DE2829312C2

DE2829312C2 - Linsenmeßgerät und Verfahren zum Messen der Ablenkung eines zu untersuchenden optischen Systems

Info

Publication number: DE2829312C2
Application number: DE2829312A
Authority: DE
Inventors: William Edwin San Leandro Calif. Humphrey
Original assignee: HUMPHREY INSTRUMENTS Inc 94577 SAN LEANDRO CALIF US; Humphrey Instruments Inc
Current assignee: Allergan Humphrey
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1983-01-13
Also published as: JPS6333090B2; JPS5414757A; DE2829312A1; US4180325A

Description

Die Erfindung betrifft ein Linsenmeßgerät sowie ein Verfahren zum Messen der Ablenkung eines zu untersuchenden optischen Systems gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 15.

Bei herkömmlichen Linsenmeßgerätin wird üblicherweise ein sogenannter »Zielsumpf« bzw. »target mire« Verwendet. Üblicherweise wird das zu untersuchende optische System vorzugsweise am Hauptbezugspunkt des zu untersuchenden optischen Systems in das Linsenmeßgerät eingesetzt. Die Abbildung eines »target mire« erfolgt durch einen sehr kleinen Bereich des zu untersuchenden optischen Systems wiederum vorzugsweise am Hauptbezugspunkt. Bei der Messung wire! der »target mire« von Hand gedreht, um entweder bezüglich eines Maximums oder eines Minimums der Meridianbrechkraft in dem zu untersuchenden optischen Systems ausgerichtet zu werden. Die Drehausrichtung des Linsenmeßgerätes auf eine zu untersuchsnde astigmatische Achse des zu untersuchenden optisehen Systems wird also dadurch erreicht. Wenn der »target mire« ausgerichtet ist, und die Geraden im Bild in einer maximalen Helligkeit bzw. Klarheit (beispielsweise auf ein Maximum der Meridianbrechkraft) fokussiert werden, wird eine erste Aufnahme bzw.

ίο Ablesung durchgeführt. Danach wird eine Standardlinse bewegt bzw. verschoben, um einen Brennpunkt mit einer zweiten und unterschiedlichen Gruppe von Geraden im »target mire«-BiId (beispielsweise auf das Minimum der Meridianbrechkraft) zu erzeugen. Dann wird eine zweite Aufnahme bzw. eine zweite Ablesung vorgenommen. Durch Notieren einer Ablesung bzw. Korrektur als Sphäre, durch Notieren der Differenz zwischen den Ablesungen als Zylinder, und der Notierung der Ausrichtung der »target mire« im Maximum oder Minimum als Achse kann eine herkömmliche Messung der bivchkraft eines zu untersuchenden optischen Systems ninsichtlich der Sphärenbrechkraft, der Zylinderbrechkraft und der Ausrichtung des Zylinders vorgenommen werden.

Dieses herkömmliche Verfahren weist jedoch Nachteile auf. Erstens muß ein Element im Linsenmeßgerät in Obereinstimmung mit einer Hauptachse eines zu untersuchenden optischen Systems gedreht werden. Zweitens sind derartige Linsen.neßgeräte für den automatischen Betrieb nicht geeignet; ein Gerät, das die Verschreibungswerte für zwei Brillengläser automatisch feststellt, kann nicht ohne Schwierigkeiten für alle Vorgänge bzw. um alle Funktionsweisen abzudecken, hergestellt werden. Und drittens, wenn der »target mire« zum Fokussieren bei maximaler meridianer Brechkraft gedreht wird, werden Teile des »target mire«-Bildes für die kleinste meridiane Brechkraft abgedunkelt Wenn umgekehrt der »target mire« für die kleinste meridiane Brechkraft fokussiert ist. ist der Bereich des »target mire«-Bildes für die größte rr-iridiane Brechkraft abgedunkelt. Darüber hinaus sind diese herkömmlichen Linsenmeßgeräte nur bei einem kleinen Linsensegment wirkungsvoll, bei dem der Prismenfehler bzw. die Pnsmenablenkung klein ist. Die Gleichförmigkeit der gesamten Linse kann normalerweise nur mit vielen Wiederholungen des Untersuchungsverfahrens analysiert werden. Wenn Linsen bewegt werden, um andere Punkte ihrer Linsenfläche zu untersuchen, muß der gesamte Meßvorgang wiederholt werden, wobei üblicherweise die kompensierende PrismenbrechkraH von Hand addiert wird.

Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß die herkömmlichen Linsenmeßgeräte mit einem Faktor fehlerhaft arbeiten, der direkt proportional einem Fehler im Auge der Bedienungsperson des Linstnmeßgeräts ist. Es wurde nämlich festgestellt, daß die astigmatischen Fehler sich vektoriell addieren können. Wenn eine Bedienungsperson mit einem astigmatischen Fehler durch „'in herkömmliches Linsenmeßgerät schaut, kann die Ablesung an dem zu untersuchenden optischen System um einen Faktor falsch sein, der von dem der Bedienungsperson eigenen Astigmatismus abhängt. Auch eine sphärische Korrektur bzw. ein sphärischer Fehler der Bedienungsperson kann die Ablesungen ändern. Ein derartiger Fehler nimmt mil zunehmender Brechkraft eines normalerweise fest an so einem Linsenmeßgerät befestigten und diesem zugeordneten Teleskop ab. Bei herkömmlichen Linsenmeßgerä-

ten kann ein solcher Fehler oft in die Analyse bzw. in die Untersuchung eines zu untersuchenden optischen Systems eingehen.

Von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde bereits ein Verfahren und ein Gerät für die Untersuchung bzw. Feststellung des Astigmatismus und sphärischer Fehler des Auges entwickelt, das in der US-PS 39 47 097 beschrieben ist. Was die Untersuchung von Linsen betrifft, ist dieses Verfahren bzw. dieses Gerät in zweierlei Hinsicht kompliziert. Erstens akkomodiert das Auge beim Sehen eines entfernten Objektes sphärisch oder es »läuft nach«. Dieses »Nachlaufen« des Auges für ein Bild bzw. für eine Abbildung auf der Netzhautebene führt dazu, daß das aus der genannten US-Patentschrift bekannte Verfahren für Linsenmessungen generell nicht zufriedenstellend ist.

Zweitens erfordert das zuvor angegebene Verfahren und Gerät entweder sich relativ bewegende Kreuzzylinder oder speziell gestaltete Linsen, insbesondere für die Messung des Astigmatismus. Insbesondere werden solche relativ sich bewegende spezielle Linsen verwendet, die in der US-PS 37 51 138 beschrieben sind und auf den Erfinder der vorliegenden Erfindung zurückgeht. Wenn diese Linsen verwendet werden, muß eine Translation der Elemente für das angegebene Verfahren auftreten.

Es hat sich also gezeigt, daß durch Verwenden von Kreuzzylindern Astigmatismus in den Elementen von Kreuzzylindern beschrieben werden kann, wobei die Kreuzzylinderachsen vorzugsweise einen Winkel von 45°C miteinander einschließen. Wenn dies der Fall ist. können die sich ergebenden Komponenten des Astigmatismus vektoriell addiert werden. Bis jetzt wurden bei all diesen Verfahren entweder sich relativ bewegende Kreuzzylinder für die Messung oder spezielle Linsenelemente, beispielsweise die zuvor beschriebenen Linseneiemente verwendet. Während die astigmatische Messung vorgenommen werden kann, die unabhängig von der Sphäre ist, so sind Geräte, die relativ sich bewegende spezielle optische Systeme beinhalten, komplex und aufwendig.

Schließlich sind Geräte zur Messung der Lichtstrahlstreuung bekannt, bei denen sich drehende Scheiben verwendet werden. Diese Geräte oder Einrichtungen besaßen jedoch eine radiale Grenze. Die Messung der Winkeländerung vom Rotationsmittelpunkt der Scheibe ist zwar möglich, es konnten jedoch nicht Änderungen oder Schwankungen des Abstandes vom Drehmittelpunkt der Scheibe aus oder zum Drehmittelpunkt der Scheibe hin ermittelt werden (vgl. die US-PS 38 80 525. Spalte 2. Zeilen 9-36).

Die vorliegende Erfindung geht von der sogenannten Hartmann'schen Methode (Zeitschrift für Instrumentenkunde 24. 1, 33, 97 (1904) oder Franke »Lexikon der Physik«, Stuttgart Seite 542) aus. Bei der Hartmannschen Methode handelt es sich um ein Verfahren zur Linsen vermessung, bei dem wenigstens drei voneinander heabstandete, diskrete Strahlen durch das zu untersuchende optische System, beispielsweise eine Linse, geschickt werden, die auf wenigstens einen Lichtdetektor fallen. Mittels der drei durch das zu untersuchende optische System abgelenkten Strahlen können Abbildungsfehler des optischen Systems festgestellt werden (Die Hartmann'sche Methode wird nachfolgend in Zusammenhang mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele nochmals im einzelnen erläutert).

Ausgehend von einem derartigen Verfahren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Linsenmeßgerät zu schaffen bzw. ein Linsenmeßverfahren anzugeben, mit dem auf einfache Weise die verschiedensten Linsenfehler automatisch und sehr genau bestimmt werden können, ohne daß Ablese- oder Meßfehler durch eine Bedienungsperson auftreten können, ohne daß das zu untersuchende optische System genau ausgerichtet oder zugeordnet werden bzw. hinsichtlich eines optimalen Fokus bzw. einer bestimmten Achse verschoben und justiert werden muß, wobei mit einem solchen Verfahren eine Vielzahl unterschiedlicher optischer Systeme, insbesondere auch mit unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit ausgemessen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. 15 angegebenen Merkmalen bzw. Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran-Sprüchen angegeben, fviit dem erfindungsgemäBen Grenzortkurvenelement ist eine automatische und von individuellen Fehlern der Bedienungsperson freie Ausmessung unterschiedlichster optischer Systeme, insbesondere auch mit unterschiedlichsten Lichtdurchlässigkeiten möglich.

Die einzelnen Lichtstrahlen können bei dem erfindungsgemäßen Linsenmeßgerät bzw. Linsenmeßverfahren gleichzeitig, also nicht getrennt nacheinander gemessen, und automatisch ausgewertet werden. Es läßt sich daher eine algebraische Addition sehr schnell beispielsweise mit Rechnern durchführen, um die Strahlenwinkellage bezüglich der Linsensphäre, des Zylinders und der dazugehörigen Zylinderachsen zu messen bzw. zu erhalten und damit die verschiedenen Linsenfehler zu ermitteln. Mit dem erfindungsgemäßen Gerät bzw. Verfahren ist die Bestimmung der Linsenfehler mit sehr großer Genauigkeit möglich.

Aus der US-PS 38 70 415 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Ausmessung von Linsensystemen bekannt, bei dem ein Lichtstrahl auf einen sich drehenden Spiegel fällt. In Abhängigkeit von der Sphäre, dem Zylinder und der Achse des zu untersuchenden Linsensystems wird der Lichtstrahl abgelenkt und ein elliptisches Lichtmuster erzeugt. Ein regelmäßig Aufteilungen aufweisender Zerhacker zerhackt die Lichtellipse zur Ausmessung derselben in eine Reihe aufeinanderfolgender Lichtzählimpulse für den Photodetektor, wurde die Haupt- und Nebenachse der Ellipse bestimmt wird, mit denen dann die Zylinder-Achse und die Abmessungen der Ellipse zur Messung der Sphäre und der Zylinderbrechkraft erhalten wird. Mit dem bekannten Verfahren bzw. mit der bekannten Vorrichtung ist die Durchführung der Hartmann-Methode nicht möglich, bei der die Lichtablenkung an drei voneinander beabstandeten Punkten des zu untersuchenden Linsensystems gemessen werden muß. Es ist mit dem bekannten Verfahren auch nicht möglich, die jeweiligen Ablenkungen der Lichtstrahlen in Relation zu den Auftreffpunkten zu setzen, an denen das Licht auf das zu untersuchende Linsensystem auffällt, wie dies bei der Hartmann-Methode der Fall ist.

Aus der US-PS 29 97 699 ist ein System bekannt, bei dem mittels einer in halbkreisförmige Abschnitte aufgeteilten Scheibe, sie sich dreht, die Winkellage und der radiale Abstand einer Strahlungsquelle vom Scheibemnitteipunkt bestimmt wird. Mit diesem bekannten System ist es nicht möglich, ein Linsensystem hinsichtlich seiner Linsenfehler zu vermessen oder dies

gar mit der Hartmann-Methode, also mittels mehrerer Strahlen durchzuführen, wobei die Ablenkung der einzelnen Strahlen mit dem Auftreffpunkt der Strahlen auf das Linsensystem in Beziehung gesetzt werden sollen. Darüber hinaus ist auch die sich drehende Scheibe hinsichtlich ihrer durchlässigen und undurchlässigen Abschnitte anders ausgebildet. Abgesehen von der Tatsche, daß sich mit dem bekannten System die Lage nur eines Strahls, nicht aber mehrerer Strahlen, eindeutig ermitteln läßt, sind bei der sich drehenden Scheibe notwendigerweise drei unterschiedliche Bereiche, nämlich ein gut lichtdurchlässiger, ein schlecht lichtdurchlässiger und ein hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit dazwischenliegender Bereich erforderlich.

In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Linsenmeßgerät, bei dem ein Lichtstrahl abgelenkt wird, wird eine automatische Ablese- bzw. Meßwertgewinnungseinrichtung bzw. ein entsprechendes Verfahren für ein Linsenmeßgerät beschrieben. Bei einem solchen Linsenmeßgerät, bei dem der Lichtstrahl abgelenkt wird, gelangt der von einer Lichtquelle kommende Lichtstrahl durch ein zu untersuchendes optisches System und wird durch dieses auf einen abgelenkten Lichtweg abgelenkt. Die Messung des abgelenkten Lichtweges innerhalb eines vorgegebenen Zerstreuungsbereichs ergibt die verschiedenen Brechkräfte des zu untersuchenden optischen Systems in Sphäre, Zylinder, Zylinderachse und Prisma. Bei der vorliegenden Erfindung sind Einrichtungen zur Messung der abgelenkten Lichtwege vorgesehen. Eine bewegliche bzw. in ihrer Lage veränderliche Grenzortkurve bzw. ein bewegliches bzw. sich bewegendes Grenzortkurvenelement mit Grenzen bzw. Kanten oder Übergängen unterschiedlicher Form ist so angeordnet, daß sie bzw. es den abgelenkten Strahl in einer bekannten Ebene innerhalb des Zerstreuungsbereichs in einem Abstand von dem zu untersuchenden optischen System schneidet und diesen abgelenkten Strahl abdunkelt bzw. abschattet. Die bewegliche Grenzortkurve bzw. das bewegliche Grenzortkurvenelement ist so angeordnet, daß sich die Grenzortkurve entlang eines vorgegebenen Weges mit einer bestimmten Geschwindigkeit in der bekannten Ebene bewegt. Das Grenzortkurvenelement besitzt einen ersten, im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereich, einen zweiten, im wesentlichen lichtundurchlässigen Bereich und wenigstens zwei Grenzen zwischen dem lichtundurchlässigen und dem lichtdurchlässigen Bereich. Jede der beiden Grenzen definiert einen einzigen, eindeutigen Schnittpunkt innerhalb des Zerstreuungsbereichs für jede Lage des Strahls und überstreicht den vorgegebenen Zerstreuungsbereich mit unterschiedlichen Winkellagen bezüglich des vorgegebenen Wegs der beweglichen Grenzortkurve. Der Strahl wird nach Verlassen des beweglichen Grenzortkurvenelements wieder auf einen lichtempfindlichen Detektor abgebildet Durch Messen der Lage der sich beweglichen Grenzortkurve dann, wenn die bewegliche Grenzortkurve den Strahl für zwei dieser Grenzen abschattet, kann die Größe der Strahlzerstreuung gemessen und daraus die Vermessung des optischen Systems abgeleitet werden. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden vier Grenzen verwendet und der Detektor ist mit einer Schaltungsanordnung ausgerüstet die die beiden Detektorzustände bei Abschattungen mittelt Auf diese Weise können Linsensysteme mit unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit mit sehr großer Genauigkeit ausgemessen werden. Die Erfindung schafft also ein Gerät zum Messen der Ablenkung, die durch die Brechung eines durch ein zu untersuchendes optisches System hindurchgehenden Strahles hervorgerufen wird. Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist eine bewegliche Grenzortkurve bzw. ein bewegliches Grenzortkurvenelement so angebracht, daß es den abgelenkten Strahl in einer bekannten Ebene, die einen Bereich der Strahlzerstreuung überdeckt, schneidet und abschattet bzw. abdunkelt. Die bekannte Ebene befindet sich in einer vorgegebenen Entfernung von dem zu untersuchenden optischen System. Das bewegliche Grenzortkurvenelement bzw. die bewegliche Grenzoi ikurve bewegt sich entlang eines vorgegebenen Weges mit einer Geschwindigkeit innerhalb der bekannten Ebene. Das Grenzortkurvenelement besitzt einen ersten im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereich, einen zweiten im wesentlichen lichtundurchlässigen Bereich und wenigstens zwei Grenzen zwischen dem lichtundurchlässigen und dem lichtdurchlässigen Bereich. |ede dieser Grenzen besitzt Kanten oder Formen unterschiedlicher Ausgestaltung bzw. unterschiedlichen Verlaufs. Jede der beiden Grenzen überstreicht den vorgegebenen Zerstreuungsbereich an unterschiedlichen Winkellagen, um einen einzigen, eindeutigen Schnittpunkt innerhalb des Zer-Streuungsbereiches für jede Lage des Strahls bezüglich des Wegverlaufs der beweglichen Grenzortkurve festzulegen. Durch Fokussieren des Strahls auf einen Detektor, Messen des Zeitpunkts der Grenzabschattung und der genauen Lage der beweglichen Grenzortkurve, kann die winkelmäßige Zerstreuung des Strahls leicht bestimmt werden.

