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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell automatische Linsenmeßeinrichtungen,
und zwar betrifft die Erfindung im einzelnen eine Linsenmeßeinrichtung
zum automatischen Messen optischer Kenndaten von ophtalmischen Linsen
für die
Verwendung in Augengläsern.
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Es
sind bisher verschiedene Arten von Linsenmeßeinrichtungen vorgeschlagen
worden, welche optische Kenndaten von ophtalmischen Linsen automatisch
messen.
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Diese
automatischen Linsenmeßeinrichtungen
erfordern komplizierte Anordnungen, z.B. erfordern sie eine Mehrzahl
von Lichtquellen. Um dieses zu vermeiden, ist es übliche Praxis
geworden, als Lichtquellen keine Halogenlampen oder Wolframeinfadenlampen
zu verwenden, sondern vielmehr lichtemittierende Dioden (die nachstehend
als LEDs bezeichnet werden). Währenddessen
werden in gewöhnlichen
manuellen Linsenmeßeinrichtungen
Halogenlampen oder Wolframeinfadenlampen verwendet, die Wellenlängen von
546 nm bis 588 nm haben. Die gewöhnlich
angewandten LEDs haben dagegen eine Wellenlänge von etwa 660 nm. Infolgedessen
besteht ein Unterschied in der Wellenlänge zwischen den vorgenannten
Lampen und den LEDs.
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Allgemein
gesprochen hat eine Linse die Tendenz, eine Brechzahl zu besitzen,
die sich mit der Wellenlänge
des Lichts ändert, welche
Erscheinung als Dispersion oder Streuung bezeichnet wird. Aus diesem Grunde
wird die Brechkraft einer zu untersuchenden Linse unvermeidbar durch
die Meßwellenlänge beeinflußt, so daß also die
bei der Messung wirksame und/oder durch die Messung ermittelte Brechkraft
von der Meßwellenlänge abhängt. Das
hat zur Folge, daß sich
der Meßwert,
welcher mittels einer automatischen Linsenmeßeinrichtung ermittelt worden
ist, die mit LEDs versehen ist, und der Meßwert, der mit einer gewöhnlichen
manuellen Linsenmeßeinrichtung
ermittelt worden ist, die mit einer Halogenlampe oder einer Wolframeinfadenlampe
versehen ist, voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten bedeutet
das, daß sich
bei der längeren
Lichtwellenlänge
aufgrund der Dispersion oder Streuung eine verminderte Brechkraft
ergibt, was zur Folge hat, daß der
mittels einer automatischen Linsenmeßeinrichtung gemessene Wert
niedriger als der Wert ist, welcher mittels einer manuellen Linsenmeßeinrichtung
an der gleichen Linse gemessen wird.
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Auf
diese Weise ergibt sich bei den Linsenmeßeinrichtungen nach dem Stande
der Technik der Nachteil, daß es
beim Vorliegen eines solchen Fehlers im Meßwert, wie er oben dargelegt
wurde, unmöglich
ist, eine genaue Messung zu realisieren.
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Aus
der
DE 32 23 438 A1 ist
eine automatische Linsenmeßeinrichtung
zum automatischen Messen optischer Kenndaten einer in ein optisches
Meßsystem
eingefügten,
zu untersuchenden Linse bekannt, wobei die Linsenmeßeinrichtung
Meßlichtquellen
zum Emittieren eines Meßlichtbündels umfasst,
welche insbesondere lichtemittierende Dioden sein können. Aus
Diepes, Heinz: „Qualitätsbeurteilung
von Brillengläsern
nach DIN 58 203" in
DOZ, Nr. 7, 20. Juli 1983, Seiten 29 bis 34, ist darüber hinaus
bekannt, daß zur
exakten Vermessung von Brillengläsern
die Festlegung einer Bezugswellenlänge erforderlich ist, und daß bei Verwendung unterschiedlicher
Meßwellenlängen entsprechende
Korrekturen vorzunehmen sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es insbesondere, eine automatische Linsenmeßeinrichtung
zur Verfügung zu
stellen, welche automatisch den gleichen Meßwert liefern kann, wie er
mittels einer manuellen Linsenmeßeinrichtung erhalten wird.
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Weiterhin
soll mit der vorliegenden Erfindung eine automatische Linsenmeßeinrichtung
zur Verfügung gestellt
werden, die selbst dann, wenn damit Linsen ausgemessen werden, welche
unterschiedliche Abbesche Zahlen haben, einen genauen Meßwert, basierend
auf einem vorbestimmten Korrekturkoeffizienten, liefern kann.
