DE2829337A1 - Nicht paralleles licht verwendendes linsenmessgeraet - Google Patents
Nicht paralleles licht verwendendes linsenmessgeraetInfo
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Description
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Linsenmeßgerät und richtet sich insbesondere auf ein Linsenmeßgerät, welches zum -Nachweis
von Sphärie, Zylinder, Zylinderachse und Prisma einer zu untersuchenden Linse nicht paralleles Licht verwendet.
Es sind verschiedene automatisierte Systeme zur Messung der Brechkraft von fraglichen Optiken bekannt. Typischerweise
sind solche Systeme Abwandlungen von Hartman-Tests zur Bestimmung der Linsenbrechkraft. Bei solchen Tests wird paralleles
bzw. kollimiertes Licht von einer Lichtquelle herkommend "erzeugt und in getrennten Bündeln an ausgewählten, im Abstand
voneinander liegenden Punkten einer fraglichen Linse durch das fragliche optische System geleitet. Durch Verfolgung des
abgelenkten Wegs jedes dieser Bündel an ihren Durchgangspunkten durch die fragliche Optik können Linsenbrechkraft
in Kugel , Zylinder, Zylinderachse und Prisma bestimmt werden.
Solche Systeme enthalten typischerweise eine Lichtquelle, eine kollimierte Optik und zugehörige Detektoren. Die Linsenmessung
geschieht durch Nachweis der auf die Ablenkung durch das fragliche optische System zurückgehenden Strahlwanderung.
Solche bekannten Linsensysteme waren nie völlig frei von Schwierigkeiten. Eine der Hauptquellen von Schwierigkeiten
bestand in dem Eintritt von Streulicht in ein solches Linsensystem. Wo beispielsweise ein Linsenprüfgerät Linsen in einem
normal erleuchteten Raum abtastet, hat das Licht die Möglichkeit/ durch die gemessene Linse zum lichtempfindlichen Detektor
hin einzudringen. Veränderliches Licht am Photodetektor
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kann ein veränderliches Ansprechen des Meßinstruments und
damit eine Verschlechterung der Instrumentengenauigkeit hervorrufen.
Ferner geschah bei vielen Instrumenten der Nachweis der Strahlwanderung am Photodetektor selbst. Wo man sich auf
den Photodetektor zum Nachweis der Strahlwanderung verläßt, können drei Effekte die Instrumentengenauigkeit vermindern.
Der erste Effekt ist das Auftreffen von Streu- oder Umgebungslicht
auf den Photodetektor des Instruments. Im allgemeinen ergibt das Auftreffen von Streu- bzw. Umgebungslicht auf den Photodetektor Detektoranzeigen, die den Ort
des Auftreffens von Licht in irriger Weise mitteln. Wenn
beispielsweise eine durch das Instrument erzeugte Lichtquelle auf einem Teil des Photodetektors zur Abbildung gelangt
und Umgebungs- bzw. Streulicht auf einem anderen Teil desselben, dann ergibt das Instrument typischerweise eine
Anzeige, daß Licht auf den Photodetektor an einer Stelle aufgetroffen ist, die zwischen den zwei getrennten Bereichen
der Lichtauftreffung liegt. Diese angezeigte Zwischenlage
kann einen Instrumentenfehler erzeugen.
Ferner kann die Verwendung von Photodetektoren, die den möglichen Einfall von
Licht über verhältnismäßig weite Bereiche empfangen, zu auf Photodetektorunregelmäßigkeiten zurückgehenden Instrumentenunregelmäßigkeiten
führen. Wo Licht von der Lichtquelle auf kleine aber veränderbare Abschnitte einer ausgedehnten Photodetektoroberfläche
fällt, können Schwankungen der Photodetektoroberfläche selbst zu schwankenden Ablesungen führen.
Es ist bei solchen photoempfindlichen Elementen häufig, daß sie hinsichtlich ihrer Photonenempfindlichkeit über ihre
Oberfläche schwanken. Diese Schwankung der Photoempfindlichkeit ergibt unterschiedliche Ablesungen für unterschiedliche
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Abschnitte der Oberfläche, wenn eine auf die Messung von fraglichen
Linsen zurückgehende Strahlwanderung auftritt. Daher kann ein entsprechender auf die Schwankungen der Detektoroberfläche
zurückgehender Fehler vorhanden sein.
Schließlich wurden Detektoren hergestellt, bei welchen photoempfindliche
Zellen auf Wanderungslagen eines Felds von Bündeln/ wie etwa diejenigen, die durch einen Punktdiagrammgenerator
der Nipkow-Scheiben-Vielfalt erzeugt werden, ausgerichtet
sind. Typischerweise liegt eine Ausrichtung einer photoempfindlichen
Zelle auf jedes getrennte Bündel des resultierenden Bündelfelds vor. Solche Photodetektoren und ihre Lageabtastgerätschaft
unterliegen den Schwierigkeiten von Unregelmäßigkeiten der Photodetektoroberfläche und von Lagefehlinterpretationen,
wenn Umgebungslicht in das Instrument eindringt.
Gemäß der Erfindung wird demgegenüber eine einheitliche Lichtquelle
durch ein Prismenfeld so abgebildet, daß eine Mehrzahl von vorzugsweise vier scheinbaren Lichtquellen erzeugt werden,
die jeweils einen Ursprungspunkt für einen diskreten Lin-senabtastlichtweg
bilden. Von jeder scheinbaren Lichtquelle divergiert jeder diskrete Abtastweg zu einem Relaislinsensystem.
Dieses Relaislinsensystem leitet weiter und richtet auf eine Linsenabtaststrecke die diskreten Bilder der scheinbaren
Lichtquellen aus. Die Bilder können auf eine entsprechend mit Öffnungen versehene Linsenabtastblende ausgerichtet werden,
auf welcher die fragliche Optik zur Messung angeordnet ist. Eine sich bewegende Grenzortskurve überstreicht das
Licht zwischen jeder scheinbaren Lichtquelle und der Abtaststrecke, wobei die Grenzortskurve paarweise zusammengehörige
Grenzen unterschiedlicher Neigung aufweist, die hinsichtlich der Zeit unzweideutige Schnittpunkte erzeugen. Nach Durchgang
durch die fragliche Optik an der Abtaststrecke wird
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das Licht an einen Photodetektor weitergeleitet, der einen darüberliegenden Satz von Öffnungen aufweist, wobei jede
Öffnung einer der vier scheinbaren Lichtquellen entspricht. Ein Linsenpaar wirkt als Relaisoptik,um ein konjugiertes
Bild des Lichts an der fraglichen Optik auf die über dem Detektor liegenden öffnungen abzubilden. Licht, das nicht
solches ist, das die fragliche Optik an der Stelle der Bilder der scheinbaren Lichtquellen durchläuft, wird ausgeschlossen.
Ferner läßt eine Abtastöffnung in Kombination mit einer der Linsen des Relaispaares nur dasjenige Licht
mit begrenztem Winkel durch, das für jede getrennte Lichtquelle im wesentlichen parallel zu einem ausgewählten optischen
Weg ist. Licht, welches ein von dem ausgewählten Winkelmaß abweichendes Winkelmaß aufweist, wird aus dem
konjugierten Bild ausgeschlossen. Es sind Vorkehrungen getroffen, die Lichtwege in einen C-förmigen Aufbau zu falten,
um so sowohl Fremdlicht als auch elektromechanische Einflüsse von den empfindlichen Photodetektorelementen fernzuhalten.