Einer der Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens und Gerätes besteht darin, daß die Ablesung bzw. Meßwertgewinnung über die winkelmäßige Lichtstrahlablenkung praktisch sofort zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Ablesung bzw. die Meßwertgewinnung nicht von dem sogenannten »Nachlaufen« oder »hunting« beeinflußt wird. Das optische System erfordert keine Anzeigeneinrichtungen oder Anzeigen-Angaben, um zum optimalen Fokus hin oder von ihm weg verschoben zu werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht die Lage der Lichtstrahlzerstreuung in Relation zur Zeit. Die Geschwindigkeit der Grenzortkurve wird im wesentlichen konstant gehalten. Durch eine Zeitsteuerung bzw. zeitliche Einteilung der Intervalle bei den Detektorsignalen sind die Lagen der beweglichen Grenzortkurve bekannt und die Zerstreuung des Strahls kann als Funktion der Zeit ermittelt werden.

Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt insbesondere darin, daß dann, wenn die Lichtstrahlzerstreuung als Funktion der Zeit einmal ermittelt worden ist diese dann auf einfache Weise gemessen, von einem Rechner analysiert und entsprechend verarbeitet werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Grenzortkurve in einem breiten Lagebereich in einem Lichtweg angeordnet werden kann. Beispielsweise kann man die Abschattung eines parallelgerichteten Strahles vornehmen. Es ist auch möglich, einen divergierenden oder konvergierenden Lichtstrahl abzuschatten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gerät so ausgebildet daß es gleichzeitig die Zerstreuung mehrerer Lichtstrahlen feststellen und messen kann, die durch ein zu untersuchendes optisches System hindurchgehen. Bei einer derartigen erfindungs-

gemäßen Ausführungsform gehen mehrere Lichtstrahlen durch das zu untersuchende optische System '■ < hindurch und werden dann von dem beweglichen

■^: Grenzortkurvenelement abgeschattet bzw. abgedun-

'■■; kelt. Diese Lichtstrahlen werden danach sofort nach

dem Durchgang durch das bewegliche Grenzortkurven- : clement auf einzelne Detektoren fokussiert, wobei für

^; jeden Lichtstrahl ein Detektor vorgesehen ist. Durch

; Fokussieren jedes Lichtstrahls auf seinen jeweiligen

; Detektor kann die Ablenkung mehrerer Lichtstrahlen

mit dem erfindungsgemäßen Gerät nach dieser Ausführungsform gemessen werden.

Ein Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht darin, daß die Zerstreuung eines ^ Lichtstrahls optisch nicht die Zerstreuung der übrigen

' Lichtstrahlen stört. Beispielsweise können vier diskrete

V Lichtstrahlen durch das bewegliche Grenzortkurvenele-

ί ment hinsichtlich der Abschattung an derselben Stelle

festgestellt werden, und dann gelangen diese diskreten Lichtstrahlen zu ihren jeweiligen, diskreten Detektoren. Es ist also nicht erforderlich, getrennte hintereinander kommende Lichtstrahlen getrennt und nacheinander zu verwenden.

Ein v/eiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe von allgemeinen Parametern eines sich drehenden, beweglichen Grenzortkurvenelements. das die Zerstreuung eines Strahls innerhalb einer Ebene in zwei Dimensionen messen kann. Wenn die Ebene ein sich drehendes bewegliches Grenzortkurvenelement mit im wesentlichen lichtundurchlässigen und im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereichen und wenigstens zwei dazwischenliegende Grenzen umfaßt, so sollten die Grenzen die Beziehung aufweisen, daß άθ/dr einer Grenze algebraisch größer als der Wert dB/dr für die andere Grenze ist (Θ ist der Winkel und r ist der Radius). Beide Beziehungen sollten für irgendeiner. Wert von r (Radius) bei dem erwarteten Zerstreuungsbereich gelten. Vorteilhaft, jedoch nicht erforderlich ist es. daß das Vorzeichen von (^T')/dr sich nicht ändert.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe von allgemeinen Parametern eines sich in Translation bewegenden beweglichen Grenzortkurvenelcmentes, das die zweidimensionalen Zerstreuungen eines Lichtstrahls innerhalb einer Ebene messen kann. Wenn die Ebene ein Grenzortkurvenelement mit Translationsbewegung aufweist, das sich in der X-Richtung eines karthesischen Koordinatensystems bewegt, einen im wesentlichen lichtundurchlässigen Bereich, einen im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereich und wenigstens zwei dazwischenliegende Grenzen aufweist, sollten die Grenzen der Beziehung, daß dx/dy einer Grenze algebraisch größer als der Wert dx/dy der anderen Grenze ist, genügen. Beide Beziehungen sollten für irgendeinen Wert von y innerhalb des erwarteten Zerstreuungsbereichs erfüllt sein. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht erforderlich, daß sich das Vorzeichen von dx/dy nicht ändert.

Der Vorteil gemäß dieser Ausführungsform besteht darin, daß das beschriebene Meßgerät mit dem herkömmlichen optischen System nach der Hartmann-Methode verwendet werden kann. Durch Messen der Strahlenzerstreuung an der sich bewegenden Grenzortkurve kann die automatische Ablesung bzw. Datengewinnung auf einfache Weise aus dem optischen System gemäß dem Hartmann-Verfahren erhalten werden.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung besitzt die bewegliche Grenzortkurve bzw. das bewegliche Grenzortkurvenelement Kanten bzw. Grenzen mit stark unterschiedlicher Form. Bei diesem erfindungsgemäßen Merkmal dreht sich das Grenzortkurvenelement um eine Achse. Das sich drehende Grenzortkurvenelement besitzt einen im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereich, einen im wesentlichen lichtundurchlässigen Bereich und zwei dazwischenliegende Grenzen. Eine Grenze ist entsprechend der allgemeinen mathematischen Formel R = kB

to und die andere Grenze ist entsprechend der allgemeinen mathematischen Formel R k& ausgelegt. Durch

Messen einer Abschattung an jeder Grenze kann die Linsenausniessung vorgenommen werden.

Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht insbesondere darin, daß sich das bewegliche Grenzortkurvenelement mit konstanter Drehzahl drehen kann. Dadurch kann eine relativ einfache Bewegung des sich bewegenden Grenzortkurvenelements bzw. der sich bewegenden Gren/.UI ikui ve en ciCüi VVCTuCH.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die bewegliche Grenzortkurve bzw. das bewegliche Grenzortkurvenelement für eine Vielzahl von optischen Lösungen ausgestaltet sein kann. Bei Verwendung von vier Grenzen können mehrere Abschattungen mit einer entsprechenden Anzahl an Messungen der Lichtstrahlablenkung vorgenommen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein bewegliches Grenzortkurvenelement verwendet, das insbesondere auch zur Ausmessung von zu untersuchenden optischen Systemen geeignet ist, die eine unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit aufweisen. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das bewegliche Grenzortkurvenelement mit vier Grenzen versehen. Zwei Grenzen sind entsprechend der Gleichung R= kB und die anderen beiden Grenzen sind entsprechend der Gleichung R= -kB ausgelegt. Diese Grenzen sind drehlagemäßig so ausgerichtet, daß die im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereiche des Grenzortkurvenelements für die Hälfte der Zeit Licht zu den Detektoren durchlassen und Licht während ύτ anderen Hälfte der Zeit nicht zu den Detektoren durchlassen. Indem eine integrierte Schaltungsanordnung mit dem Detektor verbunden wird und die festzustellende Abschattung daduch verursacht wird, daß das gemittelte Licht durchgelassen wird, dessen gemessener Wert über wenigstens einen vollen Zyklus der Drehung des Grenzortkurvenelements integriert wird, erhält man einen sehr empfindlichen Detektor mit gleichförmigem Ausgangssignal über einen weiten Bereich der Abschattungen des zu untersuchenden optischen Systems.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß diese Ausführungsform insbesondere zur Ausmessung aller Arten von zu untersuchenden optischen Systemen mit unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit geeignet ist. Beispielsweise sind gemäß dieser Ausführungsform Linsen- bzw. Brillengläser mit entweder konstanter oder veränderlicher Tönung leicht auszumessen. Diese Messung vor zu untersuchenden optischen Systemen mit unterschiedlicher Urindurch lässigkeit kann auf einfache Weise ausgeführt werden, ohne daß die Intensität des zu messenden bzw. messenden Lichtstrahls verändert werden muß. Darüber hinaus ist die Kalibrierung auf die »getönten« bzw. »schattierten« Linsen automatisch. Eine jeweils einzelne Ein- bzw. Verstellung von Hand ist nicht erforderlich.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in der Verwendung einer ertlndungs-

gemäßen Ablese- bzw. Meßwertgewinnungseinrichtung in Kombination mit wenigstens einer dieser unterschiedlichen Aueführungsformen des erfindungsgemäßen Linsenmeßgeräts. Hierbei kann ein Linsenmeßgerät mit einer Lichtquelle verwendet werden, die entweder einen im wesentlichen parallelgerichteten Lichtstrahl, oder einen divergenten oder konvergenten Lichtstrahl benutzt.

Darüber hinaus kann das Verfahren mit der beweglichen Grenzortkurve bzw. mit dem beweglichen Grenzortkurvenelement auch dazu verwendet werden, andere optische MeB- und Untersuchungsverfahren, beispielsweise das optische Meßverfahren gemäß der Hartmann-Methode zu automatisieren. Die Hartmann-Methode ist das experimentelle Äquivalent zu einer optischen Strahlenaufzeichnung bzw. -abtastung (optical ray trace), in der der Ort der Strahlenbündel, die durch einen Bereich von öffnung in der Nähe einer zu untersuchenden Linse hindurchgeht, unter Kenntnis der Bündellagen r.n zwei oder mehreren Ebenen ermittelt werden (eint Ebene ist beispielsweise die Ebene des zu untersuchenden optischen Systems). Bei Anwendung des Verfahrens mit beweglicher Grenzortkurve können diese Lichtbündellagen in einer vorgegebenen Ebene für eine zufällige Anordnung von öffnungen gleichzeitig gemessen werden, wobei jede der Öffnungen auf einen ihr zugeordneten, individuellen Fotoreceptor abgebildet wird. Dadurch besteht nicht die Gefahr, daß die zu messenden Lichtbündel vertauscht bzw. verwechselt werden, da jede Lichtbündelmessung einem einzigen Lichtdetektor zugewiesen bzw. zugeordnet ist. Dies ist im Hinblick auf andere Ausführungsformen (beispielsweise mit fotografischer Aufnahme) der Hartmann-Untersuchungsverfahren vorteilhaft. Bei den herkömmlichen Einrichtungen und Verfahren treten manchmal Unsicherheiten in der Zuordnung und Verwechslungen auf, da nicht sicher ist. welches Bündel gerade hinsichtlich seiner Lage gemessen wird. Insbesondere im Zusammenhang mit den Schwierigkeiten der Ausmessung von Brillenlinsen ermöglicht dieselbe, hier vorliegende mathematische Analyse die Verwendung von Summen oder Differenzen der gemessenen Lagen entsprechender bzw. geeigneter Lichtbündel, die eine Meßebene in einer Anordnung gemäß der Hartmann-Methode queren.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das zu untersuchende optische System nicht in irgendeine spezielle Ausrichtung oder Zuordnung gedreht werden muß. Das zu untersuchende optische System kann vielmehr bezüglich der zu untersuchenden Hauptachsen willkürlich in das Linsenmeßgerät eingesetzt werden.

Die Erfindung weist darüber hinaus auch den Vorteil auf, daä die Änderung der Winkellage des Strahls insbesondere für die automatische Ablesung bzw. für die automatische Meßdatengewinnung geeignet ist Durch Oberführen der automatisch ermittelten Daten - die hier in Polarkoordinaten gezeigt sind - in herkömmliche karthesische Koordinaten, können die Sphäre und der zugehörige Zylinder zusammen mit Winkeln ermittelt werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung Hegt in der Tatsache, daß spezielle Linsen mit kombinierten, verbundenen und komplexen optischen Flächen nicht erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Linsenmeßgerät besitzt in Zusarrticsni^sg mit der Einrichtung zur automatischen Ablesung bzw. Mc£dorr-r<f°winnun£ nur herkömmliche optische Systeme, die einfach .·τ*ί kostengünstig sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Gerät und ein Verfahren zur Ausmessung von zu untersuchend·.;; Linsen angegeben, das ohne große Erfahrung oder Kenntnis von einer wenig erfahrenen Bedienungsperson betrieben bz¹". angewendet werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Linsenmeßgerät wird eine zu untersuchende Linse !ediglich in einem vorgegebenen Sichtweg angeordnet. Nach der Anordnung oder nach dem Anbringen der zu untersuchenden Linse wird die Ausmessung innerhalb sehr kurzer Zeit durchgeführt. Die Verschiebung der Linse bezüglich der Meßöffnungen ermöglicht eine schnelle Messung der Gleichförmigkeit der Linse. Die Verschiebung des zu untersuchenden optischen Systems bewirkt lediglich eine Änderung der Prismen-Meßwerte, da der optische Mittelpunkt des Linsensystems bei uer Ermittlung der Linsengleichförmigkeit verschoben wird.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung liegt darin, daß die optischen Fehler einer Bedienungsperson die Ausmessung des zu untersuchenden optischen Systems nicht beeinflussen bzw. sich nicht zu den Meßwerten des zu untersuchenden optischen Systems addieren. Wenn die Bedienungsperson oder drr Benutzer des Linsenmeßgeräts an der Messung optisch sozusagen teilhat oder teilnimmt, so müssen die individuellen Brechungs-Korrekturen des Benutzers berücksichtigt werden, bzw. seine eigenen, individuellen Fehler gehen in die Messung ein. Dadurch kann das Ergebnis verfälscht werden. Darüber hinaus können die algebraisch sich addierenden Fehler und die Aufzeichnungsfehler des Benutzers bei den herkömmlichen Linsenmeßgeräten durch das erfindungsgemäße Linsenmeßgerät vollständig vermieden werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Linsenmeßgerät angegeben, das den Astigmatismus und Kreuzzylinder ausmißt. Bei dieser Ausführungsform wird die Strahlzerstreuung an der Grenzortkurve in zwei Kreuzzylinderkomponenten aufgespalten. Durch die in. weiteren noch beschriebene logische Schaltung ergibt diese Strahlablenkung sowohl eine Messung der Sphäre als auch des Kreuzzylinders zusammen mit der Messung des zugehörigen Achsenwinkels.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt insbesondere darin, daß diskrete Messungen des Astigmatismus voneinander getrennt sind und die Messungen für eine algebraische Addition geeignet sind.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Tatsache, daß die :-igebraische Addition sehr schnell durch herkömmliche elektronische Schaltungsanordnungen durchgeführt werden kann, um die Strahlenwinkellage bezüglich der Linsensphäre, des Zylinders und der zugehörigen Zylinderachsen zu messen bzw. zu erhalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Vorhandensein von Linsenbrechkräften festgestellt werden kann, die nicht die herkömmlichen sphärischen, zylindrischen und Prismen-Brechkräfte sind. Wenn solche anderen Linsenbrechkräfte festgestellt und lagemäßig srmittelt werden, können Vorkehrungen getroffen werden, um das Vorhandensein anderer Brechkräfte anzuzeigen.

