DE3048132A1

DE3048132A1 - Automatisches linsenmessgeraet

Info

Publication number: DE3048132A1
Application number: DE19803048132
Authority: DE
Inventors: Osamu Tokyo Shindow
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1979-12-24
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1981-09-24
Also published as: JPS5690233A; JPS6249925B2; DE3048132C2; US4348108A

Description

Asahi Kogaku Kogyo K.K.

36-9, Maeno-cho, 2-chome Itabashi-ku, Tokyo, Japan

Automatisches Linsenmeßgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Linsenmeßgerät, das es bei einem Brillenglas ermöglicht, das Ausmaß der sphärischen Form, das Ausmaß der zylindrischen Form, den Neigungswinkel der Zylinderachse und das Ausmaß der prismatischen Form zu messen.

In der folgenden Beschreibung wird zunächst auf den Aufbau und die Wirkungsweise eines Linsenmeßgeräts der Teleskopbauart und eines Linsenmeßgeräts der Projektionsbauart anhand von Fig. 1 eingegangen. Die Linsen 102 und 104 sind jeweils auf einer gemeinsamen optischen Achse in einem Abstand voneinander angeordnet. Zwischen den Linsen 102 und 104 wird ein Halter 103 (im folgenden als Linsenhalter bezeichnet) angeordnet, der eine auszumessende Linse in ihrer Lage hält«, Gemäß Fig. 1 ist eine Visiermarke 101 auf der linken Seite der Linse 102 angeordnet, während sich eine

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Bildebene 105 am zweiten Brennpunkt der Linse 104 "befindet. Das von der Visiermarke 101 kommende Licht wird zwischen den Linsen 102 und 104 parallelgerichtet, und das durch die Linse 104 fallende Licht wird auf der Bildebene 105 fokussiert, so daß gemäß Fig. 1a ein Bild der Visiermarke erzeugt wird.

Wird die auszumessende Linse 106 in den Linsenhalter 103 eingesetzt, wie es in Fig. 1b gezeigt ist, können die Lichtstrahlen zwischen den Linsen 106 und 104 nicht mehr parallel sein, und daher wird in der Bildebene 105 kein Bild erzeugt. Damit jedoch ein Bild der Visiermarke 101 deutlich auf der Bildebene 105 erscheint, muß man die Visiermarke 101 längs der optischen Achse verschieben. Hierbei besteht eine lineare Beziehung zwischen der Verschiebungsstrecke der Visiermarke 101 und der Sphärizität der auszumessenden Linse 106. Somit erhält man die Sphärizität der zu prüfenden Linse durch Ablesen der Verschiebungsstrecke der Visiermarke 101.

Bei einem Teleskop-Linsenmeßgerät wird in der Bildebene 105 ein Fadenkreuz angeordnet; auf dem Fadenkreuz wird ein Bild der Visiermarke 101 fokussiert, und das so in dieser Ebene erzeugte Bild wird mit Hilfe einer Lupe beobachtet. Bei einem Projektions-Linsenmeßgerät wird in der Bildebene 105 eine Diffusionsplatte angeordnet, und ein Bild der Visiermarke wird durch die Diffusionsplatte hindurch beobachtet.

Da bei dem Teleskop-Linsenmeßgerät das auf dem Fadenkreuz erzeugte Bild der Visiermarke 101 mit Hilfe der Lupe als im Raum erzeugtes Bild beobachtet wird, führt Jeder Einstellfehler zu einem Ablesefehler. Wenn der Benutzer eines Linsenmeßgeräts unter Astigmatismus leidet, würde er bei einer sphärischen Linse außerdem den Eindruck einer Zylindrizität haben. Dies ist darauf zurückzuführen,

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daß sich das optische System des Linsenmeßgeräts mit dem optischen Systems des Auges des Beobachters und der örtlichen Leistung des optischen Systems des Auges vereinigt, durch welches der von dem Linsenmeßgerät kommende Lichtstrom verarbeitet wird, woraus' sich ein erheblicher Einfluß darauf ergibt, wie das Bild der Visiermarke 101 gesehen wird.

