DE102007057260A1

DE102007057260A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der optischen Abbildungsqualität von Gleitsichtgläsern

Info

Publication number: DE102007057260A1
Application number: DE200710057260
Authority: DE
Inventors: Stephan Reiß
Original assignee: STEPHAN REIS MICHAEL CONRAD GB; Stephan Reiß Michael Conrad GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Stephan Reiß 13125 Berlin
Current assignee: STEPHAN REIS MICHAEL CONRAD GB; Stephan Reiß Michael Conrad GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Stephan Reiß 13125 Berlin
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-06-04

Abstract

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der Anordnung zur Bestimmung der optischen Abbildungsqualität von Gleitsichtgläsern wird insbesondere der Augenoptiker in die Lage versetzt, kostengünstig die vom Hersteller der Gleitsichtgläser angegebenen Scheitelbrechwerte des Fern- und Nahbezugspunktes zu ergänzen um - den Additionsverlauf innerhalb des Progressionskanals, - die Größen der den geforderten Brillenglaswerten entsprechenden Bereiche, - die Höhe des Fehlers im sphärischen Äquivalent bezüglich des entsprechenden Fern-, Progressions- und Nahwertes, - die Höhe des astigmatischen Fehlers, - die Höhe der Verzeichnung. Um diese Aussagen treffen zu können, wird ein Testobjekt abgebildet (Fig. 1).

Description

Die Erfindung findet Anwendung beim Vertrieb von Gleitsichtgläsern durch Augenoptiker an die Endkunden.
Nach entsprechender Augenvermessung werden durch die Augenoptiker bei den Gleitsichtglasherstellern die benötigten Gleitsichtgläser bestellt unter Angabe von Parametern betreffend die Scheitelbrechwerte des Fernbezugs- und Nahbezugspunktes.
Die gelieferten Gleitsichtgläser werden gefasst und dem Endkunden zur Verfügung gestellt. Treten Unverträglichkeiten auf, insbesondere Unschärfen, erfolgt eine Rückgabe an den Hersteller mit dem Auftrag zur Prüfung der optischen Eigenschaften der Gläser, mit der Folge einer Ersatzlieferung, einer erneuten Augenvermessung usw. Dies ist für den Endkunden nicht nur zeitintensiv, sondern für alle Beteiligten aufwendig.
In diesem Procedere ist der Augenoptiker zwar die zentrale Schaltstelle – aber auch derjenige, der hinsichtlich der Qualität der Gleitsichtgläser i. R. über keine über die Scheitelbrechwertmessung hinausgehende Möglichkeit für Eigenmessungen zur Qualitätseinschätzung verfügt.
Die Ursache liegt darin begründet, dass der bisherige apparative Aufwand für derartige Vermessungen der Gleitsichtgläser unverhältnismäßig hoch ist im Vergleich zu den realisierbaren Umsätzen beim Vertrieb von Gleitsichtgläsern durch den Augenoptiker.
Industrielle Verfahren verfolgen dabei das Ziel, Absolutwerte zu ermitteln, auf die es beim Augenoptiker gar nicht ankommt, denn er bezieht ja die Gleitsichtgläser von einem Hersteller unter Angabe der gewünschten dioptrischen Wirkung im Fern- und Nahbezugspunkt.
Die industriell eingesetzten Verfahren und Vorrichtungen zur Qualitätsprüfung von Gleitsichtgläsern, d. h. von asphärischen Linsen basieren auf der Extrafokalmethode von Hartmann, entstanden im Jahre 1900 und vervollkommnet durch Shack, heute bekannt als Hartmann-Shack-Sensor.
Der Hartmann-Shack-Sensor besteht aus einem zweidimensionalen Linsenarray und einem optischen 2D-Detektor. Jede der Linsen erzeugt in der Fokus-Ebene ein Bild, dass entsprechend der lokalen Neigung der Wellenfront gegenüber der Referenzposition verschoben ist. Die jeweilige Verschiebung kann mit ortsempfindlichen Detektoren oder einem CMOS- bzw. CCD-Kamera Chip gemessen werden.
Eine einfallende Wellenfront erzeugt auf dem Kamerachip ein charakteristisches Spotmuster. Jede Linse wird auf dem Chip einen Lichtpunkt erzeugen. Bei einer ebenen und senkrecht einfallenden Wellenfront stimmen die Abstände der Lichtpunkte untereinander mit denen der Linsen untereinander überein. Durch Analyse der lokalen Ablenkungen der Punkte von ihren Idealpositionen können Aussagen über das lokale Steigungsverhalten der einfallenden Wellenfront getroffen werden. Die mathematische Beschreibung der Wellenfront kann z. B. mit Hilfe von Zernike-Polynomen erfolgen. Bei einer optischen Welle ist die direkte Messung der Phase nicht möglich. Der Shack-Hartmann-Sensor stellt somit ein Verfahren dar, diese Phaseninformation in eine messbare Intensitäts-Verteilung umzuwandeln.
Der Stand der Technik ergänzt um einen vor oder hinter dem Strahlungsumformer angeordneten ansteuerbaren Manipulator, die nur für eine begrenzte Anzahl von Strahlenbündeln durchlässig sind und so eine Überschneidung von Intensitätspeaks verhindern, wird in der EP 1 136 802 A1 beschrieben, so dass hier auf weitere Erläuterungen verzichtet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der optischen Abbildungsqualität von Gleitsichtgläsern vorzuschlagen, die es insbesondere dem Augenoptiker gestatten, kostengünstig die vom Hersteller der Gleitsichtgläser angegebenen Scheitelbrechwerte des Fern- und Nahbezugspunktes zu ergänzen um

