DE19809505A1 - Einrichtung zum Prüfen optischer Elemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für optische Elemente zum Erfassen optischer Fehler wie einer Abnormalität der Form o. ä. bei einem optischen Ele­ ment wie z. B. einer Linse o. ä., die im Kunststoff-Spritzverfahren gefertigt wurde.

Ein optisches Element wie eine Linse oder ein Prisma usw. ist allgemein so aus­ gebildet, daß einfallendes Licht regelmäßig gebrochen wird, parallel verläuft und dann auf einen Punkt oder eine Linie konvergiert oder divergiert. Enthält das op­ tische Element jedoch Fremdkörper wie z. B. Baumwollabfälle o. ä. (sogenannte "Flocken") infolge einer fehlerhaften Herstellung oder wird das optische Element bei der Handhabung verkratzt oder haften an seiner Oberfläche Fremdkörper an, so kann das einfallende Licht gestört werden, wodurch die gewünschten opti­ schen Eigenschaften nicht erreicht werden.

Bisher wurden unter Verwendung einer Fluoreszenzlampe oder einer Lichtquelle für einen Diapositivprojektor sensorische Prüfungen unter Sichtbeurteilung durch einen Benutzer durchgeführt.

Bei einer Prüfung mit einer Fluoreszenzlampe oder einer Lichtquelle für einen Diapositivprojektor wird ein optisches Element mit Licht beleuchtet und seine Oberfläche von der Umgebung des Strahlenganges her betrachtet, um einen Fehler aufzufinden, indem der Helligkeitspegel geprüft wird. Dabei wird die Licht­ reflexion, die Durchlässigkeit, die Brechung o. ä. berücksichtigt.

Eine solche sensorische Prüfung unter Ausnutzung des menschlichen Sehver­ mögens ist subjektiv, sie bietet also kein objektives Kriterium zum Unterscheiden eines fehlerhaften Produkts von einem fehlerfreien Produkt. Wird die Prüfung von mehreren Personen durchgeführt, so kann die Beurteilung (Prüfungsergebnis) abhängig von der jeweiligen Person unterschiedlich sein. Dasselbe Produkt kann durch den einen Prüfer als fehlerhaft, durch den anderen Prüfer als fehlerfrei beurteilt werden. Daher kann ein fehlerfreies Produkt auch unnötigerweise ausgesondert werden. Enthält eine Fertigungsmenge fehlerfreier Produkte ein fehlerhaftes Produkt, so wird die Gesamtqualität der Herstellungsmenge verringert. Auch wenn ein und derselbe Prüfer die Produkte prüft, so kann das durch ihn angewandte Kriterium durch Erfahrung und Praxis strenger werden, so daß die Möglichkeit zunimmt, daß ein fehlerfreies Produkt irrtümlich als fehler­ haftes Produkt angesehen wird.

Schließlich hängt eine solche Prüfung von der menschlichen Arbeitsweise ab und ist daher entsprechend langsam.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Prüfeinrichtung für optische Elemente anzu­ geben, die eine Qualitätsprüfung aufgrund objektiver Kriterien ermöglicht und schnell sowie zuverlässig arbeitet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 16. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

In einer Prüfeinrichtung nach der Erfindung verläuft der Strahlengang aus dem Beleuchtungssystem durch das zu prüfende optische Element und fällt dann auf die Abbildungsoptik. Dabei folgt er optischen Wegen außerhalb denjenigen, die bei fehlerfreier Funktion des zu prüfenden optischen Elements auf den Liniensen­ sor treffen. Somit fällt das auf die Abbildungsoptik treffende Licht nicht auf den Liniensensor, wenn das zu prüfende optische Element keinen optischen Fehler hat. Daher ist das auf dem Liniensensor erzeugte Bild insgesamt dunkel, wenn das optische Element fehlerfrei ist.

Hat das optische Element in dem Prüfungsbereich einen optischen Fehler, so wird das auftreffende Licht durch diesen Fehler gestreut. Wenn ein Teil des Streulichtes auf die Abbildungsoptik fällt, so konvergiert es auf den Liniensensor, und daher wird ein helles Bild des optischen Fehlers mit dem Liniensensor er­ zeugt. Deshalb erscheint ein dem optischen Fehler entsprechender heller Teil in dem erzeugten Bild.

Das zu prüfende optische Element kann durchsichtig, also beispielsweise eine Linse, ein Prisma, eine planparallele Platte o. ä. sein. Das Element kann aus Glas oder Kunststoff bestehen. Zu den optischen Fehlern gehören Fehler an der Oberfläche des optischen Elements und in dessen Innerem, also Kratzer, Schmutz, Staub o. ä., sowie Flocken, Risse, Blasen o. ä. im Inneren.

Das numerische System kann einen Bereich eines hellen Teils angeben, der den optischen Fehler des optischen Elements in dem Bild anzeigt, und kann von einer Breite, einer Helligkeit und/oder einem daraus multiplikativ abgeleiteten Wert ei­ nen numerischen Wert berechnen.

Wenn bei dem Diskriminatorsystem der von dem numerischen System bestimmte Wert mehrere Elemente einschließt, können alle Werte dieser Elemente mit ei­ nem Referenzwert verglichen werden, oder nur der Wert eines Elements wird verglichen, was von der Art des optischen Elements abhängt.

Das Abschirmelement verhindert, daß das zu prüfende optische Element durch­ setzendes Licht direkt auf den Liniensensor fällt. Solange ein Sektor, der durch die Randstrahlen des auf den Liniensensor fallenden Lichtes umgeben ist, ab­ geschirmt wird, kann das Abschirmelement beliebig zwischen der Diffusionsplatte und dem zu prüfenden optischen Element angeordnet sein. Ferner kann das Ab­ schirmelement natürlich auch jede andere Form in der Abschirmebene haben, solange zumindest der vorstehend genannte Sektor, der durch die Randstrahlen umgeben ist, abgeschirmt wird.

Daher hat das Abschirmelement vorzugsweise eine schmale, streifenartige Form.

Die Breite des Abschirmelements bleibt unverändert, auch wenn der Liniensensor zur besseren Auflösung verlängert wird.

Das Abschirmelement kann ein Abschirmmuster sein, das direkt auf die Oberflä­ che der Diffusionsplatte gedruckt ist, oder es kann auch ein plattenartiges un­ durchsichtiges Element sein, das an der Diffusionsplatte befestigt ist. Ferner kann es ein Abschirmmuster sein, das auf die Oberfläche eines von der Diffusionsplatte getrennten durchsichtigen Elements aufgedruckt ist.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 6 kann der Gesamtbereich des zu prüfen­ den optischen Elements geprüft werden, auch wenn ein Liniensensor als Bildauf­ nahmevorrichtung vorgesehen ist.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 7 kann der Abbildungsbereich des zu prü­ fenden optischen Elements aus der Längsrichtung der Abschirmplatte beleuchtet werden, auch wenn die Länge der Abschirmplatte größer als die Breite des zu prüfenden optischen Elements ist. Unabhängig von der Orientierung des Fehlers kann also Streulicht auf den Fehler gerichtet werden und auf die Abbildungsoptik fallen.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 13 wird beim Prüfen eines optischen Ele­ ments wie z. B. einer Linse mit Brechkraft in Richtung des Durchmessers ausge­ hend von der optischen Achse der Schatten der Abschirmplatte auf der Abbil­ dungsfläche des Liniensensors nicht bewegt, so daß die Abbildung während des Fixierens der Abbildungsvorrichtung möglich ist.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 14 wird der Einfallswinkel der den Fehler beleuchtenden Strahlung an dem zu prüfenden optischen Element klein im Be­ reich der optischen Achse des optischen Elements. Daher vergrößert dies die Möglichkeit, daß das an dem Fehler gestreute Licht auf die Abbildungsoptik fällt. Andererseits wird im Bereich der Umfangskante des optischen Elements der Einfallswinkel der den Fehler beleuchtenden Strahlung groß. Dies dient daher zum Verringern der Möglichkeit, daß das an dem Fehler gestreute Licht auf die Abbildungsoptik fällt. Es ist also möglich, die Fehlererfassungsempfindlichkeit im Bereich der optischen Achse des optischen Elements zu erhöhen und im Bereich der Umfangskante des optischen Elements zu verringern.

Bei einer Prüfeinrichtung nach Anspruch 15 ist das Abschirmelement parallel zu dem Liniensensor im Anfangszustand ausgerichtet. In dem von verschiedenen Teilen der Diffusionsplatte gestreuten Licht wird ein Lichtstrahl, der durch das zu prüfende optische Element auf den Liniensensor fällt, mit dem zwischen der Dif­ fusionsplatte und dem optischen Element angeordneten Abschirmelement abge­ schirmt. In diesem Anfangszustand bedeckt der Schatten des Abschirmelements den Liniensensor, da der Bilddreher auch in der Anfangsstellung ist. Befindet sich aber ein optischer Fehler in einem linienartigen Bereich, der die optische Achse parallel zu dem Abschirmelement in dem zu prüfenden optischen Element schneidet, so wird das Licht, welches durch die Seite des Abschirmelements auf den linienartigen Bereich fällt, durch den optischen Fehler gestreut.

Wenn dann ein Teil des gestreuten Lichtes auf die Abbildungsoptik fällt, so kon­ vergiert es auf dem Liniensensor, so daß ein helles Bild des optischen Fehlers mit dem Liniensensor erhalten wird. Daher erscheint in dem mit dem Liniensensor aufgenommenen Bild ein heller Teil entsprechend dem optischen Fehler. Bei die­ ser Abbildung wird das Abschirmelement durch den ersten Drehmechanismus um die optische Achse gedreht. Danach dreht der zweite Drehmechanismus den Bilddreher synchron mit dem Abschirmelement. Durch Ausnutzen der Drehung dreht der Bilddreher den Schatten des Abschirmelements so, daß der Liniensen­ sor abgedeckt wird. Dadurch wird der optische Fehler, der in dem linienartigen Bereich existiert, welcher die optische Achse parallel zu dem Abschirmelement nach der Drehung schneidet, von dem Liniensensor aufgenommen. Wenn das Abschirmelement und der Bilddreher in dieser Weise rotieren, wird der linienar­ tige Bereich gedreht, der von dem Liniensensor als Bild aufgenommen wird. Deshalb kann während der Drehung des Abschirmelements das dem gesamten Bereich des zu prüfenden optischen Elements entsprechende Bild aufgenommen werden.

Der Bilddreher wird um die optische Achse der Abbildungsoptik gedreht, und da­ durch arbeitet er als ein optisches Element zum Drehen einer Position emittierter Strahlen relativ zu einer Position einfallender Strahlen um die optische Achse herum. Ferner kann der Bilddreher so aufgebaut sein, daß die Position emittierter Strahlen während einer oder einer halben Umdrehung des Bilddrehers einmal dreht.

Die Diffusionsplatte kann ein lichtdurchlässiges Element sein, das von seiner Rückseite her beleuchtet wird. Sie kann auch ein reflektierendes Element sein, das von der Vorderseite her beleuchtet wird.

Der erste Drehmechanismus kann allein die Abschirmplatte drehen oder er dreht die Diffusionsplatte, an deren Oberfläche die Abschirmplatte befestigt ist.

Der zweite Drehmechanismus kann den Bilddreher in Gegenrichtung mit dersel­ ben Geschwindigkeit wie die Abschirmplatte durch den ersten Drehmechanismus drehen, wenn die Position emittierter Strahlen während einer Drehung des Bild­ drehers einmal gedreht wird. Ferner kann der zweite Drehmechanismus den Bilddreher in Gegenrichtung mit einer Geschwindigkeit drehen, die der halben Drehgeschwindigkeit der Abschirmplatte mit dem ersten Drehmechanismus ent­ spricht, wenn die Position emittierter Strahlen während einer halben Umdrehung des Bilddrehers einmal dreht.