Bei dem Projektions-Linsenmeßgerät wird das von der Visiermarke 101 kommende Licht veranlaßt, durch die Diffusionsplatte zu fallen; das Bild der Visiermarke wird über den gesamten Bereich der Pupillen der Augen des Beobachters betrachtet, und daher hat die örtliche Leistung des optischen Systems des menschlichen Auges nur einen geringen Einfluß darauf, auf welche Weise das Bild beobachtet wird. Jedoch verbleibt ein Einfluß von Aberrationen über den gesamten Bereich der Pupillen der Augen.

Im folgenden wird das Ausmessen eines Brillenglases mit einer Zylindrizität mit Hilfe eines Teleskop-Linsenmeßgeräts bzw. eines Projektions-Linsenmeßgeräts behandelt. In diesem Fall können bei beiden Linsenmeßgeräten die gleichen Ergebnisse erzielt werden. Damit man für eine einzelne Hauptlänge eine Hauptbrechkraft erhält, wird die Visiermarke 101 längs der optischen Achse verschoben, und gleichzeitig wird die Visiermarke um die optische Achse gedreht. Die Verschiebung und die Drehung der Visiermarke um die optische Achse werden wiederholt, so daß auf der Basis der Verschiebungsstrecke der Visiermarke und ihres Drehwinkels die Hauptbrechkraft für die Hauptlänge und ihre Richtungen erhalten werden. Bei einem Linsenmeßgerät, bei dem es nicht möglich ist, die Visiermarke 101 zu drehen, wird das Fadenkreuz gedreht, um die Fadenkreuzlinie in Deckung mit einer Flußrichtung eines Bildes der Visiermarke zu bringen, und der Drehwinkel des Fadenkreuzes wird mit Hilfe einer an dem Fadenkreuz befestigten Skala

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abgelesen, so daß der Benutzer die Richtung der Hauptlänge feststellen kann.

Um eine Hauptbrechkraft für eine Hauptlänge zu erhalten, welche die vorstehend genannte Hauptlänge kreuzt, wird die Visiermarke 101 erneut bis zu dem entsprechenden Punkt verschoben. Auf der Basis der Hauptbrechkraft und der Richtungen von zwei auf diese Weise ermittelten Hauptlängen ist es möglich, die Spharizität, die Zylindrizität und den Neigungswinkel der Zylinderachse mit Hilfe einer bekannten Formel zu berechnen.

Sowohl bei einem Teleskop-Linsenmeßgerät als auch bei einem Pro^ektions-Linsenmeßgerät übt das Sehvermögen des Benutzers einen Einfluß aus, so daß sich von einem Benutzer zum anderen Unterschiede ergeben. Außerdem ist die Bedienung solcher Geräte schwierig und erfordert eine gewisse Übung.

Um die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, sind bereits automatische Linsenmeßgeräte vorgeschlagen worden. Ein solches Linsenmeßgerät ist in der US-PS 3 870 415 beschrieben. Bei diesem bekannten automatischen Linsenmeßgerät werden als Lichtquelle Laserlichtstrahlen verwendet, mittels welcher eine zu prüfende Linse kreisförmige abgetastet wird, und zwar unter Benutzung eines sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit drehenden Deklinationsprismas. Die aus der zu prüfenden Linse austretenden Lichtstrahlen überstreichen ein Gitter, das sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit dreht, und die Frequenz des durch das Gitter abschattierten Lichtes wird mit Hilfe eines Fühlers gefühlt und gezählt, der hinter dem Gitter angeordnet ist, so daß es möglich ist, die Sphärizität, die Zylindrizität und den Neigungswinkel der Zylinderachse zu berechnen.

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Weitere automatische Linsenmeßgeräte sind in den offengelegten japanischen Patentveröffentlichungen 54-14757 und 54-14785 beschrieben. Bei diesen automatischen Linsenmeßgeräten wird der Lichtstrom von vier Lichtquellen, die mit Hilfe von Prismen getrennt werden, mit Hilfe einer Beschatfcungseinrichtung abgeschirmt, die ein spezielles Muster erzeugt, welches sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit dreht, und das so abgeschirmte Licht wird veranlaßt, in die auszumessende Linse einzutreten. Bei dem von der Linse abgegebenen gebrochenen Licht wird zugelassen, daß die zu der optischen Achse parallelen Lichtstrahlen durch eine Einrichtung fallen, welche die Lichtstrahlen selektiv durchläßt, und bei den Lichtströmen der verschiedenen Lichtquellen wird eine Abschattierungs-Verzögerungszeit mit Hilfe eines Photosensors gefühlt,> der hinter der die Lichtstrahlen selektiv durchlassenden Einrichtung angeordnet ist, so daß es möglich ist, die Sphärizität, die Zylindrizität und den Neigungswinkel der Zylinderachse zu berechnen.

