DE3340921A1

DE3340921A1 - Linsenmesser mit einem fokussierungsanzeigesystem mit der erfassung einer teil-bild-fokussierung

Info

Publication number: DE3340921A1
Application number: DE19833340921
Authority: DE
Inventors: Hirochika Aiura; Tadao Tokyo Hara; Osamu Shindo; Moriyasu Shirayanagi
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1984-05-17
Also published as: FR2536179B1; FR2536179A1; US4637720A; JPH0359371B2; JPS5987336A

Description

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Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan

Linsenmesser mit einem Fokussierungsanzeigesystem mit der Erfassung einer Teil-Bild-Fokussierung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linsenmesser mit einem Fokussierungsanzeigesystem mit der Registrierung oder Erfassung einer Teil-Bild-Fokussierung als einer Hilfseinrichtung zur Bestimmung der Fokussierung bzw. Scharfeinstellung.

Es sind bisher zwei Verfahren zur visuellen Beurteilung der Fokussierung oder Scharfeinstellung in Linsenmessern bekannt. Eines der Verfahren benützt die Schärfe eines Bildes als Information für die Bestimmung der Fokussierung und hat weite Verbreitung und Benutzung in vielen Linsenmessern gefunden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist der, daß da eine zu prüfende Linse im wesentlichen durch bzw. über die ge-

samte Fläche einer Linsenfassungsöffnung gemessen wird, es relativ einfach ist, verschiedene Fehler herauszufinden, wie z. B. Polierfehler und Schrammen der Linse. Das Verfahren ist jedoch dadurch nachteilig, daß wenn die Kraft oder Leistung einer Einzellinse, gewöhnlich eine Brillenlinse, zunimmt, Aberrationen bis zu einem Punkt zunehmen, wo die Bestimmung der Scharfeinstellung sehr schwer ist. Somit ist es zeitaufwendig, eine Fokussierung auszuführen. Außerdem kann irgendein fokussierter Zustand nicht einfach wiederholt werden.

Das andere Verfahren baut auf die Erfassung einer Getrennt-Bild-Fokussierung, wie dies in den japanischen Veröffentlichungen Nr. 42-12107 und 42-14269 offen-. . bart ist. Dieses Verfahren baut auf der Tatsache, daß das Nonius-Auflösungsvermögen des menschlichen Sehvermögens extrem gut ist. Dies ermöglicht die Fokussierung in kurzen Zeitperioden mit verbesserter Fokussierungsreproduzierbarkeit. Jedoch weist dieses offenbarte Verfahren der vorhergehenden Veröffentlichungen viele Mängel auf. Eine erste Schwierigkeit ist darin zu sehen, daß irendwelche Polierfehler und Kratzer einer zu untersuchenden Linse schwierig her-

auszufinden sind, da ein enger oder schmaler Lichtstrahl für die Prüfung verwendet wird. Ein zweites Problem besteht darin, daß eine helle Lichtquelle erforderlich ist, um irgendwelche durch den engen bzw. schmalen Lichtstrahl bedingte Helligkeitsmängel zu kompensieren. Eine dritte Schwierigkeit besteht in der Beugung, die unscharfe Bilder verursacht, obwohl die Tiefenschärfe aufgrund des engen Lichtstrahles

groß ist. Ein vierter Mangel ist der, daß beide in den obengenannten Veröffentlichungen, offenbarten Geräte ungewohnt sind für solche, die sich an Meßvorgänge mit konventionellen Linsenmessern gewöhnt haben. Ein fünfter Mangel ist der, daß das offenbarte Gerät komplexe optische Systeme aufweist, die viele Schwierigkeiten in der Herstellung und Einstellung des Gerätes einschließen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linsenmesser der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das die vorgenannten Probleme oder Nachteile beseitigt sind, und daß die durch das erste und zweite konventionelle Verfahren der vorgenannten Art, gegebenen Vorteile aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Linsenmesser vorgesehen, welcher ein Fokussierungsanzeigesystem mit einer Registrierung oder Erfassung einer Teil-Bild-Fokussierung aufweist, gekennzeichnet durch eine Kondensorlinse, ein Target bzw. Testobjekt mit einer nicht diffusen lichtdurchlässigen Oberfläche und einem Schlitzoder Spaltmuster, eine Objektivlinse, ein Linsengehäuse zur Aufnahme einer zu prüfenden Linse, eine Projektionslinse, einen Schirm, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Abstand der Bewegung im Einklang mit der Kondensorlinse und dem Testobjekt in Richtung der optischen Achse abgelesen Wird, um den Scheitelbrechwert der von dem Linsengehäuse aufgenommenen Linse zu bestimmen. Eine Öffnungsplatte ist in der Nähe des frontseitigen Brennpunktes der Kondensorlinse angeordnet und mit der

Kondensorlinse und dem Testobjekt in Richtung der optischen Achse bewegbar. Mindestens zwei Ablenkprismen sind in sehr gutem Kontakt mit dem Spaltmuster auf dem Testobjekt angeordnet und haben Basen bzw. Grundkanten, die sich quer zum Spaltmuster erstrecken und im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen.

