DE2508611C2

DE2508611C2 - Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse und Vorrichtung zur Durchführung desselben

Info

Publication number: DE2508611C2
Application number: DE2508611A
Authority: DE
Inventors: John R. Natick Mass. Johnson
Original assignee: AO Inc 07950 SOUTHBRIDGE MASS US; Ao Inc 07950 Southbridge Mass
Current assignee: AO Inc 07950 SOUTHBRIDGE MASS US
Priority date: 1974-05-08
Filing date: 1975-02-27
Publication date: 1984-03-22
Also published as: FR2270575B1; US3880525A; JPS50145249A; GB1507191A; FR2270575A1; DE2508611A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse gemäß

dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.

Ein sehr großer Prozentsatz von den im Jahr hergestellten Millionen von 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 folgen-■5 den von Bedeutung: Die sphärische 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 genau messen, bevor die ürillengläser an die verschiedenen Verteiler verschickt werden. Das typische, von den Herstellern von Brillengläsern verwendete Linsen-Prüfgerät, mit dem diese charakteristischen Brechkräfte bestimmt werden, ist ein einfaches Instrument, das in seinen Grundzügen auf den ersten Teil dieses Jahrhunderts zurückgeht Ein derartiges typisches Linsen-Prüfgerät ist in der US-PS 13 83 678 beschrieben. Das optische Grundprinzip dieses Gerätes 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, welche die Linse in das Gerät mit ihrer konkaven Oberfläche an dem Aufnahmeteil anliegend einsetzt und eine zweifache Einstellung auf ein scharfes Bild eines Balkenmusters vornimmt, da·; in dem Okular des Instrumentes zu sehen ist. Die Parameter, nach denen diese Einstellung durchgeführt wird, sind 1) die Winkelorientierung des Balkenmusters und 2) die Schärfe von dessen Bild, d. h. seine Scharfeinstellung. Die Linse muß des weiteren sorgfältig auf ihrem Aufnahmeteil zentriert sein. Zu all diesen Vorgängen siid 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 Scneitelbrechwerte 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 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 ErmüOung der Bedienungsperson die Tendenz, daß die Qualkä'.der von ihr vorzunehmenden subjektiven Entscheidungen etwas schlechter wird.
Der größte Nachteil in der Verwendung eines derartigen Gerätes bei einer modernen Produktion beruht neben den vorstehend genannten, 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 ■ ."ner bestimmten Entfernung von der Linse dient a!s Maß für deren Brechkraft. Dieser Abstand wird dadurch gemessen, daß man an dieser in Fortpflanzungsrichtung der Strahlenbündel stromab gelegenen Stelle eine Zerhackerscneibe 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. Aas der Kenntnis

ι 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 Zerh^ckerscheibe. Es lassen sich jedoch, wie oben erwähnt, die weiteren, d. h. zusätzlichen charakteristischen Brechkrä'.te, 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 «on 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 T^stlinse kann ein reelles Bild der Lichtquelle in einer festen Entfernung von der Testlinse erzeugt werden. Ein Delektor mit einer nicht linearen Über¹* agungscharakteristik dient zur Anzeige der Energiedichte. Wenn der Detektor in axialer Richtung durch das Bild schw.ngt. zeigt der Punkt der jnaximalen Energiedichte die Lage des Brennpunktes für die Kombination aus Test- und Kompensationslinse an. Bei diesem Verfahren wird ein einziger 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 Kompensationslin^ren 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 I und 8 gelöst.

Mit der Erfindung werden somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Breclikräfte 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 Srahlenbündel 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 des weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, welche die Prüfung von allen Standard-Brillengläsern ermöglichen.

Mit der Erfindung werden des weiteren 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 Gerätes 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 Gerätes 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 »uswählt; und eine senkrecht zur optischen Achse des Gerätes 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.

Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen erläutert:

F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße 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

ίο 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.

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

In F i g. 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 F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine Maske 18 in dem Strahlenbündel des von der rückwärtigen Fläche der Linse 12 ausgehenden gebrochenen Lichtes 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 (/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 ιό 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 30. Der Elektronenrechner 30 enthält eine Information gespeichert, die es ihm ermöglicht, aus den von der Abtastvorrichtung 28 eingegebenen digitalisierten Daten über die Schnittpunkte die ex'kten 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 32 erhalten.

