brechung an der Linse beeinflußten Einfallspunkte, weiche durch 40 , 42 , 38 und 36 wiedergegeben werden kann. Man erhält somit in diesem Falle die gleiche Reihenfolge, wie sie die Löcher in der Maske aufweisen. Falls dagegen ein einziger linienförmiger "Brennpunkt", der parallel zur x-Achse verläuft, zwischen der Maske und der Anzeigefläche 26

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liegt, ergibt sich eine Reihenfolge von 36 , 38 , 42 und 40 ;

Λ. Λ. Λ X

ein einziger linienförmiger "Brennpunkt", der parallel zur y-Achse verläuft und zwischen der Maske und der Anzeigefläche liegt, liefert dagegen die Reihenfolge 42 , 40 , 3 6 und 38 . Wenn ein einziger punktförmiger "Brennpunkt" oder beide linienförmige. "Brennpunkte" zwischen der Maske und der Anzeigefläche 26 liegen, erhält man die Reihenfolge 38 , 36 , 40 und 42 . Zerstreuungslinsen erzeugen keine reellen Brennpunkte, so daß man. bei ihnen die ursprüngliche Reihenfolge 40 , 42 , 38 \ und 36 erhält« Selbstverständlich will man für alle Linsen die gleiche Reihenfolge erhaltene Die bevorzugte Reihenfolge der nach der Brechung an der Linse erhaltenen Punkte ist somit 40 , 42 , 38 und 36., d, h, als gleiche vfie in der Maske. Diese erwünschte Reihenfolge wird bsi der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch sichergestellt,, daß man den Abstand von dem bildseitigen Scheitel. 22 der Testlinse 12 zu der Anzeigeflache 26, d. h. die Strecke (d τ D) ₍ kleiner wählt als die kürzeste bildseitige Brennweite von jeglicher Linse, die mit der Vorrichtung geprüft werden soll.

Fig, 4 zeigt desweiterer:, daß die von eier Linse gebrochenen Strahlen auf der Anzeigeflache 26 ein Parallelogramm 4ö_o, 42„., 38„

und 36« bilden_f dessen Ecken die gleiche Reihenfolge aufweisen ₉ V7ie das ursprüngliche, nicht durch eine Brechung beeinflußte Muster« Wenn die Testlinee lediglich eine sphärische Korrektion bewirken soll, liefern die von ihr gebrochenen Strahlen als Muster abermals ein Quadr~t. Dieses Quadrat verläuft zentrisch zu demjenigen, das man erhält, v/e.nn ä±2 durch die Maske hindurchtretsnden Strahlen nicht gabrochen werden. Wenn die Linse die Korrektur eines Zjlinaers bewirken soll, erhält man als Mustsr ein Parallelogramm, das ebenfalls ^entrisch zv. dem quadratischen Muster variäuft, welche? r^an erhält _r wenn die durch die Maske hindurch.tretenden Strahler, nicht qehrochar: werden. Wenn die Test=

/ r* λ ¹^i ³T

/ 0 i 2 7

— IJ-

linse eine Prismenwirkung enthält, wird das gesamte Muster seitlich gegenüber dem Muster verschoben, das sich ergibt, wenn die durch die Maske hindurchgetretenen Strahlen nicht gebrochen werden. Diese Verschiebung ist in Fig. 4 durch den Pfeil 44 angezeigt.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Von einem He-Ne-Gaslaser wird ein Strahlenbündel von parallelem Licht erhalten, das mit der optischen Achse 16 der Vorrichtung fluchtet. In das von dem Laser ausgesandte Strahlenbündel kann ein Kollimator eingesetzt sein, der dafür sorgt, daß das Strahlenbündel genau parallel verläuft.