Die obengenannten Aufgabe, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung näher erklärt, und zwar im Zusammenwirken mit den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung dargestellt ist.

15. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines konventionellen Linsenmessers, das auf der Fokussierungserfassung aufbaut, die auf der Bildschärfe basiert,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Linsenmessers gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3(a) eine perspektivische Darstellung von Ablenkungsprismen, die in sehr gutem Kontakt mit einem Testobjekt oder einer Fokusscheibe stehen,

Fig. 3(b) eine Frontansicht der Ablenkungsprismen gemäß Fig. 3(a),

Fig. 3(c) eine Seitenansicht der Ablenkungsprismen gemäß Fig. 3(a), und

Fig. 4(a) bis 4(c) Ansichten für verschiedene Spaltmuster auf einem Schirm des Linsenmessers der vorliegenden Erfindung..

Fig. 1 zeigt einen vorbekannten Linsenmesser der auf die Bildschärfe zur Beurteilung der Scharfeinstellung aufbaut. Der Betrieb des Linsenmessers nach Fig. 1 wird nun im folgenden beschrieben.

Lichtstrahlen, die von einer Lichtquelle 1 abgestrahlt werden, werden in im wesentlichen parallele Lichtstrahlen durch eine Kollimatorlinse 2 umgewandelt. Die parallelen Lichtstrahlen werden auf einem Testobjekt 4 durch eine Kondensorlinse 3 konvergiert.

Die..Lichtstrahlen, die durch das Spaltmuster auf das Testobjekt 4 gelangt sind, werden in parallele Lichtstrahlen durch eine Objektivlinse 5 gewandelt. Das Bild des Spaltmusters auf dem Testobjekt 4 wird auf einem Schirm 8 durch eine Projektionslinse 7 fokussiert. Das vorgenannte Bild-Fokussierungssystem umfaßt keine zu prüfende Linse. Wenn eine zu prüfende Linse auf eine Linsenbefestigung 6 gebracht wird, werden die Kondensorlinse 3 und das Testobjekt 4 im Einklang miteinander längs der optischen Achse bewegt, so daß das unscharfe Bild des Spaltmüsters auf dem Schirm 8 scharf eingestellt bzw. fokussiert wird. Wenn das Bild scharf wird, werden die Kondensorlinse 3 und das Testobjekt 4 angehalten. Die von ihnen zurückgelegte Strecke wird abgelesen, um den Scheitelbrechungswert der zu prüfenden Linse abzulesen.

Verschiedene Modifikationen des Linsenmessers nach Fig. 1 sind durch den Stand der Technik bekannt geworden. So hat z. B. ein bekannter Linsenmesser keine Kollimatorlinse 2 und keine Kondensorlinse 3, wobei jedoch das Testobjekt 4 eine diffuse Oberfläche auf der der Lichtquelle 1 zugewandten Seite aufweist. Ein anderer Linsenmesser weist keine Kondensorlinse 3 auf.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Linsenmesser ein Testobjekt, eine Objektivlinse 5, eine Linsenbefestigung 6, eine Projektionslinse 7 und einen Schirm 8 auf. Dieses sind die Minimalteile oder -komponenten die erforderlich sind, um eine genaue Funktion des Linsenmessers zu ermöglichen. Der Linsenmes-15· ser weist zusätzlich eine Kondensorlinse mit dem Testobjekt 4 auf, der keine diffuse Oberfläche auf der der Lichtquelle zugewandten Seite aufweist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch Modifizierung des bekannten Linsenmessers nach Fig. 1 zur Erfüllung der vorgenannten Forderungen gelöst werden.

Das erfindungsgemäße Beispiel wird nun im folgenden Beschrieben.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist für entsprechende Teile, bezogen auf Fig. 1, gleiche Bezugszeichen auf.