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Die
obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
eine automatische Linsenmeßeinrichtung
zum automatischen Messen optischer Kenndaten einer in ein optisches
Meßsystem
eingefügten,
zu untersuchenden Linse gelöst,
welche die im Patentanspruch 1 definierten Merkmale aufweist. Die
abhängigen
Patentansprüche definieren
bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung.
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Die
vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung seien
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung näher
beschrieben und erläutert;
es zeigen:
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1 eine Vorderansicht, welche
das äußere Aussehen
einer automatischen Linsenmeßeinrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 eine Anordnung eines optischen
Systems, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird;
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3 ein Blockschaltbild eines
optischen bzw, elek trischen Systems, welches in der Ausführungsform verwendet
wird; und
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4 eine Kurvendarstellung,
welche eine Beziehung zwischen der Abbeschen Zahl und dem Korrekturkoeffizienten
zeigt.
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In
der nun folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung sei zunächst auf 1 Bezug genommen, in welcher
das äußere Aussehen
einer automatischen Linsenmeßeinrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
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Die
dargestellte automatische Linsenmeßeinrichtung umfaßt eine
Sichtwiedergabeeinrichtung 1, auf der eine Strichplatte
zum Anzeigen der optischen Achse eines optischen Meßsystems,
ein Ausrichtungs- oder Fluchtungstarget 2 (das in 1 ein Corona- oder Kranztarget
ist, welches weiter unten in näheren
Einzelheiten erläutert
ist, wobei der Begriff "Target" zusammenfassend
für die
Begriffe "Auftreffplatte,
Scheibe, Ziel, Target o. dgl." verwendet
wird), Meßergebnisse,
etc. zu sehen sind. Die Sichtwiedergabeeinrichtung 1 umfaßt eine LED-Punktmatrix-Sichtwiedergabe.
Die Linsenmeßeinrichtung
weist außerdem
einen DRUK-KEN-Schalter 3 zum
Drucken der Meßergebnisse
und einen ADD-Schalter 4 zum
Umschalten auf eine Additions- oder Zusatzdioptriewertmeßbetriebsweise
auf. Weiterhin sind vorgesehen LINKS/RECHTS-Schalter 5 zum
Auswählen,
ob eine Linse für
ein linkes Auge oder für
ein rechtes Auge ausgemessen werden soll, ein LESE-Schalter 6 zum Auslesen
bzw. Ausgeben von Meßwerten,
ein Linsenhalter 7, ein Nasenteil 8 zum Darauftragen
einer zu untersuchenden Linse so, daß die Linse im Zusammenwirken
mit dem Linsenhalter 7 gehalten wird, indem der Linsenhalter 7 auf
die Linse abgesenkt und die Linse zwischen dem Linsenhalter 7 und
dem Nasenteil 8 gehalten wird.
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Es
sei als nächstes
eine Ausführungsform
eines optischen Meßsystems
beschrieben und erläutert, das
in der automatischen Lin senmeßeinrichtung
verwendet wird.
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Die 2 zeigt eine Anordnung des
optischen Meßsystems
der automatischen Linsenmeßeinrichtung.
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In
dem System sind vier lichtemittierende Dioden 11, die mit
a, b, c und d bezeichnet sind, wie beispielsweise LEDs, in der Nähe des Brennpunkts
einer Objektivlinse 12 so angeordnet, daß sie senkrecht
zu der optischen Achse des Systems sind. Wenn eine auszumessende
Linse 15 auf dem Nasenteil 8 angebracht ist, bewirkt
ein Befehl, der von einem Computer ausgeht, daß ein LED-Treiber oder eine
LED-Betriebsschaltung so betrieben wird, daß die vier LEDs a, b, c und
d aufeinanderfolgend oder sequentiell EIN geschaltet werden. Ein
Target 13, das senkrecht zueinander vorgesehene Schlitze
hat, ist ortsfest oder beweglich zwischen der Objektivlinse 12 und
einer Kollimatorlinse 14 und in der Nähe des Brennpunkts hiervon
positioniert.
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Das
Nasenteil 8 ist zwischen der Kollimatorlinse 14 und
einer Fokussierungslinse 16 und in der Nähe des Brennpunkts
hiervon angeordnet. Bildfühler
oder -sensoren 18 sind so vorgesehen, daß sie senkrecht
zu der optischen Achse mit Bezug auf ein halbdurchlässiges Prisma 17 sind.
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Im
Betrieb wird Licht, das von den LEDs emittiert wird, durch die Objektivlinse 12,
die Kollimatorlinse 14, die zu untersuchende Linse 15 und
die Fokussierungslinse 16 hindurchgeschickt und dann auf
die beiden Bildsensoren 18 fokussiert, die senkrecht zueinander
angeordnet sind.