Ferner schafft die Erfindung ein Linsenmeßgerät, bei welchem das punktweise Abtasten einer fraglichen Optik unter Verwendung
nicht parallelen Lichts geschieht. Unter diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird von einer großen Fläche (entweder
reell oder virtuell) ausgehendes Licht zu einem Bild an einer Abtastöffnung an oder nahe der fraglichen Optik
in einem konischen Bündel fokussiert. Dieses Licht wird vor der Abbildung in seinem konischen Bündel durch ein
sich bewegendes Grenzortskurvenelement abgeschattet bzw. verfinstert. Das Element überstreicht die lichtabstrahlende
Fläche mit paarweise zusammengehörigen Grenzen unterschied-, licher Neigung, die hinsichtlich der Lagen der sich durch das
konvergierende Licht vor der Ablenkung an der fraglichen Optik
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bewegenden Grenzortskurvenelements unzweideutige Schnittpunkte der Grenzen liefern. Wenn das Licht an der fraglichen
Optik abgelenkt wird und erneut von der fraglichen Optik divergierend in einem konischen Bündel ausgeht, kann die
Lage des Grenzortskurvenelements im Zeitpunkt der Verfinsterung ausgewählter Strahlen im abgelenkten Lichtkonus
zur Brechkraft der fraglichen Linse durch einen Detektor, der eine feste Lage auf der anderen Seite der fraglichen
Optik einnimmt, in Beziehung gesetzt werden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Photodetektor nicht lageempfindlich sein oder sich bewegen muß.
Der Photodetektor muß vielmehr nur in einer Lage festgelegt und die Verfinsterung aufgezeichnet werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die gleiche Photodetektorfläche reproduzierbar bzw. widerspruchsfrei
zum Nachweis der Verfinsterung für verschiedene fragliche Linsen verwendet werden kann. Eine Schwankung
der Ausgangsgröße des Photodetektors infolge der Wanderung der Lichtrichtung über die Photodetektoroberfläche
gibt es nicht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bewegliche Teile und zugehörige Quollen von Beeinträchtigungen
vom Photodetektor ferngehalten werden. Daraus ergibt sich eine erhöhte Empfindlichkeit des Photodetektors.
Ferner schafft die Erfindung einen.Photodetektor mit mehreren
Lichtabtastöffnungen für die fragliche Optik. Gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Prismenfeld oder eine
andere Einrichtung zur Mehrfachabbildung vor der einheitlichen Lichtquelle angeordnet. Das Prismenfeld erzeugt eine
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Mehrzahl virtueller Bilder der Lichtquelle. Jedes virtuelle Bild ist der Ursprungspunkt für einen diskreten Lichtabtastweg.
Ein Vorteil unter diesem Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß mit drei oder mehr scheinbaren Lichtquellen die
Brechkraft des fraglichen Systems einfach in Kugel, Zylinder, Zylinderachse und Prisma gemessen werden kann. Ferner läßt
sich durch Verwendung getrennter und bekannter Lichtwege einer gegebenen und festliegenden räumlichen Trennung jeder
Lichtabtastweg leicht identifizieren.
Ferner schafft die Erfindung ein optisches System, durch welches das am Photodetektor empfangene Licht auf dasjenige
Licht beschränkt ist, das die fragliche Optik an den an oder nahe bei der fraglichen Optik gelegenen Abtastöffnungen
durchläuft. Gemäß diesem Gesichtspunkt ist ein Photodetektorfeld mit getrennten Photodetektoren für jeden Linsenabtastweg
so angeordnet, daß es Licht am Ende der optischen Wege empfängt, über den einzelnen Photodetektoren des Feldes ist
eine Blende mit einem entsprechenden Feld von öffnungen angeordnet,
wobei jede Öffnung einem der Lichtwege entspricht. Eine Relaisoptik - vorzugsweise ein Linsenpaar - leitet ein
konjugiertes Bild der Abtastöffnungen in Ausrichtung auf die entsprechenden Öffnungen der Blende weiter. Nur Licht, das
die fragliche Optik an der Stelle der Abtaststrecken durchläuft, wird an den Photodetektor weitergeleitet.
Ein Vorteil der Relaisoptik zum Photodetektor liegt darin, daß Licht, das die fragliche Optik an von den getrennten Abtastöffnungen
verschiedenen Punkten durchlaufen hat, von der Weiterleitung an den Photodetektor ausgeschlossen ist.
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Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, den Lichtwinkel, der am
Photodetektor erhalten wird, auf einen engen und vorher ausgewählten Winkelbereich zu beschränken. Gemäß diesem Gesichtspunkt
der Erfindung läßt eine Linse des Relaislinsenpaares Licht von allen getrennten Abtastöffnungen an der fraglichen
Linse nach einer einzelnen Abtastöffnung konvergieren. Diese
Abtastöffnung beschränkt das zu dem konjugierten Bild am Photodetektor weiterlaufende Licht auf einen diskreten und
engen Winkelbereich. Licht mit abweichenden Winkeln wird nicht an das konjugferte Bild am Photodetektor weitergeleitet.
Ein Vorteil der Erfindung unter diesem Gesichtspunkt besteht darin, ,daß an den Photodetektor weitergeleitetes Licht unter
zwei Gesichtspunkten abgeschirmt wird. Erstens muß es die fragliche Optik an den Abtaststrecken durchlaufen. Zweitens
muß das Licht einen engen Winkelbereich aufweisen. Dieser Winkelbereich wird so ausgewählt, daß an den Photodetektor
weitergeleitete Strahlen im wesentlichen parallel zu einem ausgewählten und engen Winkelbereich sein müssen. Die Abschirmung
von Streulicht gegenüber dem Photodetektor geschieht daher,sowohl was den Ursprungspunkt als auch den Winkelbereich
anbelangt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich
der optische Weg in einen C-förmigen Aufbau bringen läßt. Ein oberes und lichtundurchlässiges optisches Gehäuse liegt
einem unteren lichtundurchlässigen optischen Gehäuse gegenüber, wobei zwischen ihnen die Abtaststrecke für die fragliche
Optik liegt. Das zur Abtastung der fraglichen Optik bestimmte Licht lauft vom unteren lichtundurchlässigen Gehäuse nach oben
durch einen optischen Weg der in das obere lichtundurchlässige Gehäuseelement mit einem entsprechenden und gegenüberliegenden
Gehäuse für den optischen Weg geht. Streulicht, welches ja üblicherweise in einem nach unten gerichteten Winkelbereich ver-
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läuft, wird durch die einander gegenüberliegenden Gehäuse hinsichtlich eines direkten Eintritts in den optischen Weg
zum Photodetektor abgeschirmt.