Bei diesen automatischen Linsenmeßgeräten ergeben sich jedoch die folgenden Nachteile:

Bei dem zuerst genannten automatischen Linsenmeßgerät benötigt man zwei Einrichtungen zum Herbeiführen von Drehbewegungen, so daß sich eine komplizierte Konstruktion ergibt, und daß die Arbeiten für die Montage, das Einstellen und die Prüfung zeitraubend sind, ferner wird die Meßgenauigkeit beeinträchtigt, insbesondere in Fällen, in denen sich das Gitter in radialer Richtung verlagert. Um die Meßgenauigkeit zu verbessern, muß man spezielle Teile, z.B. Laserlichtquellen, verwenden, und/oder es ist erforderlich, die zulässigen Fehler bei bestimmten Teilen innerhalb enger Grenzen zu halten. Daher ergeben sich für solche automatischen Linsenmeßgeräte erhebliche Herstellungskosten.

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Bei einem Linsenmeßgerät der an zweiter Stelle genannten Bauart wird eine Beschattungseinrichtung verwendet» bei der es sich um eine drehbare Scheibe handelt, die durchsichtige und undurchsichtige Teile aufweist, wobei jeder Teil mit einem speziellen gekrümmten Muster versehen ist, und die Polarkoordinaten eines Punktes, an dem der Lichtstrahl die drehbare Scheibe passiert, wird aus dem Drehwinkel der drehbaren Scheibe abgeleitet. Daher müssen diese gekrümmten Muster der drehbaren Scheibe eine hohe Genauigkeit aufweisen, wenn in der Praxis eine ausreichende Meßgenauigkeit erzielt werden soll. Um die rechtwinkeligen Koordinaten über den gesamten Durchtrittsbereich des abzuschattierenden Lichtes gleichmäßig genau zu halten, ist eine zunehmende Genauigkeit des gekrümmten Musters in Richtung auf die Drehachse der Scheibe erforderlich. Ferner muß die drehbare Scheibe mit hoher Genauigkeit im rechten Winkel zur optischen Achse sowie zur Antriebswelle des zugehörigen Motors angeordnet sein. Die Achse der Motorwelle muß sich genau durch den Ursprungspunkt der Polarkoordinaten der drehbaren Scheibe erstrecken. Jedoch kommen in der Praxis gelegentlich Abweichungen der drehbaren Einrichtung in radialer Richtung vor, was zur Folge hat, aaß sich die Achse der Motorwelle nicht genau durch den Ursprung der Polarkoordinaten erstreckt und eine Drehung des Koordinatenursprungs auftritt, die zu Meßfehlern führt.

Ein automatisches Linsenmeßgerät der an zweiter Stelle genannten Bauart unterscheidet sich von der zuerst genannten Bauart dadurch, daß eine weiße Lichtquelle verwendet wird, und daß nur eine einzige Einrichtung zum Erzeugen einer Drehbewegung vorhanden ist. Im Hinblick hierauf würde sich eine gewisse Verringerung der Herstellungskosten ergeben. Jedoch wird diese Kostenersparnis durch die Verwendung einer Beschattungseinrichtung von spezieller Form mehr als aufgewogen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend geschilderten Nachteile der bekannten Geräte zu vermeiden und ein automatisches Linsenmeßgerät zu schaffen, das sich leicht montieren, einstellen und zum Prüfen einer Linse handhaben läßt und mit geringeren Kosten herstellbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Arbeitsprinzip eines bekannten Linsenmeßgeräts;

Fig. 2 das optische System eines automatischen Linsenmeßgeräts nach der Erfindung;

Fig„ 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 zur Erläuterung weiterer Einzelheiten; und

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Beschattungseinrichtung.

