DE2829337C2 - Linsenmeßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Linsenmeßgerät gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs I.

Es sind verschiedene automatisierte Systeme zur Messung der Brechkraft von fraglichen Optiken bekannt. Typischerweise sind solche Systeme Abwandlungen von Hartman-Tests zur Bestimmung der Linsenbrechkraft. Bei solchen Tests wird paralleles bzw. kollimiertes Licht von einer Lichtquelle herkommend erzeugt und in getrennten Bündeln an aasgewählten, im Abstand voneinander liegenden Punkten einer fraglichen Linse durch das fragliche optische System geleitet. Durch Verfolgung des abgelenkten Wegs jedes dieser

Bündel an ihren Durchgangspunkten durch die fragliche Optik können Linsenbrechkraft in Kugel, Zylinder, Zylinderachse und Prisma bestimmt werden.

Solche Systeme enthalten typischerweise eine Lichtquelle, eine kollimierte Optik und zugehörige Detekto-

ren. Die Linsenmessung geschieht durch Nachweis der auf die Ablenkung durch das fragliche optische System zurückgehenden Strahlwanderung.

Solche bekannten Linsensysteme waren nie völlig frei von Schwierigkeiten. Eine der Hauptquellen von

Schwierigkeiten bestand in dem Eintritt von Streulicht in ein solches Linsensystem. Wo beispielsweise ein Linsenprüfgerät Linsen in einem normal erleuchteten Raum abtastet, hat das Licht die Möglichkeit, durch die gemessene Linse zum lichtempfindlichen Detektor hin

einzudringen. Veränderliches Licht am Photodetektor kann ein veränderliches Ansprechen des Meßinstruments und damit eine Verschlechterung der instrumentengenauigkeit hervorrufen.
Ferner geschah bei vielen Instrumenten der Nachweis der Strahlwanderung am Photodetektor selbst. Wo man sich auf den Photodetektor zum Nachweis der Strahlwanderung verläßt, können drei Effekte die Instrumentengenauigkeit vermindern.

Der erste Effekt ist das Auftreffen von Streu- oder Umgebungslicht auf den Photodetektor des Instruments. Im allgemeinen ergibt das Auftreffen von Streubzw. Umgebungslicht auf den Photodetektor Detektoranzeigen, die den Ort des Auftreffens von Licht in irriger Weise mitteln. Wenn beispielsweise eine durch

das Instrument erzeugte Lichtquelle auf einem Teil des Photodetektors zur Abbildung gelangt und Umgebungsbzw. Streulicht auf einem anderen Teil desselben, dann ergibt das Instrument typischerweise eine Anzeige, daß Licht auf den Photodetektor an einer Stelle aufgetroffen ist. die zwischen den zwei getrei.c'en Bereichen der Lichtauftreffung liegt. Diese angezeigte Zwischenlage kann einen Instrumentenfehler erzeugen.

Ferner kann die Verwendung von Photodetektoren, die den möglichen Einfall von Licht über verhältnismäßig weite Bereiche empfangen, zu auf Photodetektorunregelmäßigkeiten zurückgehenden Instrumentenunregelmäßigkeiten führen. Wo Licht von der Lichtquelle auf kleine aber veränderbare Abschnitte einer ausgedehnten Photortetektoroberfläche fällt. können Schwankungen der Photodetektoroberfläche selbst zu schwankenden Ablesungen führen. Es ist bei solchen photoempfindlichen Elementen häufig, daß sie hinsichtlich ihrer Photoempfindlichkeit über ihre Oberfläche schwanken. Diese Schwankung der Photoempfindlich· keit ergibt unterschiedliche Ablesungen für unterschiedliche Abschnitte der Oberfläche, wenn eine auf die Messung von fraglichen Linsen zurückgehende Strahlwandung auftritt. Daher kann ein entsprechender auf die Schwankungen der Detektorfläche zurückgehender Fehler vorhanden sein.

Schließlich wurden Detektoren hergestellt, bei welchen photoempfindliche Zellen auf Wanderungslagen eines Felds von Bündeln, wie etwa diejenigen, die durch einen Punktdiagrammgenerator der Nipkow-Scheiben-Vielfalt erzeugt werden, ausgerichtet sind. TypischerwHse liegt eine Ausrichtung einer photoempfindlichen Zelle auf jedes getrennte Bündel des resultierenden Bündelfelds vor. Solche Photodetektoren

und ihre Lageabtastgerätschaft unterliegen den Schwierigkeiten von Unregelmäßigkeiten der Photodetektoroberfläche und von Lagefehlinterpretationen, wenn Umgebungslicht in das Instrument eindringt

Bei dem aus der US-PS 38 70415 bekannten Linsenmeßgerät wird paralleles Licht dutrh die zv untersuchende Linse bzw. das zu untersuchende Linsensystem geschickt Streu- bzw. Umgebungslicht kann in die Probenstrecke des Linsenmeßgeräts eindringen und Jen eigentlichen Lichtstrahl überlagern, der zur Untersuchung eines optischen Systems, beispielsweise einer Linse verwendet und mittels eines Photodetektors nachgewiesen wird. Durch das eindringende Streulicht werden die Meßergebnisse verfälscht Darüber hinaus treffen die durch die zu untersuchende Linse abgelenkten Lichtstrahlen je nach der Brechkraft der Linse bzw. in Abhängigkeit von den Linsenfehlern auf unterschiedliche Bereiche des Lichtdetektors auf. Die lichtempfindlichen Flächen derartiger Detektoren sind jedoch nicht homogen, so daß, je nach dem Auftreffpunkt des durch die Linse abgelenkten Lichtstrahls, unterschiedliche Meßergebnisse ?uftret<;n, die nicht von der Linse selbst, sondern von den unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Detektorfläche abhängen. Dies führt zu weiteren Ungenauigkeiten bei der Messung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Linsenmeßgerät zu schaffen, bei dem die Meßergebnisse von Streulicht das in die Probenstrecke eindringt, nicht beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nicht-paralleles Licht zum Durchstrahlen des zu untersuchenden optischen Lichts verwendet, wobei dieses nicht-parallele Lichtbündel an der Stelle fokussiert wird, bei der sich das untersuchende optische System befindet. Nach Ablenkung des Lichtstrahls durch das zu untersuchende optische System divergiert das Lichtbündel wieder. Wenn also Umgebungs- bzw. Streulicht in die Probenstrecke eintritt was praktisch nicht vermieden werden kann, wird alles Streulicht was nicht genau am Brennpunkt des eigentlichen, zur Untersuchung vorgesehenen Lichtstrahls an der Stelle auftritt, an der sich das zu untersuchende optische System befindet auf Grund des divergierenden Lichtstrahls nach Durchgang durch das zu untersuchende optische System bei der Messung ausgeschlossen, wenn eine Blende vor dem Photodetektor D angeordnet ist. Denn jedes eintretende Licht, das an einer anderen Stelle als dem zu analysierenden Punkt des optischen Systems eintritt, wird auf Grund des divergierenden Lichtstrahls nach dem optischen System systematisch von der Messung ausgeschlossen. DfS Meßergebnis ist daher von eintretendem Streulicht im wesentlichen frei.