Der Linsenmesser der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich vom konventionellen Linsenmesser dadurch, daß eine Beenden- oder Öffnungsplatte 11 vorgesehen ist, die eine Öffnung von geeigneter Größe aufweist und die im Bereich des frontseitigen Brennpunktes der Kondensorlinse 3 angeordnet ist. Die Oberfläche des Testobjekts 4, auf der das Spaltmuster angeordnet ist, ist gegen die Lichtquelle 1 gerichtet. Die Ablenkungsprismen 12 sind.in gutem Kontakt mit dem Spaltmuster auf dem Testobjekt 4 angeordnet. Die Basen bzw. Grundkanten der Prismen 12 erstrecken sich in gekreuzter Beziehung zu dem Spaltmuster, wobei sie mit benachbarten Basen im wesentlichen senkrecht sind.

. . Im folgenden werden nun einige strukturelle Merkmale von Wichtigkeit beschrieben. Das erste Merkmal ist das, daß mindestens zwei Ablenkungsprismen so angeordnet sind, daß ihre Basen oder Grundkanten in gekreuzter Beziehung zum Spaltmuster verlaufen und im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. Mit dieser Anordnung kann jede Unscharfe der Trennungslinie aufgrund der Prismenseitenwände, wie bereits in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 42-12107 erwähnt, verringert werden. Die Unscharfe einer Trennungslinie wird verursacht durch hohe Seitenwände der Prismen. Die Prismenseitenwände können in ihrer Höhe verringert werden durch die Anordnung gemäß den Fig. 3(a) bis 3(c). Diese Prismenkonstruktion ist auch vorteilhaft dadurch, daß die Prismenseitenwände dicht an dem Mittelpunkt des Spaltmusters angebracht werden können, was von besonderer Bedeutung im Hinblick auf

die Messung des Scheitelbrechungswertes einer Linse ist. Aberrationen der Objektivlinse 5 und der Projektionslinse 7 bewirken, daß die von dem Mittelpunkt und der Peripherie des Testobjekts 4 ausgestrahlen Lichtstrahlen leicht unterschiedliche Positionen von besten Bildebenen in der Richtung der optischen Achse aufweisen. Hieraus resultierte eine Ablesegenauigkeit, die davon abhängig ist, wo der Scheitelbrechungswert der Linse im Spaltmuster gelesen wird. Es ist allgemeine Praxis, den Scheitelbrechungswert der Linse im Mittelpunkt des Spaltmusters abzulesen. Daher ist es von primärer Wichtigkeit, die Prismenseitenwände in der Nachbarschaft des Mittelpunkts des Spaltmusters anzuordnen. Ein anderer Vorteil ist der,

15, daß die Ablenkungsprismen 12 leicht hergestellt werden können. Das Spaltmuster ist normalerweise in seinen Abmessungen klein. Jeder Versuch, die Größe der Ablenkungsprismen im Einklang mit dem kleinen Spaltmuster zu reduzieren, würde hohe Herstellungskosten zur Folge, haben. Jedoch erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung,, daß die Ablenkungsprismen in ihren Abmessungen groß sind und daher einfach herstellbar sind.

Das zweite strukturelle Merkmal ist das, daß der Scheitelwinkel der Ablenkungsprismen 12 und die Abmessung der Öffnung der Blenden- oder Öffnungsplatte 11 durch die Helligkeit des Spaltmusterbildes, durch die Beugungsgrenze, durch die Differenz zwischen Luminanz einer Fläche des Spaltmusters für das durch die Ablenkungsprismen 12 gelangte Licht und der Luminanz einer Fläche des Spaltmusterbildes für nicht durch die Ablenkungsprismen 12 gelangtes Licht und durch die Empfindlichkeitserfassung der Teilbilder bestimmt werden kann.
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Da die Linsenbefestigung 6 eine Öffnung aufweist, die im rückweitigen Brennpunkt der Objektivlinse 5 angeordnet ist, wird das Bild der Öffnung in der Blendenplatte 11 durch die Kondensorlinse 3 und die Objek- tivlinse 5 in derselben Position fokussiert, wie dasjenige der Öffnung der Linsenbefestigung.6. Parameter zur Erfassung des Scheitelwinkels der Ablenkungsprismen 12 und der Größe der Öffnung der Blendenplatte 11 werden nachfolgend definiert.

(1) Erfassung der Empfindlichkeit K der Teilbilder:·

Die Teilbilder des Schwerpunktes einer gemeinsamen Fläche, gebildet durch das Bild der Öffnung in der Öffnungsplatte 11, das durch die Ablenkungsprismen versetzt oder verrückt wird, und die Öffnung in der Linsenbefestigung werden vom Mittelpunkt der Linsenbefestigung als Verschiebung oder Verstellung r„ gemessen. Die Öffnung in der Linsenbesfestigung hat einen Radius r_fi. Das Verhältnis zwischen der Verschiebung und dem Radius wird wie folgt definiert:

^K -

(2) Verhältnis B zwischen Leuchtdichten der Mittelpunkte von Spaltmusterbildern:

Das Bild der Öffnung in der Blenden- oder Öffnungsplatte 11, das nicht durch die Ablenkungsprismen verschoben oder versetzt wird, hat eine Fläche S,,.