Im oberen Teil von Fig. 2 erkennt man eine Lichtquelle 201, eine Kondensorlinse 202 zum Fokussieren des Lichtes der Lichtquelle 201 auf einer Scheibe 204 mit einer einzigen feinen Öffnung, eine Relaislinse 203, an der die Scheibe 204 befestigt ist, einen kalten Spiegel 205 zum Aufnehmen der Infrarotstrahlen und zum Reflektieren derselben nach unten sowie einen Kollimator 206, der dazu dient, das durch den kalten Spiegel 205 reflektierte Licht parallelzurichten und ein Bild auf der Scheibe 204 zu fokussieren. Der untere Teil von Fig. 2 zeigt eine auszumessende Linse 207,. eine mit mehreren feinen Öffnungen versehene Scheibe 208, auf der die auszumessende Linse 207 festgehalten wird, einen Spiegel 209-zum Umlenken des Lichtes nach rechts, ein Objektiv 210 mit einem ersten Brennpunkt, der auf der Scheibe 208 oder in ihrer Nähe liegt, eine Sammellinse 218 für das

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hindurchfallende Licht und einen Photosensor 219, der in einer konjugierten Beziehung zu der Scheibe 208, dem Objektiv 210 und der Sammellinse 218 steht. Die den Photosensor 219 bildenden Teile sind gleichachsig mit dem Objektiv 210 und der Sammellinse 218 so angeordnet, daß es mit Hilfe einzelner Elemente möglich ist, Lichtstrahlen nachzuweisen, die von den betreffenden feinen Öffnungen der Scheibe 208 unabhängig voneinander ausgehen. Ferner sind zwei Deklinationsprismen 212 und 216 vorhanden, die in der senkrechten Richtung im wesentlichen den gleichen Winkel aufweisen und an einem drehbaren Rahmen 221 in einem bestimmten Abstand voneinander befestigt sind, wobei das eine Prisma gegenüber der optischen Achse umgekehrt angeordnet ist. Der Rahmen 221 ist z.B. um die optische Achse des Objektivs 210 mittels eines Zahnrades 214 drehbar, das mit einem auf der Welle eines Motors 211 angeordneten Zahnrads 220 kämmt. An einem Ende des drehbaren Rahmens 221 ist ein drehbarer Codierer 213 so befestigt, daß sein Mittelpunkt auf der optischen Achse liegt; der Codierer ist auf einem Teil seines äußeren Randes mit einem Lichtunterbrecher 215 versehen. Zwischen dem drehbaren Rahmen 221 und der Sammellinse 218 ist eine Beschattungsscheibe 217 angeordnet, wobei auf einem Teil dieser Scheibe Bilder der mit einer einzigen Öffnung versehenen Scheibe 204 erzeugt werden.

Beim Gebrauch des Geräts wird das von der Lichtquelle kommende Licht durch die Kondensorlinse 202 fokussiert, woraufhin es durch die einzige vorhandene feine Öffnung der Scheibe 204 fällt. Diese Lichtstrahlen werden durch den kalten Spiegel 205 gemäß Fig. 2 so nach unten reflektiert, da3 sie in die Kollimator linse 206 eintreten. Von letzterer werden die Lichtstrahlen in Form eines parallelgerichteten Lichtstroms abgegeben, um zu der mehrere feine Öffnungen aufweisenden Scheibe 208 zu gelangen. Jenseits der Scheibe 208 treten die Lichtstrahlen in das Objektiv

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210 ein. Die aus dem Objektiv austretenden Lichtstrahlen werden durch das erste Deklinationsprisma 212 und das zweite Deklinationsprimsa 216 gebrochen und gelangen dann zu der Beschattungsscheibe 217, Auf der Beschattungsscheibe wird ein Bild der nur eine Öffnung aufweisenden Scheibe 204 erzeugt. Die durch die Beschattungsscheibe hindurchtretenden Lichtstrahlen werden durch die Sammellinse 218 gesammelt und auf den Photosensor 219 gerichtet. Die den Photosensor bildenden Elemente erfassen das von den einzelnen feinen Öffnungen der Scheibe 208 kommende Licht in Gestalt unabhängiger Strahlen. Wird der drehbare Rahmen 221 gedreht, drehen sich auch die Deklinationsprismen 212 und 216. Daher führt das Bild der einzigen Öffnung der Scheibe 204- das auf der Beschattungsscheibe 217 außerhalb der optischen Achsen der Linsen 210 und 218 erzeugt wird, auf einem vorbestimmten Radius eine kreisförmige Abtastbewegung gegenüber der Scheibe 217 aus. Der Drehwinkel des drehbaren Rahmens 221 wird mit Hilfe des rotierenden Codierers 213 und des Lichtunterbrechers 215 abgelesen, die an dem drehbaren Rahmen 221 befestigt sind.

