DE3208024A1

DE3208024A1 - Linsenpruefgeraet

Info

Publication number: DE3208024A1
Application number: DE19823208024
Authority: DE
Inventors: Hisakazu Tokyo Yoshino
Original assignee: Tokyo Kogaku Kikai KK; Tokyo Optical Co Ltd
Current assignee: Tokyo Kogaku Kikai KK; Tokyo Optical Co Ltd
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1982-11-04
Also published as: FR2501372A1; FR2501372B1

Description

80440

TOKYO KOGAKU KIKAI K.K. Tokio (Japan)

Linsenprüfgerät

Die Erfindung betrifft ein Linsenprüfgerät zum Messen der Brechungseigenschaften einer Linse, beispielsweise eines Brillenglases oder einer Haftschale.

Linsenprüfgeräte werden häufig zum Messen der Brechungseigenschaften einer Linse, beispielsweise eines Brillenglases, einer Haftschale oder dergleichen, verwendet. Man kann auf diese Weise beispielsweise die Kugelbrechkraft, die Zylinderbrechkraft, die Orientierung der Zylinderachse, die Prismenbrechkraft und die Orientierung der Prismenbasis bestimmen und auf einer Rohlinse, die in ein Brillengestellt eingesetzt oder darin justiert werden soll, den optischen Mittelpunkt und die Orientierung der Zylinderachse anzeichnen.

In den bekannten Linsenprüfgeräten wird ein von einer Lichtquelle kommender Lichtstrahlenbündel auf ein Testobjekt geworfen und von diesem reflektiert und danach von einem Kollimationsobjektiv in ein Bündel paralleler Strahlen umgewandelt, die einem Fernrohr zugeführt werden, das aus einem Abbildungsobjektiv, einer Strichplatte und einem Okular besteht. Dabei wird auf der Strichplatte des Fernrohrs ein Bild des Testobjekts erzeugt. Wenn nun zwischen dem Kollimationsobjektiv und dem Abbildungsobjektiv eine zu prüfende Linse angeordnet wird, ist das von dem Kollimationsobjektiv abgegebene Parallelstrahlenbündel nach dem Durchtritt durch die zu prüfende Linse je nach deren Brechkraft entweder konvergent oder divergent, so daß das Testobjekt auf der Strichplatte nicht mehr scharf abgebildet wird. Zur Korrektur der Scharfeinstellung kann man das Kollimationsobjektiv längs

der optischen Meßachse des Linsenprüfgeräts bewegen, wobei der Weg des Kollimationsobjektivs ein Maß der Brechkraft der zu prüfenden Linse ist. Man kann die zu prüfende Linse zentrieren, d. h., ihren optischen Mittelpunkt in die optische Achse der Meßoptik des Linsenprüfgeräts bewegen, indem die zu prüfende Linse in einer zur optischen Achse der Meßoptik rechtwinkligen Ebene bewegt wird, bis der Mittelpunkt des Bildes des Testobjekts mit dem Schnittpunkt des Fadenkreuzes der Strichplatte übereinstimmt.

Das soeben beschriebene Linsenprüfgerät kann als Fernrohr-Linsenprüfgerät bezeichnet werden. Es gibt auch Projektions-Linsenprüfgeräte, die eine Mattscheibe anstelle der in dem Fernrohr-Linsenprüfgerät vorgesehenen Strichplatte und ein Projektionsobjektiv besitzen, das auf der Mattscheibe ein vergrößertes Testobjektbild erzeugt, das ohne Okular direkt betrachtet werden kann.

Zu den in derartigen Linsenprüfgeräten verwendeten Testobjekten gehören ein sogenanntes Kranz-Testobjekt mit mehreren im Kreis angeordneten, kleinen Kreisen, ein Gitter-Testobjekt mit zwei einander rechtwinklig kreuzenden Sätzen von Linien, und ein Kranζ-Gitter-Testobjekt, das aus einer Kombination eines Kranz- und eines Gitter-Testobjekts besteht.