– den Additionsverlauf innerhalb des Progressionskanals
– die Größen, der den geforderten Brillenglaswerten entsprechenden Bereichen,
– die Höhe des Fehlers im sphärischen Äquivalent bezüglich des entsprechenden Fern-, Progressions- und Nahwertes,
– die Höhe des astigmatischen Fehlers.
– die Höhe der Verszeichnung

Er soll so in die Lage versetzt werden, dass durch die Gleitsichtgläser erreichbare Sehvermögen des Endkunden objektiver beurteilen zu können.
Um diese qualitativen Aussagen treffen zu können, wird erfindungsgemäß ein Testobjekt durch das zu prüfende Gleitsichtbrillenglas unter Zwischenschaltung einer aplanatischen Hilfslinse abgebildet.
Dieses so entstandene Abbild des Testobjektes beinhaltet nun die optischen Eigenschaften des Gleitsichtglases.
Eine Analyse dieses Bildes ermöglicht folglich eine Aussage über die Qualität der Abbildung, sowie über den Wirkungsverlauf des Glases.
Hierzu sind Absolutwerte nicht notwendig und so ermittelt das Verfahren ausschließlich Relativwerte, die sich auf die Angaben des Herstellers für die Wirkung im Fern- und Nahbezugspunkt stützen bzw. auf die mittels herkömmlicher Technik (z. B. Scheitelbrechwertmesser) überprüften Werte in diesen durch den Hersteller markierten Bezugspunkten.
Diese Daten liefern die Ausgangswerte für das genannte Messprinzip und stehen somit als Referenzdaten für die Ermittlung des Wirkungsanstieges innerhalb des Progressionskanals, der Ermittlung des sphärischen Äquivalents und des astigmatischen Fehlers sowie der Ermittlung der Verzeichnung zur Verfügung.
Das erfindungsgemäße Verfahren und eine entsprechende Anordnung sollen anhand der Zeichnungen erläutert werden.
Es zeigen:
1 optische Bank
2 Bildkalibrierung
3 Nabelpunktlinie
4 Additionsverlauf
5 Abweichung des sphärischen Äquivalents
6 sphärischen äquivalent der beiden Markierungen
7 Farbgradientendarstellung von 6
8 Auswertung des astigmatischen Fehlers
9 Auswertung vom sphärischen Äquivalent und astigmatischen Fehler,
10 Darstellung der Verzeichnung und
11 optische Bank mit verstellbarem Gleitsichtglas.
1 zeigt die optische Bank mit den im Strahlengang angeordneten Bauteilen: Testobjket 1, Aplanat 2, zu überprüfendes Gleitsichtbrillenglas 3 mit Halterung sowie die digitale Kamera 4 zur Herstellung einer oder mehrerer Abbildungen vom Testobjekt 1.
Das Testobjekt 1 weist mit einer quadratischen Punktmatrix ein regelmäßiges Punktraster mit einem Spalten- und Zeilengitter auf, deren Rasterpunkte 5 an den Schnittstellen der Gitterlinien 6, 7 liegen.
Der Abstand zwischen benachbarten Gitterlinien 6.1/6.2; 7.1/7.2 sowohl in der Höhe als auch der Breite beträgt hier 2 mm (ausgewählt aus einem Vorzugsbereich von 3–0,25 mm).
Dabei sollte das Raster möglichst genau und die Punktfläche möglichst klein sein, da dadurch die Genauigkeit des Meßverfahrens erhöht wird.
Beim Aplanat 2 handelt es sich um eine Hilfslinse. Sie hat die Aufgabe, das Testobjekt 1, welches sich in deren einfacher Brennweite befindet, so abzubilden, dass dieses so entstandene Bild zum zuprüfenden Gleitsichtglas 3 in verschiedenen Entfernungen entsteht. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, das Gleitsichtglas 3 im Gebrauchsstrahlengang der einzelnen Entfernungen zu vermessen. Dazu wird für drei verschiedene Objektentfernungen eine separate digitale Abbildung des Testobjektes 1 erstellt und ausgewertet. So lassen sich Fern-, Progressions- und Nahbereich genau beurteilen.
Für die verwendete aplanatische Linse von 7,4 m^–1 werden drei verschiedene Objektentfernungen (Aplanat 2 – Testobjekt 1) zu Grunde gelegt: 90 mm, 105 mm und 132 mm.