Fig. 3 und 4 zeigen die Beschattungseinrichtung nach der Erfindung. Diese Einrichtung vird durch die beiden Deklinationsprismen 212 und 216, die Beschattungsscheibe 217, die Einrichtung zum Drehen des drehbaren Rahmens 221 und eine Einrichtung zum Ablesen des Drehwinkels des drehbaren Rahmens 221 gebildet.

In Fig. 3 sind die wesentlichen Teile der Anordnung nach Fig. 2 vergrößert dargestellt, wobei die zu prüfende Linse 207 einen Bestandteil des optischen Systems bildet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die mit mehreren feinen Öffnungen versehene Scheibe 208 als kreisrunde Scheibe mit einem Radius von etwa 3 mm ausgebildet, deren Mittelpunkt auf der optischen Achse liegt, und die an ihrem Rand in Winkelabständen von 90° mit feinen Öffnungen ver-

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sehen ist, welche einen Radius von etwa 0,5 mm haben. Die Scheibe kann auf einer photographischen Trockenplatte reproduziert sein. Bezüglich des Materials der Scheine 208 bestehen keine Beschränkungen; es ist lediglich erforderlich, daß . . -. das in Richtung auf die Beschattungsscheibe 217 reflektierte Licht,das die Messung beeinflußt, nicht erneut durch die Scheibe 208 reflektiert wird.

Nimmt man an, daß es sich bei der auszumessenden Linse

207 um eine konkave Linse handelt, treten aus der Scheibe

208 vier Lichtstrahlen aus, die divergent sind und in das Objektiv 210 eintreten. Die aus dem Objektiv 210 austretenden Lichtstrahlen pflanzen sich parallel fort und bilden jeweils einen festen Winkel mit der optischen Achse, und zwar auch dann, wenn eine zu prüfende Linse 207 mit einer beliebigen Zahl von Dioptrien auf dem Halter angeordnet ist.

Da die beiden Deklinationsprismen gleich große senkrechte Winkel haben und so angeordnet sind, daß das eine Prisma gegenüber der optischen Achse eine umgekehrte Lage einnimmt, so daß der senkrechte Winkel des einen Prisma demjenigen des anderen Prismas entgegengesetzt ist, kann man die beiden Prismen als planparallele Platten betrachten, die unter einem bestimmten Winkel gegen die optische Achse angeordnet sind. Daher werden die von dem Objektiv 210 kommenden Lichtstrahlen, die zuerst unter einem bestimmten Winkel in das erste Deklinationsprisma 212 eintreten, unter einem bestimmten Winkel durch das zweite Deklinationsprisma 216 weitergeleitet. Im Falle einer Änderung der Höhe gegenüber der optischen Achse, in welcher der Lichtstrahl von dem Objektiv 210 abgegeben wird, und bei konstantem Austrittswinkel pflanzen sich die aus dem zweiten Deklinationsprisma 216 austretenden Lichtstrahlen parallel über eine Strecke fort, die einer Änderung der Höhe gleichwertig ist. Werden die beiden Deklinationsprismen 212 und 216 um die optische Achse gedreht, führen vier Bilder der

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einzigen Öffnung der Scheibe 204 eine kreisförmige Abtastbewegung gegenüber der Beschattungsscheibe 217 auf einem bestimmten Radius aus, ohne daß sich die Lagebeziehung zwischen diesen Bildern ändert, wie es in Fig. 3b gezeigt ist. Der Radius der Abtastbewegung ist ein kennzeichnender Wert, der durch die Winkel bestimmt wird, welche die betreffenden Flächen der Deklinationsprismen 212 und 216 mit der optischen Achse bilden, ferner durch die Brechzahlen, die Dicke der Prismen und den Abstand zwischen den Prismen, und hierbei tritt keinerlei Änderung auf, wenn der Einfallswinkel des eintreffenden Strahls an dem ersten Deklinationsprisma 212 konstant ist, und zwar ohne Rücksicht auf eine Änderung der Höhenlage des einfallenden Strahls.