Aber auch dann, wenn Streulicht an der Stelle in das Linsenmeßsystem eintritt, an der der Brennpunkt des Meßstrahls auf der zu untersuchenden Linse liegt, wird all das Streulicht von der Messung ausgeschlossen, das eo nicht in einem bestimmten Winkel, nämlich parallel zu den Lichtstrahlen einfällt, die vom Brennpunkt im zu untersuchenden optischen System ausgehen und durch eine Blende auf den Lichtdetektor fallen. Meßfehler auf Grund einfallenden Streulichts sind daher bei dem erfindungsgemäßen Linsenmeßgerät praktisch ausgeschlossen.

Bei der aus der US-PS 29 97 699 bekannten Vorrichtung zur Ermittlung der Winkellage und des radialen Abstands einer Strahlungsquelle von einem Bezugspunkt wird die bei dem bekannten Linsenmeßge rät gemäß der bereits genannten US-PS 38 70 415 paralleles Licht durch das zu untersuchende Linsensystem geschickt Abgesehen von der Tatsache, daß diese Vorrichtung nicht zur Ausmessung von Linsen oder optischen Systemen dient, ist es mit dieser Vorrichtung auf Grund des parallelen Lichts auch nicht möglich, von Streulichteinflüssen freie Meßergebnisse zu erhalten.

Das aus der DE-AS 11 85 398 bekannte Meßgerät dient der Aufgabe, das spektrale Verhalten von Kameraobjektiv-Serien bzw. die chromatische Aberration von Kameraobjektiven zu prüfen. Die Messung der sphärischen und Zylinder-Brechkraft sowie der Zylinderachsen verschiedenster Linsen oder Linsensyteme ist mit dieser bekannten Meßeinrichtung nicht gewollt und auch nicht möglich. Streulichteintlüsse oder gar die Verhinderung von Streulichteinflüssen auf das Meßergebnis sind im Zusammenhang mit diesem bekannten Meßgerät nicht angesprochen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Linsenmeßgerät ist es auch möglich, das punktweise Abtasten einer zu untersuchenden Linse oder eines zu untersuchenden optischen Systems unter Verwendung von nicht-parallelem Licht vorzunehmen. Unter diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird von einer großen Fläche (entweder reell oder virtuell) ausgehendes Licht zu einem Bild an einer Abtastöffnung an oder nahe der fraglichen Optik in einem konischen Bündel fokussiert. Dieses Licht wird vor der Abbildung in seinem konischen Bündel durch ein sich bewegendes Grenzortskurvenelement abgeschattet bzw. verfinstert. Das Element überstreicht die lichtabstrahlende Fläche mit paarweise zusammengehörigen Grenzen unterschiedlicher Neigung, die hinsichtlich der Lagen der sich durch das konvergierende Licht vor der Ablenkung an der fraglichen Optik bewegenden Grenzortskurvenelements unzweideutige Schnittpunkte der Grenzen liefern. Wenn das Licht an der fraglichen OptiK abgelenkt wird und erneut von der fraglichen Optik divergierend in einem konischen Bündel ausgeht kann die Lage des Grenzortskurvenelements im Zeitpunkt der Verfinsterung ausgewählter Strahlen im abgelenkten Lichtkonus /ur Brechkraft der fraglichen Linse durch einen Detektor, der eine feste Lage auf der anderen Seite der fraglichen Optik einnimmt, in Beziehung gesetzt werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Photodetektor nicht lageempfindlich sein oder sich bewegen muß. Der Photodetektor muß vielmehr nur in einer Lage festgelegt und die Verfinsterung aufgezeichnet we. den.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die gleiche Photodetektorfläche reproduzieroar bzw. widerspruchsfrei zum Nachweis der Verfinsterung für verschiedene fragliche Linsen verwendet werden kann. Eine Schwankung der Ausgangsgröße des Photodetektors infolge der Wanderung der Lichtrichtung über die Photodetektoroberfläche gibt es nicht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besieht dann, daß bewegliche Teile und zugehörige Quellen von Beeinträchtigungen vom Photodetektor ferngehalten werden. Daraus e;>ibt sich e^;ne erhöhte Empfindlichkeit des Photodetektors.

Ferner schafft die Erfindung einen Photodetektor mit mehreren Lichtabtastöffnuneen für die fraeliche Ontik.

Gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Prismenfeld oder eine andere Einrichtung zur Mehrfachabbildung vor der einheitlichen Lichtquelle angeordnet. Das Prismenfeld erzeugt eine Mehrzahl virtueller Bilder der Lichtquelle. Jedes virtuelle Bild ist der Ursprungspunkt für einen diskreten Lichtabtastweg.

Ein Vorteil unter diesem Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß mit drei oder mehr scheinbaren Lichtquellen die Brechkraft des fraglichen Systems einfach in Kugel, Zylinder, Zylinderachse und Prisma gemessen werden kann. Ferner läßt sich durch Verwendung getrennter und bekannter Lichtwege einer gegebenen und festliegenden räumlichen Trennung jeder Lichtabtastweg leicht identifizieren.

Ferner schafft die Erfindung ein optisches System, durch welches das am Photodetektor empfangene Licht auf dasjenige Licht beschränkt ist, das die fragliche Optik an den an oder nahe bei der fraglichen Optik gelegenen Abias'.5ffⁿ»ngeTi durchläuft. Gemäß diesem Gesichtpunkt ist ein Photodetektorfeld mit getrennten Photodetektoren für jeden Linsenabtastweg so angeordnet, daß es Licht am Ende der optischen Wege empfängt. Über den einzelnen Photodetektoren des Feldes ist eine Blende mit einem entsprechenden Feld von öffnungen angeordnet, wobei jede öffnung einem der Lichtwege entspricht. Eine Relaisoptik — vorzugsweise ein Linsenpaar — leitet ein konjugiertes Bild der Abtastöffnungen in Ausrichtung auf die entsprechenden öffnungen der Blende weiter. Nur Licht, das die fragliche Optik an der Stelle der Abtaststrecken durchläuft, wird an den Photodetektor weitergeleitet.

Ein Vorteil der Relaisoptik zum Photodetektor liegt darb, daß Licht, das die fragliche Optik an von den getrennten Abtastöffnungen verschiedenen Punkten durchlaufen hat. von der Weiterleitung an den Photodetektor ausgeschlossen ist.

Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, den Lichtwinkel, der am Photodetektor erhalten wird, auf einen engen und vorher ausgewählten Winkeibereich zu beschränken. Gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung läßt eine Linse des Relaislinsenpaares Licht von allen getrennten Abtastöffnungen an der fraglichen Linse nach einer einzelnen Abtastöffnung konvergieren. Diese Abtastöffnung beschränkt das zu dem konjugierten Bild am Photodetektor weiterlaufende Licht auf einen diskreten und engen Winkelbereich. Licht mit abweichenden Winkeln wird nicht an das konjugierte Bild am Photodetektor weitergeleitet.

Ein Vorteil der Erfindung unter diesem Gesichtspunkt besteht darin, daß an den Photodetektor weitergeleitetes Licht unter rvei Gesichtspunkten abgeschirmt wird. Erstens muß es die fragliche Optik an den Abtaststrekken durchlaufen. Zweitens muß das Licht einen engen Winkelbereich aufweisen. Dieser Winkelbereich wird so ausgewählt, daß an den Photodetektor weitergeleitete Strahlen im wesentlichen parallel zu einem ausgewählten und engen Winkelbereich sein müssen. Die Abschirmung von Streulicht gegenüber dem Photodetekior geschieht daher, sowohl was den Ursprungspunkt als auch den Winkelbereich anbelangt

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich der optische Weg in einen C-förmigen Aufbau bringen läßt Ein oberes und lichtundurchlässiges optisches Gehäuse liegt einem unteren lichtundurchlässigen optischen Gehäuse gegenüber, wobei zwischen ihnen die Abtaststrecke für die fragliche Optik liegt. Das zur Abtastung der fraglichen Optik bestimmte Licht läuft vom unteren lichtundurchlässigen Gehäuse nach oben durch einen optischen Weg der in das obere lichtundurchlässige Gehäuseelement mit einem entsprechenden und gegenüberliegenden Gehäuse für den optischen Weg geht. Streulicht, welches ja üblicherweise in einem nach unten gerichteten Winkelbereich verläuft, wird durch die einander gegenüberliegenden Gehäuse hinsichtlich eines direkten Eintritts in den optischen Weg zum Photodetektor abgeschirmt.