Ferner schafft die Erfindung ein System, in welchem eine Farbabweichung infolge entweder der Linsendicke oder Abschattung
bzw. Tönung vermindert ist. Gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Prismenanordnung unmittelbar vor dem Eintritt
des Lichts in die fragliche Optik angeordnet. Dieses Prisma bewirkt eine Dispersion des Lichts, die der entgegengesetzt
ist, die an der fraglichen Linse zu erwarten ist. Typischerweise wird Licht im blauen Bereich zur Innenseite
des optischen Wegs hin und Licht im roten Bereich zur Außenseite des optischen Wegs hin abgelenkt. Die sich ergebende
Ablenkung an der fraglichen Optik bewirkt im wesentlichen eine Rekombination des abgelenkten Lichtwegs, so daß bis zum
Auftreffen der Strahlen auf den Photodetektor das Licht aller Farben (und Wellenlängen) auf die Photodetektoranordnung mit
Winkeln auftrifft, die in einem besseren Sinne nahezu gleich sind. In einer Abwandlung sind zur Erzielung des gleichen
Ergebnisses getrennte Linsen an den Prismenfacetten vorgesehen. Die Stärke der Linsen an den Prismenfacetten oder
die Linsenauslegung an der Ablenkung können zur Steuerung des Ausmaßes der verwendeten chromatischen Korrektur modifiziert
werden.
Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung im einzelnen beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind
Fig. 1 eine Seitenansicht der optischen Vorrichtung, die es in einem Linsenmeßgerätgehäuse zeigt,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems,
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Fign. 3a und 3b schematische Darstellungen des Elements mit
der sich bewegenden Grenzortskurve, das gemäß der Erfindung verwendet wird, und
Fign. 4a und 4b Darstellungen einer weiteren möglichen Lichtquelle.
Fig. 1 zeigt ein Linsenmeßgerät A gemäß der Erfindung in einem Gehäuse mit lichtundurchlässigen Wänden. Aus dem Gehäuse
ragt an der Vorderseite ein erstes, unten liegendes Gehäuseelement 14, das ebenfalls lichtundurchlässig ist. Ein zweites,
oben liegendes lichtundurchlässiges Gehäuseelement 16 ragt im oberen Teil des Linsenmeßgeräts A ab. Diese Gehäuseelemente
stehen einander an entsprechenden öffnungen 18, 20 gegenüber
und definieren zwischen sich eine Abtaststrecke 21. Die fragliche,
d.h., zu untersuchende Linse S ist hier an einem Gestell B angebracht gezeigt und zur Messung auf die im lichtundurchlässigen Gehäuseelement 14 befindliche untere Öffnung
18 ausgerichtet. Da eine Lichtquelle 24 den Ursprung des Lichtwegs
und ein Detektor D das Ende des Lichtwegs bildet, sieht man, daß das Licht aus dem lichtundurchlässigen Gehäuseelement
14 nach oben und unter Durchlaufen der fraglichen Linse S zum lichtundurchlässigen Gehäuseelement 16 verläuft.
An dieser Stelle sollte nochmals darauf hingewiesen werden, daß das oben liegende lichtundurchlässige Gehäuseelement 16
dem unteren lichtundurchlässigen Gehäuseelement 14 gegenübersteht. Diese Gehäuseelemente 14, 16 definieren zwischen sich
eine Abtaststrecke 21. Diese einander gegenüberstehenden Gehäuseelemente
helfen mit zu verhindern, daß ümgebungs- oder Streulicht in den Photodetektor D eindringen kann. Da das meiste
des Umgebungslichts in nach unten zur Gerätebasis hin verlaufenden Winkeln verläuft, schirmt insbesondere der Schatten des lichtundurchlässigen Gehäuseelements 16 die untersuchte Optik S in
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ihrem abgetasteten Teil ab und verhindert damit, daß Licht nach oben hin und unter Eindringen in die Abtaststrecke 21
in Aufwärtsrichtung reflektiert wird. Dabei ist zu beachten, daß die typische optische Luft-Glasgrenzflache eine Reflexion
der Größenordnung von nur 4% erzeugt (obwohl die Reflexion getönter bzw. korrigierender Sonnengläser höher sein kann).
Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit, daß Umgebungslicht in das Linsenmeßgerät gemäß der Erfindung eintritt
und Fehlmessungen erzeugt durch die einander gegenüberstehenden Gehäuseelemente 14, 16 und den nach oben gerichteten
Lichtweg der Abtaststrecke minimalisiert.
Fig. 2 gibt in perspektivischer Ansicht die optischen Elemente gemäß der Erfindung wieder, wobei die Darstellung wiederum
die optischen Elemente in Bezug auf ein lichtundurchlässiges
Gehäuse zeigt, das hier mit unterbrochenen Linien dargestellt ist. Grob gesprochen läßt sich der optische Weg in einen unteren
Abschnitt 30 mit einer sich bewegenden Grenzortskurve, einen oberen bzw. Detektorabschnitt 32 und die zwischen diesen
liegenden Abtaststrecke 21 für die untersuchte Optik unterteilen. Wie leicht zu sehen ist, liegt der optische Weg grob in einer
vertikalen Ebene und ist C-förmig aufgebaut. Das heißt. Licht läuft von der Lichtquelle 24 längs des unteren und im wesentlichen
horizontalen Schenkels 30 zum Abtastintervall 21. Das Licht wird nach oben und in den vertikalen Teil des C in der
Abtaststrecke 21 gerichtet. Das Licht wird dann in die Horizontale längs des oberen horizontalen Abschnitts des C und
in den Detektor D abgelenkt.
Hier sollte betont werden, daß der Detektor D ein extrem empfindliches lichtempfindliches Element sein kann. Aus diesem
Grund ist es wünschenswert, den Detektor D vor mechani-
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sehen Schwingungen/ elektromagnetischen Störungen und Streulicht
zu schützen. Durch Erzeugung des hier beschriebenen C-förmigen optischen Wegs ist es möglich, den unteren Schenkel
des C-förmigen Wegs gegenüber dem oberen Schenkel des C-förmigen Wegs abzuschirmen. Durch eine herkömmliche Abschirmung
(nicht gezeigt) läßt sich nicht nur das Licht auf den optischen Weg einschränken, sondern es werden auch elektromagnetische
und Schwingungskräfte in wirkungsvoller Weise vom Photodetektor D ferngehalten. Typischerweise ist die
Lichtquelle 24 eine Halogenlampe mit gesiebter Gleichspannungsversorgung. Es'ist eine einzelne Lichtquelle, die ihr
Licht gegen ein Prismenfeld 26 sendet. Das Prismenfeld ist ein vierfacettiges Prismenfeld. Dieses Prisma hat für
den von der Lichtquelle 24 nach unten gehenden optischen Weg die Wirkung, daß der Lichtquelle 24 vier scheinbare
Lichtursprungsquellen zugeteilt werden. Diese Ursprungspunkte sind alle scheinbare bzw. virtuelle Bilder. Jedes
Bild bildet den Anfang eines diskreten Lichtwegs von der Lichtquelle zum Detektor D. Der Detektor D kann eine "Pin
Spot/ 4 D"-Photodiode,, hergestellt durch United Detector
Technology Corporation, Santa Monica, Californien, sein.
An dieser Stelle erneut einen Sprung machend, sieht man, daß der Detektor D vier diskrete Öffnungen 28 enthält. Jede
dieser öffnungen 28 liegt über einem photoempfindlichen Bereich
des Detektors D. Für jeden getrennten Bereich wird eine getrennte Messung durchgeführt. Jeder Lichtweg wird
von dem durch das Prismenfeld 26 erzeugten scheinbaren Bild her so fokussiert, daß er auf einen diskreten Bereich des Photodetektors
D auftrifft. Aus Gründen der Einfachheit wird nur einer der Lichtwege diskutiert. Es versteht sich aber, daß
in Wirklichkeit vier Lichtwege vorhanden sind. Da jeder
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der Lichtwege eine genaue Entsprechung zu den verbleibenden Lichtwegen (sich nur in den Durchgangspunkten durch das
System unterscheidend) ist, wird im folgenden nur ein Lichtweg vollkommen beschrieben.
