DE60007609T2

DE60007609T2 - Verfahren und gerät zur zentrierung einer ophtalmischen linse

Info

Publication number: DE60007609T2
Application number: DE60007609T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Videcoq; François Jean-Emmanuel MERISSE
Original assignee: Briot International SA
Current assignee: Luneau Technology Operations SAS
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: WO2001025744A1; IL142861A0; DE60007609D1; IL142861A; EP1144978A1; FR2799545B1; EP1144978B1; ES2213606T3; FR2799545A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des optischen Zentrums einer ophtalmischen Linse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Sie bezieht sich insbesondere auf die automatische oder halbautomatischen Positionierung eines Schleifadapters auf zu schleifenden kreisförmigen Rohlingen für optische Gläser.
Zunächst wird der Stand der Technik erläutert, unter Bezugnahme auf 1 und 2, die schematische perspektivische Darstellungen der wesentlichen Teile des benutzten Gerätes zeigen, und 3, die einen schematischen, vertikalen Axialschnitt durch eine ophtalmischen Linse zeigt, deren optisches Zentrum gesucht wird.
Die bestehenden Geräte weisen eine Lichtquelle 1, insbesondere ein Lichtbündel oder eine Referenzmaske, und einen Empfänger 2 auf, insbesondere ein fotoempfindliches CCD-Element oder dergleichen. Das Gerät weist außerdem einen Träger 3 für ophtalmische Linsen auf, der zwischen der Lichtquelle und dem Empfänger angeordnet ist. Dieser Träger, der es für die von der Lichtquelle emittierte Strahlung transparent ist, wird in der Praxis durch einen XY-Justiertisch gebildet, der gegebenenfalls einen Drehantrieb aufweist.
In Abwesenheit der Linse analysiert der Empfänger die Position eines vorbestimmten Punktes des Bildes. typischerweise seines Mittelpunktes O', bei dem es sich um das Bild des Mittelpunktes O der Lichtquelle handelt, sowie die Größe des Bildes der Lichtquelle. Diese Größe wird bestimmt durch Messung des Abstands zwischen zwei spezifischen Punkten des Bildes der Lichtquelle auf dem Empfänger. Die Gerade OO' bildet die vertikale Bezugsachse.
Wenn eine Linse oder ein optisches Glas oder ein Rohling E in das Gerät eingesetzt wird (2), auf den Träger 3, so wird die Lichtquelle durch die Linse hindurch betrachtet. Das auf dem Empfänger erzeugte Bild ist dann in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der Linse verändert/verzerrt. Betrachtet man den Objekt-Brennpunkt F der Linse und den Schnittpunkt M der Achse OO' mit der Mittelebene P der Linse, d. h., der Ebene, die in Höhe der halben Dicke der Linse liegt, befindet sich somit die neue Position A' des Mittelpunktes des Bildes auf der Geraden FM.
Das so verzerrte Bild wird analysiert, das System sucht die neue Position A' des Bildmittelpunktes und speichert die Größe des Bildes der Lichtquelle. Anhand dieser Informationen leitet das System die folgenden Parameter ab:

(1) Das optische Zentrum CO befindet auf der Geraden, die durch den Schnittpunkt zweier Ebenen definiert ist:
– die oben definierte Mittelebene P der Linse und
– die Ebene, die durch die Punkte O, O' und A' definiert wird.
(2) Den Vergrößerungsfaktor G der Linse, d. h., das Verhältnis zwischen der Größe des ohne Glas aufgenommenen Bildes und der Größe des durch das Glas hindurch aufgenommenen Bildes.
(3) Die Exzentrizität d der Linse, d. h., den Abstand zwischen dem optischen Zentrum CO der Linse und der Achse OO' in der Mittelebene der Linse. Dieser Abstand wird berechnet, indem an dem Bild der Abstand OA' gemessen wird und auf diesen Wert eine Funktion der Form d = f(O'A', G, L, l) angewandt wird, wobei:
– O'A' am Bild der Lichtquelle auf dem Empfänger gemessen wird,
– G der Vergrößerungsfaktor der Linse ist,
– L der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Mittelebene P der Linse ist und
– l der Abstand zwischen der Mittelebene der Linse und dem Empfänger ist.

