DE2531097A1

DE2531097A1 - Verfahren und vorrichtung zur pruefung der brechkraft einer linse

Info

Publication number: DE2531097A1
Application number: DE19752531097
Authority: DE
Inventors: Francis Gillis
Original assignee: Institut National de Verre ASBL
Current assignee: Institut National de Verre ASBL
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-07-11
Publication date: 1976-01-29
Also published as: BE830799A; GB1490215A; FR2279087A1

Description

MÜLLER-ΒΟηΚ · GROENINCt · DEUl'DL· · SCB Ö Si · HEIt'iKL

PAT E NTA NWAT-TI.

JULI W5

DR. WOLFGANG MÜLLER-RORE H. W. GROENING. DIPl-.-ING. DR. P. DEUFEL.. DIPU-CHTN!. DR. A. SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-I'HYS.

INSTITUT NATIONAL DU VERRE a.s.b.1.

Boulevard Defontainc, 1o Charleroi, Belgien

Verfahren und Vorrichtung zur Pi¹UfUiIg der Brechkraft einer Lit]se

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Brechkraft einer Linse, wobei eine solche Linse mit einem Lichtstrahlenbündel bestrahlt wird, welches von einer Lichtquelle ausgeht. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und zugleich wirkungsvolles Verfahren zur Prüfling der Brechkraft einer Linse und/oder ein Verfahren zur Qualitätskontrolle bei einer Überprüfung jeder einzelnen Linse aus einer Reihe von Linsen zu schaffen, welche dieselbe Brechkraft haben sollten. Weiterhin soll durch bevorzugte Ausführungswanneη gemäß der Erfindung die Möglichkeit geboten werden, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem die Brechkraft einer Linse automatisch gemessen werden kann.

8 MÜNCHEN 80 · SIEBERTSTn. * · POSTFACH 86 0720 · KABEL·: MUEHOPAT · TEL. (089) 47 J079-TELEX S-22O30 ATTFIIJttTSER BANK MÜNCHEN «BLZ 70030600), KTO. 1800/GS8 · POSTSCHECKAMT MÜNCHEN, KTO. 9S495-80S

509885/0430

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung allgemein vor, daß die Achse des Bündels und der Linse gegeneinander nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf verlagert werden, um zu erreichen, daß wenigstens z\vei Positionen, welche auf Abstand von der Linse angeordnet sind, nacheinander durch die gebrochenen Strahlen beleuchtet werden, welche aus der Linse austreten, und daß das Zeitintervall zwischen solchen aufeinanderfolgenden Bestrahlungen überwacht wird.

Dies ist ein sehr einfaches und wirkungsvolles Verfahren zxir Prüfung der Brechkraft einer Linse. Wenn nacheinander jede Linse aus einer Reihe von Linsen geprüft wird, die dieselbe Brechkraft haben sollten, treten unerwünschte Unterschiede in der Brechkraft der Linsen der Reihe leicht als Differenzen in der Zeit zu tage, Vielehe die gebrochenen Strahlen benötigen, welche aus solchen Linsen austreten, um zwischen den Positionen zu schwenken.

Das Verfahren kann zur Prüfung von Sammellinsen und von Zerstreuungslinsen verwendet werden, und es läßt sich zur Prüfung von Linsen anwenden, welche entweder aus einem einzigen Element oder aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein können.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch sehr gut zur Prüfung von nicht-sphärischen und von asymmetrischen Linsen. Im Falle von einigen Linsen, v/elche für spezielle Zwecke hergestellt sind, beispielsweise Brillenlinsen, kann eine solche Linse in verschiedenen Richtungen verschiedene Brechkraft haben, beispielsweise +3 Dioptrien in der vertikalen Richtung und +4 Dioptrien in der horizontalen Richtung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Linsenbrechkraft in

509885/0430

jeder Richtung auf einfache Weise ermittelt werden, indem einfach die Linse in der entsprechenden Richtung angeordnet wird.

Die Brechkraft der geprüften Linse kann leicht berechnet werden. In dem Falle, in welchem die Linse mit konstanter Geschwindigkeit Vm/s durch ein stationäres Bündel vor der Fotodetcktoreinriclitung an zwei Stellen in einer Ebene Xm von der Hauptbildebene der geprüften Linse von P Dioptrien vorbeigeführt wird, wobei die zv;ei Positionen einen Abstand von dm in der Bewegungsrichtung der Linse haben, und wenn das Zeitintervall zwischen dem Auffangen der gebrochenen Strahlen durch die zwei Positionen t Sekunden ist, so ergibt sich die Brechkraft zu

Vorzugsweise ldegenddie Positionen im wesentlichen in der Bildebene der Lichtquelle, weil dies die maximale Intensität der gebrochenen Lichtstrahlen auf den Detektor bzw. die Detektoren fallen läßt. Dieses Merkmal ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Einrichtung zur Serienprüfung von Stapeln von Linsen verwendet wird, welche in der V/eise hergestellt sind, daß sie alle dieselbe Nennbrechkraft haben sollten.

Es ist möglich, das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszuführen, daß Lichtstrahlenbündel verwendet werden, deren Querschnitt an der Linse größer ist als die Linse selbst. Es ist auch möglich, die Brechkraft einer Linse über ihre gesamte Fläche zu prüfen.