Von einer bestimmten Facette, dargestellt als 26a, des Prismenfelds
26 ausgehendes Licht trifft auf einen Spiegel 33. Vom Spiegel 33 divergiert das Licht zu einem optischen
achromatischen Relaisdoublet 35. Das über die Prismenfacette 26a her erhaltene virtuelle Bild wird zu einer B-lendenöffnung
39a in einer Blende 39 weitergeleitet. Die Blendenöffnung 39a ist das Element, bei bzw. nahe welchem die untersuchte
Optik S während der Messung ausgerichtet wird.
Es ist notwendig, daß das divergierende Lichtbündel zum Doublet 35 und/oder das konvergierende Lichtbündel vom Doublet 35
durch eine sich bewegende Grenzortskurve L überstrichen wird. Typischerweise wird die Grenzortskurve L über
eine Welle 40 durch einen Motor 4 2 (die Welle ist hier des leichteren Verständnisses wegen abgebrochen gezeichnet) angetrieben.
Zur Sicherstellung einer konstanten und sich nicht ändernden Winkelgeschwindigkeit wird ein eintouriger Motor,
unterstützt durch ein Grenzortskurvenelement L mit wenigstens mäßigem Trägheitsmoment, bevorzugt.
Die Welle 40 ist gegenüber dem optischen Weg nach einer Seite hin versetzt. Der optische Weg durchläuft eine Auslenkungsfläche
130 a an der sich bewegenden Grenzortskurve L. Die sich
bewegende Grenzortskurve L an ihren betreffenden Grenzen 134a,
134b, 135b, 135a überstreicht die Auslcnkungsflache 130. Da diese
betreffenden Grenzen unterschiedliche Neigung, die unzweideutige Schnittpunkte in Bezug auf die bzw. als Funktion der Zeit definieren
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(siehe beispielsweise Grenzen 134b, 135b der Fig. 3a), haben,
läßt sich eineunzweideutiger Schnittlage der überstreichenden Grenzen innerhalb der Auslenkungsfläche 130 in Bezug auf
die Zeit durch die sich bewegende Grenzortskurve definieren.
Es ist notwendig, daß man die Drehlage der sich bewegenden Grenzortskurve kennt. Deshalb hat ein am Umfang angeordneter
Informationsbereich 120 eine Lichtquelle 50 und einen
Lichtdetektor 51, der durch den Bereich 120 blickt, um so dessen Drehlage zu bestimmen.
Nach dem so weit das allgemeine optische Schema der Erfindung
erläutert wurde, wendet sich die Beschreibung nun den Fign. 3a und 3b zu. Fig. 3a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform
der sich bewegenden Grenzortskurve in Form einer rotierenden Scheibe.
Das sich bewegende Grenzortskurvenelement L besteht aus einem transparenten
Material, etwa aus Glas. Die Scheibe ist mit zwei breiten Informationsbereichen versehen. Der erste solche Bereich
ist ein Randbereich 120, der die Scheibendrehung definiert. Der zweite Bereich umfaßt den inneren Bereich 125 der
Scheibe, der die abgelenkten Lichtbündel verfinstert bzw. abschattet»
Der Randbereich 120 besteht aus einer Gruppe diskreter
Schlitze bzw. einem Balkenmuster 122, die in einer bestimmten räumlichen Winkelbeziehung um den Rand der Glasscheibe herum
angeordnet sind. Im vorliegenden Fall sind sie in einem räumlichen Abstand von 256 Schlitzen pro Umdrehung angeordnet.
Die Schlitze 122 dienen zur genauen Feststellung der Drehlage
der Scheibe. Wenn diese präzise Feststellung der Drehlage der Scheibe in Kombination mit dem Auftreffen von Licht
auf den Detektor 150 durchgeführt wird, ergibt sich eine
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präzise Winkelmessung. Bezug genommen hinsichtlich der Drehung
wird auf einen fehlenden Schlitz bei Intervall 121. Durch elektronische Erkennung dieses Intervalls über eine Zeitabtastschaltung
läßt sich die genaue Drehlage der Grenzortskurve L im Zeitpunkt der Abschattung bestimmen.
Der Randbereich 120 kann in einer Vielzahl von Ausführungsformen realisiert sein. Beispielsweise könnte eine Baldwin-Digitalisierungsscheibe
zur Bestimmung der genauen Drehlage der sich bewegenden Grenzortskurve L verwendet werden.
Solche Scheiben werden von der Firma Baldwin Electronics, Idc, Little RoCk7 Arkansas hergestellt und sind kommerziell
verfügbar.
Die betreffenden Strahlen durchlaufen eine Fläche, die mit gestrichelten
Linien 130 gezeigt ist. Die Auslenkung der Strahlen an der sich drehenden Scheibe innerhalb der Fläche ist
vom gesamten Bereich der zu untersuchenden Linsen S, die innerhalb des Meßgeräts gemäß der Erfindung angeordnet
werden können, zu erwarten. Es ist die Lage der Verfinsterung bzw. Abschattung der Strahlen, die der Photodetektor
bestimmt und mißt.
Die Lage der Strahlen, wie sie die Scheibe in der Fläche 130
durchlaufen, kann leicht bestimmt werden. Hinsichtlich der Erläuterung, wie dieser Abschnitt der Erfindung arbeitet,
wird das Augenmerk zuerst den Parametern der Scheibe und einer Diskussion der Grenzen zwischen den lichtundurchlässigen
und lichtdurchlässigen Bereichen zugewandet. Danach wird die Funktion, wie diese Bereiche arbeiten, dargelegt. Schließlich
wird der allgemeine Fall für eine solche sich bewegende Grenzortskurve erläutert.
Grob gesprochen, enthält die umlaufende Grenzortskurve zwei lichtdurchlässige und zwei lichtundurchlässige Bereiche, Von
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lichtdurchlässigen Bereichen 132, 133 enthält jeder eine Grenze, die sich durch die Gleichung R = k9 (für die Grenzen 134a und
134b) und R = k9 (für die Grenzen 135a und 135b) beschreiben lassen.
Die Grenzen 134a sowie 134b einerseits und 135a sowie 135b andererseits
sind um einen exakten Winkelabstand von 90° für jeden beliebigen Radius getrennt. Man sieht also, daß die
lichtdurchlässigen Abschnitte der sich bewegenden Scheibe beim Durchlaufen irgendeiner Stelle innerhalb des Bereichs
130 für die eine Hälfte der Zeit Licht durchlassen und für die verbleibende Hälfte der Zeit Licht nicht durchlassen,
alles dies genommen über einen vollständigen Umlauf.
Was den oberen lichtundurchlässigen Abschnitt 140 anbelangt, so sieht man, daß dieser lichtundurchlässige Bereich hinsichtlich
des eingenommenen Winkelintervalls mit zunehmender Entfernung von der Achse 141 des umlaufenden Grenzortskurvenelements
allmählich zunimmt. Dies ist so, weil die betreffenden Grenzen 134a und 135a mit zunehmendem Abstand radial nach
außen von der Achse 141 ein zunehmendes WinkelintervalI
einnehmen.