Ferner schafft die Erfindung ein System, in welchem eine Farbabweichung infolge entweder der Linsendicke oder Abschattung bzw. Tönung vermindert ist. Gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Prismenanordnung unmittelbar vor dem Eintritt des Lichts in die fragliche Optik angeordnet. Dieses Prisma bewirkt eine Dispersion des Lichts, die der entgegengesetzt ist, die an der fraglichen Linse zu erwarten ist. Typischerweise wird Licht im blauen Bereich zur Innenseite des optischen Wegs hin und Licht im roten Bereich zur Außenseite des optischen Wegs hin abgelenkt. Die sich ergebende Ablenkung an der fraglichen Optik bewirkt im wesentlichen eine Rekombination des abgelenkten Lichtwegs, so daß bis zum Auftreffen der Strahlen auf den Photodetektor das Licht aller Farben (und Wellenlängen) auf die Photodetektoranordnung mit Winkeln auftrifft, die in einem besseren Sinne nahezu gleich sind. In einer Abwandlung sind zur Erzielung des gleichen Ergebnisses getrennte Linsen an den Prismenfacetten vorgesehen. Die Stärke der Linsen an den Prismenfacetten oder die Linsenauslegung an der Ablenkung können zur Steuerung des Ausmaßes der verwendeten chromatischen Korrektur modifiziert werden.

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Auf dieser ist F i g. 1 eine Seitenansicht der optischen Vorrichtung, die es in einem Linsenmeßgeräigehäuse zeigt,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems.

F i g. 3a und 3b schematische Darstellungen des Elements mit der sich bewegenden Grenzortskurve, das gemäß der Erfindung verwendet wird, und

Fig. 4a und 4b Darstellungen einer weiteren möglichen Lichtquelle.

Fig. 1 zeigt ein Linsenmeßgerät A gemäß der Erfindung in einem Gehäuse mit lichtundurchlässigen Wänden. Aus dem Gehäuse ragt an der Vorderseite ein erstes, untenliegendes Gehäuseelement 14, das ebenfalls lichtundurchlässig ist. Ein zweites, obenliegendes lichtundurchlässiges Gehäuseelement 16 ragt im oberen Teil des Linsenmeßgeräts A ab. Diese Gehäuseelemente stehen einander an entsprechenden Öffnungen 18, 20 gegenüber und definieren zwischen sich eine Abtaststrecke 21. Die fragliche, d. h. zu untersuchende Linse S ist hier an einem Gestell B angebracht gezeigt und zur Messung auf die im lichtundurchlässigen Gehäuseelement 14 befindliche untere Öffnung 18 ausgerichtet Da eine Lichtquelle 24 den Ursprung des Lichtwegs und ein Detektor D das Ende des Lichtwegs bildet, sieht man, daß das Licht aus dem lichtundurchlässigen Gehäuselement 14 nach oben und unter Durchlaufen der fraglichen Linse 5 zum lichtundurchlässigen Gehäuseeiement 16 verläuft

An dieser Stelle sollte nochmals darauf hingewiesen werden, daß das oben liegende lichtundurchlässige Gehäuseelement 16 dem unteren lichtundurchlässigen Gehäüseeierneni 14 gegenübersteht Diese Gehäuseelemente 14,16 definieren zwischen sich eine Abtaststrekke 21. Diese einander gegenüberstehenden Gehäuseele-

mente helfen mit zu verhindern, daß Umgebungs- oder Streulicht in den Photodetektor D eindringen kann. Da das meiste des Umgebungslichts in nach unten zur Gerätebasis hin verlaufenden Winkeln verläuft, schirmt insbesondere der Schatten des lichtundurchlässigen Gehäuseelements 16 die untersuchte Optik S in ihrem abgetasteten Teil ab und verhindert damit, daß Licht nach oben hin und unter Eindringen in die Abtaststrecke 21 in Ajfwärtsrichtung reflektiert wird. Dabei ist zu beachten, daß die typische optische Luft-Glasgrenzfläche eine Reflexion der Größenordnung von nur 4% erzeugt (obwohl die Reflexion getönter kzi/. korrigierender Sonnengläser höher sein kann). Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit, daß Umgebungslicht in das Linsenmeßgerät gemäß der Erfindung eintritt und Fehlmessungen erzeugt durch die einander gegenüberstehenden Gehäuseelemente 14, 16 und den nach oben gerichteten Lichtweg der Abtaststrecke minimalisiert. F i g 2 gibt in perspektivischer Ansicht die optischen

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Darstellung wiederum die optischen Elemente in bezug auf ein lichtundurchlässiges Gehäuse zeigt, das hier mit unterbrochenen Linien dargestellt ist. Grob gesprochen läßt sich der optische Weg in einen unteren Abschnitt 30 mit einer sich bewegenden Grenzortskurve, einen oberen bzw. Detektorabschnitt 32 und die zwischen diesen liegenden Abtaststrecke 21 für die untersuchte Optik unterteilen. Wie leicht zu sehen ist, liegt der optische Weg grob in einer vertikalen Ebene und ist C-förmig aufgebaut. Das heißt, Licht läuft von der Lichtquelle 24 längs des unteren und im wesentlichen horizc.italen Schenkels 30 zum Abtastintervall 21. Das Licht wird nach oben und in den vertikalen Teil des C in der Abtaststrecke 21 gerichtet. Das Licht wird dann in die Horizontale längs des oberen horizontalen Abschnitts des C und in den Detektor Dabgelenkt.

Hier sollte betont werden, daß der Detektor D ein extrem empfindliches lichtempfindliches Element sein kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, den Detektor D vor mechanischen Schwingungen, elektromagnetischen Störungen und Streulicht zu schützen. Durch Erzeugung des hier beschriebenen C-förmigen optischen Wegs ist es möglich, den unteren Schenkel des C-förmigen Wegs gegenüber dem oberen Schenkel des C-förmigen Wegs abzuschirmen. Durch eine herkömmliche Abschirmung (nicht gezeigt) läßt sich nicht nur das Licht auf den optischen Weg einschränken, sondern es werden auch elektromagnetische und Schwingungskräfte in wirkungsvoller Weise vom Photodetektor D ferngehalten. Typischerweise ist die Lichtquelle 24 eine Halogenlampe mit gesiebter Gleichspannungsversorgung. Es ist eine einzelne Lichtquelle, die ihr Licht gegen ein Prismenfeld 26 sendet. Das Prismenfeld 26 ist ein vierfacettiges Prismenfeld. Dieses Prisma hat für den von der Lichtquelle 24 nach unten gehenden optischen Weg die Wirkung, daß der Lichtquelle 24 vier scheinbare Lichtursprungsquellen zugeteilt werden. Diese Ursprungspunkte sind alle scheinbare bzw. virtuelle Bilder. Jedes Bild bildet den Anfang eines diskreten Lichtwegs von der Lichtquelle zum Detektor D. Der Detektor D kann eine »Pin Spot/4 D«-Photodiode, hergestellt durch United Detector Technology Corporation, Santa Monica, Californien, sein.