Vorzugsweise ist jedoch die maximale Querschnittsabmessung des Bündels parallel zu der Richtung der relativen Verlagerung an der Oberfläche der Linse kleiner als die Hälfte der entsprechenden maximalen Abmessung der Linse. Dies kann sehr leicht dadurch erreicht werden, daß sichergestellt wird, daß die Lichtquelle

509885/0430

einen Spalt aufweist und daB das Bündel und die Linse relativ zueinander in einer im wesentlichen senkrechten Richtung zu der Hauptachse des Querschnittes eines solchen Bündels an der Oberfläche der Linse verlagert werden.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß die maximale Querschnitt sabmes sung des Bündels, gemessen senkrecht zu der Richtung der relativen Verlagerung an der Oberfläche der Linse kleiner ist als die Hälfte der entsprechenden Abmessung der Linse und daß während der relativen Verlagerung das Bündel die Mitte der Linse bestrahlt, und es ist vorzugsweise vorgesehen, daß die jeweilige Lage der Positionen derart gewählt ist, daß sie nur durch solche Lichtstrahlen beleuchtet; werden, welche aus denjenigen Zonen der Linse austreten, welche in einer Richtung parallel zu der Richtung der relativen Verlagerung weniger als 10 % von der maximalen Linsenabmessung in der Richtung von der optischen Achse der Linse entfernt liegen. Jedes dieser Merkmale trägt dazu bei, falsche Messungen zu eliminieren, welche andernfalls aufgrund der Brechung bei beispielsweise einem gewölbten Rand einer in der Prüfung befindlichen Linse auftreten könnten.

Die Erfindung sieht Ausführungsformen vor, bei welchen gebrochene Strahlen, welche aus der geprüften Linse austreten, von einem einzelnen Detektor aufgefangen werden, beispielsweise von einem Fotowiderstand, wobei die Grenzen einer solchen fotoempfindlichen Oberfläche zwei Positionen bestimmen, zwischen denen die Zeit überwacht wird, welche dazu benötigt wird, daß die austretenden Strahlen von einer Position zur anderen geschwenkt werden, vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, daß die aus der geprüften Linse austretenden gebrochenen Strahlen nacheinander jeweils von einem getrennten Detektor aufgefangen werden, der jeweils an einer

509885/0430

bestimmten Fosition angeordnet ist, da dies in der Praxis praktischer ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die gebrochenen Strahlen, welche aus der Linse austreten, durch wenigstens einen Detektor aufgefangen werden, der oder jeder von welchen derart angeordnet ist, daß er ein elektrisches Signal an die Zeitsteuereinrichtung nur dann gibt, wenn der Lichtstrom auf einem solchen Detektor einen Schwellenwert überschreitet, da dies dazu beiträgt, falsche Messungen aufgrund von Streulicht zu eliminieren, welches von dem Detektor bzw. den Detektoren aufgefangen wird.

Die Erfindung kann angewandt werden, wenn eine zu prüfende Linse in ein divergentes Lichtbündel gebracht wird, vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, daß die Lichtbündelstrahlen, welche auf die Linse auftreffen, die geprüft werden soll, ein paralleles Bündel bilden, insbesondere dann, wenn es erwünscht ist, den Detektor bzw. die Detektoren zum Auffangen der gebrochenen Lichtstrahlenbündel in der Bildebene der Lichtquelle anzuordnen.

Die Erfindung kann ausgeführt werden, wenn eine zu prüfende Linse in ein divergentes Lichtstrahlenbündel eingefügt wird, vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, daß das auf die zu prüfende Linse auftreffende Lichtstrahlenbündel ein Parallelbündel ist, insbesondere dann, wenn es erwünscht ist, den Detektor bzw. die Detektoren zum Auffangen der gebrochenen Lichtstrahlen in der Bildebene der Lichtquelle anzuordnen.

Es ist insbesondere vorzuziehen, eine Lichtquelle mit einer hohen Strahlungsintensität zu verwenden, weil dadurch die Überwachung bzw. die Messung vereinfacht wird, und in bevorzugten Ausführungsformen wird als Parallellichtstrahlenbündel

509885/0430

ein Laserlichtstrahlenbündel verwendet.

Ein in diesem Zusammenhang zweckmäßigerweise zu verwendender Laser ist ein solcher Laser, der ein sichtbares Bündel aussendet, beispielsweise ein Helium-Neon-Lascr, welcher Licht mit

ο
einer Wellenlänge von 6528 A aussendet, und ein solcher Laser

wird unter dem Warenzeichen "Spectraphysic" vertrieben.

Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, indem ein konvergentes Lichtstrahlenbündel verwendet wird, welches auf die zu prüfende Linse auftrifft, und eine derartige Vorgehensweise ist vorteilhaft, wenn Zerstreuungslinsen geprüft werden, weil Strahlen, Vielehe durch solche Linsen gebrochen werden, noch ein reelles Bild unter bestimmten Umständen erzeugen können, ohne daß die Notwendigkeit besteht, eine v/eitere Sammellinse zu verwenden, damit die gebrochenen Strahlen fokussiert werden können, um sie derart zu richten, daß sie in der Bildebene der Lichtquelle aufgefangen v/erden können.

Vorzugsweise wird die zu untersuchende Linse verschoben, und das Bündel bleibt stationär, weil dadurch die reihenweise Prüfung von Linsen erleichtert wird.