Der Abschnitt 142 ist in entgegengesetzter Weise aufgebaut.
Im einzelnen heißt dies, daß das Winkelintervall zwischen den Kurven 134b und 135b mit zunehmendem radialem Abstand
von der Drehachse 141 abnimmt.
Sei angenommen, daß ein Strahl die Scheibe in einem Abstand r und einem Winkel θ durchläuft, dann läßt sich der Durchgang
des Strahls intuitiv verstehen, bevor der allgemeinere Fall betrachtet wird. Für Änderungen des Abstandes r von und
zu der Achse 141 sieht man im einzelnen, daß die Zeit während der der Strahl durch die entsprechenden lichtundurchlässigen
Flächen 140 und 142 abgedunkelt wird, bestimmt werden kann.
Im Falle der lichtundurchlässigen Fläche 140 liegt der Strahl
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umso weiter weg von der Achse 141, je langer die Abdunklung
des Strahls durch die Fläche 140 dauert. Im Falle der lichtundurchlässigen Fläche 142 liegt der Strahl umso weiter weg
von der Achse 141, je kürzer die Abdunklung des Strahls dauert. Die lichtundurchlässigen Flächen liefern also jeweils diskrete
zeitlich eingerichtete Intervalle, die die Polarkoordinaten r des Strahls bezüglich der Drehachse 141 angeben.
Hinsichtlich des Winkels des Strahls von der Achse 141 kann
das mittlere integrierte Zeitintervall zwischen der Bezugslage der Scheibe und zwei Lichtdurchlässig-Lichtundurchlässig-Grenzen
zur Bestimmung der Winkelgegebenheiten herangezogen werden. Durch Beobachtung beispielsweise der Grenzen 134a
und 135a, wenn sie jeweils einen Strahl verdunkeln, wird man beobachten, daß sich der Winkel zwischen der Feststellung der Markierung
121 und diesen Verfinsterungen auf einen Wert mittelt, der die azimutale Lage des Strahls um die Achse
141 darstellt. Diese azimutale Lage kann mit extremer Genauigkeit gemessen werden. Indem man dieses Drehintervall zu dem
genauen Drehintervall der Zeichen 120 in Verbindung setzt, läßt sich die Wanderung des Strahls im Winkel θ leicht bestimmen.
Es liegt auf der Hand, daß mehr als die hier gezeigten verwendet werden können.
Beispielsweise könnten sechs Grenzen verwendet werden. Ähnlich könnten die lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen
Abschnitte der Grenzen umgekehrt sein.
Nach Darlegung der Wanderung des Strahls kann nun der allgemeinere
Fall erklärt werden.
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Es sollte klar sein, daß die Bewegungsbahn einer Grenzortskurve gemäß der Erfindung in weiten Bereichen variieren kann.
Beispielsweise könnte die Bewegungsbahn linear sein und eine Reihe von Grenzen umfassen, die alle aufeinanderfolgend die
Fläche erwarteter Strahlauslenkung durchlaufen. Ähnlich
könnte die Grenzortskurve auf das Äußere eines lichtdurchlässigen umlaufenden Zylinders gemalt sein. Licht könnte
über die Seitenwände des Zylinders abgelenkt werden, wobei mit dem Auftreten der auf die Zylinderseitenwände gemalten
Grenzen ein Strahl abgedunkelt wird. Es versteht sich also, daß die Ausführungsform einer sich drehenden Scheibe, die
hier gezeigt ist, ein bevorzugtes Beispiel ist.
Die hier dargestellte Grenze umfaßt aufeinanderfolgend lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Bereiche auf der
Oberfläche der Scheibe. Es versteht sich, daß absolut lichtdurchlässige oder absolut lichtundurchlässige Bereiche hinsichtlich der praktischen Anwendung der Erfindung nicht erforderlich
sind. Sich verändernde Oberflächen können verwendet werden, solange sie alle in der Lage sind, einen Lichtstrahl
durchzulassen, der ohne nennenswerte Verschlechterung durch einen Detektor aufgefangen werden kann. Ähnlich könnte
Licht verschiedener Farbe in Kombination mit färbunterscheidenden
Filtern verwendet werden. Beispielsweise könnte eine Kombination von Licht und schmalen Bandpaßfiltern zum aufeinanderfolgenden
Durchlassen verschiedener Strahlen verwendet werden. Diese Strahlen könnten nach dem Durchgang in zeitlicher
Aufeinanderfolge an einer einzigen Detektorebene gemessen werden.
Die Grenzen können nicht parallel zur beabsichtigten Bewegungsbahn
des Grenzortskurvenelements sein. In einem solchen Fall würde kein überstreichen der Auslenkungsfläche und
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kein Nachweis des Strahls vorliegen.
Es ist erforderlich, daß die zwei Grenzen sich voneinander
so unterscheiden, daß sie Grenzen von deutlich verschiedener Form darstellen. Dieser Unterschied in der Winkelausgestaltung
verlangt daß jede Grenze die Fläche beabsichtigter Strahlauslenkung überstreicht und daß die zwei Grenzen, wenn Verfinsterung
passiert, eine gemeinsame Schnittlage bilden. Diese gemeinsame Schnittlage kann die Lage der Auslenkung
des Strahls bestimmen.
Was die sich bewegende Grenzortskurve anbelangt, so wird bevorzugt,
daß die Grenze sich mit einer bekannten und konstanten Geschwindigkeit bewegt. Bei Bewegung mit einer bekannten
und vernünftig konstanten Geschwindigkeit läßt sich die Gleichung zur Bestimmung des Orts des Strahls auf eine solche
für die Zeit, kombiniert mit der Kenntnis der Lage von den Markierungen 121 und 122, reduzieren. Das heißt, durch Beobachtung
der Zeit der betreffenden Abdunklungen kann der genaue Ort der Strahlaus lenkung gemessen werden. Sobald
die Auslenkung bekannt ist, läßt sich das resultierende (Brillen-) Rezept erhalten.
Der besondere Aufbau des in den Fign. 3a und 3b dargestellten Grenzortskurvenelements
ist bevorzugt, in der tatsächlichen Praxis kann die Grenze einen ■anderen Aufbau haben.
Als eine Sache für die Praxis ist es wichtig, daß wenigstens zwei Grenzkonturen verwendet werden müssen. Die Neigung einer
dieser Grenzkonturen muß in Bezug auf die Richtung der Versetzung der Grenze über den Lichtweg algebraisch größer
als die andere sein. Eine solche Neigung gibt den Grenzen einen unzweideutigen Schnittpunkt, der den genauen Ort bzw.
die genaue Ortung des Strahls innerhalb eines vermuteten
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Auslenkungsbereichs, beispielsweise der Fläche 130 in Fig. 2, sicherstellt.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß die Neigung bzw. Steigung ihr Vorzeichen nicht ändert. Wird die Steigung
so gewählt, daß ein Vorzeichenwechsel auftritt, dann findet man, daß die sich ergebende Funktion nicht-monoton
ist. Das heißt, der Wert von einer Komponente, die die Steigung erzeugt, nimmt über die Fläche der Auslenkung ab anstatt zu.
Dies erzeugt Schwierigkeiten bei der Lösung der sich ergebenden Gleichungen.