Zwischen dem Laser 46 und der Testlinse 12 ist eine abgewandelte Einrichtung 48 zur Strahlenauswahl angebracht. Die Einrichtung 48 enthält eine Maske 50, die aus einer undurchsichtigen Fläche besteht und eine regelmäßige quadratische Anordnung von kleinen kreisförmigen Löchern trägt, sowie eine kreuzförmige Öffnung 52, welche zwischen die Maske 50 und die Testlinse 12 eingebracht ist. Bei dieser Ausführungsform werden die Strahlen aus dem Strahlenbündel des parallelen Lichtes ausgewählt, bevor sie durch die Testlinse und von dort auf die Anzeigefläche 26 . fallen. Die Maske 50 wirkt als Beugungsgitter. Die kreuzförmige Öffnung 52 bewirkt, daß mit Ausnahme der beiden Hauptbeugungsordnungen alle weiteren Beugungsordnungen ausgeblendet werden.. Wem in die Vorrichtung keine Test linse eingesetzt ist, findet man in der Anzeigeflache 26 - wie in Fig. 6 dargestellt - ein nicht von der Brechung beeinflußtes Kreuz 54. Wenn dagegen eine Testlinse, die im dargestellten Falle lediglich eine zylindrische und eine sphärische Korrektion aufweisen soll, in das Gerät eingesetzt wird, findet man auf der Anzeigefläche 26 das durch die Brechung beeinflußte Kreuz 56.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausfuhrungsform weist gegenüber der ir. Fig. 5 dargestellten Ausführungsform bestimmte Vorteile auf. Wenn die Strahlen vor ihrer Brechung durch die Test-

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linse ausgewählt werden, benötigt man entweder eine a-Priori-Kenntnis über die Testlinse, um hieraus u. U. die bildseitigen Scheitelbrechwerte zu berechnen, oder man muß die Messung für zwei unterschiedliche Abstände zwischen der Testlinse und der Anzeigefläche durchführen bzw. eine Korrektionstabelle aufstellen und verwenden. Wenn dagegen die Auswahl der Strahlen erst nach deren Brechung durch die Testlinse erfolgt, können die bildseitigen Scheitelbrechwerte direkt aus den erzeugten Daten hergeleitet werden.

Fig. 6 zeigt, daß bei Verwendung der Maske von Fig. 5 im Vergleich zu derjenigen von Fig. 1 eine erheblich größere Anzahl von Einfallspunkten ausgewählter Strahlen in der Anzeigefläche auftritt. Dies hat den Vorteil, daß man eine erheblich größere Anzahl von Daten erhält, was die Meßgenauigkeit erhöht. Die Geschwindigkeit, mit der die Daten von einem gegebenen Elektronenrechner verarbeitet werden können, nimmt jedoch direkt proportional zu der Bit-Zahl der erzeugten Daten ab. Bei der Verwendung einer Einrichtung 48 für die Strahlenauswahl entsprechend Fig. würde man daher entweder eine erheblich größere Rechenzeit benötigen, oder einen Elektronenrechner 30, der die notwendigen Berechnungen mit einer erheblich größeren Geschwindigkeit durch-, führen kann. Beide Alternativen sind teuer, die eine im Hinblick auf die Zeit, die andere im Hinblick auf die Kosten.

Bei der Gestaltung der Maske sollte ferner darauf geachtet v/erden, daß die Strahlen lediglich aus einem Gebiet ausgewählt werden, das annähernd innerhalb eines Kreises mit 6 mm Durchmesser um den Mittelpunkt der Linse liegt. Der hauptsächliche Grund für eine derartige Beschränkung ist darin zu sehen, daß die eingangs beschriebenen, z. Z. verwendeten Linsenprüfgeräte ihre Messungen in diesem zentralen Bereich der Linsen vernehmen und daß bei einer Berechnung der charakteristischen Brechwerte über die

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gesamte Linsenoberfläche Abweichungen von den jeweiligen Werten auftreten, die man bei einer Messung in diesem mittleren Bereich erhält. Da die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung geprüften Linsen an Verteiler und Augenärzte abgegeben werden, deren Ausrüstung auf Korrektionen geeicht ist, die im mittleren Bereich gemessen sind, ist es vorzuziehen, auch die Messungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf diesen mittleren Bereich zu beschränken.

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Claims

Patentansprüche

ί1 J Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse_f insbesondere eines Brillenglases, bei dem die Linse in ein parallel zur optischen Achse verlaufendes und diese umgebendes Strahlenbündel aus parallelem Licht eingebracht wird und aus cam von der Linse gebrochenen Strahlenbündel zumindest zwei diskrete Strahlen herausgegriffen werden, deren Abstände ein Maß für eine charakteristische Brechkraft sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl aus zumindest drei Strahlen aus dem Strahlenbündel des parallelem Lichts herausgegriffen wird* daß orthogonal zur optischen Achse eine Anzeigefläche so angeordnet wird, daß für jeden der herausgegriffenen Strahlen Einfallspunkte auf der Anzeigefläche entstehen, daß anschließend die Linse in einem vorbestimmten optischen Abstand vor der Anzeigefläche so eingebracht wird, daß sie mit der optischen Achse fluchtet, daß hierauf für jeden ausgewählten Strahl die durch das Einbringen der Linse bedingte Verschiebung des Einfallspunktes auf der Anzeigefläche nach Eetrag und Richtung festgestellt wird, und daß aus diesen Verschiebungen die charakteristischen Brechkräfte der Linse ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet _r daß die zumindest drei Strahlen aus dem Strahlenbündel des parallelen