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Wie
in 3 veranschaulicht
ist, wird ein Signal, das für
die Ausgangsgrößen der
beiden Bildsensoren 18 kennzeichnend ist, durch eine CCD-Treiberschaltung 21 (CCD
= ladungsgekoppelter Speicher oder Baustein bzw. Ladungsspeicher-Baustein)
an einen Komparator 22 und eine Peak- oder Spitzenhalteschaltung 23 angelegt.
Eine in der Peak- oder Spitzenhalteschaltung 23 detektierte
Peak- oder Spitzenspannung wird in einem A/D-Umset zer 24 (A/D
= Analog-zu-Digital) in ein Digitalsignal umgesetzt, das dann in
einen Rechner 25 eingegeben wird. Das Digitalsignal wird
weiter von dem Computer 25 zu einem D/A-Umsetzer 26 (D/A
= Digital-zu-Analog) geschickt und dann darin in ein Spannungssignal
umgesetzt, das 1/2 der Peak- oder Spitzenspannung entspricht. Das
umgesetzte Spannungssignal wird daraufhin an den Komparator 22 angelegt.
Der Komparator 22 vergleicht dieses von dem D/A-Umsetzer 26 erhaltene
Spannungssignal mit dem direkt von der CCD-Treiberschaltung 21 erhaltenen
Signal und erzeugt ein Abtastimpuls- oder Markiersignal. Ein selbsthaltender
Schalter 28 empfängt,
wenn er das Abtastimpuls- oder Markiersignal von dem Komparator 22 erhält, ein
Signal von einem Zähler 27,
liest eine Position der Grenze eines hellen Teils und eines dunklen
Teils aus der Wellenform des Signals aus und detektiert deren Koordinatenposition
durch den Computer 25.
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Als
nächstes
sei kurz erläutert,
wie ein Meßwert
aus der detektierten Koordinatenposition berechnet wird.
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Das
Target 13 wird individueller Beleuchtung von den vier LEDs
ausgesetzt. In dem Fall, in welchem keine zu untersuchende Linse
auf dem Nasenteil 8 angebracht ist oder in welchem eine
zu untersuchende Linse, die einen Null-Dioptriewert hat, auf dem
Nasenteil 8 angebracht ist, überlappen sich alle Targetbilder,
die auf den Bildsensoren 18 ausgebildet werden, miteinander.
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In
dem Fall, in welchem die zu untersuchende Linse 15 nur
sphärische
Brechkraft hat, sind die auf den Bildsensoren 18 ausgebildeten
Targetbilder in der Position auf den Bildsensoren 18 um
eine Bewegung verschoben, welche dem sphärischen Dioptriewert entspricht.
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In
dem Fall, in dem die zu untersuchende Linse 15 nur zylindrische
Brechkraft hat, wird ein auf die zylindrische Linse auftreffendes
Lichtbündel
einer Brechkraft in der Richtung senk recht zu ihrem Hauptmeridian (oder
in der gleichen Richtung wie der Hauptmeridian) unterworfen. Auf
der Basis der Bewegung der Targetbilder kann der zylindrische Dioptriewert
berechnet werden.
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In
dem Fall, in welchem die zu untersuchende Linse
15 sowohl
sphärische
als auch zylindrische Brechkraft hat, werden die Targetbilder als
auf den Bildsensoren
18 um Beträge, die den jeweiligen Dioptriewerten entsprechen,
verschoben fokussiert. Wenn die LEDs a, b, c und d EIN geschaltet
sind, lassen sich der sphärische
Dioptriewert S, der zylindrische Dioptriewert C, der Axialwinkel Θ und die
Prismenbrechkraft durch die folgenden Gleichungen ausdrücken:
worin
A (x
a, y
a), B (x
b, y
b), C (x
c, y
c) und D (x
d, x
d) die Zentren
der Targetbilder bezeichnen und die nachfolgenden Beziehungen erfüllt sind:
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Durch
den Computer 25 werden die Koordinatenposition detektiert
sowie der sphärische
Dioptriewert, der zylindrische Dioptriewert, der Axialwinkel und
die Prismenbrechkraft auf der Basis der vorgenannten Gleichungen
berechnet und dann digital angegeben, insbesondere angezeigt.
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Jedoch
sind in dem Fall, in welchem eine zu untersuchende Linse einen anderen
Dioptriewert (Brechkraft) als den Null-Dioptriewert hat, die vier
Targetbilder um Beträge
verschoben, welche dem Dioptriewert entsprechen, und zwar wegen
ihres Aus-dem-Brennpunkt-Seins,
was zu einer Ursache seiner fehlerhaften Messung führt. Aus
diesem Grund ist es in der aktuellen Einrichtung wünschenswert,
das Meßtarget
zu bewegen, um diese Verschiebungen, die durch ihr Aus-dem-Brennpunkt-Sein
verursacht sind, kleinzumachen und die optischen Kenndaten der zu
untersuchenden Linse auf der Basis der Bewegungen des Meßtargets
und der Bildpositionen zu berechnen.