Vorteilhaft kann der zweite Drehmechanismus den Bilddreher entgegengesetzt zu dem Abschirmelement drehen, das mit dem ersten Drehmechanismus gedreht wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch die Vorderansicht einer optischen Prüfeinrichtung als erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Seitenteilansicht der Prüfeinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht des zu prüfenden optischen Elements eines in Fig. 1 gezeigten Liniensensors her gesehen,

Fig. 4 eine Vorderansicht des Strahlenganges ohne optischen Fehler des zu prüfenden Elements,

Fig. 5 eine Vorderansicht des Strahlenganges mit einem optischen Fehler des zu prüfenden Elements,

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Helligkeitsverteilung der von einem Liniensensor ausgegebenen Bilddaten bei einem optischen Fehler des zu prüfenden Elements,

Fig. 7 eine Draufsicht einer Abschirmplatte, die parallel zur Längsrichtung einen Kratzer oder Riß hat,

Fig. 8 eine Draufsicht der Abschirmplatte, die quer zur Längsrichtung einen Kratzer oder Riß hat,

Fig. 9 eine Schnittdarstellung des Strahlenganges durch den Kratzer oder Riß der in Fig. 8 gezeigten Abschirmplatte,

Fig. 10 eine Schnittdarstellung des Strahlenganges bei Streuung des Lich­ tes einer Hilfslichtquelle an dem Kratzer oder Riß der Abschirmplatte nach Fig. 8,

Fig. 11A bis 11D jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirmplat­ te, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Ele­ ments sowie in einen Bildspeicher geschriebener Bilddaten,

Fig. 12 das Flußdiagramm eines Steuerprozesses in der in Fig. 1 gezeigten Prüfeinrichtung,

Fig. 13 das Flußdiagramm eines Steuerprozesses in einer Abänderung des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 14 die Seitenansicht einer Prüfeinrichtung als zweites Ausführungsbei­ spiel,

Fig. 15A eine Draufsicht eines zu prüfenden optischen Elements von einem in Fig. 14 gezeigten Liniensensor her gesehen,

Fig. 15B die grafische Darstellung der Helligkeitsverteilung von Bilddaten bei einem Fehler des optischen Elements,

Fig. 16A und Fig. 17A jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirmplat­ te, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Ele­ ments sowie von Bilddaten in einem ersten Bildspeicher,

Fig. 16B und Fig. 17B jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirmplat­ te, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Ele­ ments sowie von Bilddaten in dem ersten Bildspeicher,

Fig. 16C und Fig. 17C jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirm­ platte, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Elements sowie von Bilddaten in dem ersten Bildspeicher,

Fig. 16D und Fig. 17D jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirm­ platte, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Elements sowie von Bilddaten in dem ersten Bildspeicher,

Fig. 16E und Fig. 17E jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirm­ platte, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Elements sowie von Bilddaten in dem ersten Bildspeicher,

Fig. 18 ein Koordinatentransformationsverfahren von polarer zu rechtwink­ liger Darstellung,

Fig. 19A und 19B jeweils eine Speicherseite mit Bilddaten in jedem Bildspeicher nach Fig. 14,

Fig. 20 das Flußdiagramm eines Steuerprozesses in einer in Fig. 14 ge­ zeigten Bildprozessoreinheit,

Fig. 21 das Flußdiagramm eines Steuerprozesses in dem Bildprozessor in einer Abänderung des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 22 eine Draufsicht einer anders ausgeführten Abschirmplatte,

Fig. 23 eine Draufsicht einer verzerrten Abschirmplatte,

Fig. 24 eine weitere Draufsicht einer verzerrten Abschirmplatte,

Fig. 25 eine Draufsicht einer weiteren Ausführung einer Abschirmplatte,

Fig. 26 eine Draufsicht einer weiteren Ausführung einer Abschirmplatte,

Fig. 27A bis Fig. 27C jeweils den Zustand der Abschirmplatte bei Prüfung einer konkaven Linse in einer Prüfeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 28A bis Fig. 28C jeweils den Zustand der Abschirmplatte bei der Prüfung einer kon­ vexen Linse in einer Prüfeinrichtung des ersten Ausführungsbei­ spiels,

Fig. 29 die Seitenansicht einer Prüfeinrichtung als drittes Ausführungsbei­ spiel,

Fig. 30 die Draufsicht eines zu prüfenden optischen Elements von einem Liniensensor in Fig. 29 her gesehen,

Fig. 31 die grafische Darstellung der Helligkeitsverteilung von Bilddaten aus dem Liniensensor bei Auftreten eines optischen Fehlers,

Fig. 32A und 33A jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirmplat­ te, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Ele­ ments sowie von Bilddaten in einem ersten Bildspeicher,

Fig. 32B und Fig. 33B jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirmplat­ te, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Ele­ ments sowie von Daten in dem ersten Bildspeicher,

Fig. 32C und Fig. 33C jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirm­ platte, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Elements sowie von Bilddaten in dem ersten Bildspeicher,

Fig. 32D und Fig. 33D jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirmplat­ te, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Ele­ ments sowie von Bilddaten in dem ersten Bildspeicher,

Fig. 32E und Fig. 33E jeweils den Zusammenhang von Relativpositionen der Abschirm­ platte, eines Abbildungsbereichs und des zu prüfenden optischen Elements sowie von Bilddaten in dem ersten Bildspeicher,

Fig. 34 ein Koordinatentransformationsverfahren von polarer zu rechtwinkli­ ger Darstellung,

Fig. 35A und Fig. 35B jeweils eine Speicherseite mit Bilddaten in jedem Bildspeicher nach Fig. 29,

Fig. 36 eine Draufsicht einer abgeänderten Abschirmplatte,

Fig. 37 eine Draufsicht einer verzogenen Abschirmplatte,

Fig. 38 eine Draufsicht einer verzogenen Abschirmplatte,

Fig. 39 eine Draufsicht einer weiteren Ausführung einer Abschirmplatte,

Fig. 40 eine Draufsicht einer weiteren Ausführung einer Abschirmplatte,

Fig. 41 eine Seitenansicht einer Prüfeinrichtung als viertes Ausführungs­ beispiel,

Fig. 42 eine Vorderansicht des Strahlenganges ohne optischen Fehler in der Prüfeinrichtung nach Fig. 41,

Fig. 43 eine Draufsicht einer Diffusionsplatte und einer Lichtabschirmplatte nach Fig. 41,

Fig. 44 eine Darstellung der wichtigsten Teile einer Prüfeinrichtung als Ab­ änderung des vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 45 eine Draufsicht eines zu prüfenden optischen Elements,

Fig. 46 eine Seitenansicht einer Prüfeinrichtung als fünftes Ausführungs­ beispiel,

Fig. 47A bis Fig. 47C Ansichten eines in Fig. 46 gezeigten Bilddrehers,

Fig. 48 eine Rückansicht eines in Fig. 46 gezeigten Diffusionsplattenhalters und

Fig. 49 einen Teilschnitt II-II aus Fig. 46.

Erste Prüfeinrichtung

Das im folgenden zu beschreibende erste Ausführungsbeispiel einer Prüfeinrich­ tung eignet sich zur Prüfung eines optischen Elements ohne spezifische optische Achse, beispielsweise einer planparallelen Platte.

Aufbau der ersten Prüfeinrichtung

Fig. 1 zeigt in einer Vorderansicht schematisch eine Prüfeinrichtung, Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht. Die Prüfeinrichtung enthält gemäß Fig. 1 eine Lampe 1, eine Diffusionsplatte 2 und eine Bildaufnahmevorrichtung 3, die auf einer gemeinsa­ men optischen Achse I angeordnet sind.

Die Bildaufnahmevorrichtung 3 enthält eine Abbildungsoptik 4, die ein Positivlin­ sensystem ist, und einen CCD-Liniensensor 5, der ein mit der Abbildungsoptik 4 aus konvergiertem Licht erzeugtes Bild aufnimmt. In Fig. 1 ist der Liniensensor 5 so angeordnet, daß seine Pixelreihe senkrecht zur Zeichenebene liegt. Die Pixel­ reihe des Bildaufnahmeelements 5 schneidet die optische Achse I der Abbil­ dungsoptik 4 rechtwinklig, und die Mitte der Pixelreihe liegt auf der optischen Achse I. Die Abbildungsoptik 4 kann zur Scharfeinstellung relativ zum Liniensen­ sor 5 in der Bildaufnahmevorrichtung 3 frei verschoben werden. Ferner ist die Bildaufnahmevorrichtung 3 an dem nicht dargestellten Rahmen der Prüfeinrich­ tung so montiert, daß sie längs der optischen Achse I verschoben werden kann.

Der Liniensensor 5 erzeugt ein Zeilenbild für jeweils eine vorbestimmte Zeit (die zum Ladungsspeichern in jedem Pixel ausreicht) und tastet dann selbsttätig jedes Pixel in der angeordneten Reihenfolge ab, um die jeweils gespeicherte elektrische Ladung auszugeben. Die so von dem Liniensensor 5 abgegebenen elektrischen Ladungen werden in vorbestimmter Weise verstärkt und einem A/D-Wandler zugeführt. Dann werden sie einem Bildprozessor 6 als Bilddaten zugeführt, die für eine Bildzeile die Helligkeitsverteilung mit Helligkeitssignalen angeben.

Der Bildprozessor 6 entscheidet, ob ein zu prüfendes optisches Element 9 feh­ lerhaft oder fehlerfrei ist. Er führt eine vorbestimmte Bildverarbeitung mit den von dem Liniensensor 5 abgegebenen Bilddaten durch und gibt dann einen optischen Fehlergrad für das zu prüfende optische Element 9 als numerischen Wert aus. Außerdem vergleicht der Bildprozessor 6 den numerischen Wert mit einem vor­ bestimmten Referenzwert (zulässiger Wert) und entscheidet, ob der numerische Wert darunter oder darüber liegt. Während dieser Bildverarbeitung gibt der Bild­ prozessor 6 ein Steuersignal an einen Gleittisch 7, der das zu prüfende optische Element 9 synchron mit den von dem Liniensensor 5 abgegebenen Daten bewegt. Der Bildprozessor 6 hat einen Bildspeicher 6a zum Speichern der Bilddaten während dieser Bildverarbeitung.

Der Gleittisch 7 hat eine Gleitschiene 7a, einen Schlitten 7b, einen Antriebsmotor 7e, einen Träger 7c und einen Halter 7d. Die Gleitschiene 7a ist an einem nicht dargestellten Rahmen der Prüfeinrichtung so montiert, daß sie quer zu der Pi­ xelreihe des Liniensensors 5 und zur optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 liegt. Der Schlitten 7b kann auf der Gleitschiene 7a verschoben werden. Der An­ triebsmotor 7e treibt den Schlitten 7b auf der Gleitschiene 7a mit konstanter Ge­ schwindigkeit. Eine Ende des Trägers 7c ist an dem Schlitten 7b befestigt, das andere ist an dem Halter 7d befestigt. Der Halter 7d hält das zu prüfende optische Element 9 lösbar. Wird ein Steuersignal von dem Bildprozessor 6 abgegeben, so wird der Antriebsmotor 7e aktiviert und bewegt den Schlitten 7b längs der Gleitschiene 7a. Dadurch wird das zu prüfende optische Element 9 mit konstanter Geschwindigkeit quer zu der Pixelreihe des Liniensensors 5 und zur optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 bewegt.

Das zu prüfende optische Element 9 ist eine planparallele transparente Platte mit einer rechteckförmigen ebenen Fläche, wie in Fig. 3 dargestellt. Es wird mit dem Gleittisch 7 so gehalten, daß eine kürzere Seite parallel zur Pixelreihe des Linien­ sensors 5 und quer zur optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 liegt, so daß es zu dieser Achse zentriert ist.

Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht die Positionsbeziehungen des zu prüfenden opti­ schen Elements 9 und anderer Komponenten, von der Abbildungsoptik 4 her ge­ sehen. In Fig. 3 wird das zu prüfende optische Element 9 mit dem Gleittisch 7 nach rechts und links bewegt.

Das optische Element 9 ist so angeordnet, daß seine der Abbildungsoptik 4 zu­ gewandte Fläche zur Abbildungsebene des Liniensensors 5 bezüglich der Abbil­ dungsoptik 4 konjugiert liegt. Somit kann der Liniensensor 5 ein Bild (eine Linie) eines Teils der Oberfläche des optischen Elements 9 erzeugen, und dieser Teil ist der Bildprüfungsbereich.

In Fig. 3 ist der Bildprüfungsbereich, der auf der einen Linie mit dem Liniensensor 5 abgebildet werden kann, als strichpunktierte Linie dargestellt. Die Vergrößerung der Abbildungsoptik 4 (d. h. die Position der Bildaufnahmevorrichtung 3 selbst und die Position der Abbildungsoptik 4 relativ zu dem Liniensensor 5) ist so eingestellt, daß der Bildprüfungsbereich des optischen Elements 9 auf der Bild­ ebene des Liniensensors 5 über deren gesamte Breite erzeugt wird (d. h. über die Breite in Richtung der Pixelreihe des Liniensensors 5).

Die Lampe 1 ist eine Glühlampe und gibt weißes Licht ab, sie ist an dem nicht dargestellten Rahmen der Prüfeinrichtung befestigt.

Die Diffusionsplatte 2 befindet sich zwischen der Lampe 1 und dem zu prüfenden optischen Element 9. Wie Fig. 3 zeigt, hat die Diffusionsplatte 2 Rechteckform und ist breiter als die kürzere Seite des optischen Elements 9. Sie wurde in einem speziellen Verfahren aufgerauht. Somit empfängt die Diffusionsplatte 2 das von der Lampe 1 abgegebene Licht an ihrer Rückseite und läßt es unter gleichzeitiger Streuung durch. Die Diffusionsplatte 2 kreuzt die optische Achse I der Abbil­ dungsoptik 4 rechtwinklig und in der Mitte und ist an einem nicht dargestellten Rahmen der Prüfeinrichtung so montiert, daß ihre Außenkante parallel zur Pixel­ reihe des Liniensensors 5 liegt.

Eine streifenförmige Abschirmplatte 8 ist an der Oberfläche der Diffusionsplatte 2 befestigt. Sie ist parallel zur Pixelreihe des Liniensensors 5 und somit quer zur optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 angeordnet. Die Mitte der Abschirmplatte 8 liegt auf der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4. Die Gesamtlänge der Abschirmplatte 8 ist größer als die kürzere Seite des zu prüfenden optischen Elements 9.