Da eine zusätzliche Linse im Strahlengang immer zusätzliche, nämlich ihre eignen Abbildungsfehler mit in die Abbildung des Testobjektes 1 einbringt, sollte diese Hilfslinse eine möglichst abbildungsfreie Linse sein.
Das Aplanat 2 besitzt deshalb eine nahezu vollkorrigierte sphärische Aberration und eine korrigierte Koma. Diese Abbildungsfehler haben somit keinen Einfluss bei der Ausmessung des eigentlichen Gleitsichtglases 3. Restfehler dieser Linse, die je nach Abstand Aplant 2 – Testobjekt 1 unterschiedlich stark entstehen, werden softwareseitig mittels einer aus der Fotografie bekannten Entzerrungsrechnung herausgerechnet. Hierzu ist im Vorfeld eine Korrekturwertbestimmung für die drei relevanten Entfernungen "Ferne", "Mitte" "Nähe" vorzunehmen.
Bei der nachstehend beschriebenen konkreten Anwendung des Verfahrens wurde ein rechtes Standartgleitsichtglas 3 verwendet mit folgenden Angaben
R: sph.: plan
Add.: 2,0
Diese Daten sind am Scheitelbrechwertmesser auf ihre Richtigkeit hin überprüft worden. Der Fernbezugspunkt befindet sich 8,0 mm über der Glashorizontalen, der Nahbezugspunkt befindet sich 14,0 mm unter der Glashorizontalen, sowie 2,5 mm nasal gegenüber dem Fernbezugspunkt versetzt.
Die Glashalterung besitzt zwei Markierungspunkte 8, 9, welche seitlich zum zu vermessenden Gleitsichtglas 3 angeordnet sind. Diese Markierungspunkte (vgl. 2) bilden die "Verbindung" zwischen Hartware und Software und dienen somit der Kalibrierung der Auswerteabbildung innerhalb der Software.
Als ortsauflösender Detektor zur Erfassung des abgebildeten Objektes kann eine am Markt erhältliche digitale Kamera 4 eingesetzt werden. Hier ist eine Kamera mit einem Autofocussystem und einem optischen Zoom von 6,7 mm–20,1 mm genutzt worden, die eine Auflösung von max. 7,1 Megapixeln und einen zusätzlichen 2 fachen digitalem Zoom besitzt. Erstellt wurden die Abbildungen mit einer Auflösung von 2048 × 1536.
Die aufgenommene Abbildung wird in einer Datei gespeichert und in die Auswertesoftware übertragen.
Auch durch das Objektiv der Kamera 4 kommt es zu zusätzlichen geometrischen Abbildungsfehlern, die sich den Fehlern des Gleitsichtglases 3 überlagern können. Diese sind jedoch ebenfalls mit der bereits erwähnten Entzerrungsrechnung herausrechenbar.
Die digitale Abbildung des Testobjektes 1 wird auf einen PC übertragen und mit einer Software ausgewertet. Zuvor ist es jedoch vorteilhaft, die Abbildung mit einem Bildbearbeitungsprogramm für die Auswertung vorzubereiten. Dazu kann im Interesse einer reduzierten Rechenzeit die Auflösung des Bildes verringert werden. Vorteilhaft ist es, Kontrast und Helligkeit zu verbessern.
2 zeigt, dass die Glashalterung mindestens zwei Markierungspunkte 8, 9 jeweils seitlich vom zu vermessenden Gleitsichtglas 3 aufweist, die der Kalibrierung des Fotos der Digitalkamera 4 dienen.
Die Kalibrierung bildet die Schnittstelle zwischen der optischen Bank mit der als Datei vorliegenden Abbildung des Testobjektes 1 und der Software. Durch diesen Vorgang erfolgt die Eichung der Berechnungsalgorithmen auf die einzelnen Glaspositionen. Dieser wichtige Schritt, der den Anfang der Berechnungen bildet, ermöglicht es, den Fern- und Nahmesswerten Bezugspunkte des Fern- und Nahbereiches zuzuordnen. Das heißt, erst nach der Kalibrierung können dem abgebildeten Rastergitter, welches die optischen Eigenschaften des Gleitsichtglases 3 beinhaltet, entsprechende Messwerte zugeordnet werden.