Die Erfindung also eine automatische Ablesung bzw. MeBwertdstengewinnur.g für ein Linsenmeßgerät, bei dem der Licr^trahi 2.bge'>;> Ki >srd, wie aies beispielsweise hei er»- ??artTn^nn-Methcde der Fail ist. Bei solch clr.er.!. insei ^ei^erät mit Lichtstrahkolenkung gelan-

gen ein oder mehrere von einer Lichtquelh kommende Lichtstrahlen durch ein zu untersuchendes optisches System und werden durch dieses auf einen abgelenkten Lichtweg abgelenkt Die Messung des abgelenkten Lichtweges innerhalb eines vorgegebenen Zerstreuungsbereiches steht üblicherweise in Beziehung zu verschiedenen Brechkräften des zu untersuchenden optischen Systems, beispielsweise in Beziehung zur sphärischen. Zylinder-, Zylinderachsen- und Prismenbrechkraft. Die Erfindung schafft also Einrichtungen zum Messen der abgelenkten Lichtwege und umfaßt eine sich bewegende Grenzortkurve bzw. ein sich bewegendes Grenzortkurvenelement mit Rändern bzw. kanten oder Grenzen gänzlich unterschiedlicher Form. Das Grenzortkurvenelement ist so angeordnet, daß es den abgelenkten Strahl in einer bekannten Ebene innerhalb des Zerstreuungsbereichs in einem Abstand von dem zu untersuchenden optischen System schneidet und abdunkelt bzw. abschattet Die bewegliche Grenzortkurve bzw. das bewegliche Grenzortkurvenelement bewegt sich vorteilhafterweise entlang eines vorgegebenen Bewegungsweges innerhalb einer bekannten Ebene mit einer bestimmten Geschwindigkeit Das Grenzortkurvenelement besitzt einen ersten im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereich, einen zweiten, im wesentlichen lichtundurchlässigen Bereich sowie wenigstens zwei zwischen dem lichtdurchlässigen und dem lic'nundurchlässigen Bereich liegenden Grenzen, jeder der beiden Grenzen legt einen einzigen, eindeutigen Schnittpunkt innerhalb des Zerstreuungsbereichs für jede Lage des Strahls fest und überstreicht den vorgewählten Zerstreuungsbereich an unterschiedlichen Winkellagen bezüglich des vorgegebenen Weges des sich bewegenden Grenzortkurvenelements. Nach dem Durchgang des Strahls durch das Grenzortkurvenelement wird er auf einem lichtempfindlichen Detektor abgebildet. Durch Messen der Lag': der beweglichen Grenzortkurve dann, wenn die Grenzortl urve den Strahl mit zwei dieser Grenzen abschauet, kann die Größe der Strahlzerstreuung b/w Ablenkung gemessen und mit der Ausmessung des optischen Systems in Bezug gebracht werden. Der Detektor ist mit einer Schaltungsanordnung versehen, die die beiden bei der Abschattung auftretenden Detektorzustande mittelt. Dadurch können auch Linsensysteme mit unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit gemessen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. la eine schematische optische Darstellung, die ein optisches System für die Hartmann-Methode wiedergibt, das voneinander räumlich beabstandete Lichtstrahlen durch eine zu untersuchende Linse projiziert, wobei die Lichtstrahlen hinsichtlich der Zerstreuung bzw. der Ablenkung oder Auswanderung mit dem erfindungsgemäßen beweglichen Grenzortkurvenelement bzw. der erfindungsgemäßen beweglichen Grenzortkurve gemessen und auf einen Fotodetektor fokussiert werden, und die tatsächliche Strahlzerstreuung bzw. -auswanderung durch die Strahlabschaltung angezeigt oder ermittelt wird, wenn die genaue Drehlage der beweglichen Grenzortkurve bzw. des beweglichen Grenzortkurvenelements bekannt ist,

Fig. Ibeine schematische optische Darstellung einer positiven sphärischen Linse in dem in Fig. la dargestellten Gerät, wobei diese Figur die Zerstreuung bzw. Ab- oder Auslenkung der Lichtstrahlen aufgrund der positiven sphärischen Linse wiedergibt,

Fi g. Ic eine schematische optische Darstellung einer

0° -90°-Kreuzzylinderlinse, die in das optische System des in Fig. la dargestellten Geräts eingesetzt wird, wobei die Zerstreuung, bzw. die Ab- und Auslenkung des Lichtstrahls dargestellt wird, was durch die 90° -Kreuzzylinderlinse verursacht wird,

F i g. Id eine schematische optische Darstellung einer 45° — 135°-Kreuzzylinderlinse in dem optischen System des in F i g. 1 a dargestellten Gerätes, wobei die Zerstreuung bzw. Ab- oder Auslenkung der durch das optische System hindurchgehenden Strahlungen wiedergegeben ist,

Fig.2 das bewegliche Grenzortkurvenelement gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei bevorzugte Ränder oder Kanten unterschiedlicher Form die Grenzen bilden,

Fig.3 einen vergrößerten Ausschnitt des Randbe-

reichs des beweglichen Grenzortkurvenelements, um die einzelnen Markierungsabstände wiederzugeben, die zur Ermittlung der genauen Drehlage des beweglichen

Grenzortkurvenelements vorgesehen sind,

F i g. 4 eine schematischc Darstellung einer zentralen Rechnereinheit die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen, beweglichen Grenzortkurvenelement verwendet wird, wobei die Rechnereinheit die genaue Zersteuerung bzw. Ab- oder Auslenkung eines detekrierten Lichtstrahls in der Ebene des beweglichen Grenzortkurvenelementes ermittelt.

F i g. 5 ein Zeitd-agramm. anhand dem die verschiedenen Abfragen der Winkelintervalle des beweglichen Grenzortkurvenelements erläutert werden,

Fig.6a und 6b Zeitdiagramme in graphischer Darstellung, die die Lichtmittelung gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergeben, um die Lichtabschattung abfühlen zu können, wenn Linsen unterschiedlicher Tönung bei dem erfindungsgemäßen optischen System verwendet werden,

Fig. 7 eine vereinfachte; Schaltungsanordnung für eine Abtastschaltung, um den Zeitpunkt der Abschattung eines Lichtstrahl» zu ermitteln, und F i g. 8 das bewegliche: Grenzortkurvenelement gemäß der vorliegenden Erfindung, das in einem Lichtsystem mit nicht parallelen Lichtstrahlen verwendet wird, wobei die Abschaltungen bei konvergierendem Licht auftreten.

Nachfolgend wird zunächst die Hartmann'sche Methode bzw. eine Anordnung zur Durchführung der Hartmann'schen Methode beschrieben. Es werden Proben von zu untersuchenden Linsen bereitgestellt, so daß die bei der Hartmann'schen Methode verwendeten mathematischen Beziehungen und Formeln verstanden werden können.

Anschließend soll die sich bewegende Grenzortkurve diskutiert werden. Diese Ortskurve wird analysiert.

Danach wird die zugehörige Rechnerschaltung zui.. Feststellen des winkelmäßigen Intervalls der Abschattung bzw. der Verdunklung durch die sich bewegend Grenzortkurve erläutert.

Anschließend wird die Umsetzung bzw. die Überführung des winkelmäßigen Intervalls - was typischerweise in Zeitintervallen ausgedrückt wird - in die herkömmliche Sphären-, Zylinder-, Achsen- und Prismenlinsenbrechkraft beschrieben.

Es wird darauf hingewiesen, daß die sich bewegende Grenzortkurve gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Hartmann'sche Methode beschränkt ist. Anhand von F i g. 8 soll gezeigt werden, daß die Ortskurve auch im Zusammenhang mit konvergierendem oder divergierendem Licht genausogut arbeitet.

Anordnung für die Hartmann'sche Methode

Fi g. la zeigt eine Anordnung für die Hartmann'sche Methode. Diese Anordnung bzw. dieses Verfahren ist Stand der Technik und zum erstenmal von J. Hartmann 1904 in Zeitschrift für Instrumentenkunde, 24,1,33, 97 (1904) veröffentlicht worden. Kurz gesagt ist die Hartmann'sche Methode ein Test zur Feststellung von Abbildungsfehlern, wie etwa die sphärische Aberration, Comafehler, Astigmatismus, Primafehler und dergleichen. Bei diesem Verfahren werden von einer Punktlichtquelle (die üblicherweise an einer unendlich fernen Stelle angeordnet ist) auftreffende Strahlen durch kleine Löcher aufgeteilt Die kleinen Löcher befinden sich üblicherweise in einer Metallscheibe, die nahe der Linse, dem Objektiv oder dem Spiegel, die, das bzw. der untersucht werden soll, angeordnet ist Nachdem die Strahlen von einer Punktlichtquelle auf den zu untersuchenden Spiegel oder die zu untersuchende Linse aufgetroffen oder durch den Spiegel oder die Linse hindurchgegangen sind werden die Strahlen hinsichtlich ihrer Zerstreuung untersucht Es wurden verschiedene Schemata verwendet um eine solche Zerstreuung zu messen. Die Grenzortkurve gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein solches Schema zur Messung der Zerstreuung.

Bei einem Hartmann'schen Untersuchungsverfahren ist eine der geeignetsten Punktlichtquellen ein weit entfernter Stern. Bekanntermaßen können solche entfern tu η Punktlichtquellen künstlich geschaffen werden. Dies wird in dem Buch von Strong, »Concepts of Classical Optics«, W. H. Freeman and Company, San Francisco. 1958, insbesondere anhand von Rg. 16-1 und auf dtn Seiten 351 - 372 beschrieben.

Eine der zahlreichen Möglichkeiten, eine Punktlichtquelle zu simulieren, ist in dem Artikel »A Spot Diagram for Generator Lens Testing« von T. L Williams in Optica Acta. 1968. Band 15. Nr. 6. Seiten 553-566. beschrieben. Der Teil in F i g. 1 a, der mit dem Zusatz »Stand der Technik« versehen ist ist eine Anpassung von F i g. 2 dieses Artikels.

Eine Punktlichtquelle wird in Fig. la durch eine Lichtquelle 14 dargestellt die üblicherweise eine sehr intensive Lichtquelle ist. Um das Licht parallel zu machen, trifft das von der Lichtquelle 14 kommende Licht auf eine Kondensorlinse 15 mit einer plankonvexen Gestalt nach Durchgang durch eine Öffnung 14a und eine Sammellinse 17a auf. Bevor das Licht die Öffnung 14a erreicht, geht es durch eine Metallscheibe 16 mit vier Löchern 1 bis 4 hindurch, die in der Metallplatte in einem genauen winkelmäßigen Abstand von 90° angeordnet sind. Man sieht daß vier diskrete Lichtstrahlen durch die Platte 16 hindurchgehen. Vorzugsweise ist die Platte 16 an der Kondensorlinse 15 angeordnet.

Die Lichtquelle 14 ist üblicherweise mit einer starken elektrischen Filterung versehen und eine Gleichstrom-Lichtquelle, und zwar wegen der Modulation von aus der Lichtquelle austretendem Licht die ein »Rauschen« oder eine unerwünschte Lichtmodulation an den in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Fotodetektoren hervorruft. Wenn eine Abschattung auftritt, könnte ein solches Rauschen eine falsche Anzeige der Abschattung hervorrufen und die Instrumentengenauigkeit stören bzw. verschlechtern.

Das durch die Kondensorlinse 15 und die Maske 16 hindurchgehende Licht wird üblicherweise mit einer Kollimatorlinse 18 parallel gemacht. Bei der Kollimatorlinse 18 gehen die diskreten, parallelen Uchtbündel von den jeweiligen Löchern 1 bis 4 durch das zu untersuchende optische System S hindurch. Vom zu untersuchenden optischen System S gelangen die Strahlen durch die sich bewegende Grenzortkurve L und die FokussrierungsHnse 140 hindurch auf einen Fotodetektor D.

Die Scheibe 16 kann auch anders angeordnet sein. Beispielsweise kann die Scheibe 16 an der Stelle 16' zwischen dem zu untersuchenden optischen System S und der Kondensorlinse 18 angeordnet sein, wie dies strichliniert dargestellt ist

Wie aus F i g. la unmittelbar zu ersehen ist gehen die parallelen Lichtstrahlen von dem Kondensorlinsensy stern durch das zu untersuchende optische System hindurch. Am zu untersuchenden optischen System tritt eine Ablenkung auf. Diese Ablenkung ist eine Funktion der Brechkraft des zu untersuchenden q· tischen Systems.

Bei Vergleich mit der herkömmlichen Hartmannschen Methode zeigt sich, daß die Kondensorlinse 15 und die KolUmatorünse 18 als künstlicher Stern anzusehen sind. Diese Linsen erzeugen ein Licht derart, als ob es von einer unendlich fernen Punktlichtquelle.

beispielsweise einen Stern, kommt

Zuvor wurde ein einfache optische Anordnung erläutert die erforderlich ist. um Teststrahlen, die durch eine zu untersuchende Linse 5 hindurchgehen, zu erzeugen. Der Einfluß, den die zu untersuchende Linse S auf solche Lichtstrahlen ausübt soll nachfolgend in einfacher Weise erläutert werden.

In F i g. Ib ist das zu untersuchende optische System S als sphärische Linse 51 dargestellt Bekanntermaßen lenkt eine sphärische Linse 51 das Licht nach innen ab.

Dies ist in F i g. 1 b in bezug auf ein karthesisches Koordinatensystem dargestellt Wenn man eine solche Ablenkung in einer algebraischen Gleichung angibt, so gilt die allgemeine Gleichung für das sphärische Äquivalent (Seq)

Seq- -X₁ + X₂ + X₁-X₄- V,- V₂ + Vj + V₄

Hierbei sind Xi, Y\ die Ablenkungen des Lichtstrahls 1, und die anderen Ablenkungen werden in entsprechender Weise bezeichnet Der Einfachheit halber wurde der Proportionaiitätsfaktor zwischen der spärischen Brechkraft und der Ablenkung als Eins angenommen. Dies erscheint jedoch in diesen Beziehungen nicht.

In Fig. Ic ist die Ablenkung dargestellt die durch Kreuz-Zylinder-Linsen (cross cyclinder lenses) hervor-

so gerufen wird. Das zu untersuchende opt >che System 5 2 besteht wie dargestellt, bei diesem speziellen Beispiel aus winen positiven Zylinder 20, der zur 90° -Achse oder zur V-Achse ausgerichtet ist. und einem negativen Zylinder 22. der zur 0°-Achse oder zur X-Achse ausgerichtet ist. Derartige Linsenelemente sind Üblicherweise zusammengesetzt und besitzen die dargestellte optische Grenzfläche zwischen diesen Elementen. Diese Grenzfläche ist nur zur Erleichterung des Verständnisses dargestellt.

Unter Verwendung derselben, zuvor angegeben Konvention kann der 0° =90"=Zylinder (C+) durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

- V₁-V₂+

V₄)

Hierbei sind X\, Y\ die Ablenkungen des Lichtstrahls 1, und die entsprechenden Ablenkungen der anderen Lichtstrahlen sind entsprechend dargestellt bzw. bezeichnet.

Bekanntermaßen können Kreuzzylinderlinsen eine vektorielle Addition durchführen. Dies ist beispielsweise in der US-PS 38 22 932, die auf denselben Erfinder zurückgeht, beschrieben.

F i g. Ib zeigt eine positive Zylinderlinse 24 in einem Winkel von 45° und eine negative Zylinderlinse 26 in einem Winkel von 135°. Die optische Grenzfläche zwischen den Linsen 24, 26 ist lediglich zur Erleichterung des Verständnisses dargestellt Wenn C₁ einer Winkellage von 45° bis 145° entspricht, kann die algebraische Gleichung für eine solche Ablenkung folgendermaßen geschrieben werden:

G=2(+X, +X₂-X₃-X*+ Yx-Yi- Y₃+ Y*)

Dia X- und V-Koordinaten der Ablenkung sind wie zuvor angegeben.

Die zuvor angegebenen algebraischen Gleichungen geben bei einer Kombination derselben die Brechkraft bzw. den Ort d<r Brechkraft der meisten Brillenlinsen an. Speziell der Kreis, der Zylinder und der die Zylinderachse sind alle eine funktion der zuvor angegebenen allgemeinen Gleichungen. Linsen können jedoch auch andere Formen als Kreise. Zylinder oder Prismen aufweisen. Wenn dies der Fall ist, ist es wichtig zu wissen, daß die Linsen nicht auf herkömmliche Weise beschrieben werden können, und dLe Bedienungsperson sollte sich diese Tatsache bewußt sein.

