DE2506840A1 - Linsenmesseinrichtung - Google Patents

Description

BLUMBACH · WESET? · 3E*RGEN*V KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UNDWIESBADEN

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Nippon Kogaku K. K, Case 263

Tokyo / Japan

Linsenmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine hochpräzise Linsenmeßeinrichtung.

Herkömmliche Linsenmeßeinrichtungen weisen eine Grenze bei der Meßgenauigkeit auf, und zwar auf Grund der Fokus Schärfentiefe einer Linse. Demzufolge ist bei der Messung Geschicklichkeit erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Linsenmeßeinrichtung mit einem Präzisionsgrad verfügbar zu machen, der zweimal so hoch wie der Präzisionsgrad bei einem herkömmlichen Linsenmeßgerät ist.

Ferner soll eine Linsenmeßeinrichtung verfügbar gemacht werden, mit welcher sich die Messung auf einfache Weise durchführen läßt.

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Des weiteren soll eine Linsenmeßeinrichtung verfügbar gemacht werden, bei welcher die Verschlechterung der Meßgenauigkeit auf Grund eines Geisterbildes vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Linsenmeßeinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Testbild (Target) im Brennpunkt eines Kollimatorlinsensystems zur Erzeugung eines Bildes des Testbildes vorgesehen ist, daß ein reflektierendes Glied, mit seiner reflektierenden Oberfläche dem Kollimatorlinsensystem zugekehrt, in der optischen Achse des Systems und auf einer dem Testbild bezüglich des Kollimatorlinsensystems gegenüberliegenden Seite angeordnet und längs der optischen Achse verschiebbar ist, und daß ein Anzeigeglied im Brennpunkt des Kollimatorlinsensystems auf einer dem reflektierenden Glied bezüglich des Kollimatorlinsensystems gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile sind aus den Unteransprüchen und der folgenden Erläuterung spezieller Ausführungsformen ersichtlich. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung einer herkömmlichen Linsenmeßeinrichtung ;

Fig. 2 eine Anordnung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform}

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Fig. 3 A und 3 B Vorderansichten des in Fig. 2 verwendeten Testbilds;

Fig. 4 eine Vorderansicht eines Teils der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 das Prinzip der ersten Ausführungsform; Fig. 6 eine Vorderansicht des Anzeigegliedes; und

Fig. 7 eine Anordnung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungs:£rm.

Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird zunächst eine herkömmliche teleskopische Linsenmeßeinrichtung erläutert, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.

In Fig. 1 ist im Brennpunkt einer Kollimatorlinse 1 ein Testbild (Target)2 längs der optischen Achse der Kollimatorlinse verschiebbar angeordnet. Eine Anzeigeplatte 4 befindet sich im Brennpunkt der Kollimatorlinse 1. Das Testbild 2 wird durch eine Lichtquelle 5 beleuchtet, so daß das Bild des Testbildes 2 durch das Kollimatorlinsensystem 1 und 3 auf die Anzeigeplatte 4 fokussiert wird. Das so fokussierte Bild wird durch ein Okular 6 betrachtet.

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Als nächstes wird das Verfahren zur Messung der Dioptrie einer zu untersuchenden Linse erläutert.

Wenn die zu untersuchende Linse 7 derart angeordnet wird, daß der Scheitel ihrer Linsenoberfläche mit der optischen Achse der Kollimatorlinse übereinstimmt und sich im Brennpunkt der Kollimatorlinse 1 befindet,'verschiebt sich das Bild des Testbildes 2 von der Anzeigeplatte 4 in Richtung der optischen Achse, so daß das Bild auf der Anzeigeplatte 4 unscharf wird. Demzufolge wird das Testbild 2 längs der optischen Achse so verschoben, daß das Bild wieder auf die Anzeigeplatte 4 fokussiert wird.

Es sei bemerkt, daß die Beziehung Z = f D besteht, wobei f die Brennweite der Kollimatorlinse 1 bedeutet, D (Dioptrie) die Scheitelbrechkraft der Linse 7 und Z den Betrag der Verschiebung des Testbildes 2.