Zur Kalibrierung wird auf die mittels Bildbearbeitungssoftware vorbereitete digitale Abbildungsdatei zugegriffen. Nach Eingabe der Daten der Markierungspunkte 8, 9, z. B. durch Mausanclicken einer Bilddarstellung, bestimmt die Software das Größenverhältnis zwischen dem Abbild des Gleitsichtglases 3 und dem Original. Dieses Verhältnis wird nun für weitere Größenberechnungen verwendet. Die Durchmesserdarstellung des Brillenglases, die Lage des Fernzentrierkreuzes und Nahmesskreises, die Progressionslängendarstellung und Ermittlung bzw. Darbietung der fehlerfreien Bereiche im Brillenglas greifen auf diese Verhältniszahl zurück.
Im nächsten Schritt erfolgt das Scannen der Bildpunkte des abgebildeten Testobjektes 1. Dabei kommt es zur zeilenweisen Abfragung der Pixel des digitalen Fotos.
Innerhalb der „Arbeitsfläche" des Programms werden die gefundenen Bildpunkte in ihrer Rasterlage vergrößert dargestellt. Dies kann zu einer Erhöhung der Auswertegenauigkeit führen, da der durch die Verringerung der Auflösung des Fotos entstandene Fehler kompensiert wird. Nachteilig ist jedoch, dass es zwangsläufig auch zu einer vergrößerten Darstellung der einzelnen Rasterpunkte 5 kommt. Dadurch ist die exakte Lagebestimmung der Rasterpunkte 5 im zweidimensionalen Koordinatensystem nur erschwert möglich. Softwareseitig sollte deshalb vorgesehen sein, dass pro gescannten Bildpunkt, welcher durch die vergrößerte Darstellung als Fleck erscheint, dessen flächenmäßiger Schwerpunkt bestimmt wird. Diesen so gefundenen Punkten werden zweidimensionalen Koordinatenwerte zugeordnet, die im weiteren Verlauf zur Berechnung und Auswertung dienen können.
Das Testobjekt 1, welches ursprünglich aus einem Spalten-Zeilen-Gitter mit äquidistanten Punktabständen besteht, wird aufgrund der Additionszunahme und Abbildungsfehler des Gleitsichtglases 3, verzerrt abgebildet. Dadurch kann die vertikale Lage der Punkte einer Spalte so sehr aus ihrer ursprünglichen Position zueinander abweichen, dass die Software keine eindeutige Zuordnung der Bildpunkte pro Spalte finden kann. Softwareseitig ist es deshalb von Vorteil, wenn die Möglichkeit eines feineren Scanns besteht, um so dem gesamten Testraster entsprechende Koordinaten zuordnen zu können.
Zu den weiteren für die Berechnung notwendigen Eingabedaten gehören neben den o. g. die Referenzwerte, die durch die Scheitelbrechwerte für den Fernbezugs- und den Nahbezugspunkt definiert sind, die jeweilige Angabe „Ferne", „Mitte", „Nähe", die in die Korrekturwerte einfließen und die Angabe, ob es sich um ein rechtes oder ein linkes Gleitsichtglas 3 handelt.
3 zeigt die ermittelte Nabelpunktlinie. Die Ermittlung der Lage der Nabelpunktlinie erfolgt auf der Basis der Ermittlung des in jeder Rasterpunktzeile dem Fernzentrierkreuz (in vertikaler Richtung) nächstliegendem Punkt und ergibt sich aus der Verbindung dieser Punkte.
Für die ermittelte Nabelpunktlinie wird als nächster Schritt die Wirkungszunahme vom Fernbezugspunkt zum Nahbezugspunkt berechnet.
Dem liegt folgendes Prinzip zugrunde:
Im Vorfeld für die Berechnungen der Referenzwerte wurde eine Messreihe mit sphärischen Einstärkengläsern auf einer optischen Bank unter Verwendung der aplanatischen Hilfslinse durchgeführt. Hier wurde der Abbildungsmaßstab (Größe des Bildes im Verhältnis zur Größe des Originals) für die Stärken 0,00m^–1; +0,5m^–1; +1,0m^–1; +1,5m^–1; +2,0m^–1 in den drei Entfernungen "Ferne", "Mitte", "Nähe" ermittelt und der lineare Zusammenhang bestätigt.
Dieser Zusammenhang bildet die Grundlage der Berechnung der Referenzwerte für alle Bereiche des Gleitsichtglases. Hierzu wird aus der Differenz der optischen Wirkungen des Nahbezugspunktes zum Fernbezugspunkt die Addition berechnet. Weiterhin wird aus dem mittleren Abstand zwischen horizontalem und vertikalem Bildpunkteabstand innerhalb des Nahmesskreises und dem mittleren Abstand zwischen horizontalem und vertikalem Bildpunkteabstand innerhalb des Fernmesskreises der Abbildungsmaßstab ermittelt. Aus Abbildungsmaßstab und Nahzusatz wird der Anstieg der linearen Funktion berechnet.