Vorzugsweise werden die aus der Linse austretenden gebrochenen Strahlen dazu gebracht, daß sie durch eine weitere Linse hindurchgehen, und es werden zur Messung diejenigen Strahlen herangezogen, welche aus der weiteren Linse austreten. Diese Maßnahme führt zu verschiedenen Vorteilen. Wenn Sammellinsen mit geringer Brechkraft geprüft werden, kann der Abstand zwischen der geprüften Linse und der Abtasteinrichtung dadurch verkürzt werden, während der Vorteil erhalten bleibt, daß gebrochene Strahlen in der Bildebene der Lichtquelle aufgefangen werden, wenn eine solche weitere Linse eine Sammellinse

509885/0430

ist. V/enn eine solche weitere Linse eine Sammellinse ist, wird auch die Prüfung von Zerstreuungslinsen vereinfacht. Wenn andererseits eine Sammellinse mit hoher Brechkraft geprüft wird, kann eine solche weitere Linse eine Zerstreuungslinse sein, um den Abstand zwischen der geprüften Linse und dem Detektor bzw. den Detektoren auf eine zweckmäßige Länge zu vergrößern.

Eine solche weitere Linse wird vorzugsweise in einem der zwei Wege verwendet. In dem ersten Weg wird die v/eitere Linse derart angebracht, daß ihre optische Achse im wesentlichen mit derjenigen der in der Prüfung befindlichen Linse zusammenfällt. In dem zweiten Weg wird die weitere Linse derart angebracht, daß ihre optische Achse im wesentlichen mit der Achse des (stationären) Lichtstrahlenbündels zusammenfällt, welches auf die zu prüfende Linse auftrifft.

Jeder dieser Wege hat seine Vorteile. In dem ersten bevorzugten Weg bildet die weitere Linse mit der zu prüfenden Linse eine Doppellinsenanordnung, und v/enn die Brechkraft der weiteren Linse bekannt ist, läßt sich die Brechkraft der in der Früfung befindlichen Linse leicht nach folgender Formel berechnen:

•p _

V.X.t

Da die zu prüfende Linse mit der weiteren Linse eine Doppellinsenanordnung bildet, ist natürlich P die Brechkraft dieser Doppellinsenanordnung, die Brechwerte (P,,, Po) ihrer Komponenten lassen sich jedoch leicht finden, denn es gilt die folgende Beziehung:

P = P₁ + P₂ - 8.P₁ . P₂ ,

509885/0430

wobei a der Abstand zwischen den Komponenten in Metern ist.

Bei dem zweiten Weg der Anbringung einer weiteren Linse ist eine solche Berechnung nicht so einfach, es wird jedoch die vergleichsweise Prüfung von Linsen erleichtert, da nur eine solche weitere Linse erforderlich ist, und zwar selbst für eine Iteihenuntersuchung eines Stapels von Linsen. Wenn es erwünscht ist, einen quantitativen Wert für die Brechkraft einer Linse anzugeben, ist es möglich, das Instrument zu kalibrieren, indem eine oder mehrere Linsen bekannter Brechkraft geprüft werden.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß der oben genannte zweite Weg der Anbringung einer weiteren Linse vorzuziehen ist.

Vorzugsweise wird die Einrichtung zur Überwachung bzw. Messung des Zeitintervalls dazu veranlaßt, ein Signal zu liefern, welches für einen quantitativen Wert der Brechkraft der Linse repräsentativ ist.

Vorzugsweise wird die Einrichtung zur Überwachung bzw. Messung des Zeitintervalls dazu veranlaßt, ein Signal zu liefern, welches angibt, ob die Brechkraft der Linse ein vorgegebenes Kriterium erfüllt. Es ist nicht immer notwendig, daß dieses Signal beobachtet werden kann. Beispielsweise könnte bei einer Reihenuntersuchung von Linsen das gewählte Kriterium eine enge Brechkrafttoleranz sein, und das Signal könnte dazu verwendet werden, einen Mechanismus zu betätigen, de-r jegliche Linse zurückweist, deren Brechkraft außerhalb der Toleranzen liegt.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, eine relative

509885/0430

Verlagerung der Achse des B.ündels der Lichtstrahlen, welche durch die Quelle ausgesandt wurden, und des Linsenhalters nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf herbeizuführen, daß weiterhin eine Abtasteinrichtung vorgesehen ist, welche nacheinander derart angeordnet ist, daß die gebrochenen Strahlen abgetastet werden, welche von einer Linse ausgesandt werden, die in dem Linsenhalter zur Prüfung an wenigstens zwei

Positionen gehalten ist, welche auf Abstand von dem Linsenhalter liegen, und daß eine Zeitsteuereinrichtung vorgesehen ist, welche das Zeitintervall zwischen der Abtastung der gebrochenen Strahlen an den Positionen überwacht. Dies ist eine sehr einfache Vorrichtung, und einige ihrer wesentlicheren Vorteile sowie Vorteile bevorzugter Ausführungsformen der Vorrichtung sind aus den oben in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläuterten Vorteilen ohne weiteres ersichtlich.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Abtasteinrichtung wenigstens einen Detektor aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß er die gebrochenen Strahlen im wesentlichen in der Bildebene der Lichtquelle auffängt.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtquelle derart ausgebildet ist, daß sie ein Bündel aussendet, dessen maximale Querschnittsabmessung parallel zu der Richtung der relativen Verlagerung an der Oberfläche der zu prüfenden Linse kleiner ist als die Hälfte der entsprechenden maximalen Abmessung einer solchen Linse. Dies läßt sich leicht durchführen, wenn die Lichtquelle einen Spalt aufweist, v/elcher derart gerichtet ist, daß die größere Achse des Bündelquerschnittes am Linsenhalter im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Relativverlagerung angeordnet ist.