Die Öffnung in der Linsenbefestigung hat eine Fläche Sg. Das Verhältnis zwischen diesen Flächen ist definiert durch:

^BC

(3) Verhältnis B zwischen Leuchtdichten der Peripherien der Spaltmusterbilder:

Die gemeinsame Fläche, die durch das Bild der Öffnung in der Öffnungsplatte 11, das durch die Ablenkungsprismen versetzt wird, und durch die Öffnung in der Linsenbefestigung geteilt wird, hat eine Fläche S,.,. Das Verhältnis zwischen der Fläche S₁₁, und der Fläche S₁₁ des Bildes der Öffnung in der Öffnungsplatte 11, welches durch die Ablenkungsprismen nicht versetzt wird, wird wie folgt definiert:

^BD * ^Sll'/^Sll

15· Die Fläche des Bildes der Öffnung in der Öffnungsplatte 11, das durch die Ablenkungsprismen nicht versetzt wird, geht nicht über die Fläche der Öffnung in der Linsenbefestigung hinaus.

Verschiedene Ausführungen sind durchführbar in Abhängigkeit davon, welche der Parameter K, B_c oder B-. hervorgehoben werden sollen. Es wurde bestätigt, daß jeder Parameter auf Grenzbedingungen gerichtet ist. Wenn z. B. der Parameter K 0,33 oder weniger ist, erhält man eine unzureichende Erfassungsempfindlichkeit der Teilbilder. Wenn der Parameter B_c in einem Linsenmesser vom Projektionstyp 0,1 oder geringer ist, dann neigt der Linsenmesser in starkem Maße zur Beugung. Wenn der Parameter Β_π = 0,7 oder kleiner ist, wird die Leuchtdichte der Ecke des Spaltmusterbildes verringert mit dem Resultat, daß Probleme hinsichtlich der Sichtverhältnisse und der Meßgenauigkeit entstehen.

Um den vorgenannten Grenzbedingungen zu begegnen, muß die Registrierempfindlichkeit K die folgende Ungleichung erfüllen:

0,33 4 κ "£ 0,67 (1)

Wenn K J> 0,67 ist, wird die Möglichkeit, daß die Bedingung B = 0,1 oder B₁
füllt werden, vergrößert.

dingung B^, = 0,1 oder B = 0,7 ist, nicht er-

Der Bereich, in den der Scheitelwinkel <£ der Ablen-' kungsprismen zur Erfüllung der Ungleichung (1) fallen kann, muß die folgende Ungleichung erfüllen:

rl 0,33r. -1 0,67γ_λ

tan' ' 2 % (n-1) C^ <r tan ζ (2)

5 5

^b

wobei fc die Brennweite der Objektivlinse 5, r_ß der Radius einer Öffnung in der Linsenbefestigung 6, und η der Brechungsindex der Ablenkungsprismen ist. Es ist notwendig, daß die Größe der Öffnung in der Öffnungsplatte 11 vorgenannten Parameter der Grenzbedingungen in Bezug auf den Scheitenwinkel cC der Ablenkungsprismen, die die Ungleichung (2) erfüllen, nicht übersteigen darf.

Der Linsenmesser mit dem ersten und zweiten Merkmal gibt eine sichtbare Anzeige, die ähnlich der gewöhnlichen Linsenmesser im Zeitpunkt der Fokussierung, wie in Fig. 4(b) gezeigt, ist. Vor und nach der Bildfokussierung gemäß Fig. 4(a) und Fig. 4(c) sind die gekreuzten Linien des Spaltmusters unscharf und gleichzeitig entlang der Grenzlinien der Seitenwände der Ablenkungsprismen getrennt.

Der Linsenmesser der vorliegenden Erfindung kann dadurch modifiziert werden, daß die Öffnungsplatte 11 nicht exakt im frontseitigen Brennpunkt der Kondensorlinse 3 angeordnet ist. Sie kann jedoch im wesentliehen im frontseitigen Brennpunkt der Kondensorlinse 3 angeordnet sein, wobei im wesentlichen keine funktioneilen Probleme auftreten. Da es nur notwendig ist, den Scheitelbrechungswert von zwei orthogonalen Hauptmeridianen hinsichtlich der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe zu kennen, sind zwei Ablenkungsprismen 12 ausreichend. Auf diese Weise kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch ein Linsenmesser gelöst werden, der zwei Ablenkungsprismen hat, dessen Basen oder Grundkanten im wesentlichen recht- · winklig aufeinander stehen und quer zu den gekreuzten Linien eines Spaltmusters verlaufen.