Natürlich kann die Grenze in Polarkoordinaten beschrieben werden - wo die Grenze, wie bei der bevorzugten Ausführungsform rotiert wird; oder in kartesischen Koordinaten - wo
die Grenze nur über die Lichtstrahlen bzw. -bündel hinweg translatorisch versetzt wird, wobei die betreffenden lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Bereiche Grenzen definieren,
die durch herkömmliche X, Y-Beschreibung beschrieben sind.
Wo eine rotierende Grenze vorliegt, muß die Steigung d9/dr
der einen Grenze algebraisch größer als die der anderen sein. Dies gilt offensichtlich, wo die Versetzung in Θ-Richtung
passiert.
Wo die Grenze in X-Richtung eines kartesischen Systems versetzt
wird, muß die Steigung dx/Jy der einen Grenze algebraisch größer als die entsprechende Steigung der anderen
Grenze sein.
Es ist eine wichtige Beschränkung, daß jede Grenze die erwartete
Auslenkungsflache überstreicht. Wo die Grenze die
erwartete Auslenkungsfläche nicht vollständig überstreicht,
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wären die Beschränkungen dieser allgemeinen Bedingungen nicht erfüllt.
Augenmerk sollte auch der Anzahl von Abtastöffnungen geschenkt
werden, die das System benützt. Bei Verwendung von zwei Abtastöffnungen wäre für die Erzeugung einer Linsenlösung
eine unzureichende Information vorhanden, es sei denn Ausrichtung auf eine Hauptachse des fraglichen Linsensystems
könnte vorkommen. Bei Vorhandensein von drei Öffnungen kann sich die Lösung in Kugel-, Zylinder-, Zylinderachsen-
und Prismenkomponenten ergeben. Wo vier Öffnungen vorhanden sind, können die Funktionen der Brechkraftvariation
über die Oberfläche aus dem System abgeleitet werden.
Nach Beschreibung der Parameter der sich bewegenden Grenzortskurve
wird die Aufmerksamkeit nun der Blende 3 9 und jeder der vier gezeigten Blendenöffnungen zugewandt, wobei
die Öffnung 39a als Beispiel verwendet wird.
Das Relaisdoublet 35 bildet die virtuellen Bilder der Lichtquelle 24 auf die diskreten Öffnungen in der Öffnungsblende
39 ab. Öffnung 39a ist ein Beispiel. Der Durchmesser des Bildpunktes an der Blende beträgt vorzugsweise 0,38 mm.(15 mil).
Ein optimaler Bereich für jede der Öffnungen könnte zwischen 0,25 und 1,5 mm (10 und 60 mil) liegen, wobei mit Öffnungen
bis hinunter zu 0,13 mm (5 mil) und bis hinauf zu 2,54 mm (100 mil) gearbeitet werden kann.
Es ist zu beachten, daß die obere und die untere Grenze für die Größe der Öffnung in der Blende 39 durch zwei Parameter
bestimmt werden. Wenn die Öffnung noch kleiner wird, können Beugungsphänomene auftreten. Bei Vorhandensein von Beugungsphänomenen wird der hinter der Blende liegende Lichtweg zum
Detektor D verzerrt oder verbreitert.
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Wenn die Öffnung 39a in der Blende 39 größer wird, wird
eine größer werdende Probe einer Linse herausgegriffen. Da die meisten Linsen hinsichtlich der optischen Brechung
sich über ihre Oberflächen ändern, werden die dahinterliegenden Lichtkegel mit zunehmender Probefläche entsprechend
verzerrt. Es hat sich gezeigt, daß bei Brillengläsern, sobald diese Fläche 2,54 mm (100 mil) überschreitet die optische
Verzerrung eine genaue Abtastung durch Abschattung durch die sich bewegende Grenzortskurve L verhindert.
Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die einzelnen öffnungen
39a für den Betrieb nicht notwendig sind, da die Lokalisation der Flecken durch die Relaisoptik 35 ausreichend sein
kann. Der Nutzen der Öffnungen 39 liegt darin, daß eine weniger ausgeklügelte Konstruktion für die Optik zwischen der
Scheibe L und der Lichtquelle 24 möglich ist.
Das von der Lichtquelle 24 zu den betreffenden öffnungen in ■<
der Blende 39 ausgehende Licht wird typischerweise durch ein Prisma 40 abgelenkt. Das Prisma 40 enthält eine erste Öffnung
41, die senkrecht zum einlaufenden optischen Weg liegt, und
eine zweite öffnung 42, die senkrecht zum auslaufenden optischen Weg liegt, wobei sich zwischen ihnen eine reflektierende Oberfläche
43 befindet.
Typischerweise wird das vom scheinbaren Bild der Lichtquelle
24 ausgehende Licht so fokussiert, daß es an einer Pupille bzw. einem Punkt an der fraglichen Optik S zusammenläuft.
Die fragliche Optik S lenkt das Licht hinter ihr ab; es tritt
eine Ablenkung des gesamten Lichtkegels an dieser Stelle auf.
An diesem Punkt kann eine Diskussion der Wirkung der sich bewegenden
Grenzortskurve L erfolgen.
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Blickt man durch die Öffnung 3 9a und in Richtung des virtuellen
Bilds der Lichtquelle 24, das man durch die Facette 26a des Prismenfelds 26 sieht, so erscheint es, als ob das
gesamte optische Doublet 35 erleuchtet ist. Wenn die sich bewegende Grenzortskurve L rotiert, streicht die Grenze 134b
über die Fläche 130. Es tritt eine Verfinsterung des erleuchteten Relaisdoublets 35 auf. Diese Verfinsterung streicht
über das Doublet 35, bis es durch die lichtundurchlässige Fläche 142 vollständig verfinstert und unsichtbar geworden
ist. Für jede der betreffenden Grenzen 135b, 135a, 134a und 134b treten aufeinanderfolgende Verfinsterungen auf. Hinter
der Blende an der Abtaststrecke 21 tritt ein umgekehrtes Bild der Verfinsterung bzw. Abschattung auf. Der Schatten
der betreffenden überstreichenden Grenzen läuft über den divergierenden Lichtkegel.
Unter der Annahme, daß dieser divergierende Lichtkegel durch die fragliche Optik S abgelenkt wird und daß der Detektor D
stationär bleibt, wird die Verfinsterung zu unterschiedlichen Zeiten nachgewiesen.
Nach der allgemeinen Darlegung der Funktion der sich bewegenden Grenzortskurve und der Ablenkung des sich ergebenden
Strahls an der fraglichen Optik S kann nun Lichtabschirmungseigenschaften
der erfindungsgemäßen Vorrichtung Augenmerk geschenkt werden. Zunächst wird die Funktion der in einem Paar
angeordneten Linsen 45 und 69 hinsichtlich der Weiterleitung eines konjugierten Bilds dargelegt. Dieses weitergeleitete
konjugierte Bild ist das der öffnungsplatte 39 auf die Platte
28, die über dem Detektor D liegt.
Als zweites wird die Linse 45 in Kombination mit einer Blendenplatte
49 diskutiert. Von dieser Linse wird gezeigt, daß sie so gewählt ist, daß Lichtbündel eines engen Winkelbereichs an den Detektor D
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weitergeleitet "werden. Hinsichtlich der sich ergebenden
Kombinationen wird erläutert, daß sie das meiste Umgebungsstreulicht von einem Auftreffen auf den Photodetektor D
fernhalten.