Die Funktion f ist eine relativ einfache Funktion, die sich aus Berechnungen in der klassischen geometrischen Optik ergibt.
Wenn das optische Zentrum CO auf diese Weise bestimmt worden ist, wird es auf die Achse OO' ausgerichtet. Ein Schleifadapter 5, z. B. ein Kleber, ist an einem Arm 6 gehalten, der um eine zur Achse OO' parallele vertikale Achse 7 schwenkbar ist. Die Achse des Adapters wird mit der Achse OO' ausgerichtet, und dann wird der Adapter abgesenkt, bis er die Linse berührt.
Die auf die oben beschriebene Weise bestimmte Position des optischen Zentrums erweist sich häufig als ungenau, insbesondere aus den folgenden Gründen.

a) Für Gläser mit geringer Korrektur erzeugt eine Exzentrizität d von mehreren Zentimetern nur einen sehr kleinen Abstand O'A'. Für eine Exzentrizität von einigen Millimetern wird der Abstand O'A' unmeßbar klein. In diesem Zusammenhang wird ein unmeßbar kleiner Fehler in dem Maß O'A' bei der für das optische Zentrum der Linse berechneten Position durch Hebeleffekt vervielfacht. Wenn O'A' sehr klein wird, wird außerdem der Abstand O'A' kleiner als das Auflösungsvermögen der gewöhnlich verwendeten Empfänger, was beträchtliche Fehler bei dem Maß O'A' und damit bei der Position des optischen Zentrums hervorruft.
(b) In die Formel, die den Abstand d zu definieren gestattet, gehen die Größen L und l ein, bei denen es sich um die Abstände der Lichtquelle und des Empfängers von der Mittelebene P der Linse an der Meßposition handelt.

In Wirklichkeit, wenn man zwei Messungen betrachtet, die an derselben Linse an zwei verschiedenen Stellen auf zwei Achsen O₁O'₁ und O₂O'₂ vorgenommen werden (3), so liegt die Mittelebene P1, P2 nicht auf derselben Höhe, weil die Höhe und die Bogenhöhe der Linse entsprechend der Linsenwölbung variieren. Die Größen L₁ und l₁ sind folglich von den Größen L₂ und l₂verschieden.
Dieses Problem wird noch verstärkt, wenn man alle zu behandelnden Linsen in Betracht zieht, von der dünnsten bis zu dicksten. Die Dicke und die Bogenhöhe der Linsen variieren nämlich.
Schließlich variieren die Größen L und l von einer Linse zur anderen, und sie variieren auch bei derselben Linse, wenn man zwei verschiedene Meßpunkte be trachtet.
Aus all diesen Gründen ist das auf die oben beschriebene Weise bestimmte optische Zentrum in der Tat nur näherungsweise das optische Zentrum der Linse.
Um sich von diesen Schwierigkeiten zu befreien, rechnen die meisten Systeme als Mittelebene mit einer Ebene, die sich auf der Höhe der mittleren Dicke der zu behandelnden Linsen befindet. Die so festgelegten Größen L und l beeinflussen natürlich in nachteiliger Weise die Präzision der Bestimmung des optischen Zentrums.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, die in der Lage sind, unter Verwendung eines handelsüblichen Empfängers mit vertretbaren Kosten und durch eine wenig kostspielige Modifikation bestehender Geräte eine Präzision in der Größenordnung von 0,1 mm bei der Positionierung des optischen Zentrums von ophtalmischen Linsen zu erreichen.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Verfahren der vorgenannten Art zum Gegenstand, das durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist.
JP 61-010 739A beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des optischen Zentrums einer Linse, bei dem die Linse auf ein Rohr aufgelegt wird und ein Laserstrahl parallel zur Achse des Rohres, jedoch gegenüber dieser Achse versetzt eingestrahlt wird. Das auf dem Empfänger aufgenommene Bild zeichnet eine Ellipse, wenn man das Rohr um 360° dreht. Das Zentrum der Linse fällt mit der Achse des Rohres zusammen, wenn die Ellipse zu einem Kreis wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann eines oder mehrere der Merkmale der Ansprüche 2 bis 7 aufweisen, sowohl für sich allein als auch in all ihren technisch möglichen Kombinationen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Zentriergerät, das dazu bestimmt ist, das oben definierte Verfahren auszuführen.
Dieses Gerät ist in Anspruch 8 definiert.
Weitere Merkmale dieses Gerätes werden in den Ansprüchen 9 bis 11 beschrieben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten 4 bis 9 beschrieben, in denen zeigen:
4 ein Schema analog zu 2, das das erfindungsgemäße Verfahren illustriert;
5 und 6 schematische vertikale Schnittdarstellungen zweier unterschiedlicher Linsen, auf die das Verfahren angewandt wird;
7 eine Graphik, bei der auf der Abszisse die Stärke der Linse in Dioptrien und auf der Ordinate der entsprechende Vergrößerungsfaktor in dem verwendeten Gerät aufgetragen ist;
8 eine Graphik, bei der auf der Abszisse die Stärke der Linse in Dioptrien und auf der Ordinate die kleinste verwendbare Verschiebung der Linse aufgetragen ist; und
9 eine schematische Darstellung des verwendeten Zentriergerätes.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst die Linse E als eine dünne Linse ohne Dicke behandelt.
In 4 sind zwei Positionen der Linse in derselben Ebene P dargestellt:

– eine erste Position E₁, in der sich das angenährte optische Zentrum an einer Stelle CO₁ befindet, die in einem Abstand d₁ zu der Achse OO' liegt. Die Punkte O, O', F₁, A'₁ und CO₁ sind koplanar, wie weiter oben im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde:
– eine zweite Position E₂, in der das angenährte optische Zentrum sich an einer Stelle CO₂ befindet, die in einem Abstand d₂ zu der Achse OO' liegt. Die Punkte O, O', F₂, A'₂ und CO₂ sind koplanar.

Wenn die Linse die erste Position einnimmt, überführt man sie durch eine Ver schiebung gemäß einem bekannten Vektor E_x, E_y in die zweite Position. Man mißt die resultierende Verschiebung A'_x, A'_y des Mittelpunktes A' von A'₁ nach A'₂.
Wenn die Positionen E₁ und E₂ in der Nähe der zentrierten Position der Linse liegen, in einem später verdeutlichten Sinne, so sind die Verschiebungen des Punktes A' in jeder Hauptachse eines orthogonalen Koordinatensystems praktisch proportional zu denen des optischen Zentrums: A'_x = aE_x, A'y = bE_y.
Wenn man so die Koeffizienten a und b bestimmt hat, berechnet man die Verschiebung der Linse, die ihr optisches Zentrum exakt auf die Achse OO' ausrichtet, d. h., die den Punkt A' in O' überführt.
5 und 6 zeigen, daß, um einen Verlust an Präzision zu vermeiden, die Punkte CO₁ und CO₂ um so näher an der Achse OO' liegen müssen, je stärker die Linse ist, d. h., je stärker ihre Korrektur ist. Für eine schwach korrigierende Linse (5) ändert sich nämlich die Mittelebene P auf einem relativ großen Bereich von Positionen des Meßpunktes in bezug auf das optische Zentrum nur wenig. Für eine stark korrigierende Linse (6) erfordert dagegen die gleiche Präzision hinsichtlich der Lage der Mittelebene P, das man wesentlich näher am optischen Zentrum bleibt.
Um unter diesem Gesichtspunkt jegliche Schwierigkeiten zu vermeiden und von den Veränderungen der Lage der Mittelebene P absehen zu können, wählt man zwei Positionen E₁ und E₂ der Linse, die im wesentlichen symmetrisch in bezug auf die Ausrichtposition des optischen Zentrums auf die Achse OO' liegen.
Im übrigen versteht es sich, daß eine weitere Bedingung für das gute Funktionieren des Verfahrens darin besteht, daß die Abstände O'A'₁ und O'A'₂ hinreichend groß sind, so daß sie mit Hilfe des Empfängers 2 zuverlässig detektiert werden können.
Diese Überlegungen führen zu der folgenden Arbeitsweise.
Die Linse E wird in irgendeiner Position auf den Träger 3 aufgelegt. Ein erstes Bild wird aufgenommen und analysiert, und auf herkömmliche Weise, wie weiter oben im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde, wird eine angenährte Position des optischen Zentrums bestimmt.
Wie erwähnt wurde, liefert die Vermessung dieses ersten Bildes den Vergrößerungsfaktor G der Linse in dem Gerät. Die Grafik in 7 ermöglicht es, daraus die Stärke oder den Korrekturfaktor C der Linse abzuleiten. Wie z. B. in 7 gezeigt ist, hat man eine Vergrößerung von 1,2 gemessen, was einen Faktor C von +3 Dioptrien ergibt.
Im folgenden wird auf das Diagramm in 8 Bezug genommen. Dieses zeigt, für einen gegebenen Faktor C, die Verschiebung D der Linse in Millimetern, die notwendig ist, damit man eine Verschiebung des Punktes A' um eine Elementareinheit (ein Pixel) auf dem CCD-Empfänger beobachtet. So ist bei dem vorstehenden Beispiel, bei dem der Faktor C +3 Dioptrien beträgt, der Empfänger in der Lage, die Verschiebung des Punktes A' für eine Verschiebung der Linse um etwa 0,15 mm zu erkennen.