Und demzufolge kann durch Messung des Betrags der Verschiebung des Testbildes 2 die Scheitelbrechkraft der Linse 7 berechnet werden. Zu diesem Zweck ist eine Skalenplatte 8 zum Ablesen der Position des Testbildes 2 vorgesehen. Die Skala ist in Dioptrieneinheiten eingeteilt und so eingestellt, daß D bei der Einstellung des Testbildes 2 erscheint, bei welcher sich dieses im Brennpunkt der Kollimatorlinse 1 befindet. Dann können durch

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Ablesen der Position des Testbildes 2 von der Skalenplatte die Dioptrien der zu untersuchenden Linse direkt erhalten werden.

Wenn das Kollimatorlinsensystem 1 und 3 jedoch eine Schärfentiefe JL 1 des Brennpunktes und eine Schärfentiefe 1,2 des Feldes aufweist und das Testbild 2 irgendwo innerhalb der Schärfentiefe Jl2 des Feldes angeordnet ist, kann die beobachtende Person das Bild des Testbildes 2 auf der Anzeigeplatte 4 so vollständig klar sehen, als ob das Bild auf die Anzeigeplatte 4 fokussiert wäre. Wenn die Tiefenschärfe JL2 des Feldes beispielsweise zwei Skalenteilen entspricht, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Linsenmeßeinrichtung deshalb einen Meßfehler von + Dioptrien auf.

Es folgt nun die Erläuterung der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 2, welche die erste erfindungsgemäße Ausführungs£>rm zeigt, ist das Testbild 2, dessen Vorderansicht in Fig. 3 A gezeigt ist, in der Richtung der optischen Achse des Kollimatorlinsensystems fixiert und an dem Brennpunkt der Kollimatorlinse 3 angeordnet, der über einen Strahlteiler 10, wie einen halbdurchlässigen Spiegel, gebildet wird. Wie Fig. 4 zeigt, ist ein Spiegel 11, der in seinem Mittelpunkt ein Nadelloch 11a aufweist, auf der linken Seite der Kollimatorlinse 1 angeordnet, und zwar längs der Richtung der optischen Achse verschiebbar, und das Nadelloch 11a fällt mit der optischen Achse zusammen. Ansonsten ist der Aufbau

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im wesentlichen derselbe wie in Fig. 1. Wenn sich der Spiegel 11 im Brennpunkt der Kollimatorlinse 1 befindet, wird demzufolge das durch die Lichtquelle 5 beleuchtete Testbild 2 über den Strahlteiler 10 und das Kollimatorlinsensystem 1 und 3 auf den Spiegel 11 fokussiert. Das fokussierte Bild wird durch den Spiegel 11 reflektiert und über das Kollimatorlinsensystem 1 und 3 und den Strahlteiler 10 auf die Anzeigeplatte 4 fokussiert.

In diesem Zustand wird die zu untersuchende Linse 7 an der Stelle des Brennpunktes der Kollimatorlinse 1 eingeführt. Das Bild des Testbildes 2 wird weder auf den Spiegel 11 noch auf die Anzeigeplatte 4 fokussiert, so daß ein Beobachter ein unscharfes Bild sieht. Darauf wird der Spiegel 11 in Richtung der optischen Achse so verschoben, daß das Bild des Testbildes 2 auf den Spiegel 11 und von dort auf die Anzeigeplatte 4 fokussiert wird, und daß ein Beobachter das Bild am klarsten sehen kann. Dieser Betrag der Verschiebung des Spiegels 11 wird von der Skalenplatte 8 abgelesen, um den Dioptrienwert der zu untersuchenden Linse 7 zu bestimmen. '

Für die oben erläuterte Messung wird nun angenommen, daß das Kollimatorlinsensystem 1 und 3 die Feldschärfentiefe (/I aufweist. Wenn, wie in Fig. 5 gezeigt, das Bild des Testbildes an der Stelle al fokussiert ist, der Spiegel 11 nach rechts zur Position b1 verschoben ist, was die Grenze des Feldschärfentiefenbereichs darstellt, wird das Bild des Test-