Die maßgebenden Werte der beiden Deklinationsprismen 212 und 216, die beide aus einer Glassorte bestehen, die bei der Wellenlänge von 587,56 nm eine Brechzahl von 1,51633 hat, sind so gewählt, daß bei dem ersten Prisma 212 der senkrechte Winkel 30° beträgt, der Winkel der dem Prisma zugewandten Fläche des Objektivs gegenüber der optischen Achse 21,5° und der Winkel, den die der Beschattungsscheibe zugewandte Fläche des Prismas mit der optischen Achse bildet, 8,5° beträgt, während bei dem zweiten Prisma 216 der senkrechte Winkel 30° beträgt, der Winkel, den die Fläche des Objektivs mit der optischen Achse bildet, 8,5° und der Winkel zwischen der der Beschattungsscheibe zugewandten Fläche des Prismas und der optischen Achse 21,5°.

Wenn die Lagebeziehung zwischen den Prismen 212 und 216 konstant ist, übt die Verschiebung des drehbaren Rahmens 221 innerhalb der zur optischen Achse rechtwinkeligen Ebene bzw. die Verschiebung des drehbaren Rahmens parallel zur optischen Achse keinen bemerkenswerten Einfluß auf die Messung aus. Somit ergibt sich eine einfache Konstruktion

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der Einrichtung zum Drehen des Rahmens 212, und es ist nicht erforderlich, bei der Einrichtung Bewegungen des drehbaren Rahmens in radialer Richtung bzw. in der Längsrichtung zu berücksichtigen. Um zu verhindern, daß der drehbare Rahmen 221 eine Präzessionsbewegung ausführt, muß man bei dem drehbaren Rahmen eine entsprechende Lagertoleranz vorsehen.

Um die Koordinaten von Punkten zu erhalten, an denen die vier Lichtstrahlen, welche von der Scheibe 208 aus-. gehen, die zweite Brennebene des Objektivs 210 kreuzen, wenn die Deklinationsprismen 212 und 216 nicht vorhanden sind, wird eine planparallele Platte, deren Dicke dem optischen Weg gleichwertig ist, der sich beim Hindurchtreten des Lichtes durch die beiden Prismen ergibt, im rechten Winkel zur optischen Achse angeordnet. Die zweite Brennebene des Objektivs 210 ist in Richtung auf die Beschattungs· scheibe 217 verlagert, so daß die Punkte, an denen die betreffenden Lichtstrahlen die Scheibe 217 kreuzen, mit den Mittelpunkten der Drehbewegung der rotierenden geometrischen Örter zusammenfallen, wie es in Fig. 3b gezeigt ist. Daher kann man die Koordinaten der Punkte, an denen die von der Scheibe 208 mit.mehreren Öffnungen kommenden· Lichtstrahlen die zweite Brennebene des Objektivs 210 kreuzen, dadurch ermitteln, daß man die Koordinaten der Mittelpunkte der rotierenden geometrischen Örter bestimmt.

Auf die Kreisbahn eines typischen Lichtstrahls wird im folgenden anhand von Fig. 4 näher eingegangen. Wenn man eine Beschattungsscheibe 217 verwendet, die undurchsichtige Abschnitte 401 und durchsichtige Abschnitte 402 aufweist, welche durch zwei Linien abgegrenzt sind, die sich längs der X-Achse bzw. der Y-Achse erstrecken, wobei ihr Schnittpunkt auf der optischen Achse des Objektivs 210 liegt, ergeben sich die Koordinaten für den DrehungsmitteIpunkt wie folgt:

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(X = R cos (θχ / 2) y = R cos (Gy / 2)

Hierin bezeichnet R einen bekannten Wert, und die Werte für θχ und Qy werden mit Hilfe des rotierenden Codierers 213 und des Lichtunterbrechers 215 abgelesen, die am äußeren Rand des drehbaren Rahmens 221 befestigt sind, Hierbei wird θχ aus den Winkeln der Kreisbahn des Lichtstrahls an der Hinterflanke der Signale ermittelt, welche von der Einschaltung auf die Abschaltung übergehen, und der Wert für Qy wird aus den Winkeln der Kreisbahn an den Vorderflanken der Signale bestimmt, die aus dem Abschaltzustand in den Einsehaltzustand übergehen. In Verbindung mit dem rotierenden Codierer 213 ist ein Schlitz in einem Teil des senkrechten Winkels des zweiten Deklinationsprismas 216 vorhanden, so daß ein Rückstellsignal zur Verfügung steht. Mit anderen Worten, θχ ergibt sich aus dem Winkel 1 bis 3, während sich Qy aus dem Winkel 2 bis 4 nach Fig. 4 ergibt. Der Lichtunterbrecher 215 ist an einem 45°-Punkt gegenüber den Begrenzungslinien angeordnet, die sich auf der Beschattungsscheibe 217 kreuzen, so daß die Winiel θχ und Qy während des vorausgehenden Zyklus durch die Winkel θχ und Qy des nachfolgenden Zyklus bei jedem Drehzyklus des drehbaren Rahmens 221 ersetzt werden, der durch die Rücksetzsignale herbeigeführt wird.