Die Grundzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens und der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Durchführung desselben lassen sich am besten unter Betrachtung des A.j^z-Koordinatensystems von Fig.2 beschreiben. Die z-Ächse dieses Koordinatensystems entspricht der optischen Achse 16 der in F i g. I dargestellten Vorrichtung. Die Testlinse wird mit ihrem bildseitigen Scheite! in den Ursprung dieses Koordinatensystems gebracht, d. h. in den Punkt mit den Koordinaten (O, O, O), wobei ihre konkave Oberfläche in Richtung der +z-Achse weist. Die Testlinse wird von

einer Lichtquelle mit einem parallelen Strahlenbündel aus der Richtung der /f-Achse beleuchtet. Die Anzeigeflache 26 verläuft parallel zur x.y-Ebene und schneidet die /-Achse an einem Punkt, der die Koordinaten (O. O. /.,) aufweist. Die Anzeigefläche 26 enthält ein x'.y'-Koordinatensystem. das para!':l zu dem v.y-Koordinatensystoj.f verläuft. Der Abstand zwischen den Ebenen z=0 und Z=Zi) bildet ein optisches System, das aus einem freigelassenen Raum oder aus einer Reihe von einzelnen optischen Elementen bestehen kam. 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 Prismenbrechkräfle.

Zunächst sei ein Strahl 14' des einfallenden parallelen Lichtes betrachtet, der die durch den rückwärtigen Scheitel gehende Ebene 23 (z=0) im Punkt Pschneidet. 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 (p'aus und schneidet die Ebene der Anzeigefläche 26 (z*=zo) in Punkt P'. Auch die Punkte P' und Q' können zusammenfallen. Wenn die Testlinse geometrisch zentriert ist und keine Prismenwirkung enthält, lassen sich be¹ Zugrundelegung von paraxialen Slrahlenbündeln die Koordinaten des Punktes P' durch folgende Beziehungen wiedergeben:

ν '= Ax +Cy y'=Cx+By

worin λ und y die Koordinaten des Punktes Pbedeuten. Wenn die Tesllinse eine Prismenwirkung aufweist, lassen sich die Koordinaten des Punktes P' durch folgende Beziehungen wiedergeben

O)

A+B

= Cx + By+q>₂.

A + B

C².

Die bildseitigen Hauptscheitelbrechwerte der Testlinse stehen in Beziehung zu diesen Eigenwerten. Die Orientierung des Hauptachsensystems der Linse ergibt sich durch die Orientierung der Eigenvektoren der Matrix. Die Prismenwirkung und die Orientierung des

ic Prismas werden durch φι und φι bestimmt. Die spezielle Beziehung zwischen den bildseitigen Hauptscheitelbrechwerten und den Eigenwerten sowie die Beziehung zwischen <p\ und φ; und der Prismenwirkung der Linse werden durch die Art des optischen Systems 34

i> bestimmt.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform wird das optische System 34 von einem freigelassenen Raum gebildet. Die Anzeigefläche 26 der Abtastvorrichtung 28 ist lichtempfindlich, wie beispielsweise die Aufnahmefliiehe 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 Zwischenflache 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 v'und/'zu bestimmen;

2) aus den Größen A. B und (Tdie Eigenwerte und die Eigenvektoren der Matrix zu bestimmen:

3) die bildseitigen Hauptscheitelbrechwerte und die J5 Hauptachsen-Orientierung aus den Matrix-Eigenwerten und -Eigenvektoren zu bestimmen: und

4) die Prismenwirkung und die rtisrneriorientierung aus ψι und φ; zu bestimmen.

Wenn μι und μ> die Eigenwerte der Gleichung (3) sind, erhält man für das vorliegende Beispiel die bildseitigen Scheitelbrechwerte durch folgende Beziehung:

Die Größen A, B und C sind dimensionslose Zahlen, weiche den Einfluß der sich aus Testlinse und zwischengeschaltetem optischen System ergebenden kombinierten Brechkräfte beschreiben. Die Größen <p\ und φ₂ beschreiben die Querverschiebung der gebrochenen Strahlen, die auf die Prismenwirkung der Testlinse zurückzuführen sind. Die Beziehung (1) stellt eine allgemeine lineare Transformation dar, die bequemerweise durch folgende Matrixdarstellung wiedergegeben werden kann:

Di; Winkel-Orientierung der Hauptachsen von der Linse im .^System ergeben sich durch die Beziehung:

-1 (- ^c λ
y, = tan V. Β-μ,/,

K = _Yl +90°.

Wenn xf undy für jedes der drei feststellbaren Wertepaare von χ und y gemessen wird, erhält man sechs Gleichungen für die fünf Unbekannten A, B, C, <p\ und P₁. Eine derartige Messung ermöglicht somit die Bestimmung dieser Größen.