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bildes 2 an der Stelle al durch den Spiegel 11 an der Stelle t>1 reflektiert, und die Position des durch das Kollimatorlinsensystems 1 und 3 oder die linse 7 fokussiert en Bildes kommt außerhalb des Bereichs JM der Tiefenschärfe des Brennpunktes zu liegen, d. h., rechts von b1. Da sich das durch den Spiegel 11 erzeugte virtuelle Bild des Testbildes an einer Stelle b1 'befindet, die links von der Stelle b1 gelegen ist und von dieser einen Abstand £2/2 aufweist, wird die Fokussierungsstelle auf der Seite des Anzeigegliedes mit der Fokussierungsstelle des durch das Kollimatorlinsensystem usw. erzeugten Bildes des Testbildes übereinstimmen, falls sich das Bild des Testbildes an dieser Stelle b1 befindet. Selbst wenn sich der Spiegel 11 an der Stelle b1 befindet, kann ein Beobachter demzufolge feststellen, daß sich das Bild des Testbildes nicht auf dem Spiegel 11 befindet, da das Bild auf dem Anzeigeglied 4 unscharf ist. Dann wird der Spiegel 11 nach rechts verschoben, bis er an einem zwischen den Stellen al und b1 befindlichen Punkt d ankommt, und das durch den Spiegel 11 erzeugte virtuelle Bild kommt an die Stelle b1, so daß sich die Fokussierungsstelle des Bildes des Testbildes 2, das durch das Kollimatorlinsensystem usw. auf der Seite der Anzeigeplatte 4 erzeugt wird, an der Stelle b2 innerhalb der Schärfentiefe Xi des Brennpunktes befindet, so daß auf der Anzeigeplatte 4 ein klares Bild erzeugt wird. Bei einer weiteren Verschiebung des Spiegels 11 zu dem Zweck, diesen an einer Stelle zwischen den Positionen al und c1 anzuordnen, kann auf der Anzeigeplatte 4 kontinuierlich ein klares Bild erzeugt werden.

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Wenn der Spiegel weiter über die Position e hinaus verschoben wird, kann kein klares Bild erhalten werden.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung gemäß obiger Ausführungsform ersichtlich ist, kann, wenn der Spiegel 11 innerhalb des Bereichs von Position d zu Position e verschoben wird, was eine Hälfte des Schärfentiefenfeldes £2 des Kollimatorlinsensystems 1 und 3 bedeutet, ein klares Bild auf der Anzeigeplatte 4 gesehen werden, so daß der Genauigkeitsgrad der Messung zweimal so groß wird, wie er durch die bekannte Linsenmeßeinrichtung erhältlich ist. Mit anderen Worten, die Linsenmeßeinrichtung obiger Ausführungsform weist einen Fehler von +0,5 Dioptrien auf. ,

Wie erwähnt, fällt der Mittelpunkt des Ringes der Löcher 2a des Testbildes 2 mit der optischen Achse zusammen, und deshalb wird, wenn der Scheitel der zu untersuchenden Linse 7 mit der optischen Achse zusammenfällt, das Bild des Ringes im Zentrum der Anzeigeplatte 4 erzeugt (Fig. 6). Wenn der Scheitel der Linse 7 von der optischen Achse abv/eicht, tritt Jedoch bei der herkömmlichen Linsenmeßeinrichtung der Fall auf, bei welchem das Loch 2a, das heißt das Bild des Testbildes, aus dem Gesichtsfeld verschwindet oder teilweise im Gesichtsfeld erscheint, so daß ein Beobachter das Bild des Testbildes innerhalb des Gesichtsfeldes verschieben muß, und bei welchem er speziell im Fall der Feststellung von beispielsweise Astigmatismus das Bild des Testbildes zum Mittelpunkt der Anzeigeplatte

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verschieben muß.

Bei der vorliegenden Erfindung passieren die Lichtstrahlen vom Testbild die Linse 7 zweimal, so daß das Bild des Testbildes immer in der Mitte der Anzeigeplatte 4 erscheint, selbst wenn der Scheitel der Linse 7 von der optischen Achse abweicht, was die Handhabung recht einfach macht.

Außerdem kann der Astigmatismus der Linse 7 dadurch beurteilt werden, daß im Fall des Astigmatismus das Bild des Lochs 2a des Testbilds 2 auf der Anzeigeplatte 4, von welcher in Fig. die Vorderansicht dargestellt ist, in Form eines Stabes erscheint. In Fig. 6 ist lediglich das Bild eines Loches gezeigt, um zu vermeiden, daß die Zeichnung zu kompliziert wird. Die Richtung des Astigmatismus kann dadurch bestimmt werden, daß die Orientierung der langen Achse des stabfönnigen Bildes 2a¹ mit Hilfe der auf der Anzeigeplatte vorgesehenen Winkelskala 4a gemessen wird. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, das Bild des Testbildes 2 in der Mitte der Anzeigeplatte 4 anzuordnen. Da jedoch, wie bereits erwähnt, erfindungsgemäß das Bild des Testbildes 2 selbst dann in die Mitte der Anzeigeplatte 4 kommt, wenn der Scheitel der Linse 7 nicht mit der optischen Achse zusammenfällt, ist die Handhabung sehr einfach.