509885/0430

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lichtquelle derart ausgebildet ist,-daß sie ein Lichtstrahlenbündel aussendet, welches derart gerichtet ist, daß es die Mitte einer zu prüfenden Linse während der relativen Verlagerung bedeutet, daß ein solches Bündel eine maximale Querschnittsabraessung senkrecht zu der Richtung der relativen Verlagerung an der Oberfläche einer solchen Linse aufweist, welche kleiner ist als die Hälfte der entsprechenden Abmessung einer solchen Linse.

Vorteilhaftervjeise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens zwei Detektoren auf, von denen einer derart angeordnet ist, daß er die gebrochenen Strahlen an jeder Position auffängt, und weiterhin ist vorteilhafterweise der Abstand zwischen den Detektoren einstellbar. Dies ist in der Praxis sehr zweckmäßig, weil dadurch eine Veränderung der Positionen möglich wird, was dann erwünscht sein kann, wenn Linsen mit verschiedener Brechkraft geprüft v/erden sollen, und in Verbindung mit anderen bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dadurch fehlerhafte Messungen aufgrund der Brechung in Randbereichen einer in der Prüfung befindlichen Linse zu vermeiden.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Abtasteinrichtung derart angeordnet ist, daß sie ein elektrisches Signal der Zeitsteuereinrichtung zuführt, welche nur dann darauf anspricht, wenn der Lichtstrom auf den Detektor bzw. auf die Detektoren einen Schwellenwert überschreitet.

Die Lichtquelle kann eine Einrichtung aufweisen, welche gewährleistet, daß das auf die in der Prüfung befindliche Linse auftreffende Lichtstrahlenbündel ein Parallelbündel ist, und eine Quelle für ein solches Lichtstrahlenbündel kann eine Laserlichtquelle sein. In einer alternativen Ausführungsform kann

509885/0430

die Lichtquelle eine Einrichtung aufweisen, welche gewährleistet, daß daσ auf die in der Prüfung befindliche Linse auftreffende Lichtbündel ein konvergentes Lichtbündel ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Lichtquelle derart angeordnet ist, daß sie ein stationäres Bündel aussendet, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, den Linsenhalter in bezug auf die Achse eines solchen Bündels zu verlagern.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß weiterhin eine Linse vorhanden ist, welche zwischen dem Linsenhalter und dem Detektor bzw. den Detektoren angeordnet und derart positioniert ist, daß sie durch die gebrochenen Strahlen beleuchtet wird, welche aus der in der Prüfung befindlichen Linse austreten, wodurch der Detektor bzw. die Detektoren solche gebrochenen Strahlen abtasten, und zwar nach einer weiteren Brechung durch die weitere Linse.

Vorzugsweise ist die weitere Linse derart angebracht, daß ihre optische Achse im wesentlichen mit der Achse des (stationären) Lichtstrahlenbündels zusammenfällt.

Solche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welchen die Zeitüberwachungseinrichtung bzw. Zeitmeßeinrichtung so ausgebildet ist, daß sie ein Signal liefert, welches einen quantitativen Wert für die Brechkraft einer in der Prüfung befindlichen Linse angibt, sind sehr vorteilhaft, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zeitüberwachungseinrichtung oder Zeitsteuereinrichtung bzw. Zeitmeßeinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie ein Signal abgibt, welches anzeigt, ob die Brechkraft der in der Prüfung befindlichen Linse ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.

509885/0430

Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

•Fig. 1 eine allgemeine schematische Darstellung einer ersten Aucführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramra einer Ausführungsforia der Abtast- und Zeitsteuereinrichtung, welche zur Ausführung der Erfindung geeignet ist,

Fig. 3 eine allgemeine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsforin gemäß der Erfindung und

Fig. A- eine allgemeine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 weist eine Quelle für ein Lichtbündel eine Quarz-Jod-Lampe 1 auf, welche für eine Leistung von 1^0 W ausgelegt ist und in einem Kasten 2 angeordnet ist, von wo das Licht durch einen Spalt 3 mit einer geeigneten Breite von 0,75 mm in einer Platte 4 auf eine Kondensorlinse 5 auftrifft. Der Spalt 3 ist in der Brennebene der Linse 5 angeordnet, um ein Parallellichtstrahlenbündel 6 zu erzeugen. Eine Linse 7> die geprüft werden soll, ist in einem Halter 8 auf einer Transporteinrichtung 9 angebracht, die mit einer konstanten Geschwindigkeit V in der dargestellten Richtung durch einen Motor bewegt wird. Die Transporteinrichtung kann von Rollen oder Walzen wie 11 geführt sein.

Wenn das Lichtbündel 6 zunächst auf die zu untersuchende Linse 6 fällt, d. h., wenn diese Linse noch etwas rechts von der in der Zeichnung dargestellten Stellung ist, wandern die durch die Linse gebrochenen Strahlen in der Richtung der gestrichelten

09885/0430

Linie 12, und während sich'die Linse über das auftreffende Bündel 6 bewegt, schwenken die gebrochenen Strahlen zu der durch die gestrichelte Linie 13 dargestellten Lage hinüber, wenn die Linse 7 das eingestrahlte Bündel wieder verläßt.