Wie Fig. 3 zeigt, ragen die beiden Enden der Abschirmplatte 8 über die Außen­ kante des optischen Elements 9 hinaus, von der Bildaufnahmevorrichtung 3 her gesehen. Wie Fig. 1 ferner zeigt, ist die Breite der Abschirmplatte 8 größer als der Abstand zwischen den Randstrahlenlinien m,m des auf jedes Pixel des Liniensen­ sors 5 fallenden Lichtes bei Fehlen eines zu prüfenden optischen Elements. Somit schirmt die Abschirmplatte 8 das gesamte Licht ab, das auf jedes Pixel des Liniensensors 5 fallen kann, so daß bei einem fehlerfreien optischen Element 9 ein dunkles Bild auf dem Liniensensor 5 erzeugt wird.

Wie Fig. 2 und 3 zeigen, sind Hilfsbeleuchtungseinheiten 10 beiderseits der Längsenden der Abschirmplatte 8 angeordnet. Die Hilfsbeleuchtungseinheiten 10 haben jeweils ein Lichtleitfaserbündel 11, einen das Divergieren begrenzenden Rahmen 12 am Austrittsende des Lichtleitfaserbündels 11 und eine Sammellinse 13 am Austrittsende des Rahmens 12. Der die Divergenz begrenzende Rahmen 12 begrenzt das Ausbreiten des Lichtes vom Austrittsende des Lichtleitfaserbün­ dels 11, was von einem vorbestimmten numerischen Aperturwert abhängt, nur auf die Längsrichtung der Abschirmplatte 8. Die Sammellinse 13 erzeugt parallele Lichtstrahlen über eine vorbestimmte Breite (d. h. 0,5√2 Breite des zu prüfenden optischen Elements) in dem die Divergenz begrenzenden Rahmen 12. Ferner schneidet die optische Achse der Sammellinse 13 unter einem Winkel von 45° die optische Achse I der Abbildungsoptik 4 an der Schnittstelle der optischen Achse I mit dem zu prüfenden optischen Element 9. Somit kann das Licht einer jeden Hilfsbeleuchtungseinheit 10 einen Teil der Oberfläche des optischen Elements 9 über dessen ganzen Bereich mit gleichmäßiger Helligkeit und gleichbleibendem Einfallswinkel beleuchten, der von dem Liniensensor 5 dann aufgenommen wird.

Fehlererfassungsprinzip

Im folgenden wird das Prinzip erläutert, nach dem ein optischer Fehler des opti­ schen Elements 9 in der Prüfeinrichtung erfaßt werden kann.

Die Lichtaufnahmefläche der Pixelreihe des Liniensensors 5 wird als eine ideale Linie mit sehr geringer Breite angesehen.

Bei einem fehlerfreien optischen Element wird Licht, das auf die Abbildungsoptik 4 und damit auf jedes Pixel des Liniensensors 5 fallen kann, von den Hauptstrah­ len des längs der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 geleiteten Lichts abge­ leitet. Diese Lichtstrahlen verlaufen zwischen den Randstrahlen m,m, die in Fig. 1 gezeigt sind. Wenn diese Randstrahlen m,m nach rückwärts in Richtung zur Lichtquelle verlängert werden, so schneiden sie einander an der Oberfläche des zu prüfenden optischen Elements 9 und divergieren zur Diffusionsplatte 2 hin. Auf der Diffusionsplatte 2 werden die Randstrahlen m,m durch die Abschirmplatte 8 abgeschirmt. Somit fällt bei Fehlen eines optischen Fehlers im Bildprüfungsbe­ reich des optischen Elements 9 (d. h. kein Fehler optisch konjugiert zur Lichtauf­ nahmefläche der Pixelreihe des Liniensensors 5) nicht auf die Pixel des Linien­ sensors 5.

Ein Lichtstrahl n, der außerhalb der Lichtabschirmplatte 8 an der Oberfläche der Diffusionsplatte 2 gestreut wird, fällt durch den Bildprüfungsbereich des zu prü­ fenden optischen Elements 9, jedoch liegt er außerhalb der Randstrahlen m,m und wird daher nicht auf die Abbildungsoptik 4 fallen.

Ein Lichtstrahl, der außerhalb der Abschirmplatte 8 an der Oberfläche der Diffu­ sionsplatte 2 gestreut wird und durch einen von dem Bildprüfungsbereich des op­ tischen Elements 9 verschiedenen Teil hindurchtritt, kann auf die Abbildungsoptik 4 fallen, wird jedoch auf keines der Pixel des Liniensensors 5 konvergiert. Daher geben die von dem Liniensensor 5 ausgegebenen Daten ein insgesamt dunkles Bild an mit Ausnahme eines hellen Teils (durch das seitliche Streulicht), der der Außenkante des zu prüfenden optischen Elements 9 entspricht.

Wenn in dem in Fig. 5 gezeigten Fall das optische Element 9 einen Fehler hat, der z. B. durch einen Kratzer C und/oder durch Staub D in dem Bildprüfungsbe­ reich auf der Oberfläche des optischen Elements 9 erzeugt wird, und ein Licht­ strahl n außerhalb der Abschirmplatte 8 an der Oberfläche der Diffusionsplatte 2 gestreut wird und auf den Kratzer C und/oder Staub D trifft, so wird er hier ge­ streut. In diesem Fall kann ein gestreuter Lichtstrahl n' an der Schnittstelle der Randstrahlen m,m divergieren, so daß auf jedes Pixel des Liniensensors 5 über die Abbildungsoptik 4 fallen kann.

Somit wird ein Bild des Kratzers C und/oder Staubes D (d. h. ein gegenüber der Umgebung helleres Bild) auf der Bildaufnahmefläche des Liniensensors 5 er­ zeugt. Außerdem wird dieselbe Streuung an den Außenkanten A und B (Fig. 3) des optischen Elements 9 erzeugt. Deshalb wird ein Bild (d. h. ein Bild heller als am Umfang) dieser Außenkanten A und B auf der Bildaufnahmefläche des Linien­ sensors 5 erzeugt. Fig. 6 zeigt grafisch die Helligkeitsverteilung der Bilddaten aus dem Liniensensor 5, wenn die Bilderzeugung in der in Fig. 1 gezeigten Position erfolgt. Fig. 6 zeigt Ergebnisse der elektrischen Ladung in jedem Pixel bei einma­ liger Bilderzeugung, die durch selbsttätiges Abtasten innerhalb eines Abtastzyklus gelesen werden.

Ein Kratzer oder Riß bewirkt, daß parallel zu seiner Richtung verlaufendes Licht durchgelassen und nicht gestreut wird, während quer dazu verlaufendes Licht gestreut wird. Wie Fig. 7 zeigt, fällt das Licht bei einem Kratzer oder Riß K paral­ lel zur Längsrichtung der Abschirmplatte 8 mit einem Lichtstrahl n, der außerhalb der Abschirmplatte 8 an der Oberfläche der Diffusionsplatte 2 gestreut wird, quer zu dem Kratzer oder Riß K ein. Deshalb bewirkt die in beschriebener Weise auf­ tretende Streuung, daß ein Teil des Streulichts auf die Abbildungsoptik 4 fällt, so daß ein Bild des Kratzers oder Risses K mit dem Liniensensor 5 erzeugt wird. Wenn aber gemäß Fig. 8 der Kratzer oder Riß K quer zur Längsrichtung der Ab­ schirmplatte 8 verläuft, so fällt gemäß Fig. 9 ein Lichtstrahl n, der außerhalb der Abschirmplatte 8 an der Oberfläche der Diffusionsplatte 2 gestreut wird, parallel zum Kratzer oder Riß K ein. Daher wird der einfallende Lichtstrahl n ohne Streu­ ung übertragen, so daß er in einen Bereich außerhalb der Randstrahlen m,m fällt, nicht also auf die Abbildungsoptik 4. Daher wird kein Bild des Kratzers oder Ris­ ses K auf dem Liniensensor 5 erhalten.

Um das vorstehend genannte Problem zu lösen, sind in der Prüfeinrichtung die Hilfsbeleuchtungseinheiten 10 vorgesehen. Sie beleuchten den Bildprüfungsbe­ reich auf der Oberfläche des optischen Elements 9 von den Längsenden der Ab­ schirmplatte 8 her. Somit kann auch wenn ein Kratzer oder Riß K in Richtung quer zur Längsrichtung der Abschirmplatte 8 auftritt, gemäß Fig. 10 die Hilfsbeleuch­ tungseinheit 10 quer in den Kratzer oder Riß K hineinleuchten. Als Ergebnis fällt ein Teil des Streulichts auf die Abbildungsoptik 4, so daß ein Bild des Risses oder Kratzers K mit dem Liniensensor 5 erhalten wird.

Diskriminieren eines optischen Fehlers

Wie oben beschrieben, erfolgt das Abbilden (Ladungsspeicherung und Abta­ stung) mit dem Liniensensor 5 immer dann, wenn das zu prüfende optische Ele­ ment 9 um eine Einheit bewegt wird, synchron mit der Bewegung des optischen Elements 9 durch den Gleittisch 7. Dann werden jeweils mit der Abbildung (Ladungsspeicherung und Abtastung) durch den Liniensensor 5 die Bilddaten gemäß Fig. 6 in den Bildprozessor 6 eingegeben und in den Bildspeicher 6a ein­ geschrieben. Fig. 11A bis 11D zeigen den Zusammenhang der Abschirmplatte 8, des Bildprüfungsbereichs (strichpunktiert dargestellt) und des zu prüfenden opti­ schen Elements 9 sowie der in den Bildspeicher 6a eingeschriebenen Bilddaten. Wie in Fig. 11A bis 11D gezeigt, werden bei schrittweisem Durchgang des opti­ schen Elements 9 durch den Bildprüfungsbereich (strichpunktiert dargestellt) von dem Zustand nach Fig. 11A bis zu dem Zustand nach Fig. 11D Bilddaten des Li­ niensensors 5 für jede Abtastung in jede Zeile des Bildspeichers 6a ausgehend von dessen Kopfzeile eingeschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel trifft der Bildprozessor 6 nach Abschluß der Auf­ nahme mit dem Liniensensor 5 eine Entscheidung auf der Basis der Bilddaten (Fig. 11D) in dem Bildspeicher 6a entsprechend der gesamten Oberfläche des zu prüfenden optischen Elements 9. Der Bildprozessor 6 vergleicht die Helligkeit ei­ nes jeden Pixels der in dem Bildspeicher 6a gespeicherten Bilddaten mit einer vorbestimmten Schwelle und setzt einen Pixelwert über dem vorbestimmten Schwellenwert in eine binäre 1 um, während die übrigen Pixelwerte in eine binäre 0 umgesetzt werden. Danach wird entschieden, daß das optische Element 9 fehlerhaft ist, wenn die Gesamtsumme der Pixel mit dem Binärwert 1 einen vor­ bestimmten Diskriminations-Referenzwert übersteigt.

Steuerprozeß

Dann wird zur Entscheidung, ob das optische Element 9 fehlerfrei oder fehlerhaft ist, ein Steuerprozeß in dem Bildprozessor 6 ausgeführt. Dieser wird im folgenden an Hand des in Fig. 12 gezeigten Flußdiagramms erläutert. Vor dem Start des Steuerprozesses wird die folgende Betriebsbedingung eingestellt. Der Schieber 7b des Gleittisches 7 wird auf das rechte Ende der Gleitschiene 7a (Fig. 1) gesetzt, und das zu prüfende optische Element 9 wird mit Abstand zur optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 angeordnet, wie in Fig. 11A gezeigt.

Der in Fig. 12 gezeigte Steuerprozeß wird durch Betätigen einer Starttaste (nicht dargestellt) für den Bildprozessor 6 gestartet. Dann startet in Schritt S01 der Bild­ prozessor 6 die Ausgabe eines Treibersignals an den Antriebsmotor 7e des Gleit­ tisches 7, so daß das optische Element 9 mit fester Geschwindigkeit bewegt wird.

Dann gibt der Bildprozessor 6 in Schritt S02 Bilddaten äquivalent einer Abta­ stausgabe aus dem Liniensensor 5 ein und schreibt sie in den Bildspeicher 6a.

In Schritt S03 prüft der Bildprozessor 6, ob Bilddaten des gesamten zu prüfenden optischen Elements 9 in dem Bildspeicher 6a durch Einschreiben in Schritt S02 enthalten sind. Ist dies noch nicht der Fall, so kehrt das Verfahren zu Schritt S02 zurück. Dann gibt der Bildprozessor 6 wiederum Bilddaten aus dem Liniensensor 5 zur nächsten Abbildung ein.

Sind die gesamten Bilddaten des zu prüfenden optischen Elements 9 gespeichert, so wird dieses stillgesetzt, und die Bilddaten werden in Schritt S04 insgesamt in eine Binärdarstellung umgesetzt. Der Bildprozessor 6 vergleicht dabei die Helligkeit aller Pixel der in dem Bildspeicher 6a enthaltenen Bilddaten mit einem vorbestimmten Schwellenwert, und der Wert der Pixel mit einer Helligkeit über dem vorbestimmten Schwellenwert wird in eine binäre 1, der Wert der Pixel mit einer Helligkeit unter dem vorbestimmten Schwellenwert in eine binäre 0 um­ gesetzt.