Ferner entspricht der Grad, mit welchem das Bild des Testbildes in ein stabförmiges Bild deformiert wird, dem Grad des Astigmatismus. Wenn beispielsweise der Grad des Astigmatismus

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etwa 0,125 Dioptrien "beträgt, ist der Deformationsgrad sehr klein, so daß es recht schwer ist, ihn mittels der herkömmlichen Linsenmeßeinrichtung zu messen. Da jedoch erfindungsgemäß die von dem Testbild 2 kommenden Lichtstrahlen die zu untersuchende Linse zweimal passieren , wird der Deformationsgrad zweimal so groß wie im Fall der herkömmlichen Linsenmeßeinrichtung, so daß die Messung viel einfacher als mit der herkömmlichen Linsenmeßeinrichtung wird, und zwar nicht nur bezüglich der Messung des Deformationsgrades, sondern auch bezüglich der Richtung der Achse des Astigmatismus.

Im Fall der Verwendung des in Fig. 3 B dargestellten Testbildes 2 für die Messung der Orientierung der Astigmatismusachse mittels herkömmlicher Linsenmeßeinrichtung ist es erforderlich, einen Mechanismus vorzusehen, um das Testbild in Richtung der optischen Achse zu verschieben und es zu drehen. Dieser Mechanismus ist kompliziert und schwer herzustellen, so daß die Verbesserung der Meßgenauigkeit schwierig ist. Andererseits ist es erfindungsgemäß lediglich notwendig, das Testbild zu drehen, so daß die Schwierigkeit bei der herkömmlichen LinsenmeSeinrichtung ausgeschaltet wird. Und um den Scheitel der Linse 7 mit der optischen Achse in Übereinstimmung zu bringen, ist es lediglich erforderlich, die Linse 7 senkrecht zur optiscien Achse zu verschieben, um das Bild des Nadellochs 11a des Spiegels 11 in der Mitte der Anzeigeplatte 4 anzuordnen.

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Als nächstes wird unter Bezugnahe auf Fig. 7 die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform erläutert. Bei der zweiten Ausführungsform wurde folgende Verbesserung erreicht. Der Sträilteiler 10 der ersten Ausführungsform besteht bei der zweiten Ausführungsform aus zwei Prismen 12 und 13, und eine.Polarisatorplatte P1 ist zwischen dem Strahlteiler 12, 13. und dem Testbild 2 angeordnet. Sinn der Polarisatorplatte P1 ist es, das Licht vom Testbild 2 zu linear polarisiertem Licht zu machen. Zwischen der Kollimatorlinse 1 und dem Spiegel 11 ist ein Viertelwellenplättchen M angeordnet, und zwischen dem Strahlteiler 12, 13 und der Anzeigeplatte 4 befindet sich eine zweite Polarisatorplatte P2, deren Polarisationsebene senkrecht zu derjenigen der ersten Polarisatorplatte P 1 steht.

Durch obige Anordnung wird das vom Testbild 2 kommende Licht durch die Polarisatorplatte P1 linear polarisiert. Das linear polarisierte Licht wird durch den Strahlteiler 12, 13 reflektiert und gelangt in das Kollimatorlinsensystem 1, 3 und die zu untersuchende Linse 7. Das durch die Oberflächen des Strahlteilers 12, 13, das Kollimatorlinsensystem 1,3 und die Linse 7 reflektierte und zur Anzeigeplatte 4 gerichtete linear polarisierte Licht wird von der zweiten Polarisatorplatte P 2 aufgenommen, so daß das reflektierte Licht kein Geisterbild auf der Anzeigeplatte 4 erzeugt. Das die Kollimatorlinse 1 passierende linear polarisierte Licht

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< η.

wird durch die Viertelwellenplatte M zu zirkularpolarisiertem Licht, und dieses zirkularpolarisierte Licht gelangt auf den Spiegel 11, um dort ein Bild des Testbildes 2 zu fokussieren. Das auf den Spiegel 11 auf treffende Licht wird durch diesen reflektiert und wird durch die Viertelwellenplatte M wieder zur linearpolarisiertem Licht, wobei jedoch die Polarisationsebene dieses linear polarisierten Lichtes mit der Polarisationsebene der Polarisatorplatte P2 zusammenfällt, so daß das linear polarisierte Licht nach Durchdringen des Kollimatorlinsensystems 1,3, der Linse 7, des Strahlteilers 12, 13 und der Polarisatorplatte P2 auf der Anzeigeplatte 4 fokussiert wird.