Wenn eine astigmatische Linse für eine Prüfung in einem Linsenprüfgerät zentriert wird, das ein Kranz- oder ein Kranz-Gitter-Testobjekt besitzt, wird von dem Kranz-Testobjekt ein Bild erzeugt, das auf eine von zwei kaustischen Flächen der astigmatischen Linse scharf eingestellt ist und in dem infolge der Brechungseigenschaften der astigmatischen Linse die Bilder der kleinen Flächen in der Richtung der kaustischen Linie linear verformt sind, so daß das ganze Bild des Kranz-Testobjekts eine Ellipse bildet und daher die zu prüfende Linse nur sehr schwer zentriert werden kann. Mit der Zylinderbrechkraft der zu prüfenden Linse nehmen auch die Elliptizität des elliptischen Bildes des Testobjekts und die Verformung der kleinen Kreise zu, so daß das Zentrieren des Kranzes immer schwieriger wird. Aus diesem Grund hat man bisher mit dem

320ΘΌ24

bloßen Auge zentriert, was aber auf Kosten der Genauigkeit des Zentrierens und auch der Präzision geht, mit der auf einer Rohlinse deren optischer Mittelpunkt markiert werden kann. Insbesondere die geringere Präzision der Markierung führt zu einer verminderten Genauigkeit aller Maßnahmen zum Bearbeiten und Einstellen der Linse, weil das Schneiden der Rohlinse, ihr Einsetzen in ein Brillengestell und das Justieren der Linse unter Berücksichtigung des markierten optischen Mittelpunktes der Linse vorgenommen werden müssen.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung eines Linsenprüfgeräts, das die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Linsenprüfgeräts, das dank einer nachstehend zu beschreibenden, von der Meßoptik im wesentlichen nicht be einflußten, zusätzlichen Zentrieroptik ohne Abänderung der Meßoptik des bekannten Linsenprüfgeräts ein sehr einfaches und genaues Zentrieren ermöglicht.

Das Linsenprüfgerät gemäß der Erfindung besitzt eine Meßoptik mit einer Lichtquelle, einem Testobjekt, einem Kollimationsobjektiv, einem Abbildungsobjektiv und einer Strichplatte, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und ist gekennzeichnet durch ein zwischen dem Kollimationsobjektiv und dem Abbildungsobjektiv angeordnetes, lichtstrahlenreflektierendes Element, das bewirkt, daß der Strahlengang der Meßoptik einem Teil des Strahlenganges einer Zentrieroptik überlagert ist, die eine Zentriermarke und eine Einrichtung zur Projektion des Bildes der Zentriermarke mittels eines dünneren Lichtstrahlenbündels an eine Stelle besitzt, die auf dem hinter dem lichtstrahlenreflektierenden Element liegenden Teil des Strahlenganges der Meßoptik in der Nähe des hinteren Scheitels einer in der Meßoptik angeordneten, zu prü Condemn Lin.se liegt, wobei das Testobjekt an einer dom Strahlengang der Meßoptik benachbarten Stelle offen ist.

In dieser Anordnung dient die Zentrieroptik unab-

hängig von dem Testobjekt, das zum Bestimmen der Brechungseigenschaften der zu prüfenden Linse dient, nur zum Zentrieren. Die Zentrieroptik wird durch die zum Messen der Brechungs eigenschaften dienende Meßoptik im wesentlichen nicht beeinflußt, so daß das Zentrieren sehr einfach und genau durchgeführt werden kann.

Nachstehend wird der Erfindungsqegenstand anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert. In diesen zeigen die

Figuren la, 2a, 3a und 4a schematisch eine

Meßoptik eines Linsenprüfgeräts in verschiedenen Stellungen zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips und die

Figuren Ib, 2b, 3b und 4b Testobjektbilder, die den Stellungen der Meßoptik gemäß den Figuren la, 2a, 3a bzw. 4a entsprechen.

Figur 5 erläutert das Prinzip der gemäß der Erfindung vorgesehenen Zentrieroptik, die von den Brechungseigenschaften der zu prüfenden Linse nicht beeinflußt werden kann.

Figur 6 zeigt schematisch die optische Einrichtung eines Linsenprüfgeräts nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel eines Testobjekts, das in der Ausführungsform gemäß der Figur 6 verwendet werden kann, und

Figur 8 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Testobjekts, das in der Ausführungsform gemäß der Figur 6 verwendet werden kann.

Zunächst sei das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip erläutert.