Die Eigenwerte der Matrix sind:

Die Größe des Prismenwirkung ergibt sich durch folgende Beziehung:

_A_

loo

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

Φ = tan

F i g. 3 zeigt ein bevorzugtes Beispiel von einer Maske 18', die sich zur Verwendung in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung eignet. Die Maske

ι, 18' besteht aus einem undurchsichtigen Material und

K enthält vier kleine öffnungen 36, 38, 40 und 42. Die vier ^r>

■0 Öffnungen sind in einer exakt quadratischen Anordnung

>■< angebracht.

'■( Solange keine Testlinse 12 in die Vorrichtung von

'j F i g. I eingebracht ist, schneiden die durch die

J'5 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 Bezie-.] hungen für A. B und C aus den gemessenen

Einfallspunkten der durch die Linse gebrochenen ,ft Strahlen auf der Anzeigefläche 26 muß man wissen,

% weiche der öffnungen in der Maske 18 den jeweiligen

.^J Einfallspunkt hervorruft. Wenn die in F i g. 3 dargestell-

".] te Maske 18' verwendet und ein Strahlenbündel aus

v| parallelem Licht durch die Maske aus der Sicht der -J"

;| Zeichnung von rechts nach links hindurchgeschickt

-Jj wird, erhält man ein Muster auf dem die Anzeigefläche

\i 26 enthaltenden Bildschirm, das dem in F i g. 4

'■;l dargestellten Quadrat entspricht. Dieses Quadrat wird

von der linken oberen Seite aus gerechnet bei einem -·

Fortschreiten im Uhrzeigersinn durch die Ecken 40i,42i. M 38i und 36| begrenzt. Es gibi grundsätzlich vier

|| unterschiedliche Reihenfolgen, welche die Einfallspunk-

|i te auf der Anzeigefiäche 26 nach einer Brechung durch

jf die Linse einnehmen können. Die jeweilige Reihenfolge >"

M hängt von der Stellung der Anzeigefiäche 26 zu den

reellen »Brennpunkten« ab, welche die Testlinse 12

*! erzeugt, wenn sie in das System eingesetzt wird. Wenn

Jp zwischen der Maske und der Anzeigefläche 26 kein

reeller »Brennpunkt« liegt — unter »Brennpunkt« ist '">

S hiermit entweder tatsächlich ein Punkt oder eine

g Gerade zu verstehen —. erhält man bei abermaliger

Ablesung im Uhrzeigersinn eine Reihenfolge für die durch eine Brechung an der Linse beeinflußten Einfallspunkte, welche durch 40„ 42„ 38, und 36, "' wiedergegeben werden kann. Man erhält somit in diesem Fall die gleiche Reihenfolge, wie sie die Löcher in der Maske aufweisen. Falls dagegen ein einziger linienförmiger »Brennpunkt«, der parallel zur v-Achse verläuft, zwischen der Maske und der Anzeigefläche 26 ⁴' liegt, ergibt sich eine Reihenfolge von 36,. 38,, 42, und 40,: ein einziger linienförmiger »Brennpunkt«, der parallel zur v-Achse verläuft und zwischen der Maske und der Anzeigefläche 26 liegt, liefert dagegen die Reihenfolge 42,. 40,. 36, und 38,. Wenn ein einziger ⁵⁽¹ 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 erhalten. Die bevorzugte Reihenfolge der nach der Brechung an der Linse erhaltenen Punkte ist somit 40,. 42„ 38, und 36,. d. h. die gleiche wie in der Maske. Diese erwünschte Reihenfolge wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch sichergestellt, daß man den Abstand von dem bildseitigen Scheitel 22 der Testlinse 12 zu der Anzeigefiäche 26, d.h. die Strecke (d+ D), kleiner wählt a!s die kürzeste büdseitige * ■ Brennweite von jeglicher Linse, die mit der Verrichtung geprüft werden soll.