Bezüglich der beiden Deklinationsprismen 212 und 216, bei denen es sich um die wichtigsten Teile der beschriebenen Beschattungseinrichtung handelt, ist zu bemerken, daß bei diesen Prismen die Genauigkeit der senkrechten Winkel nur der bei der normalen Massenfertigung erreichbaren Genauigkeit zu entsprechen braucht, daß jedoch die Prismen einander praktisch nicht vollständig zu gleichen brauchen. Die Genauigkeit der Neigung des zweiten Deklinationsprismas gegenüber dem ersten Deklinationsprisma kann genau genommen in der Größenordnung von ±38' liegen, und in der Umfangs-

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richtung kann die Genauigkeit weniger als ±1° betragen. Die Dicke der beiden Prismen, die Genauigkeit des zwischen den Prismen vorhandenen Abstandes und die relative Exzentrizität der Prismen üben einen Einfluß auf den Radius der Gleitbahn jedes Lichtstrahls aus, der die Beschattungsscheibe 217 überstreicht. Der Radius der Kreisbahn des betreffenden Lichtstrahls ist eine primäre Information eines Rechners, die sich leicht ändern läßt. An die Genauigkeit der Montage der beiden Prismen werden nur Anforderungen gestellt, die sich leicht erfüllen lassen.

Ist die auszumessende Linse 207 nicht vorhanden, stehen die Scheibe 204 mit nur einer feinen Öffnung und die Beschattungsscheibe 217 in Konjugation zueinander, so daß sich auf der Beschattungsscheibe ein Bild des Glühfadens der Lichtquelle 201 erzeugen läßt. Daher macht sich gewöhnlich der Einfluß des Bildes in Form des Glühfadens in einer Stufenform der Signale des Photosensors 219 bemerkbar, wenn die Lichtstrahlen abgeschirmt werden. Die Beschattungseinrichtung schirmt in manchen Fällen die Lichtstrahlen aus verschiedenen Richtungen entsprechend einem Lichteinfallspunkt ab, was auf die spezielle Gestalt der Beschattungseinrichtung zurückzuführen ist. Aus diesem Grund muß der Lichtfluß gleichmäßig sein, und es wird ein Faserbündel verwendet, wie es in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung 54-14758 beschrieben ist, um die heißen Stellen der Glühfäden zu beseitigen. Da gemäß der Erfindung die vier Bilder der Öffnung der Scheibe 204 ihre Lage ständig beibehalten, wenn die Richtung der Windungen der Glühfaden um etwa 45° gegen die Begrenzungslinien auf der Beschattungsscheibe 217 geneigt sind, läßt sich der Einfluß der heißen Stellen leicht ausschalten.

Gemäß der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung 54-14758 werden die Koordinaten des Punktes, an dem die Lichtstrahlen die Beschattungsscheibe kreuzen, aus den nachstehenden Gleichungen ermittelt:

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(χ = R cos Q
y = R sin θ

Durch eine erste Differenzierung werden die Fehler der rechtwinkeligen Koordinaten (δχ, Ay) aus Meßfehlern (AR, ΔΘ) der Polarkoordinaten bestimmt;

Bei dem erfindungsgomäßen Beschattungsverfahren führt die erste Differenzierung zu folgendem Ergebnis:

(Ίδχ| ^(Δ9χ| · R · fsinöxf
i . R .

Hierin ist R konstant, und AR = 0. Hieraus ist zu erkennen, daß sich eine höhere Meßgenauigkeit ergibt, wenn AR= 0.