In Schritt S05 zählt der Bildprozessor 6 die Gesamtsumme der Pixel mit dem Bi­ närwert 1 im Bildspeicher 6a und prüft dann, ob die Zahl der Pixel mit dem Binär­ wert 1 einen vorbestimmten Diskriminations-Referenzwert überschreitet. Trifft dies zu, so wird in Schritt S06 entschieden, daß das optische Element fehlerhaft ist, und dieses Ergebnis wird mit einem Sichtgerät, akustisch usw. signalisiert. Ist die Zahl der Pixel mit dem Binärwert 1 geringer als der vorbestimmte Diskriminations- Referenzwert, so wird in Schritt S06 entschieden, daß das optische Element 9 fehlerfrei ist, und dieses Ergebnis wird mit einem Sichtgerät, akustisch usw. si­ gnalisiert. Dann beendet der Bildprozessor 6 den Steuerprozeß.

Anstelle der Entscheidung in Schritt S05 kann auch eine Entscheidung getroffen werden, ob der Durchmesser eines Bereichs mit einer Pixelgruppe des Binärwerts 1 größer als ein vorbestimmter Wert ist. Ferner kann entschieden werden, ob die Gesamtsumme der Helligkeitswerte eines Bildes über einem vorbestimmten Wert liegt, dies jedoch vor der Binärumsetzung des Bereichs in oben beschriebener Weise.

Arbeitsweise der ersten Prüfeinrichtung

In der Prüfeinrichtung kann Licht ein zu prüfendes optisches Element 9 durch­ leuchten und trifft dann auf die Abbildungsoptik 4 sowie auf die Pixelreihe des Liniensensors 5. Dieses Licht wird jedoch auf der Diffusionsplatte 2 normaler­ weise mit der Abschirmplatte 8 abgeschirmt. Liegen optische Defekte des opti­ schen Elements 9 nicht in dem Bildprüfungsbereich des Liniensensors 5, so gibt dieser insgesamt dunkle Bilddaten ab.

Wenn aber ein optischer Defekt des optischen Elements 9 in dem Bildprüfungsbe­ reich des Liniensensors 5 liegt, so wird das auf den Bereich treffende Licht, das außerhalb der Lichtabschirmplatte 8 auftritt, durch den optischen Defekt gestreut, und ein Teil dieses Streulichts fällt auf die Abbildungsoptik 4. Dadurch enthalten die Bilddaten des Liniensensors 5 ein helles Bild des optischen Defekts auf dunklem Hintergrund.

Bei der vorstehend beschriebenen Prüfeinrichtung wird zur Bildaufnahme ein Li­ niensensor verwendet. Dadurch ist es möglich, die Auflösung (die Gesamtsumme der Pixel einer Pixelreihe) ohne Vergrößern des Liniensensors 5 zu erhöhen. Im Gegensatz zu einem Flächensensor bleibt die Breite des Liniensensors 5 quer zur Pixelreihe unverändert, auch wenn die Pixelanzahl zur besseren Auflösung erhöht wird. Daher ist es möglich, den Einfallswinkel des Lichts im Abbildungsbereich des zu prüfenden optischen Elements 9, das an der Lichtabschirmplatte 8 vorbei­ geleitet wird, klein zu halten. Dadurch fällt das Streulicht auch dann auf die Abbil­ dungsoptik 4, wenn nur geringe Streuung auftritt. Die Erfassungsempfindlichkeit für optische Fehler ist also höher als bei einem Flächensensor.

Insgesamt wird die Anzahl der Pixel mit einer Helligkeit über dem vorbestimmten Diskriminations-Referenzwert in den Bilddaten des Liniensensors 5 gemessen und dann mit dem vorbestimmten Diskriminations-Referenzwert verglichen. Ab­ hängig von dem Ergebnis wird objektiv entschieden, ob das optische Element 9 fehlerfrei oder fehlerhaft ist.

Abänderung der ersten Prüfeinrichtung

Diese Abänderung besteht darin, daß der Bildprozessor 6 keinen Bildspeicher 6a hat und der Steuerprozeß gemäß Fig. 13 durchgeführt wird. In diesem Steuerpro­ zeß wird die Binärumsetzung und Diskrimination direkt auf die Bilddaten für jede von dem Liniensensor 5 ausgegebene Datenzeile angewendet.

Der in Fig. 13 gezeigte Steuerprozeß startet mit Betätigen einer Starttaste (nicht dargestellt) des Bildprozessors 6. Es werden dieselben Anfangsbedingungen wie bei dem in Fig. 12 gezeigten Prozeß eingestellt. Nach dem Start beginnt der Bild­ prozessor 6 in Schritt S11 die Ausgabe eines Treibersignals für den Antriebsmo­ tor 7e des Gleittisches 7, so daß das zu prüfende optische Element 9 mit fester Geschwindigkeit bewegt wird.

Dann führt der Bildprozessor 6 eine Schleife mit den Schritten S12 bis S16 aus. In dem ersten Schritt S12 dieser Schleife gibt der Bildprozessor 6 Bilddaten einer Abtastung des Liniensensors 5 ein.

Im nächsten Schritt S13 führt der Bildprozessor 6 eine Binärumsetzung mit den Bilddaten einer Abtastung durch, die in Schritt S12 eingegeben wurden. Der Bild­ prozessor 6 vergleicht die Helligkeit der Bilddaten einer Abtastung mit einem vor­ bestimmten Schwellenwert und setzt diejenigen Bilddaten mit einer Helligkeit über dem vorbestimmten Schwellenwert in den Binärwert 1 um, während die Bilddaten mit einer Helligkeit gleich oder geringer als der vorbestimmte Schwellenwert in den Binärwert 0 umgesetzt werden. Dadurch werden die Bilddaten in ein Rechtecksignal umgesetzt. In Schritt S14 mißt der Bildprozessor 6 die Breite T (die Länge des Teils mit dem Binärwert 1) des in Schritt S13 umgesetzten Recht­ ecksignals.

Im nächsten Schritt S15 prüft der Bildprozessor 6, ob die Breite T aus Schritt S14 größer als ein vorbestimmter Diskriminations-Referenzwert ist. Ist sie kleiner als dieser Referenzwert, so trifft der Bildprozessor 6 die Entscheidung in Schritt S16.

Hier wird geprüft, ob für das gesamte zu prüfende optische Element 9 die Bildda­ ten vollständig eingegeben wurden. Ist dies noch nicht der Fall, so kehrt der Bild­ prozessor 6 zu Schritt S12 zurück und gibt dann Bilddaten aus dem Liniensensor 5 für die nächste Abbildung ein.

Die vorstehende Schleife wird wiederholt. Ergibt sich dann in Schritt S15, daß die Breite T aus Schritt S14 den vorbestimmten Diskriminations-Referenzwert über­ schreitet, so entscheidet der Bildprozessor 6 in Schritt S18, daß das zu prüfende optische Element 9 einen Fehler enthält und gibt dieses Ergebnis an ein Sichtge­ rät, eine Akustikanzeige usw. In diesem Fall wird die nachfolgende Eingabe von Bilddaten unterbrochen, und der Bildprozessor 6 beendet zu diesem Leitpunkt den Steuerprozeß.

Ergibt sich statt dessen in Schritt S16, daß die gesamten Bilddaten für das ganze zu prüfende optische Element 9 eingegeben sind, ohne zu entscheiden, daß die Breite T den vorbestimmten Diskriminations-Referenzwert übersteigt, so ent­ scheidet der Bildprozessor in Schritt S17, daß das zu prüfende optische Element 9 fehlerfrei ist und gibt dann dieses Ergebnis an ein Sichtgerät, eine Akustikan­ zeige usw. Dann beendet der Bildprozessor 6 den Steuerprozeß.

Der übrige Aufbau dieser abgeänderten Prüfeinrichtung stimmt mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein, weshalb weitere Einzelheiten nicht erläutert werden müssen.

Zweite Prüfeinrichtung

Hier handelt es sich um eine Prüfeinrichtung, die für kreisrunde Linsen mit einer Brechkraftverteilung um die optische Achse geeignet ist.

Aus den folgenden Gründen ist eine Prüfeinrichtung bereits beschriebener Art für ein optisches Element dieser Art nicht geeignet.

Fig. 27A bis 27C zeigen jeweils den Zustand von der Bildaufnahmevorrichtung 3 aus, wenn ein optisches Element wie z. B. eine konkave Linse 24a an dem Gleit­ tisch 7 befestigt und mit diesem verschoben wird. Wird die konkave Linse 24a von rechts nach links relativ zu der Abschirmplatte 8 verschoben, so nehmen beide die in Fig. 27A bis 27C gezeigten Positionen ein.

Ähnlich zeigen Fig. 28A bis 28C den von der Bildaufnahmevorrichtung 3 aus sichtbaren Zustand, wenn eine konvexe Linse 24b an dem Gleittisch 7 der oben beschriebenen Prüfeinrichtung befestigt und mit diesem verschoben wird. Bei ei­ ner Verschiebung von rechts nach links relativ zur Abschirmplatte 8 nehmen beide die in Fig. 28A bis 28C gezeigten Positionen ein.

Ist die optische Achse des jeweils zu prüfenden optischen Elements 24a bzw. 24b gegenüber der Mitte der Abschirmplatte 8 versetzt, so wird die durch das optische Element 24a bzw. 24b zu betrachtende Abschirmplatte in einer gegenüber der ak­ tuellen Position verschobenen Position sichtbar wie in Fig. 27A und 27C sowie in Fig. 28A und 28C mit durchgezogenen vertikalen Linien gezeigt. Auch wenn diese optischen Elemente 24a und 24b keinen optischen Fehler haben, fällt Streulicht außerhalb der Abschirmplatte 8 auf die Abbildungsoptik 4. Deshalb gibt der Lini­ ensensor 5 Bilddaten für helle Bildpunkte ab. Das von einem optischen Fehler abgeleitete helle Bild wird nicht so leicht aufgelöst, und deshalb kann ein Teil oh­ ne optischen Fehler als fehlerbehaftet angesehen werden.

Deshalb wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, um die optische Achse des zu prüfenden optischen Elements 24 immer auf der Mitte der Abschirmplatte 8 zu halten, das optische Element 24 um seine optische Achse gedreht.

Aufbau der zweiten Prüfeinrichtung

Fig. 14 zeigt in einer Seitenansicht schematisch die Prüfeinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Mit der ersten Prüfeinrichtung gleichartige Teile haben übereinstimmende Bezugszeichen.

Wie Fig. 14 zeigt, enthält die Prüfeinrichtung eine Lampe 1, eine Diffusionsplatte 2 und eine Bildaufnahmevorrichtung 3, die auf der optischen Achse I angeordnet sind.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel gibt ein Bildprozessor 21 ein Steuersi­ gnal an einen Antriebsmotor 28 zum Drehen des zu prüfenden optischen Ele­ ments 24 synchron mit der Bilddatenausgabe des Liniensensors 5. Der Bildpro­ zessor 21 enthält einen ersten Bildspeicher 21a und einen zweiten Bildspeicher 21b für die Bilddaten.

Der Antriebsmotor 28 hat ein Antriebszahnrad 27. Dieses greift in eine Ringzah­ nung 26 am Umfang eines ringförmigen Halters 25 ein, der auf der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 zentriert ist. Der Halter 25 hält den Umfang des zu prüfenden optischen Elements 24, das eine kreisrunde Linse ist. Die Mitte des optischen Elements 24 bzw. seine optische Achse fällt mit der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 zusammen.

Wenn das genannte Steuersignal von dem Bildprozessor 21 ausgegeben wird, dreht sich der Antriebsmotor 28 entsprechend. Somit wird der Halter 25 über die Zahnräder 27 und 26 gedreht, so daß das zu prüfende optische Element 24 in dem Halter 25 mit fester Drehzahl in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 gedreht wird. Der Antriebsmotor 28, die Zahnräder 27 und 26 und der Halter 25 bilden eine Dreheinheit für das optische Element 24 auf der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4.

Wie Fig. 15A zeigt, wird das zu prüfende optische Element 24, von der Bildauf­ nahmevorrichtung 3 her gesehen, im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Fig. 15A zeigt die Draufsicht des optischen Elements 24, von der Bildaufnahmevorrichtung 3 her gesehen.

Die Diffusionsplatte 20 befindet sich zwischen der Lampe 1 und dem optischen Element 24. Wie Fig. 15A zeigt, hat sie eine Scheibenform, und ihr Durchmesser ist größer als derjenige des optischen Elements 24. Ihre Oberfläche ist aufge­ rauht. Somit nimmt die Diffusionsplatte 20 das Licht der Lampe 1 an ihrer gesam­ ten Rückseite auf und streut es. Die Diffusionsplatte 20 ist an einem (nicht dar­ gestellten) Rahmen der Prüfeinrichtung so montiert, daß sie quer zur optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 zentriert ist.

Diskriminieren eines optischen Fehlers

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Abbildungsverfahren (Ladungsspeicherung und Abtastung) mit dem Liniensensor 5 für jeweils eine Drehung des optischen Elements 24 über eine Winkeleinheit synchron mit der Drehung durch den Antriebsmotor 28 durchgeführt. Bei jeder Abbildung mit dem Liniensensor 5 werden Bilddaten der in Fig. 15B gezeigten Art in den Bildprozes­ sor 21 eingegeben und in den ersten Bildspeicher 21a eingeschrieben.