Zwei Fotodetektoren 14 und 15 sind auf einem Abstand von X Metern von der Bildebene der in der Prüfung befindlichen Linse 7 angeordnet und haben in der Ablenkrichtung oder Schwenkrichtung des austretenden gebrochenen Bündels, d. h. in derjenigen Richtung, in welcher die Linse wandert, einen Abstand von d Metern, so daß sie nacheinander solche gebrochenen Strahlen auffangen, welche in den jeweiligen Richtungen 16, 17 aus der Linse 7 austreten.

Der relative Abstand d der Detektoren 14 und 15 ist vorzugsweise einstellbar, so daß ein bestimmter Abschnitt der Linse 7 geprüft werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Anordnung derart getroffen, daß die Richtungen 16 und 17 der austretenden Strahlen symmetrisch in bezug auf die optische Achse der Linse 7 verlaufen, dies ist zwar vorteilhaft, muß jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein, um die Erfindung zur Anwendung zu bringen.

Die Detektoren 14 und 15? welche jeweils derart angeordnet sind, daß sie die Zeitsteuereinrichtung 18 auslösen und unterbrechen, wenn sie die aus der zu prüfenden Linse austretenden Lichtstrahlen auffangen, die jeweils in den Richtungen 16 und 17 verlaufen. Die Zeitsteuereinrichtung 18 kann beispielsweise einen Impulszähler haben. Die Zeitsteuereinrichtung ist derart ausgebildet, daß sie ein Signal aussendet, welches der Zeit von t Sekunden proportional ist, welche die austretenden Strahlen benötigen, um zwischen den Stellungen zu schwenken, welche von den Detektoren eingenommen v/erden, und dieses Signal wird einem Rechner

509885/0430

zugeführt, welchem weiterhin Signale zugeführt v/erden, die den verschiedenen Parametern V, X und d proportional sind. Der Rechner bestimmt einen quantitativen Wert für die Brechkraft P der Linse 7 in Dioptrien nach der Formel: P = d/ (V,X,t), und ein diesem Wert von P entsprechendes Signal kann einer Anzeigeeinrichtung 20 zugeführt v/erden.

In einer besonders geeigneten Ausführungsform für die Reihenuntersuchung von Linsen mit einer Nennbrechkraft von beispielsweise 2 Dioptrien können die Fotodetektoren in der Bildebene der Lichtquelle angeordnet werden, d. h. 1/2 Meter von der Linse entfernt, da dadurch die Beleuchtungsstärke vergrößert wird, mit welcher die Detektoren bestrahlt werden, so daß stärker positive Signale der Zeitsteuereinrichtung zugeführt werden.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann zur Untersuchung von Stapeln von Linsen mit derselben Brechkraft das Zeitsteuersignal, welches von der Zeitsteuereinrichtung 18 geliefert wird, einfach mit einem konstanten Signal verglichen werden, welches demjenigen Zeitsteiiersignal entspricht, welches gegeben würde, wenn eine perfekte Linse geprüft würde, und für den Fall, daß zwischen solchen Signalen ein Unterschied besteht, kann dieser dazu verwendet v/erden, irgendeine Einrichtung zu betätigen, welche eine fehlerhafte Linse zurückweist.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist eine (nicht dargestellte) weitere Linse in der Vorrichtung zwischen der Linse 7» welche zu prüfen ist, und den Detektoren 14 und 15 angeordnet. Diese weitere Linse ist optisch koaxial zu der Kondensorlinse 5 angeordnet und somit auch zu dem Lichtbündel G, welches auf die zu prüfende Linse auftrifft.

509385/0430

In solchen Fällen, in welchen die gebrochenen Lichtstrahlen, welche aus der in der Prüfung befindlichen Linse austreten, in irgendeinem Zeitpunkt ein divergentes Bündel bilden, beispielsweise dann, wenn eine Zerstreuungslinse in einem Parallellichtbündel geprüft wird oder wenn eine Sammellinse geringer Brechkraft in einem divergierenden Lichtbündel geprüft wird, sollte diese v/eitere Linse eine Sammellinse sein, deren Brech-kraft derart gewählt werden kann, daß die Strahlen, welche aus dieser Linse austreten, an geeigneten Stellen für die Fotodetektoren einem Brennpunkt zugeführt werden. Eine solche weitere Sammellinse kann auch in solchen Fällen verwendet werden, in denen die gebrochenen Lichtstrahlen, welche aus der in der Prüfung befindlichen Linse austreten, entweder parallel oder nur schwach konvergent sind.

In solchen Fällen, in welchen die gebrochenen Strahlen, die aus der in der Prüfung befindlichen Linse austreten, stark konvergent sind, kann diese weitere Linse eine Zerstreuungslinse mit einer solchen Brechkraft bzw.Brechzahl sein, daß die Strahlen dazu gebracht werden, weiter entfernt von der in der Prüfung befindlichen Linse durch einen Brennpunkt zu gehen. Dies ermöglicht einen größeren relativen Abstand der zwei Fotodetektoren, wenn sie in einer solchen Brennebene angeordnet werden, und dadurch wird eine größere Genauigkeit der zeitlichen Überwachung ermöglicht.

Die Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer geeigneten Anordnung für die Zeitsteuerung und die Anzeigeeinrichtung.