An dieser Stelle erneut einen Sprung machend, sieht man. daß der Detektor D vier diskrete Öffnungen 28 enthält Jede dieser Öffnungen 28 liegt über einem photoempfindlichen Bereich des Detektors D. Für jeden getrennten Bereich wird eine getrennte Messung durchgeführt. Jeder Lichtweg wird von dem durch das Prismenfeld 26 erzeugten scheinbaren Bild her so fokussiert, daß er auf einen diskreten Bereich des Photodetektors D auftrifft. Aus Gründen der Einfachheit wird nur einer der Lichtwege diskutiert. Es versteht sich aber, daß in Wirklichkeit vier Lichtwege vorhanden sind. Da jeder der Lichtwege eine genaue Entsprechung zu den verbleibenden Lichtwegen (sich nur in den

ίο Durchgangspunkten durch das System unterscheidend) ist, wird im folgenden nur ein Lichtweg vollkommen beschrieben.

Von einer bestimmten Facette, dargestellt als 26a, des Prismenfelds 26 ausgehendes Licht trifft auf einen Spiegel 33. Vom Spiegel 33 divergiert das Licht zu einem optischen achromatischen Relaisdoublet 35. Das über die Prismenfacette 26a her erhaltene virtuelle Bild wird zu einer Blendenöffnung 39a in einer Blende 39 weitergeleitet. Die Blendenöffnung 39a ist das Element,

\j\,i ut-ψΎ, IK(IiV TT v. ii. ι it. 111 vji^. uiuvi

der Messung ausgerichtet wird.

Es ist notwendig, daß das divergierende Lichtbündel zum Doublet 35 und/oder das konvergierende Lichtbündel vom Doublet 35 durch eine sich bewegende Grenzortskurve L überstrichen wird. Typischerweise wird die Grenzortskurve L über eine Welle 40 durch einen Motor 42 (die Welle ist hier des leichteren Verständnisses wegen abgebrochen gezeichnet) angetrieben. Zur Sicherstellung einer konstanten und sich nicht ändernden Winkelgeschwindigkeit wird ein eintouriger Motor, unterstützt durch ein Grenzortskurvenelement L mit wenigstens mäßigem Trägheitsmoment, bevorzugt.
Die Welle 40 ist gegenüber dem optischen Weg nach einer Seite hin versetzt. Der optische Weg durchläuft eine Auslenkungsfläche 130 an der sich bewegenden Grenzortskurve L Die sich bewegende Grenzortskurve L an ihren betreffenden Grenzen 134a, 1346,1356,135a überstreicht die Auslenkungsfläche 130. Da diese betreffenden Grenzen unterschiedliche Neigung, die unzweideutige Schnittpunkte in bezug auf die bzw. als Funktion der Zeit definieren (siehe beispielsweise Grenzen 1346, 1356 der F i g. 3a), haben, läßt sich eine unzweideutige Schnittlage der überstreichenden Grenzen innerhalb der Auslenkungsfläche 130 in bezug auf die Zeit durch die sich bewegende Grenzortskurve definieren.

Es ist notwendig, daß man die Drehlage der sich bewegenden Grenzortskurve L kennt. Deshalb hat ein

so am Umfang angeordneter Informationsbereich 120 eine Lichtquelle 50 und einen Lichtdetektor 51, der durch den Bereich 120 blickt, um so dessen Drehlage zu bestimmen.

Nachdem so weit das aligemeine optische Schema der Erfindung erläutert wurde, wendet sich die Beschreibung nun den Fig.3a und 3b zu. Fig.3a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der sich bewegenden Grenzortskurve L in Form einer rotierenden Scheibe.
Das sich bewegende Grenzortskurvenelement L besteht aus einem transparenten Material, etwa aus Glas. Die Scheibe ist mit zwei breiten Informationsbereichen versehen. Der erste solche Bereich ist ein Randbereich 120, der die Scheibendrehung definiert Der zweite Bereich umfaßt den inneren Bereich 125 der Scheibe, der die abgelenkten Lichtbündel verfinstert bzw. abschattet

Der Randbereich 120 besteht aus einer Gruppe diskreter Schlitze bzw. einem Balkenmuster 122, die in

einer bestimmten räumlichen Winkelbeziehung um den Rand der Glasscheibe herum angeordnet sind. Im vorliegenden Fall sind sie in einem räumlichen Abstand von 256 Schlitzen pro Umdrehung angeordnet. Die Schlitze 122 dienen zur genauen Feststellung der Drehlage der Scheibe. Wenn diese präzise Feststellung der Drehlage der Scheibe in Kombination mit dem Auftreffen vor Licht auf den Detektor 50 durchgeführt wird, ergibt sicn eine präzise Winkelmessung. Bezug genommen hinsichtlich der Drehung wird auf einen fehlenden Schlitz bei Intervall 121. Durch elektronische Erkennung dieses Intervalls über eine Zeitabtastschaltung läßt sich die genaue Drehlage der Grenzortskurve L im Zeitpunkt der Abschattung bestimmen.

Der Randbereich 120 kann in einer Vielzahl von Ausführungsformen realisiert sein. Beispielsweise könnte eine Baldwin-Digitalisierungsscheibe zur Bestimmung der genauen Drehlage der sich bewegenden Grenzortskurve L verwendet werden. Solche Scheiben werden von der Firma Baldwin Electronics, ldc, Little Rock, Arkansas hergestellt und sind kommerziell verfügbar.

Die betreffenden Strahlen durchlaufen eine Fläche, die mit gestrichelten Linien 130 gezeigt ist. Die Auslenkung der Strahlen an der sich drehenden Scheibe innerhalb der Fläche ist vom gesamten Bereich der zu untersuchenden Linsen S, die innerhalb des Meßgeräts gemäß der Erfindung angeordnet werden können, zu erwarten. Es ist die Lage der Verfinsterung bzw. Abschattung der Strahlen, die der Photodetektor bestimmt und mißt.

Die Lage der Strahlen, wie sie die Scheibe in der Fläche 130 durchlaufen, kann leicht bestimmt werden. Hinsichtlich der Erläuterung, wie dieser Abschnitt der Erfindung arbeitet, wird das Augenmerk zuerst den Parametern der Scheibe und einer Diskussion der Grenzen zwischen den lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Bereichen zugewandt. Danach wird die Funktion, wie diese Bereiche arbeiten, dargelegt. Schließlich wird der allgemeine Fall für eine olche sich bewegende Grenzortskurve erläutert.

Grob gesprochen, enshält die umlaufende Grenzortskurve zwei lichtdurchlässige und zwei lichtundurchlässige Bereiche. Von lichtdurchlässigen Bereichen 132,133 enthält jeder eine Grenze, die sich durch die Gleichung R= kQ (für die Grenzen 134a und 134ty und R = kB (für die Grenzen 135a und 135fc,)beschreiben lassen.

Die Grenzen 134a sowie 134t» einerseits und 135a sowie 1356 andererseits sind um einen exakten Winkelabstand von 90° für jeden beliebigen Radius getrennt. Man sieht also, daß die lichtundurchlässigen Abschnitte der sich bewegenden Scheibe beim Durchlaufen irgendeiner Stelle innerhalb des Bereichs 130 für die eine Hälfte der Zeit Licht durchlassen und für die verbleibende Hälfte der Zeit Licht nicht durchlassen, alles dies genommen über einen vollständigen Umlauf.