Fig. 16A bis Fig. 16E und Fig. 17A bis 17E zeigen den Zusammenhang relativer Positionen der Abschirmplatte 8, eines Bildprüfungsbereichs (strichpunktiert) des Liniensensor 5 und des zu prüfenden optischen Elements 24 sowie der in den er­ sten Speicher 21a eingeschriebenen Bilddaten. Fig. 16A und 17A zeigen den Anfangszustand (Bildpunkte an der Umfangskante des optischen Elements 24 sind zu diesem Zeitpunkt A und B). Fig. 16B und 17B zeigen den Zustand nach Drehung des optischen Elements 24 über einen Winkel von 45° im Gegenuhrzei­ gersinn. Fig. 16C und 17C zeigen den Zustand nach einer Drehung über 90° im Gegenuhrzeigersinn. Fig. 16D und 17D zeigen den Zustand nach einer Drehung über 135° im Gegenuhrzeigersinn. Fig. 16E und 17E zeigen den Zustand nach einer Drehung über 180° im Gegenuhrzeigersinn. Jede dieser Figuren zeigt, daß bei einer schrittweisen Drehung des zu prüfenden optischen Elements 24 Bildda­ ten aus dem Liniensensor 5 für jeden Abtastvorgang in jede Zeile des ersten Bild­ speichers 21a nacheinander ausgehend von der Kopfzeile eingeschrieben wer­ den.

Zu dem in Fig. 16E und 17E gezeigten Zeitpunkt zeigt die Ordinate der in den ersten Bildspeicher 21a eingeschriebenen Bilddaten den Drehwinkel des opti­ schen Elements 24 ausgehend von einem Durchmesser zwischen den Punkten A und B. Andererseits zeigt die Abszisse der Bilddaten den Abstand von der Mitte (optische Achse) O des optischen Elements 24 in Richtung seines Durchmessers. Das Koordinatensystem der in den ersten Bildspeicher 21a eingeschriebenen Bilddaten ist ein polares Koordinatensystem. Darin ist der Fehlerbereich um so größer, je näher der Fehler an der Mitte O des optischen Elements 24 liegt. Andererseits ist der Fehlerbereich um so kleiner, je näher der Fehler der Außen­ kante liegt. Deshalb kann nur auf der Basis der in den ersten Bildspeicher 21a eingeschriebenen Bilddaten nicht entschieden werden, ob das optische Element 24 fehlerfrei ist. Deshalb setzt der Bildprozessor 21 die Bilddaten des polaren Koordinatensystems im ersten Bildspeicher 21a in Bilddaten eines rechtwinkligen Koordinatensystems um und schreibt die umgesetzten Bilddaten in den zweiten Bildspeicher 21b.

Fig. 18 zeigt ein Koordinatentransformationsverfahren von dem beschriebenen polaren zu einem rechtwinkligen Koordinatensystem. Ferner zeigt Fig. 18 den Zusammenhang eines lokalen Koordinatensystem auf der Oberfläche des opti­ schen Elements 24 und eines absoluten Koordinatensystems, bei dem die Pixel­ richtung des Liniensensors 5 die Ordinate ist. In Fig. 18 liegt die optische Achse im Ursprung des auf der Oberfläche des optischen Elements 24 definierten loka­ len Koordinatensystems. Eine die Punkte A und B der Außenkante des optischen Elements 24 verbindende Linie ist die Y-Achse. Ferner ist die dazu senkrechte Linie durch den Ursprung die X-Achse. Da andererseits der Wert eines jeden Punkte auf der Ordinate des absoluten Koordinatensystems einer Abtastsequenz eines jeden Pixels des Liniensensors 5 entspricht, hat ein Punkt n den Wert 0 bis n-1, wenn die Auflösung (Pixelanzahl) des Liniensensors n ist. An dem Punkt n/2 schneidet die Ordinate des absoluten Koordinatensystems den Ursprung des lokalen Koordinatensystems.

Wird das optische Element 24 gedreht, so dreht das lokale Koordinatensystem um den Ursprung im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Ordinate des absoluten Ko­ ordinatensystems. Zu diesem Zeitpunkt ist unter der Annahme, daß die Anzahl der Bildaufnahmen ausgehend vom Startpunkt (Anzahl der Abtastungen) k ist und der Drehwinkel des optischen Elements 24 für einen Zyklus (eine Abtastung) θ ist, die polare Koordinate des Pixels m (0 ≦ m ≦ n/2) des Liniensensors 5 im loka­ len Koordinatensystem der Punkt P (n/2-m, kθ), während die polare Koordinate des Pixels m' (n/2 < m' ≦ n-1) des Liniensensors 5 im lokalen Koordinatensystem der Punkt P' (m'-n/2, π+kθ) ist.

Werden diese polaren Koordinaten P und P' in dem rechtwinkligen Koordinaten­ system ausgedrückt, so sind die Koordinaten P(Px,Py), P'(Px,Py'), wobei diese Koordinaten durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt sind:

Px = (n/2-m)sin kθ (1)
Py = (n/2-m)cos kθ (2)
Px = (m1-n/2)sin(π+kθ) = -(m'-n/2)sin kθ (3)
Py' = (m'-n/2)cos(π+kθ) = -(m'-n/2)cos kθ (4).

Unter Anwendung dieser Gleichungen (1) bis (4) kann das polare Koordinaten­ system in das rechtwinklige Koordinatensystem übertragen werden.

Wie Fig. 19A zeigt, ist die Anzahl n der Pixel des Liniensensors 5 (Auflösung) 2048. Zusätzlich werden 2048 Abbildungen ausgeführt, während das optische Element 24 eine halbe Umdrehung über 180° ausführt, d. h. θ = 180/2048. In die­ sem Fall wendet der Bildprozessor 21 die vorstehenden Gleichungen (1) und (2) auf die Pixel der Spalten 0 bis 1024 des ersten Bildspeichers 21a und die Glei­ chungen (3) und (4) auf die Pixel der Spalten 1025 bis 2047 an. Der Ursprung (0, 0) des zweiten Bildspeichers 21b ist jedoch oben links angeordnet; deshalb ist eine Korrektur zum Verschieben des Ursprungs erforderlich. Der zweite Bildspei­ cher 21b hat 2048 × 2048 Pixel. Deshalb muß der Bildprozessor 21 eine Korrektur durch gerades Addieren von 1024 zu einem X-Wert aus den vorstehenden Glei­ chungen (1) und (3) und durch gerades Addieren von 1024 zu einem Y-Wert aus den Gleichungen (2) und (4) nach Umkehren der Polarität des Y-Wertes vor­ nehmen.

Der Bildprozessor 21 führt also die folgenden Gleichungen (1') und (2') für die Pi­ xel der Zeile k und der Spalte m (m = 0 bis 1024) des ersten Bildspeichers 21a gemäß Fig. 19A durch.

Px = 1024+(1024-m)sin kθ (1')
Py = 1024-(1024-m)cos kθ (2').

Ausgehend von den so erhaltenen Werten Px und Py wird das in Fig. 19B ge­ zeigte Pixel der Zeile Py und der Spalte Px des zweiten Bildspeichers 21b als ein Pixel nach der Transformation spezifiziert. Dann werden die Daten des Pixels der Zeile k und der Spalte m des ersten Bildspeichers 21a in das Pixel der Zeile Py und der Spalte Px des zweiten Bildspeichers 21b übertragen.

Andererseits führt der Bildprozessor 21 die folgenden Gleichungen (3') und (4') für das Pixel der Zeile k und der Spalte m' (m' = 1025 bis 2047) des ersten Bild­ speichers 21a in Fig. 19A aus:

Px' = 1024-(m'-1024)sin kθ (3')
Py' = 1024+(m'-1024)cos kθ (4').

Mit den so erhaltenen Werten Px' und Py' wird das Pixel der Zeile Py' der Spalte Px' des zweiten Bildspeichers 21b nach Fig. 19B als ein Pixel nach der Umset­ zung spezifiziert. Dann werden die Daten des Pixels der Zeile k und der Spalte m des ersten Bildspeichers 21a in das Pixel der Zeile Px' und der Spalte Py' des zweiten Bildspeichers 21b eingeschrieben und übertragen.

In oben beschriebener Weise werden die Bilddaten geschrieben und übertragen, und dann sind die Bilddaten im zweiten Bildspeicher 21b äquivalent den Bildda­ ten, die durch Aufnehmen des Bildes des zu prüfenden optischen Elements 24 mit einem Flächensensor entstehen äquivalent. Somit hat ein Fehlerbereich der Bild­ daten eine proportionale Beziehung mit dem aktuellen Fehlerbereich unabhängig von der Position des optischen Fehlers. Der Bildprozessor 21 entscheidet, ob das zu prüfende optische Element 24 fehlerfrei oder fehlerhaft ist, mit den Bilddaten im zweiten Bildspeicher 21b. Der Bildprozessor 21 vergleicht die Helligkeit eines jeden Pixels der Bilddaten im zweiten Bildspeicher 21b mit einem vorbestimmten Schwellenwert und führt dann eine Binärumsetzung durch, indem ein Pixelwert mit einer Helligkeit größer als der vorbestimmte Schwellenwert als 1 und ein davon abweichender Pixelwert als 0 gesetzt wird. Nach der Binärumsetzung entscheidet der Bildprozessor 21, daß das optische Element 24 fehlerhaft ist, wenn die Gesamtsumme der Pixel mit dem Binärwert 1 einen Diskriminations-Referenzwert überschreitet.

Steuerprozeß

Um zu entscheiden, ob das optische Element 24 einen Fehler enthält, führt der Bildprozessor 21 einen Steuerprozeß aus, der im folgenden an Hand des in Fig. 20 gezeigten Flußdiagramms erläutert wird.

Der in Fig. 20 gezeigte Steuerprozeß wird wie der in Fig. 12 gezeigte Steuerpro­ zeß ausgeführt, hat aber die folgenden Unterschiede. Speziell wird im ersten Schritt S21 nach dem Start ein Treibersignal an den Antriebsmotor 28 abgegeben und das zu prüfende optische Element 24 mit fester Drehzahl gedreht, und ferner wird in Schritt S24 eine Koordinatentransformation für die Bilddaten des polaren Koordinatensystems im ersten Bildspeicher 21a unter Anwendung der vorstehen­ den Gleichungen (1') bis (4') durchgeführt, und die auf das rechtwinklige Koordi­ natensystem übertragenen Bilddaten werden in den zweiten Bildspeicher 21b eingeschrieben.

Arbeitsweise der zweiten Prüfeinrichtung

Bei dieser Prüfeinrichtung kann eine Linse mit einer bezüglich der optischen Achse zentrierten Brechkraftverteilung als optisches Element 24 geprüft werden, dessen optische Achse mit der optischen Achse der Abbildungsoptik 4 überein­ stimmt. Außerdem wird das optische Element 24 um die optische Achse gedreht. Betrachtet von der Bildaufnahmevorrichtung 3 her, behält die Abschirmplatte 8, die durch das optische Element 24 hindurch betrachtet wird, ihre Position auf der optischen Achse des optischen Elements 24, auch wenn dieses gedreht wird. Hat das optische Element 24 keinen optischen Fehler, so wird mit dem Liniensensor 5 immer ein dunkles Bild aufgenommen. Enthält es jedoch einen optischen Fehler, so werden die Bilddaten des Liniensensors 5 entsprechend dem Grad des Feh­ lers hell.

Die in einem polaren Koordinatensystem angegebenen Daten des Liniensensors 5 werden in Daten des rechtwinkligen Koordinatensystems umgesetzt und dann wird die Zahl der Pixel festgestellt, deren Helligkeit über dem vorbestimmten Dis­ kriminations-Referenzwert liegt. Ferner wird die so festgestellte Pixelanzahl mit dem vorbestimmten Diskriminations-Referenzwert verglichen und abhängig davon objektiv entschieden, ob das zu prüfende optische Element 24 fehlerfrei oder fehlerhaft ist.

Die Erfassung eines optischen Fehlers durch Anwendung des beschriebenen Streulichts ist einwandfrei, auch wenn die auf den Bildprüfungsbereich des opti­ schen Elements 24 fallenden Lichtstrahlen nur eine Richtung haben. Somit kann anstelle der oben beschriebenen Abschirmplatte 8 eine Abschirmplatte 8a mit Halbkreisform verwendet werden, wie sie in Fig. 22 gezeigt ist.

Ferner ändert sich die Brechkraft des zu prüfenden optischen Elements 24 ab­ hängig von der Umfangsrichtung, wenn es sich um eine zylindrische Komponente (anamorphe Linse, zylindrische Linse usw.) handelt. Von der Bildaufnahmevor­ richtung 3 her gesehen, ist die Abschirmplatte 8 bei Betrachtung durch das ge­ drehte optische Element 24 hindurch verzerrt, wie in Fig. 23 und 24 gezeigt. In diesem Fall kann eine Abschirmplatte 8b nach Fig. 25 verwendet werden, auch wenn eine solche Verzerrung auftritt, um Licht abzuschirmen, das durch das opti­ sche Element 24 hindurch auf die Abbildungsoptik 4 fällt. Die Abschirmplatte 8b hat eine Form, die ausgehend von der optischen Achse zur Außenkante hin brei­ ter wird. Wird eine solche Abschirmplatte 8b verwendet, so kann die Erfassungs­ genauigkeit im Bereich der optischen Achse I erhöht werden, und die falsche Ein­ ordnung eines normalen Teils als Fehlerteil im Bereich der Umfangskante wird verhindert. In diesem Fall kann anstelle der Abschirmplatte 8b eine Abschirmplat­ te 8c mit Halbkreisform verwendet werden, wie sie in Fig. 26 gezeigt ist.