Solche Linsen können allgemein durch folgende Gleichungen beschrieben bzw. untersucht werden:

X₂-Xi-Xt-Υ*+Y₂+ Yi-

CA

PV₁ = -Xy ₊ X₂-X₁+ Χ_λ- ),+ Y₂- Yi+ Y_t PV₂= +X₁ -X₂ + Xj-λ.,·- ν,+ Y₂- Yi+ Y*

Hierbei ist CA proportional dem zirkulären Astigmatismus, und PV, und PVj sind proportional den Komponenten der Brechkraftänderung über die Linsenoberfläche.

Was den zirkulären Astigmatismus (CA) betrifft, kann die Brechungsdivergenz, die aus der Kombination einer Reihe von sphäro-zylindrischen Linsen, die hintereinander bzw. zusammen oder »tandemmäßig« benutz* werden, hervorgerufen wird, normalerweise in Ausdrükken von entsprechenden Linsenwirkungen von einfacheren sphärozylindrischen Linsen in einer entsprechenden Linsenebene ausgedrückt werden. Dies ist möglich, weil zwei sphärische Linsen, die zusammen bzw. hintereinander verwendet werden, durch bekannte Formeln als eine andere »effektive sphärische Linse« ausgedruckt werden können, oder eine sphärische Linse und ein Zylinder kann in entsprechender Weise zu einer entsprechenden sphärozylindrischen Linse »kombiniert« werden, wobei entsprechende Formeln für die entsprechenden Meridiane verwendet werden. Diese übliche Äquivalenz für mehrere Linsen, die zusammen bzw. hintereinander verwendet werden, ist jedoch nicht immer richtig. Die gewöhnlichen Formeln zum Kombinieren von Linsenwirkungen, die bei zwei Zylindern oder entsprechend orientierten Achsen verwendet werden, führen zu einer neuen äquivalenten Linse. Zylinderlinsen, deren Achsen nicht ausgerichtet sind, ergeben jedoch neue optische Wirkungen, die nicht in Ausdrücken von einfachen sphäro-zylindrischen Linsenwirkungen ausgedrückt werden können. Die Wirkungen oder Effekte, die durch herkömmliche Linsen hervorgerufen werden, sollen als »zirkularer Astigmatismus« bezeichnet werden. Der Grad bzw. das Maß der Effekte oder Wirkungen (des zirkularen Astigmatismus), die durch zwei schräg bzw.

kreuzweise ausgerichtete Zylinder erzeugt werden, ist völlig vergleichbar mit Effekten, die normalerweise durch die Trennung von dünnen Linsen erzeugt werden, d, h. der zirkuläre Astigmatismus ist proportional der Brechkraft jedes Zylinders und seiner Trennung. Möglicherweise ist dies normalerweise eine kleine Brechkraft im wichtigsten Fall des menschlichen Auges und kann beim Sehen normalerweise vernachlässigt werden.

Was die Brechkraftveränderungen, die den Größen PVi und PV₂ zugehören, betrifft, so sind diese Arten von Linsenbrechkraftänderungen durch Linsen dargestellt, die in der US-PS 35 07 565 und in der US-PS 37 51 138 dargestellt und beschrieben sind. Wie dem Fachmann adf diesem Gebiete klar ist, weisen diese Linsen sphärische und zylindrische Linseneigenschaften auf, die über die Oberfläche der Linse hinweg veränderlich bzw. unterschiedlich sind. Darüber hinaus können andere Linsenarten diese Art von veränderlichen sphärischen

:·η und zylindrischen Brechkräften hervorrufen. Beispielsweise können die Bsfokaüinsen die an den optischen Grenzen so zusammengesetzt sind, daß eine Linse an wenigstens einer öffnung angeordnet und die andere Linse an der anderen Öffnung angeordnet ist. solch eine

Angabe der Linsenbrechkraftänderung erzeugen.

In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde allgemein festgestellt, daß dann, wenn bei Mehrfachlinsen (multiple)

[VPK,)² + (PK₂)²]

ist, die Gesamtbrechkraft des ausgemessenen Linsensystems nicht merklich beeinflußt wird. Die Ausdrücke 5

η sollen im weiteren noch beschrieben werden.

Bei den zuvor angegebenen Gleichungen sind drei Lichtstrahlen erforderlich, um eine Lösung in Sphäre, Zylinder, Zylinderachse und Prisma zu erhalten bzw. zu identifizieren. Für die Bestimmung £jr Brechkraftände-

•to rungen (PV) sind Bereiche bzw. Flächen (arrays) jedoch aufgrund der höheren Anzahl von Daten für die Genauigkeit und die Überwachung bzw. Oberprüfung vorgegebener, auf dem Markte erhältlicher Fotodetektoren mit vier Detektoren vorteilhaft.

« Nachdem die allgemeinen Gleichungsparameter angegeben sind, soll nachfolgend die Konfiguration der sich bewegenden Grenzortkurve L beschrieben werden.

Bewegliche Grenzortkurve

V) Nachdem das gesamte optische Schema gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, wird njnmehr auf F i g. 2 Bezug genommen, die eine bevorzugte Ausführungsform der beweglichen Grenzortkurve in Form einer sich drehenden Scheibe

" wiedergibt.

Die bewegliche Grenzortkurve L besteht aus einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise aus Glas. Die Scheibe ist mit zwei breiten Informationsbereichen oder -flächen versehen. Der erste Bereich ist ein Randbereich 120, der die Scheibendrehung definiert bzw. festlegt. Der zweite Bereich umfaßt den Innenbereich 125 der Scheibe, der die abgelenkten Lichtstrahlen abschattet bzw. abdunkelt.

Der Randbereich 120 besteht aus einer Gruppe

"■> diskreter Nocken 132, die um den Außenbereich der Glasscheibe herum in einem vorgegebenen winkelmäßigen Abstand voneinander angeordnet sind. Im vorliegenden Falle sind in räumlichem Abstand zueinander

256 Nocken pro Umdrehung angeordnet. Die Funktion der Nockeif 122 dient einer genauen Drehlage der Scheibe. Wenn diese genaue Drehlage der Scheibe zusammen mit dem Auftreffen des Lichtes am Detektor 150 (vgl. Fig.la) identifiziert wird, kann eine genaue Winkelmessung vorgenommen werden. D>e Bezng^ter** für die Drehung ist durch eine nicht vorhandene Nocke an der Stelle 121 vorgegeben. Wie nachfolgend noch erläutert werden wird, kann die genaue Drehlage der Ortskurve L zum Zeitpunkt der Abschattung durch elektronische Erkennung dieses Intervalls durch eine Zeitabfühlschaltung bestimmt werden.

Der Randbereich 120 kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein. Beispielsweise könnte eine mehrfach kontaktierte Binärcodierscheibe (multi-bond binary encoding disk), die beispielsweise von der Firma Baldwin Electronics. Inc in Little Rock, Arkansas, hergestellt wird, dazu verwendet werden, um die genaue Drehlage der beweglichen bzw. sich bewegenden Grenzortkurve L zu bestimmen.

Die jeweiligen Strahlen gehen durch einen Bereich hindurch, der mit der gestrichelten Linie 1^0 beg^renzt ist. Entsprechend der Erläuterung anhand von Fig. la ist die Zerstreuung der Strahlen innerhalb dieses Bereiches aus der Gesamtheit (total vocabulary) der zu untersuchenden Linsen S zu erwarten, die innerhalb des Linsenmeßgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet werden kann. Es ist die Lage der Strahlzerstreuung, die die bewegliche Grenzortkurvo feststellt und mißt.

Die Lage der Strahlen kann bei Durchgang durch die Scheibe im Bereich 130 gut bestimmt werden. Um ζ·ι erläutern, wie dieses Segment gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet, sollen zunächst die Parameter der Scheibe beschrieben, und die Grenzen zwischen den lichtundurchlässigen und den lichtdurchlässigen Bereichen diskutiert werden. Danach wird die Art und Weise, wie diese Bereiche wirken, erläutert werden. Schließlich wird der allgemeine Fall für derartige bewegliche Grenzort!· urven erläutert.

Grob gesagt besitzt die sich drehende Grenzortkurve zwei lichtdurchlässige Bereiche und zwei lichtundurchlässige Bereiche. leder der lichtdurchlässigen Bereiche 132, 133 besitzt eine Grenze, die durch die Gleichung R= kd (für die Grenzen 134a und 1346^ und durch die Gleichung R = - kd (für die Grenzen 135a und 135ty beschrieben werden kann.

Jede der Grenzen 134a und 1346 bzw. 135a und 1356 sind durch ein genaues Winkelintervall von 90° getrennt. Der lichtdurchlässige Bereich der sich drehenden Scheibe läßt dann, wenn die Scheibe an irgendeiner Stelle im Bereich 130 vorbeiläuft. Licht für die Hälfte der Zeit hindurch und Licht für die andere Hälfte der Zeit nicht hindurch. Dieses Merkmal wird sich im weiteren noch im Zusammenhang mit einer Lichtmittelungsschaltung als wichtig erweisen. Obwohl auch andere Einrichtungen zur Lichtmittelung verwendet werden können, so ermöglicht diese Lichtmittelungsschaltung die Ausmessung von zu untersuchenden optischen Systemen und Linsen mit veränderlichen Schattierungen bzw. Tönungen und sich daraus ergebender unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit.

Was den oberen lichtundurchlässigen Bereich 140 betrifft, so sieht man, daß dieser lichtundurchlässige Bereich bei eingenommenen Winkelintervallen mit zunehmender Bewegung von der Achse 141 der sich drehenden GrenzoriVjrve allmählich größer wird. Dies ist deshalb der Fall, weil die jeweiligen Grenzen 134a und 135a einen größer werdenden Winkölbereich der Scheibe einnehmen, wenn der Abstand radial von der Achse 141 nach außen zunimmt.

Der Bereich 142 ist in umgekehrter Weise ausgeDÜ-det Insbesondere nimmt das Winkelintervall zwischen den Kurven 1346 und 1356 mit sich nach außer.

bewegendem radialem Abstand von der Drehachse 141 ab.

Es sei angenommen, daß ein Strahl in einem Abstand r

ίο und einem Winkel θ durch die Scheibe hindurchgeht. Der Durchgang des Strahls kann intuitiv verstanden werden, bevor der allgemeinere Fall der hier beschriebenen mathematischen Formeln betrachtet wird. Insbesondere ist für Änderungen des Abstandes r zur Achse

π 141 hin zu erkennen, daß der Zeitraum, während dem der Strahl durch die jeweiligen lichtundurchlässigen Flächen 140 und 142 abgeschattet wird, bestimmt werden kann. Im Falle der lichtundurchlässigen Fläche 140 ist die Abschattung des Strahls durch die Fläche 140

■!·> umso länger, je weiter der Strahl von der Achse 141 entfernt ist Was die lichtundur .ässige Fläche 142 betrifft so ist die Abschattung des Strahls umso kürzer, je weiter der Strahl von der Achse 141 entfernt ist Die lichtundurchlässigen Flächen schaffen also diskrete

2Ί Winkelintervalle, die die Polarkoordinaten rdes Strahls von d-γ Drehachse 141 weg angeben.

Nachfolgend wird der Winkel des Strahls um die Achse 141 betrachtet. Das integrierte Winkelintervall zwischen der Aufzeichnung der fehlenden Nocke 121 und zwei Grenzen zwischen dem lii.htundurchlässigen und dem lichtdurchlässigen Bereich kann dazu verwendet werden, um die Winkellage zu bestimmen. Durch Beobachten der Grenzen 134a und 135a. die jeweils den Strahl durchschneiden, kann beispielsweise beobachtet

Jj werden, daß das Mittel der winkelmäßigen Zerstreuung, die von der Aufzeichnung der Nocke 121 gemessen wird, ein exaktes Maß für die Strahllage als Winkel um die Achse 141 liefert. Diese Drehung kann mit äußerster Genauigkeit gemessen werden. Durch In-Bi-ziehung-Setzen dieses Drehintervalls zum genauen Drehinter vall der Nocken 120 kann die Verschiebung bzw. 'Wanderung des Strahls durch den Winkel θ gut bestimmt werden.

Es können auch mehr als die vier Grenzen, wie sie

^J> hier dargestellt sind, verwendet werden. Beispielsweise könnten sechs Grenzen verwendet werden. Die lichtundurchlässigen und die lichtdurchlässigen Bereiche der Grenzen könnten auch umgekehrt sein.

leder der jeweiligen lichtdurchlässigen Bereiche 132,

^r»ⁿ 133 und der lichtundurchlässigen Bereiche 140, 142 weist eine vorgegebene Größe bzw. Abmessung auf. um den erwarteten Bereich der Strahlzerstreuung 130 vollständig abzudunkeln. Em Rücksetzen am Randbere.jh 120 durch die fehlende Nocke 121 sollte nur dann

>> auftreten, wenn einer dieser Bereiche den erwarteten Bereich der Zerstreuung 130 vollständig abschattet bzw. abdunkelt. Andernfalls wurden radikale numerische Wertverschiebungen auftreten, wobei geringe Winkeländerungen die sich ergebenden Berechnungen, welche

*>^ο nachfolgend aargestellt werden sollen, wesentlich schwieriger machen.

Nachfolgend sollen die vier dargestellten öffnungen beschrieben werden, die bei den zu untersuchenden optischen Systemen verwendet werden.

i" Vorzugsweise sind die Blendenöffnungen \ -4 im Durchmesser 0,38 mm (15 mils) zu groß. Ein optimaler Bereich für jede der öffnungen 1—4 liegt zwischen 0,25 mm (10 mils) und 1,62 mm (60 mils), wobei auch eine

Öffnung bis zu 0,13 mm (5 mils) und eine öffnung bis zu 2,54 mm (100 mils) möglich ist.

Die oberen und unteren Grenzen der Öffnungsgrö-Ben werden durch zwei Parameter gesteuert bzw. sind durch zwei Parameter vorgegeben. Wenn die Öffnung kleiner wird, können Beugungsfehler auftreten. Bei Beugungsfehlern wird der Lichtweg hinter den öffnungen zum Detektor D aufgrund optischer Interferenzen gestört und wird unzuverlässig.

Wenn die öffnung 16-1 in der Blende 16 zu groß wird, wird eine größere Grube bzw. Fläche einer Linse für die Untersuchung genommen. Da sich die optische Wirkung bei den meisten Linsen über den Linsenflächenbereich ändert, wird der Lichtkegel hinter den öffnungen entsprechend geometrisch gestört, wenn der Probenbereich zu groß wird. Bei Brillengläsern hat sich herausgestellt, daß dann, wenn dieser Bereich größer als 2,54 mm (100 mils) wird, die optische geometrische Störung ein Feststellen der Abschattung durch die bewegliche Grenzortkurve L mit hoher Genauigkeit nicht zuläßt.

Nachdem die Wanderung bzw. Auswanderung des Strahls geschrieben wurde, kann nunmehr der allgemeine Fall erläutert werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Weg einer Grenzortkurve gemäß der vorliegenden Erfindung sich stark ändern kann. Beispielsweise kann der Weg linear sein und eine Reihe von Grenzen umfassen, die alle nacheinander den Bereich erwarteter Strahlzerstreuung durchlaufen. Die Grenzortkurve könnte auch auf der Innenfläche eines lichtdurchlässigen, sich drehenden Zylinders aufgezeichnet sein. Das Licht könnte durch die Seitenwände des Zylinders abgelenkt werden, wobei die Abschaltung eines Strahls an den Grenzen auftritt, die auf den Zylinderseitenwänden aufgezeichnet sind. Oder anders ausgedrückt, die sich drehende Scheibe gemäß der hier dargestellten Ausführungsform ist lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.

Die hier dargestellte Grenze umfaßt aufeinanderfolgende lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Bereiche auf der Oberfläche der Scheibe. Es sind jedoch absolut lichtdurchlässige oder absolut lichtundurchlässige Bereiche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich. Es können auch sich ändernde Flächen bzw. Oberflächen verwendet werden, solange sie alle durch einen Lichtstrahl hindurchgehen, der durch einen Detektor ohne merkliche Verschlechterung aufgefangen werden kann. Es kann auch Licht unterschiedlicher Farben in Zusammenhang mit Farbdiskriminator-Filtern verwendet werden. Beispielsweise kann eine Kombination von Licht und schmalen Bandpaßfiltern verwendet werden, die durch die verschiedenen Strahlen nacheinander hindurchlaufen. D'ese Strahlen könnten beim Durchgang in zeitlicher Reihenfolge in einer einzigen Detektorebene gemessen werden.