Was den oberen lichtundurchlässigen Abschnitt 140 anbelangt, so sieht man, daß dieser lichtundurchlässige Bereich hinsichtlich des eingenommenen Winkelintervalls mit zunehmender Entfernung von der Achse 141 des umlaufenden Grenzortskurvenelements allmählich zunimmt. Dies ist so, weil die betreffenden Grenzen 134a und 135a mit zunehmendem Abstand radial nach außen von der Achse 141 ein zunehmendes Winkelintervall einnehmen.

Der Abschnitt 142 ist in entgegengesetzter Weise aufgebaut Im einzelnen heißt dies, daß das Wmkeiintervall zwischen den Kurven 134i> und 135b mit zunehmendem radialem Abstand von der Drehachse

141 abnimmt.

Sei angenommen, daß ein Strahl die Scheibe in einem Abstand rund emem Winkel Θ durchläuft, dann läßt ?ich der Durchgang des Strahls intuitiv verstehen, bevor der allgemeinere Fall betrachtet wird. Für Änderungen des Abstandes r von und zu der Achse 141 sieht man im einzelnen, daß die Zeit während der der Strahl durch die entsprechenden lichtundurchlässigen Flächen 140 und

142 abgedunkelt wird, bestimmt werden kann. Im Falle der lichtundurchlässigen Fläche 140 liegt der Strahl umso weiter weg von der Achse 141, je langer die Abdunklung des Strahls durch die Fläche 140 dauert. Im Falle der lichtiindurchlässigen Fläche 142 liegt der Strahl umso weiter weg von der Achse 141, je kürzer die Abdunklung des Strahls dauert. Die lichtundurchlär.sigen Flächen liefern also jeweils diskrete zeitlii.ii eingerichtete Intervalle, die die Polarkoordinattn rdfs Strahls bezüglich der Drehachse 141 angeben.

Hinsichtlich des Winkeis des Strahls von der Achse 141 kann das mittlere integrierte Zeitintervall zwischen der Bezugslage der Scheibe und zwei Lichtdurchlässig-Lichtundurchlässig-Grenzen zur Bestimmung der Winkelgegebenheiten herangezogen werden. Durch Beobachtung beispielsweise der Grenzen 134a und 1.35a. wenn sie jeweils einen Strahl verdunkeln, wird man beobachten, daß sich der Winkel zwischen der Feststellung der Markierung 121 und diesen Verfinsterungen auf einen Wert mittelt, der die azimutale Lage des Strahls um die Achse 141 darstellt. Diese azimutale Lage kann mit extremer Genauigkeit gemessen werden. Indem man dieses Drehintervall zu dem genauen Drehintervall der Zeichen 120 in Verbindung setzt, läßt sich die Wanderung des Strahls im Winkel Θ leicht bestimmen.

Es liegt auf der Hand, daß mehr als die hier gezeigten Grenzen verwendet werden können.

Beispielsweise könnten sechs Grenzen verwendet werden. Ähnlich könnten die lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Abschnitte der Grenzen umgekehrt sein.

Nach Darlegung der Wanderung des Strahls kann nun der allgemeinere Fall erklärt werden.

Es sollte klar sein, daß die Bewegungsbahn einer Grenzortskurve gemäß der Erfindung in weiten Bereichen variieren kann. Beispielsweise könnte die Bewegungsbahn linear sein und eine Reihe von Grenzen umfassen, die alle aufeinanderfolgend die Fläche erwarteter Strahlauslenkung durchlaufen. Ähnlich könnte die Grenzortskurve auf das Äußere eines lichtdurchlässigen umlaufenden Zylinders gemalt sein. Licht könnte über die Seitenwände des Zylinders abgelenkt werden, wobei mit dem Auftreten der auf die Zylinderseitenwände gemalten Grenzen ein Strahl abgedunkelt wird. Es versteht sich also, daß die Ausführungsform einer sich drehenden Scheibe, die hier gezeigt ist, ein bevorzugtes Beispiel ist.

Die hier dargestellte Grenze umfaßt aufeinanderfolgend lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Bereiche auf der Oberfläche der Scheibe. Fs versteht sich, daß absolut lichtdurchlässige oder absolut iicht'sna^ichiäsiige Bereiche hinsichtlich der praktischen Anwendung der Erfindung nicht erforderlich sind. Sich verändernde Oberflächen können verwendet werden, solange sie alle in der Lage sind, einen Lichtstrahl durchzulassen, der ohne nennenswerte Verschlechterung durch einen Detektor aufgefangen werden kann. Ähnlich könnte Licht verschiedener Farbe in Kombination mit fsrbun-

tei scheidenden Filiern verwendet werden. Beispielsweise könnte eine Kombination von Licht und schmalen Randpaßfiltern zum aufeinanderfolgenden Durchlassen verschiedener Strahlen verwendet werden. Diese Strahlen könnten nach dem Durchgang in zeitlicher Aufeinanderfolge an einer einzigen Detektoi scheibe gemessen werden.

Die Grenzen können nicht parallel zur beabsichtigten Bewegungsbahn des Grenzortskurvenelements sein. In einem solchen Fall würde kein Überstreichen der Auslenkungsfläche und kein Nachweis des Strahls vorliegen.

Es ist erforderlich, daß die zwei Grenzen sich voneinander so unterscheiden, daß sie Grenzen von deutlich verschiedener Form darstellen. Dieser Unterschied in der vVinkelausgestaltung verlangt, daß jede Grenze die Fläche beabsichtigter Strahlauslenkung überstreicht und daß die zwei Grenzen, wenn Verfinsterung passiert, eine gemeinsame Schnittlage hiMpn Οίρςρ oprripincamp Schnittls^S ΚΞΠΓϊ dlS Ls^S der Auslenkung dts Strahls bestimmen.

Was die sLh bewegende Grenzortskurve anbelangt, so wird bevorzugt, daß die Grenze sich mit einer bekannten und konstanten Geschwindigkeit bewegt. Bei Bewegung mit einer bekannten und vernünftig konstanten Geschwindigkeit läßt sich die Gleichung zur Bestimmung des Orts des Strahls auf eine solche für die Zeit, kombiniert mit der Kenntnis der Lage von den Markierungen 121 und 122, reduzieren. Das heißt, durch Beobachtung der Zeit der betreffenden Abdunklungen kann der genaue Ort der Strahlablenkung gemessen werden. Sobald die Auslenkung bekannt ist, läßt sich das resultierende (Brillen-)Rezept erhalten.

Der besondere Aufbau des in den Fig. 3a und 3b dargestellten Grenzortskurvenelements ist bevorzugt, in der tatsächlichen Praxis kann die Grenze einen anderen Aufbau haben.

Als eine Sache für die Praxis ist es wichtig, daß wenigstens zwei Grenzkonturen verwendet werden müssen. Die Neigung einer dieser Grenzkonturen muß in bezug auf die Richtung der Versetzung der Grenze über den Lichtweg algebraisch größer als die andere sein. Eine solche Neigung gibt den Grenzen einen unzweideutigen Schnittpunkt, der den genauen Ort bzw. die genaue Ortung des Strahls innerhalb eines vermuteten Auslenkungsbereichs, beispielsweise der Fläche 130 in F i g. 2, sicherstellt.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß die Neigung bzw. Steigung ihr Vorzeichen nicht ändert. Wird die Steigung so gewählt, daß ein Vorzeichenwechsel auftritt, dann findet man, daß die sich ergebende Funktion nicht-monoton ist. Das heißt, der Wert von einer Komponente, die die Steigung erzeugt, nimmt über die Fläche der Auslenkung ab anstatt zu. Dies erzei;gi Schwierigkeiten bei der Lösung der sich ergebenden Gleichungen.