In der Figur la ist gezeigt, daß von einer nicht gezeigten Lichtquelle kommendes Licht ein Testobjekt TA beleuchtet und von diesem zu einem Kollimationsobjektiv C hin reflektiert wird. Dieses kollimiert das reflektierte Licht und gibt ein zu dem Meßstrahlengang 0 paralleles Licht-

--ÜT -

strahlenbündel ab, das auf ein Abbildungsobjektiv OB fällt. Das Abbildungsobjektiv OB erzeugt auf einer am bildseitigen Brennpunkt angeordneten Strichplatte R ein Bild des Testobjekts TA. Wenn das Testobjekt TA beispielsweise ein Kranz-Testobjekt ist, erscheint auf der Strichplatte R das in der Figur Ib gezeigte Bild TI des Testobjekts. Wenn in dem Meßstrahlengang eine Linse TL, beispielsweise ein astigmatisches Plusglas, so angeordnet ist, daß ihr optischer Mittelpunkt 0, auf der optischen Achse 0_Q der Meßoptik liegt, wie dies in der Figur 2a gezeigt ist, bewirkt diese Linse, auf die die von dem Kollimationsobjektiv C abgegebenen, parallelen Lichtstrahlen fallen, daß auf das Abbildungsobjektiv OB konvergente Lichtstrahlen fallen, so daß auf der ersten kaustischen Fläche der zu prüfenden Linse TL das Kranzbild TI erzeugt wird, und zwar dank der Brechkraft dieser Linse in deren erstem Hauptmeridian an einer vor der Strichplatte R liegenden Stelle F. Infolgedessen ist das auf der Strichplatte R erzeugte Testobjektbild TI unscharf, wie aus der Figur 2b hervorgeht. Das Testobjekt TA wird dann in der in der Figur 3a durch den Pfeil N dargestellten Richtung bewegt, bis das Testobjektbild TI auf der Strichplatte R scharf eingestellt ist. Die dazu erforderliche Bewegung des Testobjekts TA ist ein Maß der Brechkraft D, der zu prüfenden Linse in deren erstem Hauptmeridian. In dem jetzt auf der Strichplatte R erzeugten Testobjektbild TI sind die kleinen Kreise des Kranzes in der zu dem ersten Meridian der zu prüfenden Linse rechtwinkligen Richtung linear verformt, wie dies in der Figur 3b gezeigt ist. Zur Kompensation dieser Verformung wird das Testobjekt TA weiter bewegt, bis das auf der Strichplatte R erzeugte Bild des Kranzes in einer Richtung verformt ist, die der Richtung der Verformung des in der Figur 3b gezeigten Kranzbildes entgegengesetzt ist. In bekannter Weise ist die weitergehende Bewegung des Testobjekts ein Maß der Brechkraft der zu prüfenden Linse in deren zweitem Hauptmeridian.

Wenn jetzt auf die Optik ein Lichtstrahlenbündel fl fällt, dessen erster Bildpunkt P, auf der optischen Achse der Meßoptik auf dem hinteren Scheitel der zu prüfenden Linse TL oder in der Nähe dieses Scheitels liegt, wie dies in der Figur 3a durch schräge Linien dargestellt ist, dann liegt der zweite Bildpunkt P_? dieses Lichtstrahlenbündels fl infolge der Wirkung des Abbildungsobjektivs OB auf einer von der Strichplatte R etwas versetzten Bildebene F¹. Das Lichtstrahlenbündel ist jedoch so dünn, daß das Bild auf der Strichplatte R weniger undeutlich ist und auf der optischen Achse der Meßoptik, d. h. auf dem Schnittpunkt des Fadenkreuzes H der Strichplatte R liegt. Der erste Bildpunkt P₁ des Lichtstrahlenbündels fl liegt aus folgendem Grunde auf dem hinteren Scheitel der zu prüfenden Linse oder in der Nähe dieses hinteren Scheitels: Wenn die zu prüfende Linse TL die Brennweite f hat, ihr dingseitiger Brennpunkt F, und ihr bildseitiger Brennpunkt F„ ist und ein Dingpunkt A im Abstand χ von dem Brennpunkt F, und ein in Bezug auf die zu prüfende Linse TL dem Dingpunkt A zugeordneter Bildpunkt B im Abstand y von dem Brennpunkt F„ liegt, wie dies in der Figur 5 gezeigt ist, dann besteht folgende Beziehung:

χ . y = f²

Wenn χ = -f ist, d. h., wenn der Dingpunkt A auf dem dingseitigen Scheitel der zu prüfenden Linse TL liegt, ist

Ferner beträgt die Quervergrößerung ß

wobei die negative Vergrößerung ein Aufrichten des Bildes bedeutet.