Die Grenzen können zum vorgesehenen Weg der Gre~rortkurve nicht parallel sein. Wenn die Grenzen nämlich parallel wären, würden sie nicht den Zerstreuungsbereich überstreichen und es wäre keine Detektion des Strahles möglich.

Es ist erforderlich, daß die beiden Grenzen sich voneinander unterscheiden, und die Grenzen unterschiedliche Form aufweisen. Diese unterschiedliche winkeimäßige Lage erfordert, daß jede Grenze den Bereich der zu erwartenden Sirahlzerstreuung überstreicht, und daß die beiden Grenzen dann, wenn eine Abschattung auftritt, einen gemeinsamen Schnittpunkt bilden. Dieser gemeinsame Schnittpunkt kann den Zerstreuungspunkt des Strahls definieren.

Was die bewegliche Grenzortkurve betrifft, so ist es vorteilhaft, wenn sich die Grenze mit einer bekannten und konstanten Geschwindigkeit bewegt. Bei einer Bewegung mit einer bekannten und im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit kann die Gleichung für die Bestimmung der Lage des Strahls auf eine Zeitgleichung reduziert werden, kombiniert mit der Kenntnis der Lage aus den Markierungen 121 und 122. Das heißt, durch Beobachtung bzw. Bestimmung des Zeitpunkts der jeweiligen Abschattung kann die genaue Lage der Strahlzerstreuung gemessen werden. Wenn einmal die Zerstreuung bekannt ist, kann die sich ergebende Vorhersage erhalten werden.

Die besondere Konfiguration der in den F i g. 2 und 3 dargestellten beweglichen Grenzortkurve ist besonders vorteilhaft. Die Grenze kann jedoch auch andere Konfigurationen aufweisen.

In der Praxis ist es wichtig, daß wenigstens zwei Kurvenkonturen verwendet werden müssen. Die Steigung einer dieser Grenzkonturen muß algebraisch größer als die Steigung der anderen Grenzkontur bezüglich der Richtung des Durchgangs der Grenze durch den Lichtweg sein. Solch eine Steigung gibt den Grenzen einen eindeutigen Schnittpunkt, der eine genaue Lage des Strahles in einem erwarteten Streube'i.iich. beispielsweise in dem Bereich 130 in Fig. 2,sicherstellt.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Steigung ihr Vor?eiclicn nicht ändert. Wenn die Steigung so gewählt ist. daß eine Vorzeichenänderung auftritt, ist die sich ergebende Funktion nicht monoton. Das heißt, der Wert einer die Steigung produzierenden Komponente nimmt über den Streubereich hinweg ab anstatt zuzunehmen. Dies führt zu größeren Schwierigkeiten bei der Lösung der Gleichungen.

Natürlich kann die Grenze in Polarkoordinaten wenn die Grenze entsprechend der dargestellten Ausführungsform sich dreht —, oder in karthesischen Koordinaten ausgedrückt werden, wenn die Grenze nur durch die Lichtstrahlen mit jeweils lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Bereichen hindurchgeführt wird, wobei Grenzen festgelegt werden, die im herkömmlichen X— ^-Koordinatensystem angegeben werden können.

Wenn sich die Grenze dreht, muß die Steigung dö/dr einer Grenze algebraisch größer als die Steigung der anderen Grenze bei einem gegebenen Radius sein.

Offensichtlich ist dies der Fall, wenn die Drehung in der Richtung θ erfolgt.

Wenn die Grenze in der S-Richtung im karthesianischen Koordinatensystem bewegt wird, muß die Steigung bzw. der Gradient axldy einer Grenze algebraisch größer als die entsprechende Steigung bzw. der entsprechende Gradient für die andere Grenze bei einem gegebenen Y-Wert im Meßbereich sein.

Beide Funktionen »dB/dro und »dx/dj« sind im wesentlichen co-Tangens-Funklionen. Das heißt, diese jeweiligen Funktionen nehmen auf Null ab und ändern das Vorzeichen (+ oder -) wenn die jeweiligen Grenzen senkrecht oder nahezu senkrecht zur Grenzortkurvenbewegung sind. Wenn diese Grenzen sich einer Ausrichtung zur Grenzortkurvenbewegung nähern bzw. der Grenzortkurvenbewegung parallel werden, treten große Werte für »dÖ/dr und »dx/d>t< auf. Bei diesen zuletzt genannten Steigungen bzw. Gradienten muß in Erinnerung gebracht werden, daß ein Oberstreichen des

erwarteten Zerstreuungsbereichs erforderlich ist. Es ist eine wichtige Einschränkung, daß die Steigungsänderung über den erwarteten Zerstreuungsbereich auftritt. Wenn die Grenz? den erwarteten Zerstreuungsbereich nicht vollständig kreuzt, so können die Beschränkungen dieser allgemeinen Bedingung natürlich nicht erfüllt werden.

Nachfolgend soll die Anzahl der Probenöffnungen erläute/t werden, die bei dem System verwendet werden. Wenn zwei Probenöffnungen verwendet werden, so liegt eine nicht ausreichende Information vor. um eine Linsenlösung zu erhalten, wenn nicht eine Ausrichtung bzw. eine Übereinstimmung mit einer Hauptachse des zu untersuchenden Linsensystems erzielt werden kann. Wenn drei öffnungen vorhanden sind, kann die Lösung in Sphären-, Zylinder-, Zylinderachsen- und Prismenkomponenten erhalten werden, zusammen mit einem Test der Widerspruchsfreiheit h/w. der Reproduzierbarkeit (consistency) der Messung. Wenn vier öffnungen vorhanden sind, können die Funktionen der Brechkraftänderung (die zuvor bereits beschrieben wurde) aus dem System abgeleitet werden und liefern entweder eine Verifizierung der Meßgenauigkeit oder eine Oberflächenregelmäßigkeit bzw. -gleichmäßigkeit.

Die bewegliche Grenzortkurve L dient natürlich dazu, den genauen Winkel der Strahlzerstreuung festzustellen. Wenn die Grenzortkurve mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, kann das Winkelintervall auf ein Zeitintervall reduziert werden. Es ist dah'-r vorteilhaft, die Grenzortkurve mit konstanter Drehzahl zu drehen.

Nachdem die Parameter für den allgemeinen Fall beschrieben worden sind, kann nachfolgend der Fokus der Strahlen, die einer Zerstreuung unterliegen, in Zusammenhang mit einer Fotodetektor-Schaltung beschrieben werden.

Fokussierungssystem

In Fig. la ist ein Beispiel des Lichtdetektors gemäß diesem Mechanismus dargestellt. Fig. la zeigt die Grenzortkurve bzw. das Grenzortkurvenelement L Auf den Bereich 130 fällt ein Lichtstrahl von der Öffnung 4 des zu untersuchenden optischen Systems 5 auf. Unmittelbar hinter dem Grenzortkurvenelement L befindet sich eine Fokussierungslinse 140. Auf die Fokussierungslinse 140 fallen die von dem Bereich 4 des zu untersuchenden optischen Systems 5 kommenden Strahlen und werden an der öffnung 4 zum Detektor D fokussiert.

Der Detektor D ist eine Anordnung von vier lichtempfindlichen Detektoren. Wenn Licht auf den jeweiligen lichtempfindlichen Bereich des Detektors auffällt, werden von diesem Bereich unabhängige Signale abgegeben. Dieses Element ist auf dem Markt allgemein erhältlich. Beispielsweise kann eine »Pin Spot/4D«-Fotodiode verwendet werden, die von der Firma United Detector Technology Corporation in Santa Monica, Kalifornien, hergestellt wird.

Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist es bekannt, daß dies durchgeführt wird, indem der Bereich 4 auf dem zu untersuchenden optischen System auf den Bereich 4 des Detektors D fokussiert wird. Unabhängig davon, wie die Zerstreuung des Strahls 4 aufgrund des zu untersuchenden optischen Systems 5 aussieht, fällt der Lichtstrahl auf den Detektor D in im wesentlichen demselben, dargestellten Bereich 4 auf. Der einzige Unterschied ist eine Zerstreuung in dem Bereich der beweglichen Grenzortkurve L Eine solche Zerstreuung führt natürlich zu einer Abdunklung in unterschiedlichen Zeitintervallen. Diese Abdunklungen in den zeitlichen Intervallen tritt an unterschiedlichen Drehlagen der beweglichen Grenzortkurve bzw. des beweglichen Grenzortkurvenelements Lauf.

Das bewegliche Grenzortkurvenelement L wird auch mittels einer Lichtquelle 150 und einem lichtempfindlichen Detektor 151 in seiner Drehlage gemessen. Die

ίο jeweilige Lichtquelle 150 und der lichtempfindliche Detektor 151 stellen jedesmal fest, wenn eine Nocke 120 vorbeiläuft. Durch Verbinden des Fotosensors 150 mit einer geeigneten elektronischen Schaltung (vgl. F i g. 4) kann die Abdunklung jedes Lichtstrahls auftreten.

Es kann irgendeine Anzahl von Fokussierungsscheniata oder -einrichtungen für die Detektoren verwendet werden. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß die lichtempfindlichen Detektoren den Zeitpunkt bzw. die zeitliche Lage der Abdunklung feststellen und die Drehung des Kurvenelements L überwachen müssen.

Nachdem der Detektor erläutert wurde, wird nachfolgend anhand von Fig.4 eine schematische Darstellung der elektronischen Schaltung beschrieben, die bei der vorliegenden Erfindung Verwendung findet.

Elektronische Schaltung

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung umfaßt vier logische Schritte bzw. Stufen. Erstens wird die Drehlage des sich drehenden Grenzortkurvenelements L festgestellt. Zweitens werden die Abdunklungen, wie sie an der Fotodiode D auftreten, festgestellt. Drittens berechnet die Schaltung das Winkelintervall der auftretenden Abdunklung. Dies wird in einer Genauigkeit von etwa 1 :50 000 der Gesamtdrehung oder 2/100 OOOstel der Gesamtdrehung durchgeführt. Schließlich werden diese Winkelwerte auf die sphärische Brechkraft, die zylindrische Brechkraft, und die Achse und das Prisma umgerechnet. Diese berechneten bzw. umgerechneten Werte werden der Bedienungsperson entweder mit einer Anzeige mit lichtemittierenden Dioden (LED) angezeigt oder ausgedruckt.

In Fig.4 sind die wesentlichsten Teile eines elektronischen Rechners dargestellt. Insbesondere umfaßt ein Prozessor bzw. eine Zentraleinheit (auch CPU genannt) 200 eine System-Taktstufe 201 (Intel 8224). Der Prozessor kann beispielsweise ein Chip 8080 sein, das von der Firma Intel Corporation in Santa Clara. Kalifornien (nachfolgend kurz mit Intel abgekürzt), hergestellt wird. Die System-Taktstufe 201 besitzt einen

so Ausgang mit der Phase I und einen Ausgang mit der Phase II, wie dies im weiteren noch im einzelnen t-rläutert wird. Die Phase I dient der Ansteuerung eines Lagezählers (ein Chip 163 der Firma National Semiconductor, Sunnyvale, Kalifornien), einer Index-Detektion und einer Gesamtfeinzählstufe (total fine count), für die beispielsweise der Chip 173 der Firma National Semiconductor, Sunnyvale, Kalifornien, verwendet werden kann, Die Phase II der System-Taktstufe wird für die Detektion von Abdunklungen verwendet Auf diese Weise tritt beim Übergang in die Gesamtfeinzählstufe 215, die Index-Detektionsstufe 217, und den Lagezähler 216 sowie den Lagezählerzwischenspeicher 215 nicht gleichzeitig mit der Feststellung einer Abdunklung auf. Wie nachfolgend erläutert werden wird, können Ungenauigkeiten vermieden werden, wenn eine Lagezähleränderung gleichzeitig mit einer Abdunklung auftritt
Dem Prozessor 200 werden Daten über eine Bus-

bzw. Sammelschienen-Steuerung 208 (Intel 8228) zugeleitet bzw. vom Prozessor 200 abgegeben, wobei ein Eingabepuffer (Intel 8212) und eine Prioritätsausgabestufe (Intel 8214) vorgesehen sind. Die Bus-Steuerung 208 steuert die verschiedenen Eingangs- und Ausgangsdaten für die Schaliungsabfrage, die Berechnung und die Ausgabe.

Ein Festwertspeicher (ROM) 202 (Intel 2708) enthält das Programm für den Prozessor 200. Die Lese-/ Schreib-Speicher (RAM) 204 (Intel 8111) speichert zur Wiedergewinnung durch die Detektoren D verschiedene Daten oder Größen, die ausgelesen, teilweise berechnet oder vollständig berechnet sind. Ein Adressen-Bus bzw. eine Adressensammelleitung 207 und ein Daten-Bus bzw. eine Datensammelleitung 208 überträgt Daten im System. Die Standardkomponenten des Rechners, beispielsweise die Druckerschnittstelle und der Drucker 212, eine Anzeige-ZTastenfeld-Schnittstelle Hi mit einer numerischen Anzeige und einem Tastenfeld sind ebenfalls angeschlossen. Diese Komponenten sind an sich bekannt und sollen nicht weiter erläutert werden.

Fig.4 zeigt das bewegliche Grenzortkurvenelement L schematisch. Von ihm werden fünf getrennte Aiisgangssignale erhalten. Wie im weiteren noch erläutert wird, stellt die Anordnung 210 mit Fotodioden und Verstärkerpuffern die Zählung jeder der Nocken 121 fest, wenn sie vorbeilaufen. Diese Fotodiode gibt eine Drehangabe bzw. -ablesung des beweglichen Grenzortkurvenelements L In entsprechender Weise besitzt jeder Bereich der Fotodiode D ein diskretes Ausgangssignal bzw. einen diskreten Ausgangswert vom Mittelbereich 125 des Grenzortkurvenelements L

jedes dieser optischen Ausgangssignale von den jeweiligen Fotodioden, die in der Anordnung 210 enthalten sind, werden gepuffert. Dies wird durch einen Doppelverstärker vorgenommen, der einen Strom-Spannungs-Verstärker umfaßt, und dann sind ein oder mehrere einfache Spannungsverstärker in Rehe angeschlossen. Das Ausgangssignal wird in der üblichen Weise mit verringerter Impedanz bereitgestellt, so daß das Ausgangssignal geringeren Stör- oder Rauscheinflüssen unterliegt.

Es muß festgestellt werden, wenn eine vollständige Umdrehung der Grenzortkurvenelements L ausgeführt ist. Dies kann entweder dadurch geschehen, daß eine Markierung (wie dies in Fig. 3 dargestellt ist) weggelassen wird, oder daß eine Markierung mit doppelter Dicke vorgesehen wird. Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist eine Markierung weggelassen.

Die Gesamtfeinzählung wird in einem Gesamtfeinzähler 215 aufgezählt. Gleichzeitig zählt ein Lagezähler 216 jede der 255 lichtundurchlässigen Bereiche am Rand 120 der Scheibe, wenn diese Bereiche vorbeilaufen. Ein Bezugswert 0 tritt im Zähler jedesmal dann auf, wenn der größere Zwischenraum 121 mit der weggelassenen Markierung vorbeiläuft, und die erste nachfolgende Markierung 122 wird durch eine Fotodiode der Anordnung 210 detektiert.

Die Lagezählung wird durch den Gesamtfeinzähler 215, den Lagezähler 216 und den Lagezählerzwischenspeicher 224 durchgeführt Der Indexdetektor 217 beginnt mit der Gesamtfeinzählung immer dann, wenn ein freier Zwischenraum 121 mit weggelassener Markierung auf dem Grenzortkurvenelemen' L festgestellt wird.

Der Lagezähler 216 bestimmt die Gesamtdrehlage des Kurvenelements L mit 1 :256. Danach wird die Gesamtfeinzähluitg mit dem Gesamtfeinzähler 215 aufaddiert. Der Gesamtfeinzähler 215 wird jedesmal dann rückgesetzt, wenn eine vollständige Umdrehung vom Indexdetektor 217 festgestellt wird.