Abänderung der zweiten Prüfeinrichtung

Bei dieser Prüfeinrichtung hat der Bildprozessor 21 keine Bildspeicher 21a und 21b, und der Steuerprozeß des Bildprozessors 21 wird gemäß dem in Fig. 21 gezeigten Flußdiagramm ausgeführt. Dieser Steuerprozeß stimmt mit dem in Fig. 13 gezeigten bis auf die folgenden Unterschiede überein. Speziell die Binärum­ setzung und die Diskrimination werden direkt mit den Bilddaten einer Zeile des Liniensensors 5 ausgeführt. In dem ersten Schritt S31 nach dem Start wird das Treibersignal an den Antriebsmotor 28 abgegeben, und das zu prüfende optische Element 24 wird mit fester Drehzahl gedreht. Ferner wird in Schritt S32-1 das polare Koordinatensystem in ein rechtwinkliges Koordinatensystem umgesetzt.

Dritte Prüfeinrichtung

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht in einer Prüfeinrichtung, die zum Prüfen einer kreisrunden Linse mit bezüglich der optischen Achse zentrisch verteilter Brechkraft geeignet ist.

Bei dieser Prüfeinrichtung erzeugt der Liniensensor 5 das Bild eines Bildprü­ fungsbereichs für das gesamte optische Element 24 in Durchmesserrichtung zu einem Zeitpunkt. Hierbei erzeugt der Liniensensor 5 jedoch zu einem Zeitpunkt ein Bild eines Bildprüfungsbereichs von der Mitte des optischen Elements 24 zur Außenkante hin. Der Grund besteht darin, daß durch Anwenden eines schmalen, gleichmäßigen Beleuchtungsbereichs die Auflösung bei einem Liniensensor 5 mit derselben Pixelanzahl besser ist. Außerdem ist der Prozeß mit derselben numeri­ schen Berechnung der Koordinatentransformation vereinfacht.

Aufbau der dritten Prüfeinrichtung

Fig. 29 zeigt in einer Seitenansicht schematisch den Aufbau des dritten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung. Mit dem ersten und dem zweiten Ausführungsbei­ spiel gleichartige Komponenten haben übereinstimmende Bezugszeichen.

Wie Fig. 29 zeigt, enthält die Prüfeinrichtung eine Lampe 1, eine Diffusionsplatte 20 und eine Bildaufnahmevorrichtung 3 auf einer gemeinsamen optischen Achse I.

Wie Fig. 29 und 30 zeigen, ist die Mitte O, also die optische Achse des zu prü­ fenden optischen Elements 24, mit dem Halter 25 gegenüber der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 parallel versetzt. Die optische Achse I der Abbildungsoptik 4 läuft durch einen Punkt zwischen der Mitte O und der Außenkante des opti­ schen Elements 24. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden der Antriebsmotor 28, die beiden Zahnräder 27 und 26 und der Halter 25 eine Dreheinheit zum Drehen des optischen Elements 24 um eine Drehachse, die gegenüber der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 versetzt ist. Die Vergrößerung (d. h. die Position der Bildaufnahmevorrichtung 3 und die Position der Abbildungsoptik 4 relativ zum Li­ niensensor 5) der Abbildungsoptik 4 ist so eingestellt, daß das Bild des Bereichs von der Mitte O zur Außenkante der Oberfläche des zu prüfenden optischen Ele­ ments 24 auf der Abbildungsfläche (Ebene) des Liniensensors 5 abgebildet wird.

Diskriminieren eines optischen Fehlers

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird der Abbildungsprozeß (Ladungsspeicherung und Abtastung) durch den Liniensensor 5 jeweils bei Dre­ hung des optischen Elements 24 über eine Winkeleinheit synchron mit der Dre­ hung des optischen Elements 24 mit dem Antriebsmotor 28 ausgeführt. Dann werden Bilddaten der in Fig. 31 gezeigten Art jeweils mit einer Aufnahme durch den Liniensensor 5 in den Bildprozessor 22 eingegeben und in einen ersten Bildspeicher 22a eingeschrieben.

Fig. 32A bis 32E und Fig. 33A bis 33E zeigen den Zusammenhang relativer Posi­ tionen der Abschirmplatte 8, eines Bildprüfungsbereichs (strichpunktiert) des Li­ niensensors 5 und des zu prüfenden optischen Elements 24 sowie der in den er­ sten Bildspeicher 22a eingeschriebenen Bilddaten. Fig. 32A und 33A zeigen den Anfangszustand (ein Punkt im Abbildungsbereich der Umfangskante des zu prü­ fenden optischen Elements 24 zu diesem Zeitpunkt ist B, ein Punkt an der Außenkante, der zu dem Punkt B um 180° versetzt ist, ist der Punkt A). Fig. 32B und 33B zeigen das optische Element 24 nach einer Drehung über 90° im Uhrzei­ gersinn. Fig. 32C und 33C zeigen das optische Element 24 nach einer Drehung über 180° im Uhrzeigersinn. Fig. 32D und 33D zeigen das optische Element 24 nach einer Drehung über 270° im Gegenuhrzeigersinn. Fig. 32E und 33E zeigen den Endzustand nach einer Drehung über 360° im Gegenuhrzeigersinn. Wie in jeder dieser Figuren gezeigt, werden die Bilddaten aus dem Liniensensor 5 für je­ de Abtastung bei schrittweiser Drehung des optischen Elements 24 in jede Zeile des ersten Bildspeichers 22a ausgehend von dessen Kopfzeile nacheinander eingeschrieben.

Zu dem in Fig. 32E und 33E gezeigten Zeitpunkt zeigt die Ordinate der in den ersten Bildspeicher 21a eingeschriebenen Bilddaten einen Drehwinkel des opti­ schen Elements 24 für einen die Mitte (optische Achse) O und den Punkt B ver­ bindenden Radius, und die Abszisse zeigt den Abstand von der Mitte O in Rich­ tung des Radius. Das Koordinatensystem für die in den ersten Bildspeicher 22a eingeschriebenen Daten ist also ein polares Koordinatensystem. Der Bildprozes­ sor 22 setzt daher die Bilddaten des polaren Koordinatensystems im ersten Bild­ speicher 22a in Bilddaten eines rechtwinkligen Koordinatensystems um und schreibt die umgesetzten Bilddaten dann in den zweiten Bildspeicher 22b.

Fig. 34 zeigt das Koordinatentransformationsverfahren, das dem in Fig. 18 ge­ zeigten Verfahren ähnlich ist.

Fig. 34 zeigt den Zusammenhang eines lokalen Koordinatensystems auf der Oberfläche des optischen Elements 24 und eines absoluten Koordinatensystems, bei dem die Pixelausrichtung des Liniensensors 5 die Ordinate ist. In Fig. 34 liegt in dem lokalen Koordinatensystem auf der Oberfläche des optischen Elements 24 die optische Achse O im Ursprung 0, und die Linie zwischen den Punkten A und B an den Außenkanten des optischen Elements 24 ist die Y-Achse. Ferner ist in dem lokalen Koordinatensystem die Linie senkrecht zu der Y-Achse durch den Ursprung 0 die X-Achse. Da andererseits der Wert eines jeden Punktes auf der Ordinate des absoluten Koordinatensystems einer Abtastfolge eines jeden Pixels des Liniensensors 5 entspricht, hat ein Punkt n den Wert O bis (n-1), wenn die Auflösung (Pixelanzahl) des Liniensensors n ist.

Wird das zu prüfende optische Element 24 gedreht, so dreht das lokale Koordina­ tensystem um den Ursprung 0 im Gegenuhrzeigersinn. Zu diesem Zeitpunkt ist die polare Koordinate des Pixels m des Liniensensors 5 im lokalen Koordinaten­ system der Punkt P(m,kθ), wenn die Zahl der Aufnahmen nach dem Abbil­ dungsstart (Zahl der Abtastungen) k und der Drehwinkel des optischen Elements 24 für einen Zyklus (eine Abtastung) der Aufnahme θ ist. Damit gilt für das rechtwinklige Koordinatensystem

Px = m sin kθ (5)
Py = m cos kθ (6).

Unter Anwendung der Gleichungen (5) und (6) kann das polare Koordinatensy­ stem in das rechtwinklige Koordinatensystem umgesetzt werden.

Wie Fig. 35A zeigt, hat der Liniensensor 5 eine Pixelanzahl n (Auflösung) von 2048, und wenn bei einer Umdrehung des optischen Elements 24 über 360° 8192 Aufnahmen erzeugt werden, so ist θ = 360/8192. Der Ursprung (0,0) des zweiten Bildspeichers 22b ist aber oben links angeordnet, weshalb eine Korrektur der Verschiebung der Position des Ursprungs erforderlich wird. Der zweite Bildspei­ cher 22b hat 4096 × 4096 Pixel. Deshalb muß der Bildprozessor 22 eine Korrektur durch gerades Addieren von 2048 zu einem X-Wert aus der vorstehenden Glei­ chung (5) und durch gerades Addieren von 2048 zu einem Y-Wert aus der obigen Gleichung (6) nach Umkehren der Polarität des Y-Koordinatenwertes durchführen.

Der Bildprozessor 22 führt also die folgenden Gleichungen (5') und (6') für das Pi­ xel in der Zeile k und der Spalte m des ersten Bildspeichers 22a in Fig. 35A aus.

Px = 2048+m sin kθ (5')
Py = 2048-m cos kθ (6').

Mit den so erhaltenen Werten Px und Py wird das Pixel der Zeile Py und der Spalte Px des zweiten Bildspeichers 22b in Fig. 35B als Pixel nach Koordinaten­ transformation bezeichnet. Dann werden die in das Pixel der Zeile k und der Spalte m des ersten Bildspeichers 22a geschriebenen Daten auf das Pixel der Zeile Py und der Spalte Px des zweiten Bildspeichers 22b geschrieben und somit übertragen.

In vorstehend beschriebener Weise werden die Bilddaten geschrieben und über­ tragen, und dann sind die in dem zweiten Bildspeicher 22b enthaltenen Bilddaten äquivalent den Bilddaten, die durch Aufnahme des Bildes des optischen Elements 24 mit einem Flächensensor erhalten werden. Deshalb hat ein Bereich optischer Fehler der Bilddaten eine proportionale Beziehung zu dem tatsächlichen Fehlerbereich unabhängig von der Position des optischen Fehlers. Der Bild­ prozessor 22 entscheidet, ob das optische Element 24 fehlerfrei oder fehlerbe­ haftet ist, aus den Bilddaten im zweiten Bildspeicher 22b.

Steuerprozeß

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird der Steuerprozeß mit dem Bildpro­ zessor 22 gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 20 des zweiten Ausführungsbei­ spiels ausgeführt, um ein fehlerfreies oder ein fehlerhaftes optisches Element 24 festzustellen. In diesem Fall werden jedoch nur die vorstehenden Gleichungen (5') und (6') zur Koordinatentransformation in Schritt S24 des Steuerprozesses verwendet.

Arbeitsweise der dritten Prüfeinrichtung

Bei dieser Prüfeinrichtung wird mit einem Liniensensor 5 derselben Pixelzahl wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die gesamte Länge des Abbildungsbereichs auf dem optischen Element 24 kurz, so daß ein Bild eines Fehlerbereichs vergrößert wird. Bei der Prüfung eines optischen Elements mit einer Brechkraft­ verteilung zentrisch zur optischen Achse ist also eine maximale Auflösung mög­ lich. Ferner ist der Bildbereich schmal, so daß er mit der Lampe 1 leicht beleuch­ tet werden kann und die Diffusionsplatte 20 gleichmäßig beleuchtet wird. Dies trägt zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Erfassung des optischen Fehlers bei. Ferner werden bei der Koordinatentransformation der in dem ersten Bild­ speicher 22a enthaltenen Daten in das rechtwinklige Koordinatensystem die vorstehenden Gleichungen (5') und (6') gemeinsam für alle Pixel angewendet, so daß der Prozeß einfacher ist.

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel kann eine Abschirmplatte 8 der in Fig. 36, 39 und 40 gezeigten Art anstelle der vorstehend beschriebenen Abschirmplatte 8 ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden.

Ferner kann der mit dem Bildprozessor 22 durchzuführende Steuerprozeß ent­ sprechend dem in Fig. 21 gezeigten Flußdiagramm durchgeführt werden.

Vierte Prüfeinrichtung

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind zwei linienförmige Beleuchtungseinhei­ ten 41 anstelle der Lampe 1 des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 14 vor­ gesehen. Der übrige Aufbau und die Arbeitsweise des vierten Ausführungsbei­ spiels stimmt mit dem zweiten Ausführungsbeispiel überein.

Fig. 41 zeigt schematisch in einer Vorderansicht die vierte Prüfeinrichtung. Fig. 42 zeigt den Strahlengang in einer Seitenansicht.