Zur Berechnung der Wirkungszunahme innerhalb der Nabelpunktlinie werden die entsprechenden vertikalen und horizontalen Punktepaare innerhalb der Nabelpunktlinie vermessen und aus ihrem Mittelwert wird der relative Abbildungsmaßstab zu den vertikalen und horizontalen Punktepaaren innerhalb des Fernmesskreises ermittelt. Aus diesem relativen Abbildungsmaßstab und dem oben ermittelten Anstieg der linearen Funktion, gebildet aus den Bezugswerten des Fern- und Nahbezugspunktes, wird der relative Nahzusatz berechnet.
Folglich bedeutet ein größerer Abbildungsmaßstab, also eine Vergrößerung des Mittelwertes des vertikalen und horizontalen Punktpaarabstandes innerhalb der Nabelpunktlinie einen größeren Nahzusatz.
Der so berechnete relative Nahzusatz entspricht als Ergebnis dem sphärischen Äquivalent, d. h. dem Mittelwert beider Hauptschnittswirkungen. Der relative Nahzusatz als Änderung des Ortes auf der Nabelpunktlinie ist als Ergebnis in Form eines Diagramms darstellbar.
Ein solches Diagramm ist in 4 (Additionsverlauf) dargestellt. Bei dem dargestellten Berechnungsergebnis ist erkennbar, dass die Wirkungszunahme bereits etwas über dem Fernzentrierkreuz beginnt. Dies spricht für den Aufbau eines "weichen" Designs, da man versucht den Progressionskanal lang zu halten, wodurch nach dem "Sandkastenmodell" die Abbildungsfehler möglichst gleichmäßig verteilt werden und das Gleitsichtglas 3 für den Brillenträger verträglicher wird.
5 zeigt die Darstellung des absoluten Betrages der Abweichung des sphärischen Äquivalentes in Stufungen von 0,25 m^–1 im Bezug auf das entsprechende sphärische Äquivalent im Fernmessbereich, innerhalb der Nabelpunktlinie bzw. des Nahmessbereiches.
Für die Feststellung der Abweichung vom sphärischen Äquivalent wird der Mittelwert eines zusammenliegenden vertikalen und horizontalen Rasterpunktpaares für jeden verfügbaren Messwert des Gleitsichtglases 3 ermittelt und ins Verhältnis zum Mittelwert des zusammenhängenden vertikalen und horizontalen Rasterpunktpaares innerhalb des Fernmesskreises gesetzt.
Mit Hilfe eines in die Software integriertem Meßtools lässt sich auf Grundlage einer Interpolationsrechnung die Bereichsbreite, welche eine relativ gute Abbildung besitzt, darstellen. Alle Streckenangaben dieser Darstellung beziehen sich auf Grund der anfangs durchgeführten Kalibrierung auf Realmaße. Dadurch ist es möglich die Messergebnis auf das reale Glas zu beziehen.
6 zeigt eine Einblendung der Bereiche mit relativ guter Abbildung mit vertikalen und horizontalen Streckenangaben.
7 zeigt eine Darstellung der Bereichsbreiten und zugehöriger vertikaler Maßangaben mit Farbgradientendarstellung des Fehlers bezüglich des sphärischen Äquivalentes.
In 8 ist der ermittelte astigmatische Fehlerdargestellt. Zur Ermittlung des astigmatischen Fehlers wird auf das gleiche, bereits beschriebenen Auswerteverfahren des Punktrasterbildes zurückgegriffen. Hier wird jedoch nicht der Mittelwert zwischen vertikalem und horizontalem Punktepaar gebildet, sondern jedes horizontale und vertikale Punktepaar separat betrachtet, da es auf diese Weise möglich ist, aufgrund der verzerrten Abbildung eines z. B. regelmäßigen, äquidistanten Punkterasters den astigmatischen Anteil dieser Abbildungsverzerrung zu berechnen.
Erneut werden zu Beginn der Auswerteprozedur der Fernbezugspunkt und der Nahbezugspunkt betrachtet. Diesen Punkten werden die jeweiligen Scheitelbrechwertangaben zugeordnet. Aus diesen Brechwertangaben werden die horizontalen und vertikalen Wirkungen berechnet. S'F'vert. = sph + cyl – sin2(A)cyl