Der Indexdetektor 217 überprüft die Regelmäßigkeit der Markierungsimpulse, die von der Fotodiode 210 kommen. Diese Impulse treten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Grenzortkurvenelements L in regehnäßigen Intervallen auf. Die Drehzahl des Kurvenelements L beträgt üblicherweise fünf Umdrehungen pro Sekunde. Wenn ein freies Intervall 121 festgestellt wird, gibt der Indexdetektor an den Gesamtfeinzähler 215 ein Ausgangssignal ab. Der Zählerstand des Gesamtfeinzählers wird dann gespeichert und rückgesetzt, und c'.ann beginnt der Zählvorgang von neuem.

Die Grenzortkurve L wird zunächst in Polarkoordinaten ausgelesen. Wenn eine winkelmäßige Zerstreuung von (g) vorhanden ist, verschieben «ifh die den Abschattungen entsprechenden Grenzen in einer winkelmäßigen Phase. Die Winkelverschiebungen können daher gut identifiziert werden.

Wenn eine Änderung im Radius (f)auftritt, so erzeugt der Bereich 140 des Grenzortkurvenelements L einen vergrößerten Abschattungswinkel mit vergrößertem Radius. Die Wirkung des Bereichs 142 ist umgekehrt. Mit größer werdendem Radius verringert sich die Abschattung. Durch einfache Messungen der Zeitintervalle der Abschattung können die radiusmäßigen Zerstreuungen gut gemessen werden.

Anhand des in Fig. 5 dargestellten Zeitdiagramms kann die Arbeitsweise der Zähleinrichtung noch genauer erläutert werden. Der Lagezähler 216 erhält einen Markierungsimpuls 216' zugeleitet, der alle 256-stel einer Drehung des Kurvenelements L aufweist. Bei dem Licht- bzw. Hell-Zustand, der als 1 bezeichnet wird und dem Dunkel-Zustand, der mit 0 bezeichnet wird, ist ersichtlich, daß jede von Dunkel nach Hell gehende Abschattung einen positiven Markierungsimpuls erzeugt. Dieser positive Markierungsimpuls zählt den Lagezähler 216 weiter. Wenn der Hell-Z-'stand über einen vollen Zyklus η hinweg unverändert ist, gibt der Indexdetektor 217 ein Ausgangssignal an den Gesamtfeinzähler 215 ab. Dadurch wird der Gesamtfeinzähler 215 rückgesetzt.

Es sei nun angenommen, daß der Detektor D am Quadranten 3 (der mit Di im Diagramm bezeichnet wird) eine Abschattung (eine Abdunklung) feststellt. Das Ausgangssignal ist in Fig.5 mit dem Ausgangssignal Dj dargestellt. Das Detektorausgangssignal gelangt über eine Lichtmittelungs- und Vergleicherstufe 220 zur Erzeugung des Ausgangssignals Dj zur Zählersteuerstufe 222. Der in Reihe geschaltete Lagezählerzwischenspeicher 224 wird eingerastet bzw. führt eine Zwischenspeicherung durch, wenn eine Abschattung auftritt Ein Eingangssignal gelangt über den Prozessor 200 vom Gesamtfeinzähler zum Zeitpunkt der Abschattung zum Lagezählerzwischenspeicher 224 (vgl. F i g. 4).

Während der nächsten Phase (n+1) (vgl. F i g. 5) wird der eingerastete bzw. zwischenspeichernde Zc'r.'cr νο-τ-Prozessor abgefragt und das Ausgangssignai zum RAM 204 abgegeben. Wenn eine Abfragung stattgefunden hat und während der nächsten folgenden Phase (n+2), wird der Lagezähler 224 zurückgesetzt und beginnt mit der

t? Zählung für die nächste darauffolgende Abschattung.

Jeder Zähler wird aufgrund der jeweiligen Fotodiode viermal pro Umdrehung des Grenzortkurvenelements L. jeweils bei jeder Abschaltung abgefragt Diese

jeweiligen Abfragungen führen zu Ausgangszählsignalen bei etwa 90°-Intervallen, und zwar in Abhängigkeit vom Radius R und vom Winkel Φ der Ablenkungen, die durch das zu untersuchende optische System erzeugt werden.

Nach einer vollständigen Drehung des Grenzortkurvenelements erzeugt jedes der vier Detektorsegmente vier unterschiedliche Werte von einer Gesamtzahl von sechzehn unterschiedlichen Werten. Jeder Wert zeigt einen Zeitpunkt der Abschattung an (nämlich zwei von Hell nach Dunkel gehende und zwei von Dunkel nach Hell gehende Abschattungen). Diese numerische Information wird gewichtet, so daß (256)² oder 65 536 eine volle Umdrehung anzeigen, und kleinere Werte zeigen einen entsprechenden Bruchteil einer Umdrehung an.

Dem auf dem Rechnerwesen versierten Fachmann ist bekannt, daß ein spezieller Fall auftreten kann, der zu Schwierigkeiten führt. Wenn eine Abschattung genau an einem Intervall einer der Markierungen 122 auftritt, könnten Schwierigkeiten oder nicht eindeuiigc Zusiände auftreten. Angenommen, es tritt gleichzeitig eine Abschatlungsmarkieriing und eine Zählerweiterzählung auf. Dann ist es nicht möglich, festzustellen, ob ein Zähler voll oder gerade geleert woiden ist. Es könnte also ein Sehlagenfehler von I : 256 auftreten. Dieser Wert ist jedoch ein nicht mehr zu tolerierender Fehler für die bewegliche Grenzortkurve L dieses optischen Gerätes.

Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, gibt die Taktstufe Ausgangssignale ir. einer Beziehung der Phase I und der Phase II ab. Die Rechnerschaltung kann eine Abdunklung während der Phase Il sehen. Während der Phase I wird der Zähler rückgesetzt. Daher kann während eines Rücksetzvorgangs nie einer Abschattung auftreten, und ein Rücksetzen kann nie während Auftreten einer Abschattung auftreten. Wenn ein Phasenübergang vor der Markierungskante am Detektor D auftritt, wird der Zähler gesperrt bis der Zähler im Intervall n+\ gelesen wird. Wenn der Übergang nach der Markierung auftritt, wird die Zählung empfangen, der Zähler wird rückgesetzt und dann gesperrt, und der Zählerstand wird während des Intervalls n+\ »eingefroren« und während des Intervalls n+2 abgefragt. Durch ein versetztes Rücksetzen und Abfragen der Detektoren D kann eine Störung oder eine Konfusion zwischen dem Weiterzählen und der Abschattung vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung muß auch für eine relativ große Schwankungsbreite der Lichtpegel an dem Detektorquadranten des Detektors D angepaßt sein. Gegenwärtig ist es üblich, dünne K.orrekturlinsen mit unterschiedlicher op!i^r-Hr- Schattierung (sowohl unterschiedlicher Färb- als auch Gesanwdichte) zu verwenden. Insbesondere Linsenmeßgerät die zur Messung von Brillenglaslinsen mit verschiedenen Tönungen oder Schattierungen einge setzt werden, müssen dafür ausgelegt sein in einem breiten Bandbereich schwankende Ausgangssignale von dem Detektor D zu verarbeiten. Beispielsweise werden dunkle Gläser verschrieben und verwendet. Es können auch gefärbte Linsen mit Ge'.b-. Violett-, und Blau-Tönung verschrieben und vervver.-ic: werden. Darüber hinaus können diese optischen Systeme bzw. Linsen in der Tönung unterschiedlich sein, wobei üblicherweise der obere Teil der Linsen oder des optischen Systems stark getönt ist (r.lir.Hch Her Tsi! der Linse ..-der des Glases, mit dem der Brillenträger den Himmel und die Sonne sieht) und die unteren Teile aer Li..ie oder der Gläser können weniger stark getönt sein (das ist d:r Teil, mit dem der Brillenträger den Boden und den Schatten sieht). Jedes Detektorsegment muß individuell für die speziellen Ablesungen und Untersuchungen angepaßt sein.

In Fig.6a ist ein Zeitdiagramm des Ausgangssignals dargestellt, das eine Abschattung von Dunkel nach Hall wiedergibt. Das Ausgangssignal der Detektoranordnung 210 für das Segment Dj ist üblicherweise ein

ίο Spannungs-Ausgangssignal. Das Segment Ch der Foto diode gibt im dunklen Zustand ein kleines Ausgangssignal und im hellen Zustand eine höhere Spannung ab. Wenn eine Abschattung auftritt, ergibt sich die die Abschattung wiedergegebene Kurve in der dargestellten Weise, über die Zeit aufgetragen (vgl. F i g. 6a).

Es ist üblicherweise wünschenswert, den 50%-Übergang zwischen der der Abdunklung und dem hellen Zustand entsprechenden Spannung festzustellen. Dieser Punkt ist auf dem Diagramm als Punkt 300 angegeben.

in Fig. 5b, die unter Fig. 6s liegt und dieselbe Zeitskala auf der Abszisse aufweist, ist das gewünschte elektrische Ausgangssignal dargestellt. Insbesondere ist eine binäre Null (ö) dargestellt. Wenn das Licht durch den 50%-Dunkel-/Hell-Bezugswert hindurchgeht,der in Fig.6a mit 300 bezeichnet ist. wird ein Detektorpegel mit einer binären Eins (1) gewünscht, der in F i g. 6b mit dem Punkt 301 bezeichnet ist.

Bei getönten Linsen kann sich sowohl der helle als auch der dunkle Pegel ändern. Beispielsweise ist der

w dunkle Pegel der Fotodioden eine Funktion der Temperatur, der Feuchtigkeit, des Umgebungslichtes und anderer Parameter der Umgebung, in der das Linsenmeßgerät eingesetzt wird. Beispielsweise können kleine Herstellungsfehler der dunklen Geräusch- bzw. Störpegel von Quadrant zu Quadrant des Detektors D ändern.

Die Lichtintensität des Fotodetektors ist eine Funktion der vorausgegangenen Parameter und der Linsentönung. Da diese jeweiligen Fotodioden im wesentlichen momentan l'jw. in einem kurzen Zeitraum das Licht feststellen, ist eine Mittelungsschaltung wichtig, um jeden Quadranten des Detektors individuell anzupassen.

In Fig. 7 ist eine Abtastschaltung darge «eilt. Ein Abfrage- und Speicherelement (sample hold element) 304 (beispielsweise der Chip 398 der Firma National Semiconductor Sunnyvale. Kalifornien) fragt den Lichtpegel an einer bekannten »durchsichtigen« bzw. »klären« (clear) Ausrichtung der Zerhackerscheibe für jeden Fotodetektor von einem der vier Bereiche des Detektors D, beispielsweise des Segments D^, ab und hält bzw. speichert den Lichtpegel. In entsprechender Weise fragt ein Abfrage- und Speicher-Dunkel- Pegelelement 305 (beispielsweise ein Chip 398 der Firma National Semiconductor) den Dunkel-Pegel an einer bekannten »nicht durchsichtigen« bzw. »opaken« Ausrichtung der Zerhackerscheibe vom selben Quadranten des Fotodetektors Dab und hält diesen Dunkel-Pegel. Die Ausgangssignale dieser Abfrage- und Speicherschaltungen sind über Mittelungswiderstände parallel mit dem Eingang eines Verglsichers 308 (beispielsweise der Chip 339 der Finr.a Ng-'lonal Semiconductor) verbunden.

Ein Ausgangssignai von eine^i der diskreten Detektorsegmente (beispielsweise dem Segment Hh) wird weiterhin dem Vcrsler.r· .-:"■ 30« zueeteuct. Wenn der 5C%-7-ustat:a auftritt, so gwt der Vergieicher 308 ein A-JSjj-iiigss'.^ns.- ab, dss einer Abschaltung entspricht.

Diese Abschattung weist genau die in Fig.6b dargestellte Form in Abhängigkeit von der Zeit auf.

Der Vergleicher 308 besitzt eine Schaltungs-Hysteresis. Wenn eine Zustandsänderung ium positiven Werte hin auftritt, so fällt das Bezugseingangssignal des Vergleichers 308 mit einem kleinen negativen Betrag ab. Wenn eine Zustandsänderung zu einem negativen Wert hin auftritt, wird der Vergleicher 308 durch einen kleinen positiven Betrag erhöht. Der Betrag bzw. die Größe des Abfalls oder der Betrag der Erhöhung ist so gewählt, daß er größer als der Maximalwert des Rauschens bzw. der Störungen übersteigt Daher kann nur eine binäre Änderung für jede Abschattung auftreten. Da solche Hysteresisschaltungen an sich bekannt sind, soll hier darauf nicht weiter eingegangen werden.

Zuvor wurde die Erzeugung der Winkelintervalle der Strahlzerstreuung für ein Detektorsegment Ch beschrieben. Die Detektion der übrigen Segmente wird in analoger Wrise durchgeführt Es tritt ein numerisches Eingangssignal an der Rechnerschaltung gemäß F i g. 4 auf, das eine Winkelinformation in Form von Polarkoordinaten enthält

Es wurde zuvor die Winkelbildung in Polarkoordinatenform beschrieben. Nachfolgend sollen die vom Prozessor mit den Winkeldaten durchgeführten Berechnungen erläutert werden.

Berechnungen des Rechners

Bei der Kalibrierung des Rechners wird die Scheibe willkürlich im Uhrzeigersinn gedreht wenn man die Scheibe vom Detektor her sieht. Das lichtdurchlässige Intervall 121 im Umfangsbereich 120 wird auch willkürlich an einer Drehtage definiert wenn der kleine lichtundurchlässige Bereich 142 den Bereich der Strahlzerstreuung 130 vollständig abdunkelt Die Abfrage- bzw. Probenflächen sind in der üblichen Wehe im Gegenuhrzeigersinn mit Bezugszeichen versehen, wie dies in F i g. la dargestellt ist.

Die Grundinformation, die bei der Abschattung der unterschiedlichen Kanten auftritt kann in geeigneter Weise in Form von zwei Zahlen für den Fall einer einfachere·! Konturform ausgedrückt werden, nämlich mit /?=-»■*© und R = -ΑΘ Die Größe /'wird als Differenz der Winkelausrichtung:m zwischen den Abschattungen bei /?=+*θ und bei R=-kB der Grenzortkurvenkonturen definiert. Das heißt alle Winkelausrichtungen der Abschattungen für eine Form werden zusammenaddiert, alle Winkelausrichtungen für Abschattungen der anderen Form werden ebenfalls zusammenaddiert und die erste Summe wird von der zweiten Summe abgezogen, um fm erhalten, /ist dann qualitativ hauptsächlich ein MaS für den radialen Abstand der Abschattungen vom Mittelpunkt der sich drehenden Zerhackerscheibe. Die Größe g wird als Summe der Winkelausrichtungen aller Abschattungen bei einer vollen Umdrehung definiert g ist ein Maß der azimuthalen Lage der Abschattungen um den Mittelpunkt der sich drehenden Zerhackerscheibe herum.

Man kann daher folgende Gleichung angeben:

In gleicher Weise müssen die Winkelverschiebungen Φ folgende Beziehung befriedigen:

Hierbei ist λ ein konstanter Skalenfaktor für die radiale Änderung fund β ist eine Bezugskonstante, um den Ursprung bzw. den Ausgangspunkt für die beobachtete radiale Änderung festzulctr-j-.

Hierbei ist γ ein konstantes Vielfaches für die Winkelzerstreuung g und ό eine Konstante für den Ursprung bzw. den Ausgangspunkt der Winkeländerung, der üblicherweise mit dem Ursprung der Indexmarkierung 12t auf der den Randbereich 120 im

ίο Zusammenhang steht

Um die gewünschte Umrechnung der direkt abgelesenen oder erhaltenen Polarkoordinaten in karthesische Koordinaten durchzuführen, werden folgende Gleichungen verwendet:

X=Äcos Φ-Χο Y=RsmΦ-Y₀

Hierbei ist Ab die karthesische Koordinatenkonstante für den Nullpunkt des X-Achsen-Systems und Y₀ die karthesische Koordinatenkonstante für den Nullpunkt des V-Achsensystems.

In entsprechender Weise ist ein Skalenfaktor Sfür die Sphäre und den Zylinder sowie ein Null-Kern Zfür den Nullpunkt der Sphäre erforderlich. Darüber hinaus ist eine Achsenkorrektur A und eine Vertex-Korrektur dt für die Vertexberechnungen. d. h. für die Messungen der Linsenbrechkraft bei einer verschobenen Bezugsebene erforderlich. Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, den Nullpunkt für 0—90°-Zylinder (Zc-,) und einen

Nullpunkt für 45° - 135° -Zylinder (Z_n) erzeugen.