Der Linsenmesser mit dem ersten und zweiten Merkmal der zuvor beschriebenen Art weist folgende Vorteile auf, wobei ein relativ dickes Lichtbündel verwendet wird:

(1) Das Fokussieren kann einfach beurteilt werden und ist im hohen Maße reproduzierbar.

(2) Es ist einfach örtliche Schilffehler und Kratzer einer zu prüfenden Linse herauszufinden.

(3) Die Leuchtdichte eines Spaltmusterbildes wird nicht so weit verringert, daß eine hellere Lichtquelle erforderlich wird.

(4) Bilder werden nicht aufgrund von Beugung verschlechtert .

(5) Der Benutzer kann den Linsenmesser sehr einfach handhaben, da das Meßverfahren im wesentlichen das gleiche bleibt wie bei konventionellen Linsenmessern.

Die Struktur des Linsenmessers, die unterschiedlich ist gegenüber führeren Linsenmessern mit Bilderfassungsfokussierung kann einfacher hergestellt werden, da die Anzahl der erforderlichen Teile gering ist. Das Gerät ist außerdem billiger und kann mit äußerster Leichtigkeit zusammengebaut und justiert werden.

Obwohl nur eine bestimmte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, können viele Änderungen und Modifikationen in der gezeigten Ausführungsform gemacht werden,, ohne daß hierbei die Erfindung, wie sie sich in den Ansprüche zeigt, verlassen wird.

Leerseite

Claims

39 410 q/pc

Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan

Linsenmesser mit einem Fokussierungsanzeigesystem mit der Erfassung einer Teil-Bild-Fokussierung

Patentansprüche

1·/ Linsenmesser mit einem Fokussierungsanzeigesystem mit der Erfassung einer Teil-Bild-Fokussierung, gekennzeichnet durch eine Kondensorlinse (3), ein Testobjekt bzw. Target (4) mit einer nichtdiffusen, durchlässigen Oberfläche und einem Spaltmuster (12), eine Objektivlinse (5), eine Linsenbefestigung (6) zur Aufnahme einer zu prüfenden Linse, eine Projektionslinse (7), einen Schirm (8), wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Verschiebestrecke im Einklang mit der Kondensorlinse und

dem Testobjekt in Richtung der optischen Achse zur Bestimmung des Scheitelbrechungswertes der von der Linsenbefestigung aufgenommen Linse abgelesen wird, außerdem durch eine Blenden- oder Öffnungsplatte (H)/ die im Bereich eines frontseitigen Brennpunktes der Kondensorlinse angeordnet ist und mit der Kondensorlinse und dem Testobjekt in Richtung der optischen Achse bewegbar ist, und durch mindestens zwei Ablenkungsprismen (12), die im festen bzw. engen Kontakt mit dem Spaltmuster auf dem Testobjekt angeordnet sind und die Basen oder Grundkanten aufweisen, die quer zum Spaltmuster verlaufen und im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen.
2.. , Linsenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsplatte (11) eine Öffnungsgröße aufweist, und daß jede der Ablenkungsprismen einen Scheitelwinkel (iC ) aufweist, wobei die Öffnungsgröße und der Scheitelwinkel (ifc ) so bestimmt werden, daß die Registrationsempfindlichkeit K von Bildern, das Verhältnis B_n zwischen den Leuchtdichten der Mittelpunkte der Bilder und das Verhältnis B_n zwischen den Leuchtdichten der Peripherien der Bilder die folgenden Beziehungen erfüllen:

K All ο, 33 ^Bc All 0, 1 ^BD All 0, 7.
3. Linsenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Spaltmuster auf dem Testobjekt gekreuzte Linien aufweist, wobei die Basen oder Grundkanten der Ablenkungsprismen gemeinsam ein im wesentlichen quadratförmige Fläche definieren mit einer Öffnung im Mittelpunkt der quadratförmigen Fläche, wobei jede Kante der· quadratförmigen Fläche in rechtwinkliger Beziehung mit den gekreuzten Linien steht.
4. Linsenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der Ablenkungsprismen einen Scheitelwinkel (cC) aufweist, der die folgende Beziehung erfüllt:

-1 0,33r_fi -1 0^

tan —ξ—- = (n-1) cL = tan —_?—- (2) ^£5 ^Z5

wobei f₅ die Brennweite der Objektivlinse 5, r_ß der Radius einer Öffnung in der Linsenbefestigung 6, und η der Brechungsindex der Ablenkungsprismen ist. 25