Natürlich kann die Grenze in Polarkoordinaier; beschrieben werden — wo die Grenze, wie bei der bevorzugten Ausführungsform rotiert wird; oder in kartesischen Koordinaten — wo die Grenze nur über die Lichtstrahlen bzw. -bunde! hinweg translatorisch versetzt wird, wobei die betreffende fehtunäjrcniässigen und iichtdurchiässigen Bereiche Grenzen definieren, die durch herkömmliche X, Y-Beschreibung beschrieben sind.

Wo eine rotierende Grenze vorliegt muß die Steigung de/drder einen Gre.-.£t- algebraisch größer als die der anderen sein. Dies gilt otter«»■ siiL-b wo die Versetzung in Θ-Richtung passiert.

Wo die Grenze in A"-Richtung eines kartesischen Systems versetzt wird, muß die Steigung dAr/dyder einen Grenze algebraisch ^vößci als die entsprechende Steigung der anderen Grenze sein.

Es ist eine wichtige Beschränkung, daß j°de Grenze die erwartete Auslenkungsfläche überstreicht. Wo die Grenze die erwartete Auslenkungsfläche nicht vollständig überstreicht, wären die Beschränkungen dieser ίο allgemeinen Bedingungen nicht erfüllt.

Augenmerk sollte auch der Anzahl von Abtastöffnungen geschenkt werden, die das System benützt. Bei Verwendung von zwei Abtastöffnungen wäre für die Erzeugung einer Linsenlösung eine unzureichende is .'iformation vorhanden, es sei denn Ausrichtung auf eine Hauptachse des fraglichen Linsensystems könnte vorkommen. Bei Vorhandensein von drei Öffnungen kann sich die Lösung in Kugel-, Zylinder-, Zylinderachsen- und Prismenkomponenten ergeben. Wo vier

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Brechkraftvariation über die Oberfläche aus dem System abgeleitet werden.

Nach Beschreibung der Parameter der sich bewegenden Grenzortskurve wird die Aufmerksamkeit nun der Blende 39 und jeder der vier gezeigten Blendenöffnungen zugewandt, wobei die öffnung 39a als Beispiel verwendet wird.

Das Relaisdoublet 35 bildet die virtuellen Bilder der Lichtquelle 24 auf die diskreten Öffnungen in der

Öffnungsblende 39 ab. Die Öffnung 39a ist ein Beispiel. Der Durchmesser des Bildpunktes an der Blende beträgt vorzugsweise 0,38 mm (15 mil). Ein optimaler Bereich für jede der Öffnungen könnte zwischen 0,25 und 1,5 mm (10 und 60 mil) liegen, wobei mit öffnungen bis hinunter zu 0,13 mm (5 mil) und bis hinauf zu 2,54 mm (100 mitgearbeitet werden kann.

Es ist zu beachten, daß die obere und die untere Grenze für die Größe der Öffnung in der Blende 39 durch zwei Parameter bestimmt werden. Wenn die Öffnung noch kleiner wird, !'önnen Beugungsphänomene auftreten. Bei Vorhandensein von Beugungsphänomenen wird der hinter der Blende liegende Lichtweg zum Detektor D verzerrt oder verbreitert.

Wenn die Öffnung 39a in der Blende 39 größr. wird.

wird eine größer werdende Probe einer Linse herausgegriffen. Da die meisten Linsen hinsichtlich der optischen Brechung sich über ihre Oberflächen ändern, werden die dahinterliegenden Lichtkegel mit zunehmender Probefläche entsprechend verzerrt. Es hat sich gezeigt, daß bei Brillengläsern, subald diese Fläche 2,54 mm (100 mil) überschreitet die optische Verzerrung eine genaue Abtastung durch Abschattung durch die sich bewegende Grenzortskurve L verhindert.

Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die einzelnen Öffnungen 39a für den Betrieb nicht riotwendig sind, da die Lokalisation der Flecken durch die Relaisoptik 35 ausreichend sein kann. Der Nutzen der Öffnungen 39 liegt darin, daß eine weniger ausgeklügelte Konstruktion für die Optik zwischen der Scheibe L und der Lichtquelle 24 möglich ist.

Das von der Lichtquelle 24 tjj den betreffenden Öffnungen in der 31ende 35 ausgehende Licht wird typischerweise durch ein Prisma 40 abgelenkt. Das Prisma 40 enthält eine erste Öffnung 41. die senkrecht zum einlaufenden optischen Wee liegt, und eine zweite Öffnung 42, d:e senkrcdit >';■ — auslaufenden optischen Weg 'iesrL wobei sich zwischen :hr-en eine reflektierende Ober VJLi; ■■*.* b±. ;,.det

Typischerweise wird das vom scheinbaren Bild der Lichtquelle 24 ausgehende Licht so fokussiert, daß es an einer Pupille bzw. einem Punkt an der fraglichen Optik S zusammenläuft Die fragliche Optik S lenkt das Licht hinter ihr ab; es tritt eine Ablenkung des gesamten Lichtkegels an dieter Stelle auf.

An diesem Punkt kann eine Diskussion der Wirkung der sich bewegenden Grenzortskurve L erfolgen.

Bückt man durch die öffnung 39a und in Richtung des virtuellen Bilds der Lichtquelle 24, das man durch die Facette 26a des Prismenfelds 26 sieht, so erscheint es, als ob das gesamte optische Doublet 35 erleuchtet ist. Wenn die sich bewegende Grenzortskurve L rotiert, streicht die Grenze 134ft über die Fläche 130. Es tritt eine Verfinsterung des erleuchteten Relaisdoublets 35 auf. Diese Verfinsterung streicht über das Doublet 35, bis es dvjth die lichtundurchlässige Fläche 142 vollständig verfinstert und unsichtbar geworden ist Für jede der betreffenden Grenzen 135f>. 135a. 134a und 1346 treten aufeinanderfolgende Verfinsterungen auf. Hinter der Blende an der Abtaststrecke 21 tritt ein umgekenrtes Bild der Verfinsterung bzw. Abschattung auf. Der Schatten der betreffenden überstreichenden Grenzen läuft über den divergierenden Lichtkegel.

Unter der Annahme, daß dieser divergierende Lichtkegel durch die fragliche Optik S abgelenkt wird und daß der Detektor D stationär bleibt, wird die Verfinsterung zu unterschiedlichen Zeiten nachgewiesen.

Nach der allgemeinen Darlegung der Funktion der sich bewegenden Grenzortskurve und der Ablenkung des sich ergebenden Strahls an der fraglichen Optik S kann nun Lichtabschirmungseigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung Augenmerk geschenkt werden. Zunächst wird die Funktion der in einem Paa·- angeordneten Linsen 45 und 69 hinsichtlich der Weiterleitung eines konjugierten Bilds dargelegt Dieses weitergeleitete konjugierte Bild ist das der Öffnungsplatte 39 auf die Platte 28, dis über dem Detektor D liegt

Als zweites wird die Linse 45 in Korrbination mit einer Blendenplatte 49 diskutiert. Von diev;r Linse wird gezeigt daß sie so gewählt ist. daß Lichtbündel eines engen Winkelbereichs an den Detektor D «/eitergeleitet werden. Hinsichtlich der sich ergebenden Kombinationen wird erläutert, daß sie das meiste Umgebungsstreulicht von einem Auftreffen auf den Photodetektor D fernhalten.