All die zuvor angegebenen Konstanten können empirisch bestimmt werden. Beispielsweise können die einzelnen optischen Systeme oder Linsen und ihre relativen Abstände so eingestellt werden, daß die konstanten Werte erzielt werden.

Die Eingangswerte für das Rechnerprogramm sind Winkelwerte Φ,, wobei ι die bestimmte abzufragende Öffnung (vgl. Fig. ta, die öffnungen 1—4) und j die bestimmte Grenze, die die Abschattung bewirkt.

bezeichnen. Für jede Abfrage- bzw. Probenöffnung gibt es also vier Ablesungen. Die vier verwendeten Probenbzw. Abfrageöffnungen erzeugen also insgesamt sechzehn Ausgangssignale. Wenn die Rechneroptik eing:estelh worden ist. kann

die radiale Zerstreuung für jede öffnung f, folgendermaßen ausgedrückt werden:

f, *= Φ, 1 + Φ, 4 - Φ, I - Φ, 1

f, ist der Radiusfaktor für jeden Probenbereich und Φ,, ist die mit der Abschattung der Grenze 135b erzeugte

Winkelverschiebung. Φ.} ist die bei der Abschattung der Grenze 135a erzeugte Winkelverschiebung. Φ,) ist die

bei der Abschattung der Grenze 134a erzeugte

Winkelverschiebung und Φ,* ist die bei der Abschattung

der Grenze 134berzeugte Winkelverschiebung.

In entsprechender Weise können die Verschiebungen im Azimuth g, durch die folgende Gleichung ermittelt werden:

Die Φ-Werte sind in der zuvor beschriebenen Weise definiert.

Instuitiv ist also ersichtlich, daß die zuvor angegebene Gleichung eine geeignete Prüfung bzw. einen geeigne· ten Test ermöglicht. Insbesondere sollte das Zeitintervall der Lichtdurchgänge durch die lichtdurchlässigen Bereiche 132, 133 gleich sein. Oder anders ausgedrückt, da jeder lichtdurchlässige Bereich der Scheibe speziell

bezeichnet ist um einen Strahl abzudunkeln, der an irgendeinem bestimmten Radius für genau ein Viertel einer Umdrehung auffällt, sollte die folgende Gleichung etwa 0 sein:

Y₁

,- Y₀

X, ist die karthesische waagerechte Zerstreuung der Linsenablenkung für jede Probenöffnung (1) und Y, ist die vertikale karthesische Zerstreuung der Linsenablenkung für jede Probenöffnung (i).

Nachdem die vertikale und horizontale karthesischen Zerstreuungen für jede Probenöffnung erhalten worden sind, so läßt sich ein einfaches Prisma leicht erhalten.

Beispielsweise kann ein horizontales Prisma (Prismenbasis innen. Prismenbasis außen) durch folgende Gleichungen ermittelt werden:

wobei P_x das horizontale Prisma ist, und

f, sollte ein nominaler Wert in der Nähe von 0 sein und sollte nicht außerhalb von plus oder minus zwanzig (20) von 256² liegen. Inder Gleichung ist Φ, ι die Abschattung durch die Grenze 1356, Φα die Abschattung durch die Grenze 1346, Φα die Abschattung durch die Grenze 135a und Φα die Abschattung durch die Grenze 134a.

Wenn an dieser Stelle bzw. zu diesem Zeitpunkt der Zählerstand die Grenze von plus oder minus 20 übersteigt, kann die Berechnung abgebrochen werden. Entweder das Gerät weist eine Fehlfunktion auf (beispielsweise ist die Lampe durchgebrannt) oder die Linse kann nicht ausreichend gut vermessen werden (beispielsweise handelt es sich um eine sehr schmutzige Linse).

Jede der zuvor beschriebenen Berechnungen für λ und g, muß für jede Proben- bzw. Abfrageöffnung 1 bis 4 wiederholt werden. Die Zerstreuungen bezüglich des Radius R, und des Winkels Φ, für jede der vier Probenintervalle kann folgendermaßen geschrieben werden:

könnte, wurde bereits in der Skaleneinteilung dieser vier Parameter untergebracht, so daß das Ergebnis direkt in Form von Prismendioprien mit einem Minimum an Rechenoperationen berechnet werden kann.

Wie bereits früher erläutert wurde, kann das sphärische Äquivalent (Seq) (abgesehen von einem Skalenfaktor, der im weiteren noch betrachtet werden soll) durch folgende Gleichung bestimmt werden:

Seq= -

-Χ*- Yi-Y₂+ Yi+

In entsprechender Weise kann ein 0 — 90°-Astigmatismus durch die Gleichung

C+

= (+X₁ -X₂ -X₃ +X< -Y₁ -Y₂ +Y₃

und ein 45°-135°-Astigmatismus (C_x) durch die Gleichung

= (+X₁ +X₂ -X₃ -X₄ +Y₁ -Y₂ -Y₃

R, stelIt die radiale Zerstreuung und <2>,die tatsächliche winkelmäßige Zerstreuung dar. die mit dem Zerhacker-Scheibensystem in Beziehung steht.

Wenn jede der Zerstreuungen für jede Probenöffnung in Polarkoordinaten bestimmt worden ist, können diese Zerstreuungen mit den folgenden Gleichungen in karthesische Koordinaten umgewandelt werden:

bestimmt werden.

Damit ist es möglich, auch Änderungen oder Abweichungen bei zu untersuchenden Linsen festzustellen, die nicht Änderungen oder Abweichungen herkömmlicher Prismen. Sphären und Zylinderachsen sind. Infolgedessen können Untersuchungen für nicht lorische Rächen, wie dies zuvor für den zirkulären Astigmatismus (CA) und für Brechkraftschwankungen oder Änderungen (PV\ und PV₂) beschrieben wurde, durch Prüfen der zuvor angegebenen Beziehungen durchgeführt werden, wobei

[(S) (ca)] < oa

und

[(S)V(PV₁Y

<0,3

40 und 5ein später noch zu definierender Skalenfaktor ist. Dann, wenn beide Beziehungen befriedigt sind, kann die Berechnung fortgesetzt werden. Wenn die Gleichungen jedoch nicht erfüllt sind, können für die Bedienungs· person entsprechende Warnsignale oder Anzeigen vorgesehen sein. Die Bedienungsperson wird durch entsprechende Hinweise darüber informiert, daß ein zu untersuchendes Linsensystem S vorliegt, das keine herkömmlichen, üblichen Brechkraft^nderungen in Sphäre. Zylinder. Achse und Prisma aufweist.

Nachdem diese Untersuchungen zur Feststellung des Vorhandenseins von nicht torischen Flächen durchgeführt wurden, können die nachfolgend angegebenen drei Gleichungen gleichzeitig gelöst werden:

^M (S) (CJl) - C/2 cos 2 (Θ + A) - Z_{r +}

wobei Py das vertikale Prisma (das Prisma nach oben μ oder das Prisma nach unten) ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Prismenbrechkraft (normalerweise in Prismendioptrien gemessen) in einfacher Weise mit den karthesischen Zerstreuungen der Linsenablenkung (X, Y) in Zusammenhang steht. Dies wird durch geeignete Wahl der Skalenwerte der Parameter λ, β, Xo und K₀ erreicht. Irgendein Skalenfaktor, der in den Prismenbeziehungen auftreten

(S) (C_xIl) = CIl sin y (θ + A) - Z„

(S) (Seq)

t C/2

Aus den zuvor angegebenen drei Gleichungen müssen die Werte C für den Zylinder, der azimuthale Winkel θ und die Sphäre S\ gelöst werden. Die Konstanten einschließlich der Skalenkonstanten 5 und der Achsenkorrektur A sowie die Konstanten Z_rf und Z_cx wurden bereits als Eigenschaften der Geräteoptik bestimmt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Angabe des Ergebnisses als gleichzeitige Lösung der Gleichungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Klarheit die geeignetste Form ist Eine einfache Teilung der zuvor angegebenen beiden Gleichungen, um einen Tangens zu erhalten, ist eine gleichwertige Rechenweise zur Lösung der Gleichungen, sie ist jedoch im Hinblick auf eine klare Definition des Ergebnisses nicht wünschenswert, da sich der Tangenszyklus alle 180° wiederholt Dadurch werden die Winkelauflösung oder die Winkellösung nicht eindeutig, so daß die erhaltenen Ergebnisse des Arctan weiter festgelegt oder definiert werden müssen. In jedem Falle zeigen diese Gleichungen nicht mehr als die übliche Umrechnung von Rechteckkoordinaten und Polarkoordinaten.

Nachdem die zuvor angegebenen Gleichungen gelöst worden sind, sind die endgültigen Berechnungen für die Sphäre, den Zylinder und die herkömmliche Zylinderachse folgendermaßen durchzuführen:
S_n -S₁-Z

' Hierbei ist S_n die (vom Arzt) verordnete Sphäre, C_n der verordnete Zylinder und θ_π die Zylinderachse.

Durch diesen Rechenvorgang können also der Zylinder (die Basis nach innen, die Basis nach außen; die Basis nach oben, die Basis nach unten), die Sphäre, der Zylinder und die Zylinderachse ermittelt werden.

In der Praxis kann die Ai srichtu g der Probenöffnungen 1 bis 4 gegenüber einer gewünschten Bezugsrahmen, beispielsweise gegenüber Inem Linsentisch gedreht werden. Die Änderung in der Ausrichtung bewirkt eine entsprechende Einstellung der erhaltenen Prismenwerte. Solch eine Änderung kann durch folgende Gleichungen berechnet werden:

Ρ,' = P, cos A + P, sin A

P,' ist das korrigierte Prisma mit Basis nach innen bzw. Basis nach außen und P,' ist das korrigierte Prisma mit der Basis bzw. der Grundfläche nach oben bzw. der Basis nach unten.

Eine solche Korrektur der Linsenachse durch eine Größe A war bereits in den zuvor angegebenen Beziehungen vorgesehen.

Wenn eine Vertex-Korrektur zusätzlich vorgenommen werden soll, werden die Linsen normalerweise hinsichtlich ihrer Linsenbrechkraft in einem Abstand d\ von der Stelle gemessen, an der sie voraussichtlich ihre optische Wirkung zeigen. Solch eine Verschiebung oder Bewegung der Linsen verursacht Änderungen der sich ergebenden verordneten Sphäre S¹™ und des sich ergebenden Zylinders O_r, in folgender Weise

S^l„ -S₁, [1+W) (4,)]-'

C)_x = {S_a+C_rx}[l + (</,) (4,+CJ]-¹

S_n [I+W (Sr_x)T¹

Wenn keine Änderungen der Zylinderachse bei einer solchen Verschiebung vorhanden sind, so bleibt die Gleichung

bestehen.

Ausführungsbeispiel mit nicht parallelem Licht

Es ist möglich, bei der vorliegenden Erfindung das bewegliche Grenzortkurvenelement L in einer Umgebung zu verwenden, bei der das Licht konvergent und/oder divergent ist Zur Erläuterung wird ein solches System kurz beschrieben.

In Fig.8 ist eine Lichtquelle 314 vor einen Mehrfasetten-Prisma 316 angeordnet Das Prisma 316 besitzt vier diskrete Prismenquadranten a, b, c und d Jeder dieser Quadranten bewirkt daß das in Strahlrichtung hinter dem Prisma und der Lichtquelle auftretende Licht als von vier diskreten Lichtquellen kommendes Licht erscheint In der hier dargestellten Figur und bei Betrachtung des Quadranten a bildet die Lichtquelle 314 eine scheinbare Lichtquelle 314' aufgrund des Prismenabschnitts a des Prismas 316. Das Licht divergiert von der scheinbaren Lichtquelle 314' zu einem diia^onalen Spiegel 320, von wo das Licht dann durch eine Hilfs- bzw. Sammellinse (relay lens) hindurchgeht Wie aus der Zeichnung leicht zu ersehen ist ist das Licht zwischen der Lichtquelle 314 von der Kondensorllinse 322 divergent Nach der Linse 322 wird das Licht konvergent Das bewegliche Grenzortkurvenelement L ist unmittelbar hinter der Kondensorlinse 322 angeordnet Die jeweiligen Grenzen streichen übpr die Linse 322 hinweg und verursachen eine Abdunklung bzw. eine Abschattung. Diese Abschattung tritt über den konvergenten Lichtstrahl auf (ein Austauschen der Kondensorlinse 322 mit dem beweglichen Grenzortkurvenelement L ergibt eine andere Konfiguration, bei der die Abschattung in einem divergenten Lichtstrahl austritt Die Diskussion und Analyse der Funktionsweise ist jedoch bei der in Fig.8 dargestellten Konfiguration einfacher).

Von der Linse 322 trifft das Licht dann auf einen zweiten Spiegel 330 auf und gelangt durch eine mit Öffnungen versehene Platte 332. Die vier scheinbaren Lichtquellen werden als winzige, inu.rsive Lichtflecken

auf oder in der Nähe der Ebene der mit Öffnungen versehenen Platte 332 abgebildet. Die mit öffnungen versehene Platte 332 kann vier Öffnungen a'. b', c', d' aufweisen, die dazu dienen, das Licht zu lokalisieren und durch das zu untersuchende optische System S

hindurchzulassen, wobei dieses zu der mit öffnungen versehenen Platte 332 ausgerichtet ist.

Die Linse 322 und die Löcher dienen dazu, ein Lichtbündel durch die Linse an bestimmten Punkten hindurchzulassen. Jedes Lichtbündel wird durch die Brechkraft der Linse in bestimmten Probenbereichen abgelenkt. Diese Ablenkung des Lichtes verursacht eine meßbare Zerstreuung des divergenten Lichtkonus, der von jeder öffnung kommt, in Strahlrichtung gesehen hinter dem zu untersuchenden optischen System S.

Nachdem das Licht durch eine der öffnungen - etwa durch die öffnung a' in der Platte 332 und in dem zu untersuchenden optischen System 5 - hindurchgegangen ist, tritt es durch eine Linse 334. Die Linse 334 bildet zusammen mit einer Probenmaske 338 eine Einrichtung zur Bestimmung der Starke oder des Ausmaßes der winkelmäßigen Zerstreuung, die von den zu untersuchenden Linsen auf den divergenten, durch die Linse 334 parallel gemachten Lichtkegel ausgeübt wird. Die öffnung 338 befindet sich normalerweise nahe der Brennebene der Linse 334. Bei der Probenmaske 338 gelangt das Licht dann auf einen der Quadranten eines Detektors D, beispielsweise den dargestellten Quadranten Ii".

In Strahlrichtung gesehen hinter der Probenmaske 338 kann eine Linse 340 angeordnet sein. Diese Linse kann alle Lichtstrahlen, die durch die Maske 338 hindurchgehen, fokussieren, so daß sie fokussiert auf eine bekannte Stelle auf dem Detektor D auffallen· ■> beispielsweise wird ein Lichtstrahl auf den Quadranten a"fokussiert In entsprechender Weise geht von jedem Probenbereich b', c' und d' ein divergierender Lichtkegel auj, von dem jeweils ein Teil durch die öffnung 338 hindurchgeht und auf den entsprechenden Fotodetektor-Bereich des Detektors D auffällt Eine Lochplatte 342 kann dazu verwendet werden, um Licht von dem lichtempfindlichen Bereich abzuhalten, der nicht den erwarteten erleuchteten Bereichen a', b', c'. d' der Lochplatte 332 entspricht

Die Funktionsweise dieses Systems soll nachfolgend erläutert werden. Der divergente Lichtkegel zwischen der öffnung a' und der Maske 338 unterliegt einer winkelmäßigen Versetzung bzw. Verschiebung. Diese Versetzung ist direkt abhängig von der Linsenbrechkraft an der bestimmten Probenöffnung. Gleichzeitig streicht dieser Lichtkegel über diese Öffnung, wöbe· der Schatten der Grenze zu einer vorgegebener. Zeit eine Abschattung hervorruft Der Quadrant a" des Detektors D sieht also zu verschiedenen Zeitperioden (in Abhängigkeit von der Versetzung des Lichtkegels) eine Abschattung. Diese Abschattung wirkt in genau derselben Weise wie dies zuvor beschrieben wurde. Alle algebraischen Gleichungen und Rechnungen bleiben unverändert

Das hier dargestellte Schema ist aus einer Anzahl von Gründen besonders vorteilhaft Einer dieser Gründe besteht darin, daß die spezielle optische Ausrichtung insbesondere unempfindlich gegenüber Streulicht ist das in das System eindringt Grob gesagt sind der Detektor D und die Öffnungen 338 und 342 nur gegenüber Lichtstrahlen empfindlich, die durch einen Bereich hindurchgehen, der an jeder Probenöffnung an der zu untersuchenden Linse Sdurch die Lochplatte 342 lokalisiert ist und zusätzlich sind der Detektor D und die Öffnungen 338 und 342 nur für die Lichtstrahlen empfindlich, die eine derartige winkelmäßige Ausrichtung haben, daß sie durch die öffnung 338 hindurchgehen können. Streulicht mit anderem Einfallswinkel oder mit anderem Ausgangspunkt kann nicht in das System eindringen.