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Lichts so herausgegriffen werden, daß sie nicht in einer Ebene liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß. die Linse in das Strahlenbündel des parallelen Lichts an einer Stelle eingebracht wird, die vor dem Bereich liegt, an dem die Auswahl der Strahlen durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse in einem axialen Abstand von der Anzeigefläche eingebracht wird, der kleiner ist als die bildseitige Brennweite der Linse.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 mit 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse ein Brillenglas ist, daß das Brillenglas mit seiner konvexen Oberfläche der Lichtquelle zugekehrt eingebracht wird, und daß von den charakteristischen Brechkräften die bildseitigen Hauptscheitelbrechwerte, die Achsenlage des Astigmatismus, die Prismenwirkung und die Orientierung des Prismas bestimmt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen in der Nähe des Mittelpunkts des Brillenglases ausgewählt werden.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen aus einem Bereich des Brillenglases herausgegriffen werden, der einen Durchmesser von annähernd 6 mm aufweist.
8. Vorrichtung zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Lichtquelle, von der ein Strahlenbündel aus parallelem Licht parallel zur optischen Achse der Vorrichtung und diese umgebend ausgesandt wird und mit einer Einrichtung zur Halterung der Linse in dem Strahlenbündel in einer Lage, bei der ihre geometrische Achse annähernd mit der optischen Achse fluchtet, dadurch gekennnzeichnet, daß benachbart zur Linse (12) eine Einrichtung (18) vorgesehen ist,, welche zumindest drei nicht in einer Ebene liegende getrennte Strahlen aus dem durch die Linse hindurchtretenden und von dieser gebrochenen Strahlenbündel herausgreift, daß eine Anzeigefläche (26) orthogonal zur optischen Achse (16) in einem vorbestimmten Abstand hinter der Linse (12) derart angebracht ist, daß die ausgewählten, gebrochenen Strahlen (24) auf diese auffallen, und daß die Anzeigefläche (26) mit einem Koordinatensystem (x¹, y¹) versehen ist, mit dessen Hilfe die Verschiebungen nach Betrag und Richtung festgestellt werden können, welche sich zwischen

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den Einfallspunkten der ausgewählten, an der Linse gebrochenen Strahlen (24) und den Einfallspunkten auf der Anzeigefläche (26) ergeben, welche die ausgewählten Strahlen erzeugen, bevor die Linse (12) in die Vorrichtung eingebracht ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet» daß die Einrichtung (18) für das Herausgreifen der Strahlen hinter der Linse (12) angebracht ist, so daß sie Strahlen auswählt, die vorher von der Linse gebrochen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Halterung der Linse (12) in einem Abstand vor der Anzeigefläche (26) so angebracht ist, daß der Abstand (d + D) von dem bildseitigen Scheitel (22) der Linse (12) zu der Anzeigefläche (26) kleiner ist als die kürzeste bildseitige Brennweite für irgendeine der zu prüfenden Linsen,
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18) zur Auswahl der Strahlen eine undurchsichtige Maske ist; die zumindest drei kleine öffnungen trägt«.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet_f daß die Maske (18^!) vier Öffnungen {36_f 38, 40_f 42) enthäl die in Forir. eines Quadrates angeordnet sind {Pig» 3} „

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13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (48) für die Auswahl der Strahlen vor der Linse (12) angebracht ist/ so daß sie die Strahlen direkt aus dem Strahlenbündel (14) des parallelen Lichtes herausgreift.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Anzeigefläche (26) ein mit der optischen Achse (16; fluchtendes optisches System (34) angebracht ist, welches dazu dient, die Baulänge der Vorrichtung einzustellen.
15« Verrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System {34} frei von Verzeichnung und Astigmatismus ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Laser (4.6) enthält.

17« Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet _c daß dar Laser ein He-Ne-Lassr ist und daß die Lichtquelle eine Kollimator linse enthält: _f die in dein von dem He-Ea-Lsser ausgehenden Strahlenbündel angebracht ist und dazu dient, ein genau parallel ausgerichtetes Strahlenbündel zu erzeugen*

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