Gemäß F i g. 2 ist eine Öffnungsplatte 39 mit vier diskreten öffnungen gezeigt, wobei die öffnung 39a als Beispiel dient. Das Bild der Öffnungsplatte wird über zwei Linsen an den Photodetektor D weitergeleitet. Die erste Linse ist Linse 45. Diese Linse vermindert die Divergenz des von der Öffnungsplatte 39 ausgehenden Lichts. Das Licht läuft dann weiter zu einer zweiten Relaislinse 69. Die zweite Relaislinse 69 leitet ein konjugiertes Bild der Öffnungsplatte 39 an die Öffnungsplatte 28 weiter, die über den Photodetektor D liegt, der typischerweise ein Photodetektorfeld mit vier lichtempfindlichen Bereichen ist. leder der lichtempfindlichen Bereiche liegt unter einer der Offnungen in Platte 28, wobei die Öffnung 28a als Beispiel dient.

Die Relaislinsen 45,69 leiten ein konjugiertes Bild der Platte 39 in Ausrichtung auf Platte 28 weiter. Die betreffenden und einander entsprechenden öffnungen in Platte 39 werden mit Bildern der Öffnung in Platte 23 zur Ausrichtung gebracht. Wie hier als Beispiel gezeigt, ist öffnung 39a auf öffnung 28a ausgerichtet. Weil es für den Betrieb und die Justierung praktisch ist, wird die Größe des konjugierten Bildes von 28;? etwas größer als die Größe der entsprechenden Öffnung 39a gemacht

Es wird unmittelbar klar, daß das Eindringen von Umgebungslicht in den Photodetektor D beschränkt ist Im einzelnen ist es auf Licht beschränkt, das bei den Öffnungen in Platte 319 an der fraglichen Optik S entsteht und sie durchläuft Licht, das an anderen Punkten der fraglichen Optik S seinen Ursprung hat

to kann optisch nicht in das System eindringen.

Die Spaltung des Relaislinsensystems in die Linsen 45 und 49 hat ein Ergebnis, das nicht unmittelbar offenbar ist Durch Aufspaltung des Relaislinsenpaares in zwei diskrete Linsen kann die erste dieser Linsen, Linse 45, für eine zusätzliche Funktion herangezogen werden.

Diese Funktion besteht darin, den angenommenen Winkelbereich von Licht, das auf den Photodetektor D

auftrifft stark zu beschränken.

Gemäß diesem letzteren Gesichtspunkt der Erfin-

dung ist das von der Linse 45 ausgehende Licht hinsichtlich seiner Divergerz vermindert Dieses Licht trifft auf die öffnungspiatte 49 auf. Die einzelne und zentrale Öffnung 49a läßt den Lichtweg für jede einzelne diskrete scheinbare Lichtquelle zu den

betreffenden Öffnungen in Platte 28, die über dem Detektor D liegt durch.

Dk Öffnung 49a gestattet typischerweise, daß nur Licht eines sehr engen Winkelbereichs zur Linse 69 durchtreten kann Als durch Linse 69 tretendes Licht wird daher Licht eines sehr engen Winkelbereichs am Photodetektor D aufgenommen und tritt durch die hier dargestellte öffnung 28a und Platte 28.

Man sieht unmittelbar ein. daß in einem zweiten Gesichtspunkt eine optische Abschirmung auftritt Selbst obwohl Streu- bzw. Umgebungslicht unter Umständen die fragliche Optik 5 an einem Bereich, der über einem der öffnungen der Blende 39 liegt, durchlaufen kann, muß solches Licht auf einen engen Winkelbereich beschränkt sein. Dieser Winkelbereich muß im wesentlichen parallel zur optischen Achse für jeden Lichtweg zum Detektor D liegen. Wenn das Licht ohne diesen ausgewählten und engen Divergenzbereich, der durch die öffnung 49a und Linse 45 zugelassen wird, durchtritt, wird das Licht durch Auftreffen auf die lichtundurchlässige Oberfläche der Blende 49 abgeblockt. Dies ist durch Bündel 49' angedeutet, das auf die Blende auftrifft

Es ist also zu würdigen, daß das Phänomen optischer Abschirmung durch die Linsen 45, 69 in Kombination

SO mit einer öffnung in einer Blende 49 die vorgelagerten optischen Abschattungseffekte der lichtundurchlässigen Gehäuseelemente 16, 14 ergänzen. Die Kombination der Lichtabschirmung durch diese beiden getrennten Phänomene vermindert das Eindringen von Streulicht in das System in drastischer Weise.

Wie noch erinnerlich in bezug auf den Betrieb, wird die in scheinbarer Weist beleuchtete Obtt fläche r¹ -optischen Doublets 35 durch die betreffenden Grenzen des Elements L überstrichen. Dieses Licht konvergiert in einem konischen Weg zu der fraglichen Optik S. und zwar in einem konischen Weg, der seinen Scheitel an der fraglichen Optik hat. Die fragliche Optik 5 bewirkt eine Ablenkung. Diese Ablenkung gilt für den gesamten Lichtkegel, der hinter der Linse längs eines konischen

Wegs aus der öffnung 39a in der Blende 39 austritt. Eine solche Ablenkung des Lichtkegels ist durch den abgelenkten Kegel 49' auf Blende 49 dargestellt. Der Detektor D blickt dann nach Strahlen mit einer

spezifischen Ausrichtung. Dieser Anteil des abgelenkten Lichtkegels 49' wird dann hinsichtlich seiner Verfinsterung angesehen. Wenn eine Verfinsterung beobachtet wird, kann sie zur Lage der sich bewegenden Grenzortskurve L in Beziehung gesetzt werden. Da sie zur Lage der sich bewegenden Grenzortskurve L in Beziehung steht, kann die Brechkraft des fraglichen optischen Systems in Kugel, Zylinder, Zylinderachse und Prisma gemessen werden.

Diese Messung ist im einzelnen in dem dieselbe Priorität, denselben Anmeldetag und denselben Anmelder aufweisenden deutschen Patent 28 29 312 beschrieben.

Die fraglichen Optiken zeigen im allgemeinen Dispersion. Brillengläser sind typischerweise keine Achrometen. Weil dies so ist, kann sich Dispersion ergeben.

Hinsichtlich des hier dargestellten Photodetektors kann Dispersion unterschiedliche Ergebnisse erzeugen. Im einzelnen heißt dies, daß Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu unterschiedlichen Ablenkungspunkten verläuft, mii dem Ergebnis, daß die nachgewiesenen Verfinsterungen für Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu unterschiedlichen Zeiten passiert Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß ein System zur chromatischen Kompensation des Lichts, bevor es in die fragliche Optik S eintritt, vorgesehen. Zuerst wird das Licht vor dem Eintritt in die fragliche Optik chromatisch zerlegt An der fraglichen Optik S tritt eine mittlere Rückablenkung des chromatisch zerlegten Lichts auf. Das Licht v> ird üblicherweise auf einer gemittelten Basis durch die fragliche Optik rekombiniert so daß das Auftreffen am Detektor D vorzugsweise achromatisch ist.