Folglich wählt man zwei Positionen E₁ und E₂, bei denen CO₁ und CO₂ um den gleichen Abstand d₁ = d₂, der deutlich größer ist als 0,15 mm, von der Achse OO' entfernt sind. In der Praxis werden die Positionen E₁ und E₂ so gewählt, daß, wie gezeigt, CO₁ und CO₂ symmetrisch in bezug auf die Achse OO' sind.
Insbesondere kann die erste Position E₁ diejenige Position sein, die dazu gedient hat, den Punkt CO zu bestimmen, sofern der Abstand d nach 2 paßt.
Aus den beiden Positionen der Linse berechnet man die vorgenannten Koeffizienten a und b, und man bildet daraus die Verschiebung, die die Linse erfahren muß, damit das optische Zentrum mit der Achse OO' ausgerichtet wird, und man führt diese Verschiebung aus.
Nachdem so die Linse präzise zentriert worden ist, bring man schließlich den Adapter 5 auf die Achse OO', und man senkt ihn ab, bis er durch Haftung auf der Linse befestigt wird. Der Adapter ist dann im wesentlichen perfekt auf das optische Zentrum der Linse zentriert.
In 9 ist schematisch das Gerät gezeigt, mit dem das oben beschriebene Verfahren ausgeführt wird. Man erkennt die Lichtquelle 1, den Empfänger 2, den Träger 3 für die Linse, der durch einen XY-Justiertisch mit einem X-Motor 8 und einem Y-Motor 9 gebildet wird. Der Arm 6, der den Adapter 5 trägt, ist so auf einer vertikalen Achse 7 montiert, daß er sowohl schwenkbar als auch vertikal beweglich ist, wie durch Pfeile angedeutet wird. Die Antriebsmittel für den Arm 6 sind schematisch mit 10 angegeben.
In 9 ist auch eine Informationsverarbeitungs- und Steuereinheit 11 gezeigt, sowie Schnittstellen 12 bis 15 zwischen dieser Einheit und den Organen 1–2, 8, 9 bzw. 10, eine Mensch/Maschine-Schnittstelle 16, die mit der Einheit 11 verbunden ist, und eine mit dieser Einheit verbundene Anzeigeeinheit 17.
Es versteht sich, daß die Einheit 11 die notwendigen Daten und Berechnungsmittel zu Ausführung des oben beschriebenen Programms enthält, und es handelt sich hierbei um die einzige Modifikation gegenüber herkömmlichen Zentriergeräten.
Mit einem solchen Gerät kann die Anbringung des Adapters auf einer Linse E automatisch vorgenommen werden oder zumindest halbautomatisch, um dem Bediener die Auswahl der beiden Positionen E₁ und E₂ zu erlauben.
Gemäß einer Abwandlung kann die Linse auf einen festen Träger aufgelegt werden, während die vorgenannten Verschiebungen von der Einheit aus Lichtquelle, Empfänger und Welle 7 ausgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des optischen Zentrums einer ophtalmischen Linse, bei dem: – in Abwesenheit der Linse ein erstes Bild einer Strahlungsquelle (1) auf einem Empfänger (2) analysiert wird, wobei die Strahlungsquelle und der Empfänger auf einer Bezugsachse (OO') ausgerichtet sind, – die ophtalmische Linse (E) auf einen für die Strahlung transparenten Träger (3) aufgelegt wird, der sich zwischen der Strahlungsquelle (1) und dem Empfänger (2) befindet, und die Größe und die Lage des erhaltenen veränderten Bildes analysiert wird und – aus dieser Analyse die Position eines angenährten optischen Zentrums (CO) der Linse bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem die folgenden Operationen ausgeführt werden: – die Linse wird gemäß einem vorbestimmten Vektor (CO₁–CO₂) verschoben, – die resultierende Verschiebung (A'₁–A'₂) eines vorbestimmten Punktes des Bildes wird gemessen, und – die Lage des optischen Zentrums der Linse wird aus dieser letzteren Messung bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man, nachdem das angenährte optische Zentrum der Linse bestimmt worden ist, die Linse (E) so verschiebt, daß dieses optische Zentrum nährungsweise in eine bestimmte erste Position (CO₁) und dann in eine bestimmte zweite Position (CO₂) gebracht wird, die zu der Bezugsachse (OO') im wesentlichen den gleichen Abstand (d₁, d₂) aufweist wie die genannte erste Position, und daß man die Verschiebung des genannten vorbestimmten Punktes des Bildes der Strahlungsquelle (1) mißt, während sich das angenährte optische Zentrum aus der ersten bestimmten Position (CO₁) in die zweite bestimmte Position (CO₂) verschiebt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten bestimmten ersten und zweiten Positionen (CO₁, CO₂) im wesentlichen symmetrisch zur Bezugsachse (O,O') liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte vorbestimmte Punkt der Mittelpunkt (O', A') des Bildes ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man für die oder jede Verschiebung der Linse (E) eine Amplitude wählt, die um so kleiner ist, je größer die Stärke der Linse ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man, nachdem das optische Zentrum der Linse (E) bestimmt worden ist, dieses optische Zentrum auf die Bezugsachse (OO') ausrichtet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß man, nachdem das optische Zentrum auf die Bezugsachse (OO') ausgerichtet worden ist, einen zum Schleifen der Linse bestimmten Adapter (5) auf es aufsetzt.
Gerät zur Zentrierung einer ophtalmischen Linse, mit einer Strahlungsquelle (1), einem Empfänger (2) für die Strahlung, einem für die Strahlung transparenten und zwischen der Strahlungsquelle und dem Empfänger angeordneten Träger (3) für die Linse und Mitteln (11) zur Analyse der empfangenen Strahlung und zur Steuerung, die dazu ausgebildet sind, Relativbewegungen der Linse (E) in bezug auf die durch die Strahlungsquelle und den Empfänger definierte Bezugsachse (OO') zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse- und Steuermittel (11) dazu ausgebildet sind, eine Verschiebung der Linse zwischen zwei Positionen (E₁, E₂) zu steuern, die entsprechende Verschiebung (A'₁, A'₂) des Bildes der Strahlungsquelle (1) auf den Empfänger (2) zu messen, daraus die Verschiebung der Linse abzuleiten, die notwendig ist, um ihr optisches Zentrum auf die Bezugsachse auszurzchten, und diese Verschiebung zu steuern.
Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Positionen (E₁, E₂) im wesentlichen um den gleichen Abstand von der Bezugsachse (OO') entfernt sind.
Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden genannten Positionen (E₁, E₂) im wesentlichen symmetrisch in bezug die Bezugsachse (OO') liegen.
Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse- und Steuermittel (11) Daten enthalten, die es gestatten, eine kleinste Verschiebung der Linse (E) zu bestimmen, die zu einer mit dem Empfänger (2) detektierbaren Verschiebung des Bildes führt.