Gemäß Fig. 2 ist eine Öffnungsplatte 39 mit vier diskreten
Öffnungen gezeigt, wobei die Öffnung 39a als Beispiel dient.
Das Bild der Öffnungsplatte wird über zwei Linsen an den Photodetektor D weitergeleitet. Die erste Linse ist Linse
Diese Linse vermindert die Divergenz des von der Öffnungsplatte 39 ausgehenden Lichts. Das Licht läuft dann weiter
zu einer zweiten Relaislinse 69. Die zweite Relaislinse leitet ein konjugiertes Bild der Öffnungsplatte 39 an die
Öffnungsplatte 28 weiter, die über den Photodetektor D liegt, der typischerweise ein Photodetektorfeld mit vier lichtempfindlichen
Bereichen ist. Jeder der lichtempfindlichen Bereiche liegt unter einer der Öffnungen in Platte 28, wobei die
Öffnung 28a als Beispiel dient.
Die Relaislinsen 45, 69 leiten ein konjugiertes Bild der Platte 39 in Ausrichtung auf Platte 28 weiter. Die betreffenden
und einander entsprechenden öffnungen in Platte 3 9 werden mit Bildern der öffnung in Platte 28 zur Ausrichtung gebracht.
Wie hier als Beispiel gezeigt, ist öffnung 39a auf
Öffnung 28a ausgerichtet. Weil es für den Betrieb und die Justierung praktisch ist, v/ird die Größe des konjugierten
Bildes von 28a etwas größer als die Größe der entsprechenden öffnung 39a gemacht.
Es wird unmittelbar klar, daß das Eindringen von Umgebungslicht in den Photodetektor D beschränkt ist. Im einzelnen
ist es auf Licht beschränkt, das bei den Öffnungen in Platte
an der fraglichen Optik S entsteht und sie durchläuft. Licht,
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das an anderen. Punkten der fraglichen Optik S seinen Ursprung
hat, kann optisch nicht in das System eindringen.
Die Spaltung des Relaislinsensystems in die Linsen 45 und 49 hat ein Ergebnis, das nicht unmittelbar offenbar ist. Durch
Aufspaltung des Relaislinsenpaares in zwei diskrete Linsen kann die erste dieser Linsen, Linse 45, für eine zusätzliche
Funktion herangezogen werden. Diese Funktion besteht darin, den angenommenen Winkelbereich von Licht, das auf den Photodetektor
D auftrifft, stark zu beschränken.
Gemäß diesem letzteren Gesichtspunkt der Erfindung ist das
von der Linse 45 ausgehende Licht hinsichtlich seiner Diver-:
genz vermindert. Dieses Licht trifft auf die Öffnungsplatte 49 auf. Die einzelne und zentrale Öffnung 49a läßt den Lichtweg
für jede einzelne diskrete scheinbare Lichtquelle zu den betreffenden Öffnungen in Platte 28, die über dem Detektor D
liegt, durch.
Die Öffnung 4 9a gestattet typischerweise, daß nur Licht eines sehr engen Winkelbereichs zur Linse 6 9 durchtreten kann. Als
durch Linse 69 tretendes Licht wird daher Licht eines sehr engen Winkelbereichs am Photodetektor D aufgenommen und tritt
durch die hier dargestellt Öffnung 28a und Platte 28.
Man sieht unmittelbar ein, daß in einem zweiten Gesichtspunkt eine optische Abschirmung auftritt. Selbst obwohl Streu-
bzw. Umgebungslicht unter Umständen die fragliche Optik S an
einem Bereich, der über einem der Öffnungen der Blende 39 liegt, durchlaufen kann, muß solches Licht auf einen engen
Winkelbereich beschränkt sein. Dieser Winkelbereich muß im wesentlichen parallel zur optischen Achse für jeden Lichtweg
zum Detektor D liegen. Wenn das Licht ohne diesen ausgewählten und engen Divergenzbereich, der durch die öffnung 49a und Linse
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45 zugelassen wird, durchtritt, wird das Licht durch Auftreffen auf die lichtundurchlässige Oberfläche der Blende 49 abgeblockt. Dies ist durch Bündel
49' angedeutet, das auf die Blende auftrifft.
Es ist also zu würdigen, daß das Phänomen optischer Abschirmung durch die Linsen 45, 69 in Kombination mit einer
Öffnung in einer Blende 49 die vorgelagerten optischen Abschattungseffekte
der lichtundurchlässigen Gehäuseelemente 16, 14 ergänzen. Die Kombination der Lichtabschirmung durch
diese beiden getrennten Phänomene vermindert das Eindringen von Streulicht in das System in drastischer Weise.
Wie noch erinnerlich in Bezug auf den Betrieb, wird die in scheinbarer Weise beleuchtete Oberfläche des optischen
Doublets 35 durch die betreffenden Grenzen des Elements L
überstrichen. Dieses Licht konvergiert in einem konischen Weg zu der fraglichen Optik S, und zwar in einem konischen
Weg, der seinen Scheitel an der fraglichen Optik hat. Die fragliche Optik S bewirkt eine Ablenkung. Diese Ablenkung
gilt für den gesamten Lichtkegel, der hinter der Linse längs eines konischen Wegs aus der Öffnung 39a in der Blende 39
austritt. Eine solche Ablenkung des Lichtkegels ist durch den abgelenkten Kegel 49' auf Blende 4 9 dargestellt. Der
Detektor D blickt dann nach Strahlen mit einer spezifischen Ausrichtung. Dieser Anteil des abgelenkten Lichtkegels 49'
wird dann hinsichtlich seiner Verfinsterung angesehen. Wenn eine Verfinsterung beobachtet wird, kann sie zur Lage der
sich bewegenden Grenzortskurve L in Beziehung gesetzt werden. Da sie zur Lage der sich bewegenden Grenzortskurve L in
Beziehung steht, kann die Brechkraft des fraglichen optischen Systems in Kugel, Zylinder, Zylinderachse und
Prisma gemessen werden.
Diese Messung ist im einzelnen in der gleichzeitig angemeldeten deutschen Patentanmeldung P , deren Beschreibung
hiermit in diese Anmeldung einbezogen wird, beschrieben.
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Die fraglichen Optiken zeigen im allgemeinen Dispersion.
Brillengläser sind tpyischerweise keine Achromaten. Weil dies so ist, kann sich Dispersion ergeben.
Hinsichtlich des hier dargestellten Photodetektors kann Dispersion unterschiedliche Ergebnisse erzeugen. Im einzelnen
heißt dies, daß Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu unterschiedlichen Ablenkungspunkten verläuft, mit dem
Ergebnis, daß die nachgewiesenen Verfinsterungen für Licht
unterschiedlicher Wellenlänge zu unterschiedlichen Zeiten passiert. Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß ein
System zur chromatischen Kompensation des Lichts, bevor es in die fragliche Optik S eintritt, vorgesehen. Zuerst
wird das Licht vor dem Eintritt in die fragliche Optik chromatisch zerlegt. An der fraglichen Optik S tritt eine
mittlere Rückablenkung des chromatisch zerlegten Lichts auf. Das Licht wird üblicherweise auf einer gemittelten
Basis durch die fragliche Optik rekombiniert, so daß das Auftreffen am Detektor D vorzugsweise achromatisch ist.