Es werden Proben-Rechnerprogramme angegeben, die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet werden können.

Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei der bevorzugten Ausführungsform lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Scheibenbereiche verwendet werden, die. wie zuvor beschrieben, durch vier sich bewegende Grenzen getrennt sind. Der Vorteil, der mit dieser Konfiguration erzielt werden kann, liegt in einer größeren Zuverlässigkeit und einer geringeren Empfindlichkeit des genauen Schwellwertpegels zur Bestimmung der logischer bzw. binären Abschattungszeit. Dies wird anhand von F i g. 6a dargestellt.

In Fig.6a ist ein geänderter Schwellwert für die in F i g. 7 dargestellte Vergleicherschaltung dargestellt. Wie in F i g, 6 wiedergegeben ist, wurde der Schwellwert nach oben über den 50%-Dunkel-/Hell-Bezugswert geschoben.

Diese Verschiebung beeinflußt die Gerätegenauigkeit nicht nachteilig. Vielmertr ergibt dies eine gleiche und entgegengesetzte Abweichung der Ablesungen an den getrennten Grenzen, wobei diese Abweichungen sich gegenseitig aufheben. Dies wird anhand der zuvor beschriebenen Gleichungen für die Werte f, g deutlich. Es sei nochmal in Erinnerung gerufen, daß die Gleichung für

Φ,₄) -

und die Gleichung für g g = (Φ_/3 + Φ«) - (Φ;ι +

lautet. Beide Gleichungen enthalten dieselben Ausdrucke

Diese jeweiligen Ausdrücke umfassen jedoch den Übergang zwischen einer Grenze von Dunkel nach Hell und einer Grenze von Hell nach Dur' ;1.

Wie Fig.6a zeigt wurde darin ;ire Grenze von Dunkel nach Hell und eine Grenze von Hell nach Dunkel aufgetragen. Angenommen, der geänderte Schwellwert verschiebt sich nach oben. Dann ändert sich di° Größe Φ,> um den Wert + Δ. Bei einer Abdunklung der von Hell nach Dunkel gehenden Grenze Φ,₄ ändert sich dieser Wert um einen Betrag — Δ. In beiden Fällen ist die Größe Δ die veränderte Zeit an der eine Abschattung aufgezeigt bzw. festgestellt wird, und zwar wegen des verschobenen Schwellwerts.

Durch Ändern jedes Wertes Φ durch die Größe Δ (Hinzuaddieren von Δ im Falle von Φ3 und Abziehen des Wertes Δ im Falle von Φ,ΐ) bleibt die algebraische Summe genau gleich. Ein fehlerhafter Schwellwertpegel führt also zu einer entgegengesetzten Zeitverschiebung für diese beiden Arten von Abschattungen. Durch Verwenden und Summieren des Effektes νοτ einer dieser Arten von Abschattung wird der gemeinsame Effekt eines fehlerhaften Schwellwertpegels kompensier und minimiert. Dies ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, insbesondere wird dadurch ermöglicht, daß größere Lichtstrahler, bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, als dies sonst der Fall ist. Ob eine Abschattung früner oder später festgestellt wird, wird in der nachfolgend durchgeführten Winkelsummierung kompensiert. Auf diese Weise erhält man mit den Winkelsummierungen selbst eine ausgezeichnete Gerätegenauigkeit.

Die hier beschriebene Erfindung läßt sich in einer Anzahl von verschiedenen Ausführungsformen realisieren. Es wurde zuvor i*n einzelnen erläutert daß die Forr. und die Konfiguration der Ortskurve bzw. des Ortskurvenelements ein sehr wichtiges Flement der vorliegenden Erfindung ist.

Die Ortskurve bzw. das Ortskurvenelement könnt·: auch lichtempfindlich sein. Bei einer solchen Ausführungsform körnte der in Strahlrichtung hinter derr, Ortskurvenelemeiit angeordnete Detektor auch weggelassen werden, und das Ortskurvenelement selbst könnte das lichtempfindliche Element sein. In entsprechender Weise könnte das Ortskurvenelement auch Licht aussenden.

Bei <i?n hier beschriebenen Ausführungsbeispielen waren alle optischen Systeme oder Linsen, die hier dargestellt und beschrieben wurden, lichtbrechend. Die vorliegende Erfindung könnte genausogut auch in Zusammenhang mit lichtreflektierenden optischen Sy-

stemen bzw. optischen Einrichtungen benutzt werden. Dies kann entweder mit konzentrischer Anordnung des reflektierenden optischen Systems, bei der die optischen Elemente entweder konzentrisch angeordnet werden oder bei der ein Strahlaufspalter verwendet wird, oder aber mit einer exzentrischen Anordnung des Spiegels beim Test mit entsprechender Korrektur der versetzten Achsen durchgeführt werden. Auch kann die Lage des Fotosensors und der Lichtquelle umgekehrt sein. Mit Ausnahme der durch die in Fig.8 dargestellten Konfiguration erhaltenen Vorteile kann ein derartiger Austausch der Lichtquelle des Fotodetektors in ihrer Lage die Vorteile nicht nachteilig beeinflussen, die auf der zuvor beschriebenen Geometrie der beweglichen Grenzortkurve bzw. des beweglichen Grenzortkurvenelements beruhen.

Darüber hinaus kann das Grenzortkurvenelement auch ein lichtemittierender Körper sein. Dabei kann die Grenzortkurve bzw. das Grenzortkurvenelement selbst von innen beleuchtet werden und als reflektierende oder diffuse Lichtquelle wirken, oder die Grenzortkurve kann auch ein sich drehendes oder gedrehtes Bild auf einer Kathodenstrahlröhre sein.

Bei der vorausgegangenen Beschreibung wurde der Ausdruck »abgelenkt« bzw. »Ablenkung« verwendet. Unter diesem Ausdruck werden sowohl lichtbrechende als auch lichtreflektierende optische Systeme, Linsen oder optische Elemente verstanden, die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können. Die hier beschriebene Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, obgleich es dem Fachmanne auch möglich ist, zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen durchzuführen, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird.

Der Hauptanwendungsfall der vorliegenden Erfindung liegt in der Möglichkeit des beschriebenen, beweglichen Grenzortkurvenelements bzw. der beweglichen Grenzortkurve, um den abgelenkten Lichtweg von wenigstens einem Lichtstrahl automatisch festzustellen bzw. zu lokalisieren. Die vorliegende Erfindung kann daher bei der Messung und Untersuchung von lichtbrechenden oder lichtreflektierenden Linsenelementen oder optischen Systemen praktisch jeder Art verwendet werden. Ein Beispiel dafür ist die Messung des reflektiven optischen Systems der Hornhaut des Auges. Ein weiteres Beispiel für die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, die Brechungseigenschaften der Hornhaut des menschlichen Auges mit einem objektiven Beugunpsverfatiren zu untersuchen bzw. zu messen. Beispielsweise kann durch Messen oder Feststellen der Ablenkung bzw. Abweichung eines Bildes auf der Netzhautebene dann, wenn Licht von der beleuchteten Netzhaut in die Hornhaut gelangt, die Lichtbrechung des Auges mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessen oder bestimmt werden.

Nachfolgend wird ein Mikroprozessorprogramm angegeben, das in Zusammenhang mit dem Linsenmeßgerät verwendet werden kann. Dieses Programm ist in Assempler-Sprache für den Mikroprozessor 8080A der Firma Intel geschrieben und ist dazu vorgesehen, bei einem MDS-800 Entwicklungssystem verwendet zu werden, das mit einem 32K-Speicher und einer dualen flexiblen Magnetplatte (dual Floppy-Disc) ausgerüstet ist. Die "erwendete Programmsprache ist in den Veröffentlichungen »Intel 8080 Assembly Language Programming Manual« (#98-004C Rev. C) und »ISIS-II Assembler Supplement for 8085 Programming« (#98-369A) der Firma Intel beschrieben und festgelegt. Eine weniger formale Beschreibung der Programmsprache ist in der Veröffentlichung »Intel 8080 Microcomputer Systems User's Manual (September 1975)« enthalten. Dieses Programm dient dazu, Linsenparameter in Werten für die (ärztliche) Verschreibung aus den rohen, von dem optischen System erhaltenen Daten zu erhalten.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Linsenmeßgerät zum Messen der Ablenkung eines zu untersuchenden optischen Systems, mit wenigstens einer Lichtquelle, die wenigstens drei voneinander beabstandete, diskrete Lichtstrahlen abgibt, die durch das zu untersuchende optische System hindurchgehen, von ihm abgelenkt werden, und mit wenigstens einem lichtempfindlichen Detektor, auf den der jeweilige Lichtstrahl auffällt, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Grenzortkurvenelement (L) in einer Ebene mit einem vorgegebenen Abstand vom zu untersuchenden optischen System (S) angeordnet ist, eine überstreichende Bewegung entlang eines vorgegebenen Weges in dieser Ebene durchführt und einen ersten Bereich (140,142), einen zweiten Bereich (132, 133) sowie wenigstens zwei dazwischenliegende Grenzen (134a. 134Z>. 135a, 135f>; mit unterschiede eher Form aufweist,

daß jede der Grenzen mit differierenden Winkellagen bezüglich des vorgegebenen Weges des beweglichen Grenzortkurvenelements die überstreichende Bewegung zur Festlegung eines einzigen, eineindeutigen Punktes als Grenzortkurvenschnittpunkt durchführt,

daß einer der Bereiche (132, 133) des Grenzortkurvenelements bezüglich seiner Bewegung gleiche Abstände zwischen den Grenzen aufweist, und dieser Bereich (132, 133) das Intervall zwischen Lichtquelle und Detek'or für f'eiche Abstände beim Überstreichen an allen Ablenkstellen des Strahls einnimmt.

daß der andere Bereich (140,14^;) des Grenzortkurvenelements bezüglich seiner Bewegung unterschiedliche Abstände zwischen den Grenzen (134a, 135a bzw. 1346. 135b) aufweist, und der andere Bereich (140,142) das Intervall zwischen Lichtquelle und Detektor für unterschiedliche Abstände beim Überstreichen an unterschiedlichen Ablenkstellen des Strahls einnimmt,

daß diese unterschiedlichen Intervalle proportional den Abständen der Strahlen bei der Bewegung des Grenzortkurvenelements sind. «

daß eine Einrichtung (D) vorgesehen ist. die den jeweiligen Strahl von den anderen Strahlen unterscheidet, und

daß Einrichtungen (120, 121, 122, 150, 151) vorgesehen sind, die die Winkellage des beweglichen Grenzortkurven°lements messen, wenn der jeweilige Detektor eine Abschattung des jeweiligen Strahls an den Grenzen feststellt.

2. Linsenmeßgerät nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14, 314) unabhängig von dem beweglichen Grenzortkurvenelement (L) ist.

3. Linsenmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotodetektor (D) unabhängig vom beweglichen Grenzortkurvenele- μ ment (L) ist.

4. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (140,142) des beweglichen Grenzortkurvenelements (L) im wesentlichen lichtundurchlässig und der zweite Bereich (132,133) desselben im wesentlichen lichtdurchlässig ist, und daß das bewegliche Grenzortkurvenelement (L) den Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle (14, 314) und dem Fotodetektor (D) schneidet

5. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Grenzortkurvenelement (L) entlang des vorgegebenen Weges zur Herbeiführung der Abschattung eine überstreichende Bewegung mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit durchführt

6. Linsenmeßgerät nach einem der Anspt jche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende optische System (S) den Lichtstrahl bricht

7. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der von der Lichtquelle (14, 314) kommende Lichtstrahl parallel gerichtet ist

8. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der von der Lichtquelle (14, 314) kommende Lichtstrahl nicht parallelgerichtet ist

9. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet daß das Grenzortkurvenelement (L) den Lichtstrahl nach Durchgang durch das zu untersuchende optische System (S) abschattet.

10. Lirisenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Grenzortkurvenelement (L)d\.a Lichtstrahl vor Durchgang durch das zu untersuchende optische System (S) abschattet

11. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10. gekennzeichnet durch eine optisch ablenkende Einrichtung (140). die den Strahl in einem vorgegebenen Zerstreuungsbereich zum Detektor (D) ablenkt und ganz in der Nähe des beweglichen Grenzortkurvenelements (L) angeordnet ist.

12. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß sich das bewegliche Grenzortkurvenelement fZJdreht

13. Linsenmeßgerät nach eine-n der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß sich das bewegliche Grenzortkurvenele;nent (L) um eine Achse (141) in der besagten Ebene dreht, und daß die Drehachse (141) des beweglichen Grenzortkurvenelements (L.) zu einer Seite der Ebene hin versetzt ist.

14. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13. gekennzeichnet durch ein sich drehendes, bewegliches Grenzortkurvenelement (L) mit einem ersten Bereich (120) zur Ermittlung der Drehlage des beweglichen Grenzortkurvenelements (L). sowie einem zweiten Bereich (125), der den im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereich (132, 133) und den im wesentlichen lichtdurchlässigen Bereich (140, 142) mit den dazwischenliegenden Grenzen (134a. 134b. 135a. \ZSb) umfaßt, und durch Einrichtungen (150, 151). die den den Drehwinkel anzeigenden Bereich (120) ablesen und die genaue Drehlage des beweglichen Grenzortkurvenelements (^ermitteln.

15. Verfahren zum Messen der Ablenkung eines zu untersuchenden optischen Systems, bei dem wenigstens drei voneinander beabstandete, diskrete Strahlen durch das optische System hindurchgeschickt, von ihm abgelenkt und die Abweichungen der diskreten Lichtstrahlen in einem vorgegebenen Ablenkungsbereich von wenigstens einem lichtempfindlichen Detektor jeweils gemessen werden, dadurch gekennzeichnet,

daß ein bewegliches Grenzortkurvenelement in einer Ebene mit einem vorgegebenen Abstand vom

zu untersuchenden optischen System so bewegt wird, daß wenigstens zwei, unterschiedliche Form aufweisende Grenzen zwischen einem ersten und einem zweiten Bereich des Grtnzortkurvenelements die Ebene bezüglich des vorgegebenen Weges des beweglichen Grenzortkurvenelemenis an uniei schiedlich Schnittpunkt-Winkellagen überstreichen, um einen einzigen, eineindeutigen Punkt als GrenzortJ-urven-Schnittpunkt an allen Ablenkstellen des jeweiligen Strahls festzulegen, daß einer der Bereiche des Grenzortkurvenelements bezüglich seiner Bewegung gleiche Abstände zwischen den Grenzen aufweist uind und dieser Bereich das Intervall zwischen Lichtquelle und Detektor für gleiche Abstände beim Oberstreichen an allen Ablenkstellen des Strahls einnimmt,
daß der andere Bereich des Grenzortkurvenelements bezüglich der Bewegung des Grenzortkurvenelements unterschiedliche Abstände zwischen den Grenzen aufweist, und dieser andere Bereich das Intervall zwischen Lichtquelle und Detektor für unterschiedliche Abstände beim Obers weichen an unterschiedlichen Ablenkstellen des Strahls einnimmt, daß der erste und zweite Strahl mittels des zu untersuchenden optischen Systems abgelenkt wird, daß das Grenzortkurvenelement auf dem vorgegebenen Weg bewegt wird und die Strahlen durch die Grenzen abgeschattet werden,
daß die Lage der Grenzen gemessen wird, wenn der jeweilige Detektor die Abschattung des Lichtstrahls durch die Grenzen des Grenzortkurvenelements feststellt, und

daß wenigstens die sphärische Brechkraft des zu untersuchenden optischen Systems aus wenigstens einer zum Zeitpunkt der durch den Detektor festgestellten Abschaltung des jeweiligen Strahls vorgenommenen Messung der Lage der jeweiligen sich bewegenden Grenze des Grenzortkurvenelements berechnet und angezeigt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Lichtstrahlen von der Lichtquelle zu dem zu untersuchenden optischen System gelangen.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 16. dadurch gekennzeichnet,daß die sphärische, zylindrische, Zylinderachsen- und Prisnienbrechkraft des zu untersuchenden optischen Systems berechnet wird.