S_'F'horz.: horizontaler Brechwert
A: Achse
cyl: zylindrische Wirkung
sph: sphärische Wirkung

S'F'horz. = sin2(A) cyl + sph

S_'F'vert.: vertikaler Brechwert
A: Achse
cyl: zylindrische Wirkung
sph: sphärische Wirkung

Die Differenz dieser horizontalen und vertikalen Wirkungen zwischen Nahbezugspunkt und Fernbezugspunkt ergeben horizontale und vertikale Nahzusätze, die aufgrund der Umrechnung in vertikale und horizontale Wirkungen sowie der Beachtung Gebrauchswert/Meßwert auch unterschiedlich ausfallen können.
Aus den vertikalen Punktepaarabständen innerhalb der Meßkreise wird der vertikale Abbildungsmaßstab berechnet Aus den entsprechenden Nahzusätzen und den entsprechenden Abbildungsmaßstäben lässt sich erneut der lineare Anstieg separat für die horizontale und vertikale Richtung bestimmen. Nun erfolgt die Auswertung des Bildrasters für den gesamten Gleitsichtglasbereich durch die Bestimmung der relativen Abbildungsmaßstäbe, jedoch separat für die horizontale und vertikale Richtung. Aus den relativen Abbildungsmaßstäben und dem errechneten Anstiegen der Funktionsverläufe (des Abbildungsmaßstabes zum Scheitelbrechwert) kann auf die horizontale und vertikale Wirkung innerhalb des entsprechenden Meßortes geschlossen werden.
Als Maß für die Abweichung von der Differenz der Hauptschnittswirkungen innerhalb des Fernmeßkreises, kann dann aus den ermittelten relativen horizontalen wie vertikalen Wirkungen auf die eigentliche Zylinderwirkung geschlossen werden. Dies erfolgt durch Iterationsschleifen innerhalb der Software, welche auf den o. a. Gleichungen basieren. Diese bestimmten Zylinder-Werte beziehen sich ausschließlich auf die Angaben des Scheitelbrechwertes im Fernbezugspunkt. Im Gegensatz zur Bestimmung der Abweichung des sphärischen Äquivalentes, dessen Ergebnisse sich immer auf die entsprechenden Werte im Fernmesskreis, auf die entsprechende Höhe innerhalb der Nabelpunktlinie oder des Nahmesskreises beziehen, wird hier nur der Fernmesskreis als Bezugspunkt gewählt. Der Grund dafür liegt darin, dass Gleitsichtglashersteller das Design ihrer Gläser so wählen, dass astigmatische Fehler im Bereich der Nabelpunktlinie durchaus akzeptiert werden, um einen breiter nutzbaren Kanal zu erreichen. Auch diese Fehler werden durch das beschriebene Messverfahren aufgedeckt. So zeigt die 8, dass im unteren Teil der Progressionszone ein astigmatischer Fehler zwischen 0,25 m^–1 und 0,5 m^–1 besteht.
In 9 ist der ermittelte Gesamtfehler bestehend aus astigmatischen Abweichungen und Abweichungen des sphärischen Äquivalentes dargestellt.
Eine Aussage über die Höhe der Verzeichnung des zu untersuchenden Gleitsichtglases liefert die Darstellung in 10.
Der „Schaukeleffekt", den Brillenträger bei Gleitsichtgläsern als störend empfinden, wird zum großen Teil durch deren Verzeichnung hervorgerufen. Aufgrund der Verzeichnung wird das gesamte Bild in seiner Geometrie dem eigentlichen Objekt unähnlich. Die Ursache ist eine, mit anwachsender Bildhöhe zunehmende Abweichung des Abbildungsmaßstabs vom paraxialen Abbildungsmaßstab. Durch diesen Effekt ist der reale Bildpunkt zu seinem Sollbildpunkt lateral verschoben. Die Verzeichnung V wird prozentual angegeben:

V: Verzeichnung
y_ist: laterale Ist-Koordinate
y_soll: Soll-Koordinate

Mit Hilfe dieser Gleichung ist es möglich eine Aussage über die Höhe der Verzeichnung des zu untersuchenden Gleitsichtglases zu gewinnen. Hierfür muss der y-Wert der Einzelpunkte innerhalb der Nabellinie (y_soll) mit dem y-Wert der benachbarten Punkte (y_ist) ermittelt werden. Daraus errechnet sich die prozentuale Verzeichnung von Punkt zu Punkt des Punktrasters, wie dargestellt.
Die 11 zeigt Veränderungen am Aufbau der optischen Bank, um die Messergebnisse zu optimieren. Bei dieser Anordnung sind der für Messungen im Gebrauchsstrahlengang unterschiedliche Winkelstellungen des Gleitsichtglases 3 im Strahlengang vorgesehen. Dadurch lässt sich der Gebrauchsstrahlengang des blickenden Auges durch das vorgeneigte Gleitsichtglas 3 im Meßvorgang nachstellen.
Das vorgeschlagene Verfahren und die Anordnung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungen beschränkt. Vielmehr schließt es auch weitere Verbesserungen ein.
So ist eine Verbesserung der Auflösung der optischen Abbildungseigenschaften durch eine Optimierung des Punkterasters des Testobjektes erreichbar. Ein geringerer Abstand der äquidistanten Punktmatrix würde eine genauere ortsaufgelöste Auswertung zulassen. Man erhält auf diese Weise eine größere Anzahl von Meßpunkten auf gleicher Fläche. So könnte man eine verbesserte Aussage über kleinere Bereiche des Gleitsichtglases treffen.
Eine Verringerung der Durchmesser der einzelnen Punkte des Testrasters würde das ortsaufgelöste Scannen der detektierten Punktmatrix erleichtern. Das rechnerische Auffinden eines flächenhaften Schwerpunktes einzelner Punktflecke würde wegfallen, wodurch eine weitere Fehlerquelle beseitigt ist. Die Punktmatrix mittels Löcher herzustellen oder durch eine Lasergravur würde hier eine Lösung zur Umsetzung geringerer Punktdurchmesser darstellen.
Die Verwendung einer Linse, bzw. eines Linsensystems, welches auf die eigenen geometrischen Abbildungsfehler noch besser korrigiert ist als das hier verwendete Aplanat kann die „Entzerrungsrechnung" nahezu unnötig machen. Bei einem Ausschluss von gravierenden Abbildungsfehler des Objektivs der Kamera kann auf eine „Entzerrungsrechnung" vollständig verzichtet werden. In diesem Fall würde man keine Korrekturwerte innerhalb der Auswertesoftware benötigen und könnte somit auch andere Gebrauchsentfernungen als die genannten „Ferne", „Mitte" und „Nähe" zur Überprüfung des Gleitsichtglases zurückgreifen.
Weiterhin ist eine Verbesserung der Darstellung der ermittelten Messergebnisse möglich.
So ist es üblich das sphärische Äquivalent nicht als Abweichung zu den entsprechenden vertikalen Höhen im Fernbereich, Progressionsbereich und Nahbereich darzustellen, sondern ausschließlich im Bezug auf den Fernmesswert des Gleitsichtglases.
Hierzu kann der bereits in der Software genutzte Rechenalgorithmus genutzt werden.
Ebenso impliziert die Software die Möglichkeit der Bewertung des Gleitsichtglases nach der Größe der Verzeichnung. Hierfür muss nur der y-Wert der Einzelpunkte innerhalb der Nabellinie (y_soll) mit dem y-Wert der benachbarten Punkte (y_ist) abgefragt und in die Gleichung