Wenn daher die Lage eines Dingpunktes der Beziehung χ = -f entspricht, wird sein Bild an derselben Stelle erzeugt wie der Dingpunkt und besteht zwischen diesen beiden Punkten dieselbe Beziehung wie wenn die zu prüfende Linse nicht vorhanden ist. Wenn daher der erste Bildpunkt P, des Licht-

- sr- S

Strahlenbündels fl am hinteren oder dingseitigen Scheitelpunkt der zu prüfenden Linse TL liegt, wie dies in der Figur 3a gezeigt ist, dann ist die Lage des zweiten Bildpunktes P„ des den ersten Bildpunkt P, besitzenden Lichtstrahlenbündels nur von der Wirkung des Abbildungsobjektivs OB, aber nicht von der Brechwirkung der zu prüfenden Linse TL abhängig. Wenn nun die -zu prüfende Linse TL gemäß der Figur 4a so angeordnet wird, daß ihre optische Achse 0, gegenüber der optischen Achse O₀ der Meßoptik versetzt ist, dann ist das Bild des Testobjekts TA auf der Striehplatte R gegenüber dem Schnittpunkt des Fadenkreuzes H versetzt, wie dies in der Figur 4b gezeigt ist. Dies ist auf die Wirkung des prismenförmigen Teils PR der zu prüfenden Linse TL zurückzuführen. Aus diesem Grunde ist das Lichtstrahlenbündel fl der Brechungswirkung der zu prüfenden Linse nicht unterworfen und wird es von deren prismatischem Teil PR so beeinflußt, daß es um denselben Betrag versetzt wird wie das Testobjektbild.

Dank des vorstehend erläuterten Prinzips, das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, kann die optische Achse 0, einer zu prüfenden Linse mit der optischen Achse 0_ der Meßoptik gefluchtet werden, indem die zu prüfende Linse in eine Stellung bewegt wird, in der das Bild CI eines Lichtstrahlenbündels fl mit dem Schnittpunkt des Fadenkreuzes H der Striehplatte R übereinstimmt. Auf Grund dieses Prinzips kann das Zentrieren viel leichter und genauer erfolgen als nach dem Stand der Technik mit Augenmaß auf Grund des verformten Kranzbildes.

Nachstehend wird nun ein Fernrohr-Linsenprüfgerät nach einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Das in der Figur 6 gezeigte System zum Messen der Brechkraft umfaßt eine Lichtquelle 2, ein Testobjekt 3, ein Kollimationsobjektiv 4, einen Strahlenteiler 5, eine zu prüfende Linse 6, ein Abbildungsobjektiv 7, eine Striehplatte 8 und ein Okular 9, die alle auf der optischen Achse dieses Systems angeordnet sind. Das Testobjekt 3 kann ent-

weder ein Kranzmuster 15 besitzen, das aus mehreren kleinen Kreisen besteht, die am Umfang eines Kreises angeordnet sind, der auf der optischen Achse 1 zentriert ist, wie dies in der Figur 7 gezeigt ist, oder gemäß Figur 8 aus einer Kombination dieses Kranzmusters 15 mit einem Gitter-Testobjekt 18 bestehen, das aus einander kreuzenden Linien besteht. Die Strichplatte 8 besitzt ein Fadenkreuz 10, dessen Schnittpunkt gemäß der Figur 7 auf der optischen Achse 1 liegt. Das Testobjekt 3 ist an einer der Strichplatte 8 zugeordneten Stelle angeordnet.

Das Linsenprüfgerät besitzt ferner einen Glasmaßstab 20, der mit einer Diptrienskala versehen und synchron mit dem Testobjekt 3 bewegbar ist. Der Glasmaßstab 20 wird von der Lichtquelle 2 beleuchtet. Auf der Strichplatte 8 wird ein über ein Prisma 21, Relaislinsen 22, 23 und Prismen 24, 25 projiziertes Bild der Diophienskala erzeugt.