Das in Fig. 2 gezeigte Prisma 40 bewirkt einen Teil der oben beschriebenen chromatischen Zerlegung des Lichts. Typischerweise
wird Licht im blauen Teil des Spektrums zum mittleren Teil der Blende 39 hin abgelenkt. Lichti im roten
Wellenlängenbereich wird von dem Mittelteil der Blende weg abgelenkt.
Beim Durchgang durch die fragliche Optik S tritt ein Kompensationseffekt
auf. Typischerweise wird Licht im roten Wellenlängenbereich wegen des niedrigeren Brechungsindex
für rotes Licht weniger abgelenkt, während Licht im blauen Wellenlängenbereich in höherem Maße abgelenkt wird. Andererseits
ist der Basisabstand für Rot vergrößert verglichen mit dem für Blau, wodurch erhöhte Winkeldifferenzen für Rot er-
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zeugt werden. Diese beiden Effekte können so eingerichtet werden, daß sie sich zu einem großen Teil wegheben, was dazu
führt, daß alle Wellenlängen Ablenkungen erzeugen, die zu denselben Linsenparameterabschätzungen führen. Es tritt
am Photodetektor D eine Rekombination auf.
Gemäß den tatsächlichen Verhältnissen bildet nach diesem Verfahren der durch das Prisma erzeugte chromatische Effekt
ungefähr die Hälfte der gesamten chromatischen Korrektur. Andere achromatische Effekte können durch die Linsenanordnung
vor der Lichtquelle 24, die speziell in den Fign. 4a und 4b dargestellt ist, eingeführt werden.
Hinsichtlich der Lichtquelle 24 ist ein Bündel aus optischen Fasern 201 vor der Lichtquelle gezeigt. Das optische Faserbündel
201 bewirkt eine wesentliche Homogenisierung des von der Lichtquelle 24 ausgehenden Lichts und eliminiert alle
durch den Faden bewirkte "heißen Flecken", die auftreten können.
Typischerweise läuft das Licht vom optischen Faserbündel 201 durch eine Lokalisierungsöffnung 204. Die Öffnung 204 erscheint
als die Quelle, von der das Licht ausgeht. Das optische Faserbündel 201 kann ebenso durch eine durchscheinende
lichtemittierende Fläche ersetzt sein. Die Fläche ist so lange adäquat, als irgendwelche durch den Faden bewirkte
"heiße Flecken" im wesentlichen homogenisiert werden, so daß das dahinter zu den betreffenden scheinbaren Bildern
verlaufende Licht im wesentlichen homogen und gleichförmig ist. Das Licht geht von da zu einer Linse 206, die spezielle
optische Eigenschaften hat.
Die Linse 206 hat eine positive hintere Fläche 208. Die Vorderfläche
dieser Linse umfaßt vier diskrete und kleinere po-
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sitive Linsenflachen 210a, 210b, 210c und 210d. Diese betreffenden
Flächen leisten zwei getrennte Funktionen.
Zunächst bilden die vier diskreten Flächen vier scheinbare Ursprungspunkte für die durch die Elemente 201, 204 homogenisierte
Lichtquelle 24. Zum zweiten sitzen die vier diskreten und kleineren positiven Linsenflächen 210a bis 21Od
alle an einem bestimmten Quadranten der positiven hinteren Fläche 208. Diese versetzten sphärischen Linsenflächen verleihen
dem Licht eine prismatische Farbdispersion. Diese Dispersion nimmt für jeden der getrennten Lichtwege den roten
Anteil des Spektrums nach der Außenseite des optischen Wegs und den blauen Anteil des Spektrums nach der Innenseite des
optischen Wegs. Diese geringfügige Dispersion wird durch die fragliche Optik S an der Abtaststrecke 21 im wesentlichen
in den ursprünglichen Zustand rückversetzt. Im Mittel genommen, tritt ein Zusammenfall des Lichts am Photodetektor D
auf.
In den Ansprüchen sind die Worte "konisch" und "konisches Bündel" verwendet. Diese Ausdrücke beziehen sich in weitestem
Sinne auf irgendein konvergierendes oder divergierendes optisches Bündel mit einer Pupille an der fraglichen Optik. Diese
Ausdrücke sollen den Fall abdecken, wo die Emissionsfläche nicht kreisförmig ist. Beispielsweise könnte die Emissionsfläche
ebenso gut quadratisch oder rechteckig sein.
Es ist einzusehen, daß die Erfindung eine Vielzahl von Ausführungsformen
zuläßt. Die Verwendung nicht-parallelen Lichts für den Nachweis der Strahlwanderung kann ohne die für den
Detektor D dargelegte optische Abschirmungskonzeption durchgeführt werden. Elektrische Äquivalente für eine mechanische
sich bewegende Grenzortskurve, die sich bewegende Flächen von
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Iiicht und Dunkel erzeugen, wie etwa eine sich ändernde
Kathodenstrahlröhrenanzeige, können an deren Stelle treten. Ebenso sind im Rahmen der Erfindung auch noch weitere Abwandlungen
möglich.
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Leerseife
Claims (3)
1. Linsenmeßgerät, gekennzeichnet durch eine Einrichtung
zur Aussendung von Licht; ein sich bewegendes Grenzortskurvenelement
(L) mit wenigstens einer Grenze zur Abschattung einer diskreten lichtaussendenden Fläche; eine Abtaststrecke (21),
in welcher eine fragliche Optik (S) zur Ablenkung von in die Abtaststrecke laufendem Licht angeordnet ist; eine Einrichtung
zur Bildung des von der lichtaussendenden Einrichtung ausgehenden Lichts derart, daß es ein Bündel nicht parallelen Lichts
aufweist, das zu einer Pupille verläuft, die zusammenfallend mit der fraglichen Optik liegt, wobei das Licht von der fraglichen
Optik an der Abtaststrecke in einem konischen Bündel
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divergierend abgelenkt wird; einen Lichtweg hinter der Abtaststrecke
zur Aufnahme wenigstens eines Teils des von der fraglichen Optik kommenden Lichtsj und einen Photodetektor
(D) der bezüglich des Lichtwegs hinter der fraglichen Optik räumlich fest und in einem Bereich erwarteter Auslenkung
des Lichts von der Abtaststrecke angeordnet ist, zur Feststellung von Änderungen der Verfinsterung des Lichtwegs
durch die sich bewegende Grenzortskurve, die durch Auslenkung des von der fraglichen Optik herkommenden Lichtbündels
bewirkt sind.
2. Linsenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Aussendung von Licht eine Lichtquelle
(24) und ein Relaislinsensystem (35) zur Weiterleitung eines Bilds der Lichtquelle an die Abtaststrecke (21), das im wesentlichen
mit der Anordnung der fraglichen Optik (S) in der Abtaststrecke zusammenfällt, aufweist, wobei das Relaislinsensystem
eine durch die Grenzortskurve (L) zu verfinsternde beleuchtete Fläche erzeugt.
3. Linsenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aussendung von Licht eine diskrete
Fläche mit einer diffuses Licht aussendenden Ebene gegebener Fläche aufweist und eine im wesentlichen mit der Abtaststrecke (21)
an der Stelle der Anordnung der fraglichen Optik (S) zusammenfallende
Öffnung (39a) vorgesehen ist, so daß ein konisches Lichtbündel von der diffusen Lichtquelle zur fraglichen Optik erzeugt wird.
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