Die fotoelektrischen Zellen 21 und 22 sind jeweils derart angeordnet, daß sie einen elektrischen Impuls liefern, wenn sie ein gebrochenes Lichtbündel auffangen, welches aus einer in der Prüfung befindlichen Linse austritt. Diese Signale werden

509885/0430

jeweils einer Impulsformerschaltung "bzw. einem -rechteckumformer zugeführt, welcher bei 2J bzw. 24 dargestellt ist, wo diese Impulse in eine geeignete Form gebracht werden, um den Impulsgenerator 25 auszulösen und zu unterbrechen, welcher mit eint^sm Integrator 26 verbunden ist. In der dargestellten Ausführung3-form wird ein Signal, welches zu dom Abstand zwischen der in der Prüfung befindlichen Linse und den Fotozellen 21, 22 proportional ist, auch dem Impulsgenerator zugeführt, so daß ein Signal, welches von dem Integrator 26 durchgelassen wird, ein Maß für X.t ist. Dieses Signal X.t wird einem Rechner 27 zugeführt, der auch ein Signal von einer Speicherschaltung 28 empfängt.

Ein solches Speicherausgangssignal ist ein Signal, welches von Speichereingangssignalen abgeleitet ist, die sich auf d, den Abstand zwischen den fotoelektrischen Zellen, und V, die Geschwindigkeit, mit welcher das Lichtbündel- über die in der Prüfung befindliche Linse wandert, beziehen. Der Rechner ist derart ausgebildet, daß er ein Ausgangssignal liefert, welches d/ (V.X.t) proportional ist, d. h., proportional zu der Brechkraft der in der Prüfung befindlichen Linse. Dieses Signal wird dann einer Dekodiereinrichtung 29 und einer Anzeige- und/ oder Sortierschaltung 30 zugeführt.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform ist es bei einer serienweisen Prüfung von Linsen mit derselben Nennbrechkraft jedoch möglich, ein unterschiedliches Speicherausgangssignal in bezug auf die Prüfung von Linsen zu verwenden, und zwar nach der ersten der Reihe, welche die ordnungsgemäße Brennkraft hat. In diesem Falle wird das Integratorausgangssignal, welches der Linse mit der ordnungsgemäßen Brechkraft entspricht, in den Speicher 28 eingegeben, und ein entsprechendes Speicherausgangssignal wird dem Rechner 27 zugeführt, wo es zu einer Differenzbildung mit dein Ausgangssignal des Integrators 27

509885/0430

herangezogen wird, das von der gerade in der Prüfung befindlichen Linse abgeleitet wurde. Die Differenz wird dann durch den Dekodierer 29 geführt, um die Anzeige- und/ oder Unterdrückungsschaltung 30 auszulösen, wenn diese Differenz hinreichend groß ist.

In der Ausfühnmgsform gemäß Fig. 3 wird ein Lichtbündel ~Y\ von einer Quelle 32 einem oszillierenden Spiegel 33 zugeführt, von wo es in abtastender Weise auf eine Plondensorlinse 3^ reflektiert wird. Der Spiegel 33 ist derart angeordnet, daß derjenige Punkt, auf welchem das Bündel 31 auftrifft, stationär ist und im Brennpunkt der Linse J>'\ liegt, so daß das Bündel parallel zu sich selbst bewegt wird, nachdem es durch die Zcr.densorlinse 3^ hindurchgegangen ist und bevor es auf eine Linse 35 auftrifft, die zu untersuchen ist, welche in einem festen Halter 36 angeordnet ist.

Die Lichtqiielle 32 kann eine Quarz-Jod-Lampe aufweisen, die in einem Kasten angeordnet ist und deren Licht durch einen Spalt in einer Platte auf eine Kondensorlinse auftrifft, um ein Parallellichtbündel auszubilden und zwar in ähnlicher Weise wie bei der Lichtquelle, die oben anhand dder I'ig. Λ beschrieben wurde, oder es kann ein Laser verwendet werden.

Wenn das von dem Spiegel 33 reflektierte Bündel in der Zeichnung von rechts nach links geschwenkt wird, schwenkt die Achse des Bündels der gebrochenen Strahlen, welche aus der in der Prüfung befindlichen Linse 35 austreten, von links nach rechus. Die Anfangsstellungen der Achsen des einfallenden und des austretenden Bündels sind bei 37 bzw. 38 jeweils dargestellt, und ihre Endstellungen sind jeweils bei 39 bzw. 40 dargestellt. Die Mittelachse dieser Bündel, welche mit der optischen Achse

509885/0430

der in der Prüfung befindlichen Linse zusammenfällt, ist bei 41 dargestellt.

Ein einzelner Fotodetektor 42 ist innerhalb des Winkels angeordnet, über welchen die Strahlen geschwenkt werden, welche aus der in der Prüfung befindlichen Linse austreten, und er ist derart ausgebildet, daß er eine Zeitsteuereinrichtung 4-3 so lange betätigt, wie er solche Strahlen auffängt. Ein Signal von der Zeitsteuereinrichtung kann gemäß den obigen Ausführungen verwendet werden, und es kann einer Sortier- und/oder Anzeigeeinrichtung zugeführt werden.

In einer (nicht dargestellten) Variante kann eine Lichtquelle verwendet werden, die einen Lichtkolben in einem Lichtkasten aufweist, wobei das Licht dieser Lichtquelle durch einen Spalt auf eine Kondensorlinse auftrifft, und die gesamte Anordnung kann auf Rollen gelagert sein, welche auf Schienen laufen. Ein an der mit Rollen ausgestatteten Anordnung befestigtes Seil kann auf eine Trommel aufgewickelt werden,, welche in der Weise durch einen Motor angetrieben wird, daß die Rolle mit einer.konstanten Geschwindigkeit bewegt wird. Die Schienen können entweder geneigt oder vertikal verlaufen, so daß die Rolle gegen die Schwerkraft aufwärts gezogen wird.