Das vorgeschlagene Verfahren und die Anordnung zur Bestimmung der optischen Abbildungsqualität von Gleitsichtgläsern gestattet dem Augenoptiker, kostengünstig die vom Hersteller der Gleitsichtgläser angegebenen Scheitelbrechwerte des Fern- und Nahbezugspunktes sinnvoll zu ergänzen. Es verfügt ferner über ein großes Potential zur weiteren Vervollkommnung und Ergänzung.

1: Testobjekt
2: Aplanat
3: Gleitsichtglas
4: Digitalkamera
5: Rasterpunkte
6: Gitterlinien senkrecht
7: Gitterlinien waagerecht
8: Markierungspunkt
9: Markierungspunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1136802 A1 [0010]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der optischen Abbildungsqualität von Gleitsichtgläsern bei dem ein Testobjekt (1) mit regelmäßig verteilten Rasterpunkten (5) durch das zu prüfende Gleitsichtbrillenglas (3) unter Zwischenschaltung eines Aplanats (2), in dessen einfacher Brennweite das Testobjekt (1) sich befindet, mindestens 1 mal durch eine Digitalkamera (4) abgebildet wird, wobei bei mehreren Abbildungen jeweils eine Abbildung bei unterschiedlichen Abständen zwischen Aplanat (2) und Testobjekt (1) erfolgt, die jeweiligen Abbildungen der Digitalkamera (4) einem Scannen der Rasterpunkte (5) unterzogen werden und diese Rasterpunkte (5') durch Gitterlinien (6, 7) miteinander verbunden werden, die einer Verbindung der Rasterpunkte (5) des Testobjektes (1) entsprechen, die Referenzwerte für den Nahbezugspunkt und den Fernbezugspunkt über eine Eingabe der rechentechnischen Verarbeitung zugeleitet werden, wobei unterschieden wird zwischen dem rechten Glas und dem linken Glas, und die Eingabedaten den entsprechenden Rasterpunkten zugeordnet werden, auf dieser Grundlage rechentechnisch die Ermittlung der Lage der Nabelpunktlinie, der Wirkungszunahme entlang der Nabelpunktlinie vom Fernbezugspunkt zum Nahbezugspunkt oder umgekehrt, der Abweichung des sphärischen Äquivalentes, des astigmatischen Fehlers und der Verzeichnungsbestimmung erfolgt und dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Differenz der optischen Wirkungen des Nahbezugspunktes zum Fernbezugspunkt die Addition berechnet wird, aus dem mittleren Abstand zwischen horizontalem und vertikalem Bildpunkteabstand innerhalb des Nahmesskreises und dem mittleren Abstand zwischen horizontalem und vertikalem Bildpunkteabstand innerhalb des Fernmesskreises der Abbildungsmaßstab ermittelt wird und aus Abbildungsmaßstab und Nahzusatz der Anstieg einer linearen Funktion berechnet wird, der als Quotient Eingang in die Berechnung des relativen Nahzusatzes findet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Wirkungszunahme innerhalb der Nabelpunktlinie die entsprechenden vertikalen und horizontalen Punktepaare innerhalb der Nabelpunktlinie vermessen werden und aus ihrem Mittelwert der relative Abbildungsmaßstab zu den vertikalen und horizontalen Punktepaaren innerhalb des Fernmesskreises ermittelt wird, wobei aus diesem relativen Abbildungsmaßstab und dem ermittelten Anstieg der linearen Funktion, gebildet aus den Bezugswerten des Fern- und Nahbezugspunktes, der relative Nahzusatz berechnet wird, der dem sphärischen Äquivalent, d. h. dem Mittelwert beider Hauptschnittswirkungen entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Testobjekt (1) eine quadratische Punktmatrix mit einem Spalten- und Zeilengitter aufweist, deren Rasterpunkte (5) an den Schnittstellen der Gitterlinien (6, 7) liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Gitterlinien (6.1/6.2; 7.1/7.2) sowohl in der Höhe als auch der Breite in einem Bereich zwischen 3–0,25 mm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand Aplanat-Testobjekt veränderbar ist und vorzugsweise eine separate Abbildung des Testobjektes mittels der Digitalkamera bei drei verschiedenen Testobjektabständen vom Aplanat vorgenommen wird, um den Fern-, Progressions- und Nahbereich beurteilen zu können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Restfehler des Aplanats (2), die je nach Abstand Aplanat-Testobjekt unterschiedliche Größen aufweisen können, durch eine Korrekturwertbestimmung für die jeweiligen Abstände herausgerechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Glashalterung mindestens zwei Markierungspunkte (8, 9), vorzugsweise jeweils seitlich vom zu vermessenden Gleitsichtglas (2) aufweist, die der Kalibrierung der von der Digitalkamera (4) aufgenommenen Abbildung dienen in Bezug auf die Größenverhältnisse zwischen dem Abbild des Glases und dem Original des Testobjektes (1) und der Verarbeitung durch die Berechnungssoftware.