Jede linienförmige Beleuchtungseinheit 41 hat denselben Aufbau wie die Hilfsbe­ leuchtungseinheit 10 mit dem Unterschied, daß eine Linseneigenschaft so vorein­ gestellt ist, daß das Beleuchtungslicht divergiert. Wie Fig. 41 und 42 zeigen, sind die Beleuchtungseinheiten 41 symmetrisch zur optischen Achse I so angeordnet, daß die Verbindungslinien ihrer Lichtaustrittsenden parallel zur Längsrichtung der Abschirmplatte 8 liegen. Außerdem liegt das Lichtaustrittsende einer jeden Be­ leuchtungseinheit 41 schräg zur optischen Achse I, so daß es auf die Längskante der Abschirmplatte 8 ausgerichtet ist. Wie Fig. 43 zeigt, beleuchtet jede Beleuchtungseinheit 41 unabhängig von der anderen einen Teil in Längsrichtung an und neben der Abschirmplatte 8 auf der Diffusionsplatte 20 (dargestellt durch eine strichpunktierte Linie E).

Der restliche Aufbau und die Arbeitsweise des vierten Ausführungsbeispiels stimmen mit dem zweiten Ausführungsbeispiel überein, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt.

Abänderung der vierten Prüfeinrichtung

Bei dieser Abänderung fehlen die Diffusionsplatte 20 und die Abschirmplatte 8, und die linienförmigen Beleuchtungseinheiten 41 sind außerhalb der Randstrah­ len m des Lichtes angeordnet, das normalerweise auf jedes Pixel des Liniensen­ sors 5 fällt.

Fig. 44 zeigt in einer Vorderansicht den Strahlengang in einer derart abgeänder­ ten Prüfeinrichtung. Das Beleuchtungslicht wird außerhalb der Randstrahlen m des Lichtes abgegeben, das normalerweise aus dem Bildprüfungsbereich des optischen Elements 24 auf jedes Pixel des Liniensensors 5 fällt. Wie Fig. 45 zeigt, wird daher ein Bildprüfungsbereich (strichpunktierte Linie E) des Liniensensors 5 in dem optischen Element 24 mit diesen beiden Beleuchtungseinheiten 41 be­ leuchtet.

Bei der vorstehenden abgeänderten Konstruktion fällt das Licht einer jeden linien­ förmigen Beleuchtungseinheit 41 nach Durchgang durch das optische Element 24 nicht auf die Abbildungsoptik 4, wenn kein optischer Fehler vorliegt. Daher sind die Bilddaten des Liniensensors 5 dunkel. Hat dieses jedoch einen optischen Fehler, so wird das Beleuchtungslicht durch diesen Fehler gestreut, und dann fällt ein Teil des Streulichtes auf die Abbildungsoptik 4 und wird auf den Liniensensor 5 konvergiert. Dadurch enthalten die Bilddaten des Liniensensors 5 dann eine hellere Komponente als die Umgebung des optischen Fehlers.

Im übrigen stimmen Aufbau und Arbeitsweise mit der vierten Prüfeinrichtung überein.

Fünfte Prüfeinrichtung

Bei dieser Prüfeinrichtung wird ein optisches Bild des optischen Elements 24 ge­ dreht, während dieses selbst stillsteht. Ein Bilddreher 54 befindet sich zwischen der Abbildungsoptik 4 und dem optischen Element 24. Außerdem sind die Ab­ schirmplatte 8, die Diffusionsplatte 20 und die Hilfsbeleuchtungseinheiten 10 integral aufgebaut, so daß sie sich als eine Einheit drehen.

Aufbau der fünften Prüfeinrichtung

Fig. 46 zeigt in einer Seitenansicht schematisch die fünfte Prüfeinrichtung. Sie enthält eine Beleuchtungseinheit L, einen Prüflingshalter 25, einen Bilddreher 54 und eine Bildaufnahmevorrichtung 3, die eine gemeinsame optische Achse ha­ ben.

Der Bilddreher 54 befindet sich auf der Objektseite der Abbildungsoptik 4. Er enthält, wie Fig. 47A in einer Vorderansicht und Fig. 47B in einer Draufsicht zei­ gen, ein Trapezprisma mit rechteckiger Frontseite 54a und quadratischer Rück­ seite 54e als vier Seiten, deren jede dieselbe Länge wie die kürzere Seite der Frontfläche 54a hat. Der Bilddreher 54 ist an einem Rahmen (nicht dargestellt) der Prüfeinrichtung mit einem Halter 55 montiert, so daß er um die optische Achse I der Abbildungsoptik 4 gedreht wird, die senkrecht zur jeweiligen Mitte der Front­ fläche 54e und der Rückfläche 54a liegt.

Der Bilddreher 54 ist an einer Grenzfläche 54b in zwei Dreieckprismen geteilt. Die Grenzfläche 54b schneidet die optische Achse I unter einem Winkel von 45° durch Verbinden der kürzeren Seite der Frontfläche 54a mit der gegenüberlie­ genden parallelen kürzeren Seite der Rückfläche 54e, die auf der anderen Seite der optischen Achse I liegt. Die Grenzfläche 54b hat eine Beschichtung, so daß unter einem Einfallswinkel von etwa 0° einfallendes Licht durchgelassen und un­ ter einem Einfallswinkel von etwa 45° einfallendes Licht reflektiert wird. Dieselbe Beschichtung befindet sich auch auf der Frontfläche 54a. Ferner hat das Prisma eine interne Reflexionsschicht an den Seitenflächen 54c und 54d, die die kürze­ ren Seiten der Frontfläche 54a mit den entsprechenden Seiten der Rückfläche 54e verbinden.

Bei dieser Konstruktion wird auf die Frontfläche 54a des Bilddrehers parallel zur optischen Achse I einfallendes Licht unter einem Winkel von 90° an der Grenzflä­ che 54b reflektiert und trifft dann auf die Seitenfläche 54c, wo es zur Frontfläche 54a reflektiert wird. Das Licht wird dann an der Frontfläche 54a zur Grenzfläche 54b unter einem Einfallswinkel von etwa 0° reflektiert, wird durchgelassen und dann zurück zur Grenzfläche 54b an der Seitenfläche 54d reflektiert. Dieses Licht fällt unter einem Winkel von etwa 45° auf die Grenzfläche 54b und wird dort zur Rückfläche 54e reflektiert, so daß es parallel zur optischen Achse I austritt.

Zu diesem Zeitpunkt liegen bei Betrachtung des Bilddrehers 54 von der Abbil­ dungsoptik 4 her das einfallende und das austretende Licht symmetrisch zu einer Linie Q durch die genannte Mitte des Bilddrehers 54 und parallel zur kürzeren Seite der Frontfläche 54a.

Wie aus Fig. 47A bis 47C hervorgeht, läuft das Licht von einem Punkt B auf der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 durch den Bilddreher 54 und geht dann von einem Punkt B' auf der optischen Achse I aus, unabhängig von der Drehposi­ tion des Bilddrehers 54.

Wie Fig. 47A und 47B zeigen, wird von einem Punkt A (ein Punkt auf einer Linie R durch die Mitte des Bilddrehers 54 parallel zur längeren Seite der Frontfläche 54a und gegenüber der optischen Achse I parallel zur längeren Seite der Front­ fläche 54a verschoben) durch den Bilddreher durchgelassen und tritt an einem Punkt A' aus, der von der Abbildungsoptik 4 her gesehen symmetrisch zur opti­ schen Achse I liegt.

Wie Fig. 47C zeigt, tritt das Licht von dem Punkt A an einer von den vorstehend beschriebenen Punkten unterschiedlichen Stelle durch den Bilddreher 54 hin­ durch und tritt dann an einem Punkt A'' aus, der symmetrisch zur Linie Q liegt, be­ trachtet von der Abbildungsoptik 4 her.

Im Ergebnis wird ein Segment A-B an einer Position A'-B' betrachtet, wie Fig. 47B von der Abbildungsoptik 4 her zeigt, wenn der Bilddreher 54 in einer solchen Stellung ist, daß die Linie Q und das Segment A-B senkrecht zueinander stehen. Wird der Bilddreher 54 um einen Winkel θ gedreht, so wird das Segment A-B um den Winkel 2θ mit der doppelten Geschwindigkeit gedreht und ist dann in einer Position A''-B' zu sehen, wie es Fig. 47C zeigt. Macht der Bilddreher 54 eine halbe Umdrehung um die optische Achse I, so hat also das durch ihn hindurch betrachtete Bild eine Umdrehung in derselben Richtung ausgeführt.

Der Halter 55 für den Bilddreher hat eine zylindrische Außenfläche mit der opti­ schen Achse I als Längsachse und ist in eine Umfangskante der Frontfläche 54a des Bilddrehers 54 eingelassen. Die Umfangsfläche des Halters 55 ist einstückig mit einer Ringzahnung 56 ausgeführt. Diese steht in Eingriff mit einem Ritzel 57 auf der Antriebswelle eines Antriebsmotors (Schrittmotor) 58. Dreht sich der An­ triebsmotor 58, so wird der Bilddreher 54 über die beiden Zahnräder 57 und 56 gedreht. Der Halter 55, die beiden Zahnräder 56 und 57 und der Antriebsmotor 58 bilden einen zweiten Drehmechanismus zum Drehen des Bilddrehers 54 derart, daß der Schatten der Abschirmplatte 8, den die Abbildungsoptik 4 erzeugt, immer den Liniensensor 5 abdeckt.

Das zu prüfende optische Element 24 ist eine konkave Linse, die zentriert wurde. Sie wird mit dem Prüflingshalter 25 gehalten, der an einem Rahmen (nicht darge­ stellt) der Prüfeinrichtung montiert ist. Ferner ist das optische Element 24 koaxial zur optischen Achse I auf der der Abbildungsoptik 4 abgewandten Seite des Bild­ drehers 54 angeordnet.

Durch den Bilddreher 54 wird das Bild des Bildprüfungsbereichs auf dem Durch­ messer in Rechts-Links-Richtung (Fig. 46) des optischen Elements 24 mit dem Liniensensor 5 aufgenommen, wenn die Linie Q des Bilddrehers 54 senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 46 liegt (im folgenden wird diese Position des Bilddrehers 54 zu diesem Zeitpunkt als Anfangsposition bezeichnet). Wird der Bilddreher 54 aus diesem Zustand über einen Winkel von 45° im Gegenuhrzeigersinn, von der Bildaufnahmevorrichtung 3 her gesehen, gedreht, so wird das Bild auf dem Durchmesser des optischen Elements 24 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 46 mit dem Liniensensor 5 erzeugt.

Die Beleuchtungseinheit L besteht aus der Diffusionsplatte 20 und der Lampe 1, die auf der der Abbildungsoptik 4 abgewandten Seite des optischen Elements 24, jedoch auf der optischen Achse I der Abbildungsoptik 4 liegt. Eine streifenförmige Abschirmplatte 8 ist auf der Oberfläche der Diffusionsplatte 20 befestigt. Ein Halter 59 hält die Diffusionsplatte 20 und wird um die optische Achse I gedreht. Zwei Hilfsbeleuchtungseinheiten 10 sind außerhalb der beiden Enden der Ab­ schirmplatte 8 auf dem Halter 59 angeordnet.

Der die Lampe 1 umgebende Halter 59 besteht aus einem rohrförmigen Teil 59a koaxial zur optischen Achse I der Abbildungsoptik 4. Ein Ringflansch 59b verläuft koaxial in Umfangsrichtung ausgehend vom unteren Ende des rohrförmigen Teils 59a, während dessen oberes Ende eine Öffnung hat, an der die scheibenförmige Diffusionsplatte 20 mit einem gegenüber demjenigen des optischen Elements 24 größeren Durchmesser befestigt ist.

Der Halter 59 für die Diffusionsplatte 20 ist an dem Rahmen (nicht dargestellt) der Prüfeinrichtung so gehalten, daß er frei um die optische Achse I der Abbildungs­ optik 4 drehen kann.

Somit ist die Diffusionsplatte 20 auf der dem Bilddreher 54 abgewandten Seite des optischen Eleme 07269 00070 552 001000280000000200012000285910715800040 0002019809505 00004 07150nts 24 angeordnet und wird mit dem Halter 59 um die opti­ sche Achse I der Abbildungsoptik 4 gedreht.

Ferner ist die Abschirmplatte 8 so grundeingestellt, daß ihre Längsrichtung paral­ lel zur Pixelanordnung des Liniensensors 5 liegt, wenn sich der Bilddreher 54 in seiner Anfangsposition befindet.

Die Hilfsbeleuchtungseinheiten 10 sind auf der Oberfläche des Flanschteils 59b des Halters 59 an einer der Außenseite beider Enden der Abschirmplatte 8 in Längsrichtung entsprechenden Position befestigt. Jede Hilfsbeleuchtungseinheit 10 hat einen Lichtkasten an dem Flanschteil 59b, eine Lampe 66 in dem Lichtka­ sten 65, ein Lichtleitfaserbündel 11 zum Leiten des Lichts der Lampe 66 auf die Außenseite des Lichtkastens 65, einen das Divergieren begrenzenden Rahmen 12 an dem Austrittsende des Lichtleitfaserbündels 11, der über dem Lichtkasten 65 mit einer Stütze 64 befestigt ist, und eine Sammellinse 13 an der Austrittsseite des Rahmens 12.