Fig.4 zeigt des weiteren, daß die von der Linse gebrochenen Strahlen auf der Anzeigefläche 26 ein Parallelogramm 4Ο2. 422, 382 und 362 bilden, dessen Ecken die gleiche Reihenfolge aufweisen, wie das ursprüngliche, nicht durch eine Brechung beeinflußte Muster. Wenn die Testlinse lediglich eine sphärisch«. Korrektion bewirken soll, liefern die von ihr gebrochenen Strahlen als Muster abermals ein Quadrat. Dieses Quadrat verläuft zentrisch zu demjenigen, das man erhält, wenn die durch die Maske hindurchtretenden Strahlen nicht gebrochen werden. Wenn die Linse die Korrektur eines Zylinders bewirken soll, erhält man als Muster ein Parallelogramm, das ebenfalls zentrisch zu dem quadratischen Muster verläuft, welches man erhält, wenn die durch die Maske hindurchtretenden Strahlen nicht gebrochen werden. Wenn die Testlinse eine Prismenwirkung enthält, wird das gesamte Muster seitlich gegenüber dem Muster verschoben, das sich ergibt, wenn die durch die Maske hindurchgetretenen Strahlen iiiclii gebrochen werden. Diese Verschiebung ist in F i g. 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 ausgesandtc Strahlenbündel kann ein Kollimator eingesetzt sein, der dafür sorgt, daß das Strahlenbündel genau parallel verläuft.

Zwischen dem Laser 46 und der Testlinse 12 ist »"ine 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 paraHelen 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 Be-gungsordnungen ausgeblendet werden. Wenn in die Vorrichtung keine Testlinse eingesetzt ist, findet man in der Anzeigefläche 26 — wie in Fig. 6 dargestellt — ein nicht von der Brechung beeinflußtes Kreuz 54. Wenn dagegen eine Testlinse. die im dargestellten Fall 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 Ausführungsform weist gegenüber der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform bestimmte Vorteile auf. Wenn die Strahlen vor ihrer Brechung durch die Testlinse 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 Anzeigefiäche 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 F i g. 5 im Vergleich zu derjenigen von F i g. 1 eine erheblich größere Anzahl von Einfallspunkten ausgewählter Strahlen in der Anzeigefiäche auftritt. Dies hat

den Vorteil, duIl 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 F i g. 5 würde man daher entweder eine erheblich größere Rechenzeit benötigen oder einen Elektronenrechner 30. der die notwendigen Berechnungen mit einer erheblich größeren Geschwindigkeit durchführen 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 werden, 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 Linscnprüfgeräie ihre Messungen in diesem zentralen Bereich der Linsen vornehmen und daß bei einer Beiecnnung der charakteristischen Brechwerte über die gesamte Linsenoberfläche Abweichungen von den jeweiligen Werten auftreten, die man bei einer Messung in dieseir mittleren Bereich erhält. Da die mit der erfindungsgcmäßen 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse, 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 dem 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 parallelen Lichtes 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 Betrag und Richtung festgestellt wird. und daß aus diesen Verschiebungen die charakteristischen Brechkräfte der Linse ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest drei Strahlen aus dem Strahlenbündel des parallelen Lichtes so herausge- )o griffen werde.., daß sie nicht in einer Ebene liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse in das Strahlenbündel des parallelen Lichtes an einer Stelle eingebracht wird, die vor dem Bereich liegt, an dem die Auswahl i~> 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 bildscitige Brennweite der Linse. -to

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 Brechkräf- ⁴"j ten 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 ">" Mittelpunktes de.; Brillenglases ausgewählt werden.

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. ~^>:>

S. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der charakteristischen Brechkräfte einer Linse nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Lichtquelle, von der ein Strahlenbündel aus parallelem Licht parallel zur optischen Achse ^Df) 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 gekennzeichnet, ·" 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 Anzei-. gefläche (26) orthogonal zur optischen Achse (16) in einem vorbestimmten Abstand hinter der Linse (12) derart angebracht ist, daß die ausgewählter*, gebrochenen Strahlen (24) auf diese auffallen, und daß die Anzeigefläche (26) mit einem Koordinatensystem (x'_t y) versehen ist, mit dessen Hilfe die Verschiebungen nach Betrag und Richtung festgestellt werden können, weiche sich zwischen den Einfallspunkten der ausgewählten, an der Linse gebrochenen Strahlen (24) und den Einfallspunkten auf der Anzeigefläche (26) ergeben, weiche 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.

50. Vorrichtung nach Anspruch 3, 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 ais 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, daß die Maske (18') vier Öffnungen (36, 38, 40, 42) enthält, die in Form eines Quadrates angeordnet sind (F i g. 3).

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einritnumg (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 d-ent, die Baulänge der Vorrichtung einzustellen.

15. Vorrichtung 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 Lichtquelleeinen Laser (46) enthält.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein He-Ne-Laser ist und daß die Lichtquelle eine Kollimatorlinse enthält, die in dem von dem He-Ne-Laser ausgehenden Strahlenbündel angebracht ist und dazu dient= ein genau parallel ausgerichtetes Strahlenbündel zu erzeugen.