Gemäß Fig. 4 ist ein schmales Kollimatorlichtbündel 44 von einer Quelle 45 auf einen Weg gerichtet, entlang dem eine Zerstreuungslinse 46 (durch eine nicht-dargestellte Einrichtung) mit einer Geschwindigkeit V bewegt werden kann, wobe-i die Linse 46 untersucht werden soll. Eine weitere Sammellinse 47 ist auf der Achse des Bündels 44 angeordnet, welches auf die Zerstreuungslinse 46 auftrifft.

509885/0430

Die Zerstreuungslinse 46 ist in zwei aufeinanderfolgenden Stellungen dargestellt. V/enn sie sich in der ersten Stellung befindet, die in durchgezogenen Linien dargestellt ist, wird das einfallende Bündel 44 als austretendes Bündel 48 in den linken Teil der Zeichnung gebrochen, wie es durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, und dieses gebrochene Bündel 4-8 wii^d durch die Sammellinse 4-7 derart gebrochen, daß es einen in geeigneter Weise angeordneten Fotodetektor 4-9 bestrahlt, welcher derart angeordnet ist, daß er eine Zeitsteuereinrichtung 50 betätigt. Wenn sich die in der Prüfung befindliche Zerstreuungslinse 46 in den linken Teil der Figur bewegt, schwenkt das Bündel nach rechts, und ein zweiter Fotodetektor 51 ist derart angeordnet, daß er durch das (in gestrichelten Linien dargestellte) Bündel -bestrahlt wird, wenn die Zerstreuungslinse die (in gestrichelten Linien dargestellte) zweite Stellung erreicht hat. Dieser zweite Fotodetektor dient dazu, die Zeitsteuereinrichtung 50 zu unterbrechen.

Die zwei Fotodetektoren 49 und 51 sind symmetrisch in bezug auf die Achse des Bündels 44 angeordnet, welches auf die in der Prüfung befindliche Linse auftrifft, und sie werden demgemäß durch Strahlen getroffen, welche aus solchen Zonen dieser Linse austreten, die auf gleichen Abständen von gegenüberliegenden Seiten ihrer optischen Achse liegen. Bei dieser Ausführungsform hat sich die Linse 46 etwa um ein Fünftel ihres Durchmessers zwischen den dargestellten Stellungen bewegt, und demgemäß liegen solche Zonen, von denen Lichtstrahlen austreten, 10 % des Durchmessers von der optischen Achse dieser Linse entfernt.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Weg, welchen die Linse 46 zurücklegt, die geprüft bzw. untersucht werden soll,

509885/0430

den Brennpunkt der weiteren Linse M7 einschließt. Dies ist ein rein optisches Merkmal, jedoch ein solches, welches den Vorteil hat, die Brechkraft der Linse 4-6 leicht berechnen zu können und zwar selbst dann, wenn die Einrichtung nicht vorher kalibriert wird. In diesem Falle würde die Entfernung X zur Substitution in der Formel P = ■■ nicht der Abstand zwischen der in der Prüfung befindlichen Linse und den Detektoren gemäß Fig. 1 sein, sondern wäre stattdessen einfach die Brennweite der weiteren Linse.

Die in der Fig. 4 dargestellte Einrichtung kann dadurch abgewandelt werden, daß eine Zerstreuungslinse ersetzt wird, wenn es erwünscht ist, um eine oder mehrer stark brechende Sammellinsen zu prüfen.

In einer abgewandelten Form der Ausführungsform nach Fig. 4 kann der Abstand zwischen den Detektoren 49 und 51 einstellbar sein. Dies ermöglicht eine Veränderung des Abstandes zwischen den Zonen der geprüften Linse, von welchen gebrochene Strahlen ausgehen, um die Detektoren zu bestrahlen, oder in alternativer Weise, wenn verschiedene Stapel von Linsen mit verschiedener Brechkraft geprüft werden, wird ein konstantes Verhältnis für den Abstand zwischen solchen Zonen und der optischen Acft.se der Linse einerseits und der maximalen Linsenabmessung in der Bewegungsrichtung der Linse andererseits ermöglicht.

- Patentansprüche -

609885/0430

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Prüfung der Brechkraft einer Linse, wobei eine solche Linse mit einem Lichtstrahlenbündel beleuchtet wird, das von einer Lichtquelle aAisgesandt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Bündels und der Linse gegeneinander nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf verlagert v/erden, um zu erreichen, daß wenigstens zv:ei Positionen, Vielehe auf Abstand von der Linse angeordnet sind, nacheinander durch die gebrochenen Strahlen beleuchtet werden, Vielehe aus der Linse austreten, und daß das Zeitintervall zwischen solchen aufeinanderfolgenden Bestrahlungen überwacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen im wesentlichen in der Bildebene der Lichtquelle liegen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Querschnittsabmessung des Bündels, gemessen parallel zu der Richtung der relativen Verlagerung an der Oberfläche der Linse, geringer ist als die entsprechende halbe maximale Abmessung der Linse.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Spalt aufweist und daß das Bündel und die Linse relativ in einer Richtung verlagert werden, welche im wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse des Querschnittes dieses Bündels verläuft, und zwar an der Oberfläche der Linse.