Eine Leitung zum Speisen der Lampen 66 läuft durch den Flanschteil 59b des Halters 59 der Diffusionsplatte 20 und endet an Ringelektroden 67a und 67b, die in Fig. 48 gezeigt sind. Sie sind koaxial an der Unterseite des Flanschteils 59b angeordnet. Fig. 49 zeigt in einem Teilschnitt II-II aus Fig. 46 die Ringelektrode 67b in Gleitkontakt mit einem Schleifer 68b, der mit einem Halter an dem Rahmen (nicht dargestellt) der Prüfeinrichtung befestigt ist. Fig. 46 zeigt beide Ringelek­ troden 67a und 67b. Werden elektrische Leitungen 69 an den Schleifern 68a und 68b mit einer Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden, so werden die Lampen 66 über die Schleifer 68a und 68b mit den Ringelektroden 67a und 67b verbun­ den. Daher wird unabhängig von der Position des Halters 59 der Diffusionsplatte 20 immer Licht von den Hilfsbeleuchtungseinheiten 10 abgegeben und auf das zu prüfende optische Element 24 von außerhalb der Abschirmplatte 8 her gerichtet.

Ein Ringsteg 63 ist am Umfang des Flanschteils 59b des Halters 59 vorgesehen. Der Ringsteg 63 hat an der Außenseite eine Zahnung 60. Diese steht mit dem Zahnrad 61 auf der Antriebswelle eines Antriebsmotors 62 (Schrittmotor) für die Abschirmplatte in Eingriff. Wird die Antriebswelle dieses Antriebsmotors 62 ge­ dreht, so werden die Diffusionsplatte 20, die Abschirmplatte 8 und die Hilfsbe­ leuchtungseinheiten 10 über die beiden Zahnräder 60 und 61 gedreht. Diese Teile bilden also einen ersten Drehmechanismus für die Abschirmplatte 8 um die optische Achse I.

Eine Motortreiberschaltung 100 ist Teil des ersten und des zweiten Drehmecha­ nismus. Empfängt sie ein Steuersignal von dem Bildprozessor 21, so gibt sie ei­ nen Antriebsimpuls an den Antriebsmotor 62 der Abschirmplatte zum Drehen der Diffusionsplatte und der Abschirmplatte 8 im Gegenuhrzeigersinn, von der Bild­ aufnahmevorrichtung 3 her gesehen, mit einer ersten festen Drehzahl. Die Trei­ berschaltung 100 liefert ferner einen Antriebsimpuls für den Antriebsmotor 58 zum Drehen des Bilddrehers im Gegenuhrzeigersinn, von der Bildaufnahmevorrich­ tung 3 her gesehen, mit einer zweiten festen Drehzahl, die der halben ersten Drehzahl entspricht.

Wie vorstehend beschrieben, wird die Abschirmplatte 8 so grundeingestellt, daß die Längsrichtung parallel zur Pixelanordnung des Liniensensors 5 liegt, wenn der Bilddreher 54 seine Anfangsstellung hat. Ferner werden die Diffusionsplatte 20 und die Abschirmplatte 8, von der Bildaufnahmevorrichtung 3 her gesehen, mit der ersten festen Drehzahl im Gegenuhrzeigersinn gedreht, während der Bilddreher 54 mit der zweiten festen Drehzahl, die die halbe erste Drehzahl ist, im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird.

Durch die vorstehend beschriebene Anordnung und Arbeitsweise des Bilddrehers 54 erscheint, von der Bildaufnahmevorrichtung 3 her gesehen, die Abschirmplatte 8 stationär, wobei sie in Längsrichtung mit der Pixelreihe des Liniensensors 5 ausgerichtet ist. Dann ist das zu prüfende optische Element 24 so zu sehen, als ob es im Gegenuhrzeigersinn mit der ersten festen Drehzahl gedreht würde. Ist das optische Element 24 fehlerfrei, so bedeckt der Schatten der Abschirmplatte 8 immer den Liniensensor 5. Ferner wird der Bildprüfungsbereich (d. h. der auf der Pixelreihe des Liniensensors 5 aufgenommene Durchmesserbereich), der auf dem Liniensensor 5 abgebildet ist, im Uhrzeigersinn relativ zum optischen Ele­ ment 24 gedreht.

Der Aufnahmeprozeß (Ladungsspeicherung und Abtastung) durch den Liniensen­ sor 5 wird jeweils mit einer Drehung des optischen Elements 24 über eine Win­ keleinheit synchron mit der Drehung der Diffusionsplatte 20, der Abschirmplatte 8 und des optischen Elements 24 sowie des Bilddrehers 54 durch die Antriebsmoto­ re 58 und 62 durchgeführt. Dann werden mit der jeweiligen Aufnahme durch den Liniensensor 5 die vorstehend beschriebenen Bilddaten nach Fig. 15A des zweiten Ausführungsbeispiels in den Bildprozessor 21 eingegeben und in den ersten Bildspeicher 21a eingeschrieben. Ferner wird dieselbe Koordinatentrans­ formation wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt, wonach entspre­ chend dem Steuerprozeß der zweiten Prüfeinrichtung nach Fig. 20 entschieden wird.

Abänderung der fünften Prüfeinrichtung

Bei dieser Abänderung enthält der Bildprozessor 21 keinen Bildspeicher 21a und 21b, und der Steuerprozeß des Bildprozessors 21 wird gemäß dem in Fig. 21 gezeigten Flußdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels durchgeführt.

Vorstehend wurden verschiedene Ausführungsbeispiele zum effektiven Abtasten des optischen Elements über den Schattenbereich durch Relativbewegung des optischen Elements und des Schattenbereichs beschrieben. Unter einem Schat­ tenbereich soll ein Bereich verringerter Lichtintensität, verglichen mit derjenigen der Beleuchtungseinrichtung, nicht jedoch ein vollständig abgedunkelter Bereich, verstanden werden.

Claims (27)

1. Prüfeinrichtung zum Erfassen optischer Fehler eines zu prüfenden optischen Elements, umfassend:
eine Abbildungsoptik;
einen Liniensensor in zum optischen Element bezüglich der Abbildungsoptik konjugierter Lage;
eine Beleuchtungseinrichtung für das optische Element;
ein Abschirmelement zwischen dem optischen Element und der Beleuch­ tungseinrichtung zum Sperren des auf den Liniensensor nach Durchgang durch das optische Element fallenden Lichts;
ein numerisches System zum Bestimmen eines numerischen Wertes für das mit dem Liniensensor erhaltene Bild zur Angabe des optischen Fehlers des optischen Elements; und
ein Diskriminationssystem zum Entscheiden, ob der numerische Wert von einem vorbestimmten Diskriminations-Referenzwert abweicht.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ leuchtungseinrichtung eine auf der der Abbildungsoptik abgewandten Seite des Abschirmelements angeordnete Diffusionsplatte zum Streuen des auf das optische Element gerichteten Lichts.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Linien­ sensor eine Abtastrichtung quer zur optischen Achse der Abbildungsoptik hat, und daß die Abschirmplatte in der Abtastrichtung ausgerichtet ist.

4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ größerung der Abbildungsoptik so eingestellt ist, daß die Gesamtbreite des optischen Elements auf dem Liniensensor abgebildet wird.

5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ schirmelement streifenförmig ist.

6. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Bewegen des optischen Elements quer zur Abtastrichtung des Liniensensors vorgesehen ist, und daß der Lini­ ensensor ein Bild des optischen Elements an unterschiedlichen Positionen aufnimmt und entsprechende Bilddaten für jede Zeile ausgibt.

7. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Hilfsbeleuchtungseinheit das optische Element von der Seite des Abschirmelements in der Abtastrichtung beleuchtet.

8. Prüfeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nume­ rische System Bilddaten entsprechend dem gesamten Prüfungsbereich des optischen Elements aus den Bilddaten für jede von dem Liniensensor abge­ gebene Zeile rekonstruiert und eine Pixelanzahl mit einer Helligkeit über ei­ nen vorbestimmten Schwellenwert in den Bilddaten erfaßt.

9. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Dreheinheit zum Drehen des optischen Elements um die opti­ sche Achse der Abbildungsoptik vorgesehen ist, daß die Vergrößerung der Abbildungsoptik so eingestellt ist, daß das Bild des gesamten Bereichs des optischen Elements in Richtung seines Durchmessers mit dem Liniensensor aufgenommen wird, und daß der Liniensensor an unterschiedlichen Positionen ein Bild des optischen Elements aufnimmt und für jede Zeile Bild­ daten ausgibt.

10. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Dreheinheit zum Drehen des optischen Elements um eine ge­ genüber der optischen Achse der Abbildungsoptik versetzte Achse vorgese­ hen ist, daß die Vergrößerung der Abbildungsoptik so eingestellt ist, daß das Bild eines Bereichs von der Drehachse zur Außenkante des optischen Elements mit dem Liniensensor aufgenommen wird, und daß der Liniensen­ sor ein Bild des Bereichs an unterschiedlichen Positionen des optischen Elements aufnimmt und Bilddaten für jede Zeile ausgibt.

11. Prüfeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das nu­ merische System die Länge eines Teils der Bilddaten mit einer Helligkeit über einem vorbestimmten Schwellenwert für jede von dem Liniensensor ausgegebene Zeile erfaßt.

12. Prüfeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das nu­ merische System die Bilddaten eines polaren Koordinatensystems für das gesamte optische Element aus den Bilddaten einer jeden von dem Linien­ sensor ausgegebenen Zeile rekonstruiert, die Bilddaten in ein rechtwinkliges Koordinatensystem umsetzt und die Pixelzahl mit einer Helligkeit über einem vorbestimmten Schwellenwert in den Bilddaten des rechtwinkligen Koordi­ natensystems erfaßt.

13. Prüfeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das opti­ sche Element eine Linse ist.

14. Prüfeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinheit die Linse um ihre optische Achse dreht.

15. Prüfeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ schirmelement streifenförmig ist und ausgehend von einem die optische Achse schneidenden Bereich zu ihren Enden hin breiter wird.

16. Prüfeinrichtung zum Erfassen optischer Fehler eines zu prüfenden optischen Elements, umfassend:
eine Abbildungsoptik;
einen um die optische Achse der Abbildungsoptik frei drehbaren Bilddreher auf der Objektseite der Abbildungsoptik;
einen Halter zum Halten des optischen Elements auf der optischen Achse auf der der Abbildungsoptik abgewandten Seite des Bilddrehers;
einen Liniensensor in zu dem optischen Element an dem Halter bezüglich der Abbildungsoptik konjugierter Lage;
eine Diffusionsplatte auf der dem Bilddreher abgewandten Seite des opti­ schen Elements zum Streuen des auf das optische Element gerichteten Lichtes;
ein Abschirmelement zwischen der Diffusionsplatte und dem optischen Ele­ ment zum Abschirmen des auf den Liniensensor fallenden Lichts nach Durchgang durch das optische Element;
einen ersten Drehmechanismus zum Drehen des Abschirmelements um die optische Achse;

einen zweiten Drehmechanismus zum Drehen des Bilddrehers derart, daß der durch die Abbildungsoptik erzeugte Schatten des Abschirmelements immer den Liniensensor bedeckt, synchron mit der Drehung des Abschirm­ elements durch den ersten Drehmechanismus;
ein numerisches System zum Bestimmen eines numerischen Wertes für das mit dem Liniensensor aufgenommene Bild; und
ein Diskriminationssystem zum Entscheiden, ob der numerische Wert von einem vorbestimmten Diskriminations-Referenzwert abweicht.

17. Prüfeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ größerung der Abbildungsoptik so eingestellt ist, daß das Bild des gesamten Bereichs des optischen Elements in Durchmesserrichtung, der die optische Achse schneidet, mit dem Liniensensor aufgenommen wird.

18. Prüfeinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement streifenförmig ist und quer zu der optischen Achse verläuft.

19. Prüfeinrichtung nach Anspruch 16,17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Bilddreher so aufgebaut ist, daß bei Drehung über einen vorbe­ stimmten Winkel um die optische Achse die Position eines von ihm ausge­ henden Lichtstrahls um den doppelten vorbestimmten Winkel um die opti­ sche Achse gedreht wird.

20. Prüfeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Drehmechanismus den Bilddreher mit der halben Drehzahl des mit dem ersten Drehmechanismus gedrehten Abschirmelements dreht.

21. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das numerische System die Länge eines Teils der Bilddaten mit einer Helligkeit über einem vorbestimmten Schwellenwert für jede von dem Liniensensor ausgegebene Zeile erfaßt.

22. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das numerische System die Bilddaten in einem polaren Ko­ ordinatensystem entsprechend dem gesamten zu prüfenden optischen Ele­ ment aus den Bilddaten einer jeden von dem Liniensensor ausgegebenen Zeile rekonstruiert, diese Bilddaten in Bilddaten eines rechtwinkligen Koor­ dinatensystems umsetzt und die Pixelzahl mit einer Helligkeit über einen vorbestimmten Schwellenwert in dem rechtwinkligen Koordinatensystem erfaßt.

23. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optische Element eine Linse ist.

24. Prüfeinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ schirmelement streifenförmig ist und von einem Teil, der die optische Achse des optischen Elements schneidet, zu seinen Enden hin breiter wird.

25. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Hilfsbeleuchtungseinheit vorgesehen ist, die um die opti­ sche Achse mit dem ersten Drehmechanismus gemeinsam mit dem Ab­ schirmelement gedreht wird und das optische Element aus einem dem Ab­ schirmelement benachbarten Bereich beleuchtet.

26. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Drehmechanismus den Bilddreher entgegenge­ setzt zur Drehrichtung des Abschirmelements dreht.