Beim Montieren und Einstellen des automatischen Linsenmeßgeräts nach der Erfindung wird zuerst das optische Hauptsystem mit Ausnahme der Deklinationsprismen 212 .und 216 montiert und eingestellt, und dann wird die Baueinheit mit dem drehbaren Rahmen 221 gesondert montiert, eingestellt und in das optische Hauptsystem zusammen mit der drehbaren Welle so eingefügt, daß die Achse der Welle mit der optischen Achse zusammenfällt. Auf diese Weise ist es möglich, die Montage und das Einstellen zu vereinfachen.

Gemäß der Erfindung werden die beiden gewöhnlichen Deklinationsprismen, die gleich große senkrechte Winkel haben, so angeordnet, daß das eine Prisma in senkrechter Richtung gegenüber der optischen Achse umgekehrt ist, so daß der senkrechte Winkel des einen Prismas dem senkrechten Winkel des.anderen Prismas entgegengesetzt ist, und diese Deklinationsprismen werden gedreht, so daß die Bilder der feinen

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Öffnungen die Beschattungsscheibe auf Kreisbahnen überstreichen. Auf diese Weise erhält man ein automatisches Linsenmeßgerät von erhöhter Meßgenauigkeit, das sich leicht montieren, einstellen und benutzen läßt.

Ferner führt die Verwendung der Beschattungsseheibe mit undurchsichtigen und durchsichtigen Abschnitten, die durch zwei Linien abgegrenzt sind, welche sich im rechten Winkel schneiden, zu einer Erleichterung der Herstellung und des Ausmessens von Linsen. Zu dem automatischen Linsenmeßgerät gehören Elemente von üblicher Gestalt, d.h. es werden keine Teile von spezieller Form benötigt, wodurch sich die Herstellungskosten verringern.

Zusätzlich zu den beiden Deklinationsprismen kann man ein reflektierendes Element vorsehen, das die weiter oben beschriebene gleiche Aufgabe erfüllt.

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, M.

Leerseite

Claims

Patentanspruch

Automatisches Linsenmeßgerät mit einer Einrichtung, die geeignet ist, einen parallelgerichteten Lichtstrom zu veranlassen, in eine auszumessende Linse einzutreten, einer Scheibe mit drei oder mehr feinen Öffnungen, die nahe der Lichtaustrittsseite der auszumessenden Linse am ersten Brennpunkt eines Objektivs oder in seiner Nähe angeordnet ist, einem Linsensatz, der aus dem Objektiv und einer Sammellinse besteht und geeignet ist, die von der Scheibe mit mehreren feinen Öffnungen ausgehenden Lichtstrahlen zu sammeln, einem Photosensor zum Aufnehmen der voneinander getrennten Bilder der Öffnungen der genannten Scheibe, wobei der Photosensor an einem Punkt angeordnet ist, der in Konjugation mit der Scheibe und dem Linsensatz steht, sowie mit einer Beschatfcungseinrichtung zum Ermitteln der Koordinaten von Punkten, an denen die betreffenden von den feinen Öffnungen ausgehenden Lichtstrahlen die zweite Brennebene des Objektivs kreuzen, entsprechend einer zwischen den verschiedenen Lichtstrahlen auftretenden Beschattungszeitverzögerungen, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Beschattungseinrichtung zwei Deklinationsprismen (212, 216) gehören, die im wesentlichen gleich große senkrechte Winkel haben und in einem bestimmten Abstand voneinander zwischen dem Objektiv (210) und der Sammellinse (218) angeordnet sind, wobei der senkrechte Winkel des einen Prismas zu dem senkrechten Winkel des anderen Prismas gegenüber der optischen Achse entgegengesetzt ist, ferner eine Einrichtung (211) zum Drehen der beiden Deklinationsprismen um die optische Achse des Linsensatzes mit einer bestimmten Geschwindigkeit, eine Einrichtung (215) zum Ablesen des Drehwinkels der beiden Deklinationsprismen sowie eine Beschattungsscheibe (217), die hinter den beiden Deklinationsprismen im zweiten Brennpunkt des Objektivs angeordnet ist, und undurchsichtige Abschnitte (401) und

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durchsichtige Abschnitte (402) aufweist, welche durch zwei Linien abgegrenzt sind, die sich im rechten Winkel zueinander an einem auf der optischen Achse des Linsensatzes liegenden Punkt kreuzen.

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