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Digitalkamera (4) aufgenommene Bild des Testobjektes (1) vor der Auswertung einer Bildbearbeitung unterzogen wird betreffend die Veränderung der Auflösung und/oder des Kontrastes und/oder der Helligkeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass geometrische Abbildungsfehler des Objektivs der Digitalkamera (4) als Bestandteil einer Entzerrungsrechnung Berücksichtigung finden und herausgerechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das rechentechnisch ermittelte Größenverhältnis zwischen der Abbildung durch das Gleitsichtglas (3) und dem Original des Testobjektes (1) rechentechnisch für die Durchmesserdarstellung des Gleitsichtbrillenglases, die Lage des Fernzentrierkreuzes, des Nahmesskreises, der Progressionslängendarstellung und der Darstellung der fehlerhaften Gleitsichtbrillenglasbereiche genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gescannten Rasterpunkte (5') eine Vergrößerung in ihrer Rasterlage erfahren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Vergrößerung in der Rasterlage unterzogenen Rasterpunkte (5') einer flächenmäßigen Schwerpunktbestimmung unterzogen werden und den so gefundenen Punkten die zweidimensionalen Koordinatenwerte für die weitere rechentechnische Auswertung zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer unklaren Zuordnung von gescannten Rasterpunkten (5') zu einer Gitterlinie (6, 7) eine Feinscannung zur eindeutigen Zuordnung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage der Nabelpunktlinie auf der Basis der Ermittlung des in jeder Rasterpunktzeile dem Fernzentrierkreuz (in vertikaler Richtung) nächstliegendem Punkt erfolgt und sich aus der Verbindung dieser Punkte ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feststellung der Abweichung vom sphärischen Äquivalent der Mittelwert eines zusammenliegenden vertikalen und horizontalen Rasterpunktpaares für jeden verfügbaren Messwert des Gleitsichtglases (3) ermittelt und ins Verhältnis zum Mittelwert des zusammenhängenden vertikalen und horizontalen Rasterpunktpaares innerhalb des Fernmesskreises gesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des astigmatischen Fehlers das Punktrasterabbild genutzt wird, wobei jedes horizontale und vertikale Punktepaar separat betrachtet wird und aufgrund der verzerrten Abbildung eines eingegebenen regelmäßigen, äquidistanten Punkterasters der astigmatische Anteil der Abbildungsverzerrung berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für Messungen im Gebrauchsstrahlengang unterschiedliche Winkelstellungen des Gleitsichtglases (3) im Strahlengang vorgesehen sind.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bestehend aus einer optischen Bank mit einem Strahlengang von einem Testobjekt (1) zu einer Digitalkamera (4), mit dazwischen angeordnetem Aplanat (2) und einem zu prüfenden Gleitsichtglas (3), wobei die Entfernung des Testobjektes (1) vom Aplanat (2) für unterschiedliche Aufnahmen veränderbar ist und das Testobjekt (1) regelmäßig verteilte Rasterpunkte (5) aufweist, sowie einem Rechner zur Auswertung der eingescannten Abbilddaten sowie weiterer Daten und einer Anzeige für Parameter der Abbildungsqualität.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitsichtglas (3) aus einer senkrechten Stellung auf der optischen Bank in eine Winkelstellung kippbar angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Testobjekt (1) eine quadratische Punktmatrix mit einem Spalten- und Zeilengitter aufweist, wobei der Abstand der geraden Gitterlinien (6, 7) gleich ist und bevorzugt einen Wert aus dem Bereich von 0,25–3 mm besitzt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Glashalterung des Gleitsichtglases (3) zwei seitlich angeordnete Markierungspunkte (8, 9) aufweist, die der Kalibrierung der Auswerteabbildung des Testobjektes (1) mittels der Auswertesoftware dienen.