Ein Teil des vom Spiegel 11 kommenden und die Viertelwellenplatte M passierenden reflektierten Lichtes wird durch die Oberflächen des Kollimatorlinsensystema 1,3 und der Linse 7 reflektiert, gelangt wieder zum Spiegel 11 und wird wieder durch den Spiegel 11 reflektiert, um die Viertelwellenplatte M zu passieren. Die Polarisationsebene dieses die Viertelwellenplatte M passierenden Lichtstrahls verläuft jedoch senkrecht zu derjenigen der Polarisatorplatte P 2, so daß dieses Licht von der Polarisatorplatte P2 aufgefangen wird. Demzufolge kommen gemäß der zweiten Ausführungsforn lediglich diejenigen Lichtstrahlen, die einmal vom Spiegel 11 reflektiert worden sind, an der Anzeigeplatte 4 an, und all die anderen unerwünschten reflektierten Lichtstrahlen werden aufgefangen, so daß auf der Anzeigeplatte kein das Bild verschlechterndes

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Geisterbild erscheint. * *3-

Venn außerdem die obere Oberfläche des Prismas 12 als matte Oberfläche ausgebildet wird, werden die linear polarisierten Lichtstrahlen, welche die halb durchlässige Oberfläche des Strahlteilers passieren, durch die matte Oberfläche zerstreut· Dann werden die durch die matte Oberfläche reflektierten Lichtstrahlen zu nicht polarisierten Lichtstrahlen, so daß die reflektierten Lichtstrahlen weiterhin durch den Strahlteiler 12, 13 reflektiert werden, um die Anzeigeplatte 4 nach dem Durchlaufen durch die zweite Polarisatorplatte P2 zu beleuchten, wodurch die Skala und so weiter auf der Anzeigeplatte 4 leicht zu sehen ist.

Obige Erläuterung wurde an Hand von zwei Ausführungsformen einer teleskopischen Linsenmeßeinrichtung vorgenommen. Es sei jedoch bemerkt, daß die vorliegende Erfindung auch auf Linsenmeßeinrichtungen vom Projektionstyp anwendbar ist.

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Claims (4)

• · j JJ11'! · BLUMBACH · WBSER -'OMrGEN"" KRAMER ZWIRNER · HIRSCH PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Patentansprüche

1. Linsenmeßeinrichtiing, dadurch gekennzeichnet, daß ein Testbild (2) im Brennpunkt eines Kollimatorlinsensystems (1, 3) vorgesehen ist, daß ein reflektierendes Glied (11) mit seiner reflektierenden Oberfläche dem Kollimatorlinsensystem zugekehrt, in der optischen Achse des Systems und auf einer dem Testbild bezüglich des Kollimatorlinsensystems gegenüberliegenden Seite angeordnet und längs der optischen Achse verschiebbar ist und daß ein Anzeigeglied (U) im Brennpunkt des Kollimatorlinsensystems auf einer dem reflektierenden Glied bezüglich des Kollimatorlinsensystems gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.

2. Linsenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die optische Achse des Kollimatorlinsensystems in zwei Achsen aufzweigender Strahlteiler (10; 12, 13) vorgesehen ist, wobei das Testbild (2) im einen und das Anzeigeglied im anderen Zweig angeordnet ist.

3· Linsenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Glied eine Skalenanordnung (8) auf der optischen Achse des Kollimatorlinsensystems aufweist.

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4. Linsenmeßeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen im Strahlengang zwischen Testbild und Strahlteiler angeordneten ersten Polarisator (P1), eine im Strahlgang zwischen dem Kollimatorlinsensystem und dem reflektierenden Glied angeordnete Viertelwellenlängenplatte (M),

und einen im Strahlengang zwischen dem Anzeigeglied und dem Strahlteiler angeordneten zweiten Polarisator (P2), wobei die Polarisationsebenen der beiden Polarisatoren senkrecht zueinander stehen.

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