509885/0430

5. Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Querschnittsabmessung des Bündels, gemessen senkrecht zu der'Richtung der relativen Verlagerung an der Oberfläche der Linse kleiner ist als die Hälfte der entsprechenden Abmessung der Linse und daß während der relativen Verlagerung das Bündel die Mitte der Linse bestrahlt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Lage der Positionen derart gewählt ist, daß sie nur durch solche Lichtstrahlen beleuchtet werden, welche aus denjenigen Zonen der Linse austreten, welche in einer Richtung parallel zu der Richtung der relativen Verlagerung weniger als 10 % von der maximalen Linsenabmessung in der Richtung von der optischen Achse der Linse entfernt liegen.

7· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gebrochenen Strahlen, welche aus der Linse austreten, nacheinander durch getrennte Abtasteinrichtungen aufgefangen werden, welche an jeder der Positionen angeordnet sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gebrochenen Strahlen, welche aus der Linse austreten, durch wenigstens einen Detektor aufgefangen werden, der oder jeder von welchen derart angeordnet ist, daß er ein elektrisches Signal an die Zeitsteuereinrichtung nur dann gibt, wenn der Lichtstrom auf einem solchen Detektor einen Schwellenwert überschreitet.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Linse verlagert wird und das Bündel stationär ist.

509885/0430

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gebrochenen Strahlen, welche aus der Linse austreten, derart geführt werden, daß sie durch eine weitere Linse hindurchgehen, und daß die Überwachung in bezug auf Lichtstrahlen durchgeführt wird, welche aus einer solchen weiteren Linse austreten.

11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Linse derart angeordnet isst, daß ihre optische Achse im wesentlichen mit der Achse des stationären Lichtbündels zusammenfällt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Überwachung de's Zeitintervalls ein Signal abgibt, welches einen quantitativen Wert für die Brechkraft der Linse darstellt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d.adurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Überwachung des Zeitintervalls ein Signal abgibt, welches anzeigt, ob die Brechkraft der Linse ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.

14. Vorrichtung zur Prüfung der Brechkraft einer Linse mit einer Lichtquelle und einem Linsenhalter, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, eine relative Verlagerung der Achse des Bündels der Lichtstrahlen, welche durch die Quelle ausgesandt wurden, und des Linsenhalters nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf herbeizuführen, daß weiterhin eine Abtasteinrichtung vorgesehen ist, welche nacheinander derart angeordnet ist, daß die gebrochenen Strahlen abgetastet werden, welche von einer Linse ausgesandt werden, die indem

509885/043Q

Linsenhalter zur Prüfung an wenigstens zwei Positionen gehalten ist, welche auf Abstand von dem Linsenhalter liegen, und daß eine Zeitsteuereinrichtung vorgesehen ist, welche das Zeitintervall zwischen der Abtastung der gebrochenen Strahlen an den Positionen überwacht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung wenigstens einen Detektor aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß er die gebrochenen Strahlen im wesentlichen in der Bildebene der Lichtquelle auffängt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle derart ausgebildet ist, daß sie ein Bündel aussendet, dessen maximale Querschnittsabmessung parallel zu der Richtung der relativen Verlagerung an der Oberfläche der zu prüfenden Linse kleiner ist als die Hälfte der entsprechenden maximalen Abmessung einer solchen Linse.

17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen Spalt aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß die größere Achse des Bündelquerschnittes am Linsenhalter im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der relativen Verlagerung angeordnet ist.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle derart ausgebildet ist, daß sie ein Lichtstrahlenbündel aussendet, welches derart gerichtet ist, daß es die Mitte einer zu.prüfenden Linse während der relativen Verlagerung beleuchtet, daß ein solches Bündel eine maximale Querschnittsabmessung senkrecht zu der Richtung der relativen Verlagerung an der Oberfläche einer solchen Linse aufweist, welche kleiner ist als die Hälfte der entsprechenden Abmessung einer solchen Linse.

509885/0430

19- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Detektoren vorgesehen sind, von denen der eine derart angeordnet ist, daß er die gebrochenen Strahlen an jeder Position auffängt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Detektoren einstellbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung derart angeordnet ist, daß sie ein elektrisches Signal der Zeitsteuereinrichtung zuführt, Vielehe nur dann darauf anspricht, wenn der Lichtstrom auf den Detektor bzw. auf die Detektoren einen Schwellenwert überschreitet.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle derart ausgebildet ist, daß sie ein stationäres Bündel aussendet, und daß weiterhin eine Einrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, den Linsenhalter in bezug auf die Achse eines solchen Bündels zu verlagern.

23· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Linse vorhanden ist, welche zwischen dem Linsenhalter und dem Detektor bzw. den Detektoren angeordnet und derart positioniert ist, daß sie durch die gebrochenen Strahlen beleuchtet wird, welche aus der in der Prüfung befindlichen Linse austreten, wodurch der Detektor bzw. die Detektoren solche gebrochenen Strahlen abtasten, und zwar nach einer weiteren Brechung durch die weitere Linse.

509885/0430

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Linse derart angeordnet ist, daß ihre optische Achse im wesentlichen mit der Achse des stationären Bündels zusammenfällt.

2^· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie ein Signal abgibt, welches für den quantitativen Wert der Brechkraft der zu prüfenden Linse repräsentativ ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie ein Signal abgibt, welches eine Aussage darüber enthält, ob die Brechkraft der Linse, welche zu prüfen ist, ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.

509885/0430

L Ή

Leerseite