Das in F i g. 2 gezeigte Prisma 40 bewirkt einen Teil der oben beschriebenen chromatischen Zerlegung des Lichts. Typischerweise wird Licht im blauen Teil des Spektrums zum mittleren Teil der Blende 39 hin abgelenkt. Licht im roten Wellenlängenbereich wird von dem Mittelteil der Blende 39 weg abgelenkt

Beim Durchgang durch die fragliche Optik 5 tritt ein Kompensationseffekt auf. Typischerweise wird Licht im roten Wellenlängenbereich wegen des niedrigeren Brechungsindex für rotes Licht weniger abgelenkt während Licht im blauen Wellenlängenbereich in höherem Maße abgelenkt wird. Andererseits ist der Sasisabstand für Rot vergrößert verglichen mit dem für Blau, wodurch erhöhte Winkeldifferenzen für Rot erzeugt werden. Diese beiden Effekte können so eingerichtet werden, daß sie »ich zu einem großen Teil wegheben, was dazu führt, daß alle Wellenlängen Ablenkungen erzeugen, die zu denselben Linsenparameterabschätzungen führen. Es tritt am Photodetektor Deine Rekombination auf.

Gemäß den tatsächlichen Verhältnissen bildet nach diesem Verfahren der durch das Prisma erzeugte chromatische Effekt ungefähr die Hälfte der gesamten chromatischen Korrektur. Andere achromatische Effekte können durch die Linsenanordnung vor der Lichtquelle 24. die speziell in den F i g. 4a und 4b dargestellt ist. eingeführt werden.

Hinsichtlich der Lichtquelle 24 ist ein Bündel aus optischen Fasern 201 vor der Lichtquelle gezeigt Das optische Faserbündel 201 bewirkt eine wesentliche Homogenisierung des von der Lichtquelle 24 ausgehenden Lichts und eliminiert alle durch den Faden bewirkte »heißen Flecken«, die auftreten können.

Typischerweise läuft das Licht vom optischen Faserbündel 201 durch eine Lokalisierungsöffnung 204. Die öffnung 204 erscheint als die Quelle, von der das Licht ausgeht Das optische Faserbündel 201 kann ebenso durch eine durchscheinende lichtemittierende Fläche ersetzt sein. Die Fläche ist so lange adäquat, als irgendwelche durch den Faden bewirkte »heiße Recken« im wesentlichen homogenisiert werden, so daß das dahinter zu den betreffenden scheinbaren Bildern verlaufende Licht im wesentlichen homogen und gleichförmig ist Das Licht geht von da zu einer Linse 206, die spezielle optische Eigenschaften hat

Die Linse 206 hat eine positive hintere Fläche 208. Die Vorderfläche dieser Linse umfaßt vier diskrete und kleinere positive Linsenflächen 210a, 2106. 210c und 2\Qd Diese betreffenden Rächen !eisten zwei getrennte Funktionen.

Zunächst bilden die vier diskreten Rächen vier scheinbare Ursprungspunkte für die durch die Elemente 201, 204 homogenisierte Lichtquelle 24. Zum zweiten sitzen die vier diskreten und kleineren positiven Linsenflächen 210a bis HQd alle an einem bestimmten Quadranten der positiven hinteren Fläche 208. Diese versetzten sphärischen Linsenflächen verleihen dem Licht eine prismatische Farbdispersion. Diese Dispersion nimmt für jeden der getrennten Lichtwege den roten Anteil des Spektrums nach der Außenseite des optischen Wegs und den blauen Anteil des Spektrums nach der Innenseite des optischen Wegs. Diese geringfügige Dispersion wird durch die fragliche Optik S an der Abtaststrecke 21 im wesentlichen in den ursprünglichen Zustand rückversetzt Im Mittel genommen, tritt ein Zusammenfall des Lichts am Photodetektor D auf.

In den Ansprüchen sind die Worte »konisch« und »konisches Bündel« verwendet Diese Ausdrücke beziehen sich in weitestem Sinne auf irgendein konvergierendes oder divergierendes optisches Bündel mit einer Pupille an der fraglichen Optik. Diese Ausdrücke sollen den Fall abdecken, wo die Emissionsfläche nicht kreisförmig ist. Beispielsweise könnte die Emissionsfläche ebenso gut quadratisch oder rechteckig sein.

Es ist einzusehen, daß die Erfindung eine ^vielzahl von Ausführungsformen zuläßt. Die Verwendung nicht-parallelen Lichts für den Nachweis der Strahlwanderung kann ohne die für den Detektor D dargelegte optische Abschirmungskonzeption durchgeführt werden. Elektrisehe Äquivalente für eine mechanische sich bewegende Grenzortskurve. die sich bewegende Flächen von Licht und Dunkel erzeugen, wie etwa eine sich ändernde Kathodenstrahlröhrenanzeige, können an deren Stelle treten. Ebenso sind im Rahmen der Erfindung auch noch weitere Abwandlungen möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Linsenmeßgerät mit einer Lichtquelle, einer Probenstrecke im Lichtweg, in die das zu untersuchende optische System zur Ablenkung des durch die Probenstrecke hindurchgehenden Lichtstrahls einsetzbar ist, und einem Photodetektor, der in einem Bereich fest angebracht ist, an dem das in der Probenstrecke abgelenkte Licht auftritt, gekennzeichnet durch ein sich bewegendes Grenzortkurvenelement (L) mit wenigstens einer einen diskreten Lichtstrahl abschattenden Grenze, sowie optische Elemente, die den von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahl in ein nicht-paralleles Lichtbündel an einer Stelle konvergieren lassen, die mit der Lage des zu untersuchenden, den Lichtstrahl ablenkenden optischen Systems (S) in der Probenstrecke (21) übereinstimmt, und die das Licht nach Ablenkung durch das zu untersuchende optische System in ein divergierendes Lichtbündel divergieren lassea wobei der Photodetektor (D) die Änderungen der durch das Grenzortkurvenelement (L) hervorgerufene Abschattung des Lichtstrahls bei Ablenkung des Lichtbündels auf Grund des zu untersuchenden optischen Systems Vermittelt

2. Linsenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßein Relais- bzw. Sammellinsensystem (35) zur Weiterleitung eines Bildes der Lichtquelle (24) an die Probenstrecke (21), das im wesentlichen mit der Anordnung des optischen Systems (S) in der Probenstrecke (21) zusammenfällt, aufweist, v»obei das Relais- bzw. Sammellinsensystem (35) eine durcl das C enzortskurvenelement fZJ abzuschattende belruchtete F'äche erzeugt.

3. Linsenmeßgerät nach -.nspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24) eine diskrete Fläche mit einer diffuses Licht aussendenden Ebene gegebener Fläche aufweist, und eine im wesentlichen mit der Probenstrecke (21) an der Stelle der Anordnung des optischen Systems (S) zusammenfallende Öffnung (39a) vorgesehen ist. so daß ein konisches Lichtbündel von der diffusen Lichtquelle zum optischen System erzeugt wird.

4. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl in der Probenstrecke (21) nach oben gerichtet ist.

5. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der optische Weg des Lichtstrahls C-förmig ist, wobei der senkrechte Teil des C die Probenstrecke (21) umfaßt.

6. Linsenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24) wenigstens drei voneinander beabstandete. diskrete Lichtstrahlen abgibt, die durch das optische System hindurchgehen und auf wenigstens einen Photodetektor (D) auf treffen.