Das Linsenprüfgerät besitzt ferner eine Zentrieroptik mit einer Blende 11, der ersten Kondensorlinse 12, der zweiten Kondensorlinse 13, einer Lichtquelle 14 und einer Lochplatte 17, durch deren kleines Loch 17a Licht von der Lichtquelle 14 tritt. Allca diese Teile sind im Strahlengang des von dem Strahlenteiler 5 reflektierten Lichts angeordnet. Das kleine Loch 17a befindet sich an einer Stelle, die dem Bereich des hinteren Scheitels der zu prüfenden Linse 6 zugeordnet ist. In einer derartigen Anordnung kann man bei zentrierter Linse 6 das Bild 15 des Kranz-Testobjekts 3 und das Bild 16 einer Zentriermarke in Form eines kleinen Kreises erkennen, der einen etwas undeutlichen Umfang hat und der von der Zentrieroptik auf das Fadenkreuz 10 der Strichplatte 8 projiziert wird, wie dies in der Figur 7 dargestellt ist.

Wenn die zu prüfende Linse 6 mit Hilfe des Bildes der Zentriermarke zentriert worden ist, wird die Lichtquelle 14 ausgeschaltet, so daß nur noch das Bild des Testobjekts auf die Strichplatte 8 projiziert wird. Jetzt kann man die Brechungseigenschaften der zu prüfenden Linse ohne Störung durch das Bild der Zentriermarke bestimmen. Man kann auch eine Faseroptik dazu verwenden, Licht von der Lichtquelle 2

an die Stelle zu führen, an der die Lichtquelle 14 angeordnet ist, so daß eine einzige Lichtquelle zum Beleuchten des Testobjekts und zum Erzeugen des Bildes der Zentriermarke verwendet werden kann. In diesem Fall kann man das Bild der Zentriermarke zum Verschwinden bringen, wenn anstelle des Strahlenteilers 5 ein hochklappbarer Umlenkspiegel vorgesehen ist. Zum leichteren Unterscheiden des Bildes der Zentriermarke von dem Testobjektbild kann man mit Hilfe eines zwischen der Lichtquelle 14 und der Lochplatte 17 vorgesehenen Farbfilters 19 ein farbiges Bild der Zentriermarke erzeugen.

Vorstehend wurde die Erfindung anhand eines Fernrohr-Linsenprüfgeräts erläutert, doch ist die Erfindung darauf nicht eingeschränkt, sondern kann sie ohne weiteres auch auf ein Projektions-Linsenprüfgerät angewendet werden, in dem ein Projektionsobjektiv ein vergrößertes Bild des Testobjekts erzeugt. Das Bild der Zentriermarke kann nicht nur mit Hilfe einer mit einem Loch ausgebildeten und von einer Glühlampe beleuchteten Platte erzeugt werden, sondern man kann als Zentriermarke auch direkt eine mikroskopisch kleine Leuchtdiode oder einen mikroskopisch kleinen Laser verwenden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1./ Linsenprüfgerät mit einer Meßoptik, die eine Lichtquelle, ein Testobjekt, ein Kollimationsobjektiv, ein Abbildungsobjektiv und eine Strichplatte umfaßt, die in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Kollimationsobjektiv und dem Abbildungsobjektiv angeordnetes, liehtstrahlenreflektierendes Element, das bewirkt, daß der Strahlengang der Meßoptik einem Teil des Strahlenganges einer Zentrieroptik überlagert ist, die eine Zentriermarke und eine Einrichtung zur Projektion des Bildes der Zentriermarke mittels eines dünneren Lichtstrahlenbündels an eine Stelle besitzt, die auf dem hinter dem lichtstrahlenreflektierenden Element liegenden Teil des Strahlenganges der Meßoptik in der Nähe des hinteren Scheitels einer in der Meßoptik angeordneten, zu prüfenden Linse liegt, wobei das Testobjekt an einer dem Strahlengang der Meßoptik benachbarten Stelle offen ist.

2. Linsenprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Testobjekt kranzförmig ist und an seinem Umfang kleine Kreise besitzt.

3. Linsenprüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Fernrohr mit einem Okular zum Betrachten des auf der Strichplatte erzeugten Bildes des Testobjektes besitzt.

4. Linsenprüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichplatte eine Mattscheibe und das Abbildungsobjektiv ein Projektionsobjektiv ist, das ein vergrößertes Bild des Testobjekts auf die Mattscheibe projiziert.