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Es
sei nun erläutert,
wie ein Meßfehler
korrigiert wird, der durch die Größe des Dispersions- oder Zerstreuungsvermögens einer
zu untersuchenden Linse verursacht wird, um durch diese Korrektur
einen Meßwert zu
erhalten, der gleich demjenigen ist, welcher mittels einer manuellen
Linsenmeßeinrichtung
gemessen wird bzw. wurde. Zu diesem Zweck kann eine Funktion des
Eingebens des Dispersions- oder Zerstreuungsvermögens der zu untersuchenden
Linse in die automatische Linsenmeßeinrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
eingebaut sein, um den durch das Dispersions- oder Zerstreuungsvermögen verursachten
Fehler zu korrigieren. Allgemein gesagt, wird die Abbesche Zahl,
welche dem Kehrwert des Dispersions- oder Zerstreuungsvermögens entspricht,
oft anstelle des Dispersions- oder Zerstreuungsvermögens benutzt.
Demgemäß wird die
Abbesche Zahl anstelle des Dispersions- oder Zerstreuungsvermögens in
der vorliegenden Ausführungsform
eingegeben. Das Eingeben der Abbeschen Zahl wird durch einen Abbesche-Zahl-Eingabeschalter 29 so
ausgeführt,
daß die
eingegebene Abbesche Zahl dann zu dem Rechner 25 geschickt
wird, in dem sie gespeichert wird, wie in 3 veranschaulicht ist. Alternativ können solche
vorhandenen Schalter, wie es beispielsweise der oben erwähnte ADD-Schalter 4 und
die obengenannten LINKS/RECHTS-Schalter 5 sind, in Kombination
als der Abbesche-Zahl-Eingabeschalter 29 verwendet werden,
um die Anordnung bzw. Ausbildung der Linsenmeßeinrichtung zu vereinfachen.
Die Abbesche Zahl hat eine im wesentlichen korrelative Beziehung
zu einer Differenz zwischen den Meßwerten, die mit der automatischen
Linsenmeßeinrichtung
und der manuellen Linsenmeßeinrichtung
gemessen werden. Aus diesem Grund kann der Meßfehler dadurch entfernt bzw.
korrigiert werden, daß vorher
eine solche Tabelle erstellt wird, welche die Beziehung zwischen
der Abbeschen Zahl und einem oder dem Korrekturkoeffizienten wiedergibt,
wie in 4 gezeigt, und
daß die
Tabelle in dem Computer 25 gespeichert wird, um einen Meßwert auf
der Basis des Korrekturkoeffizienten, welcher der Abbeschen Zahl
entspricht, zu korrigieren. Die Beziehung zwischen der Abbeschen
Zahl und dem Korrekturkoeffizienten kann eine Näherungs- oder Approximationsfunktion sein.
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Es
ist bei der Erstellung des Korrekturkoeffizienten zu beachten, daß dann,
wenn eine Linse, die einen vorbestimmten Dioptriewert hat, zur Verwendung
bei der Einstellung der automatischen Linsenmeßeinrichtung aus dem gleichen
Kron- oder Crownglas wie Augengläser-
bzw. Brillenlinsen hergestellt ist, mit Ausnahme des Einstellfehlers
keinerlei Meßfehler,
der durch das Dispersions- oder Zerstreuungsvermögen des Kron- oder Crownglases
verursacht wird, erfolgt. Demgemäß beinhaltet
eine zu untersuchende Linse, welche das gleiche Dispersions- oder
Zerstreuungsvermögen
wie die verwendete Bezugslinse zum Zeitpunkt des Einstellens des Dioptriewerts
hat, keinen Fehler, welcher durch Dispersion oder Streuung verursacht
wird. Jedoch haben zu dem Zweck, die Linsen dünner und leichter zu machen,
in der letzten Zeit solche Augengläser- bzw. Brillenlinsen mit
hoher Brechkraft Verbreitung gefunden, die aus Gläsern oder
Kunststoffen hergestellt sind, welche hohe Brechzahlen haben. Diese
Linsen können
hohe Brechzahlen haben, aber sie haben auch eine entsprechend erhöhte Dispersion
oder Streuung, was dazu führt,
daß der
obengenannte Meßfehler
erzeugt wird.
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Ein
Korrekturkoeffizient zur Korrektur eines Meßwerts einer zu untersuchenden
Linse, die ein Dispersions- oder Zerstreuungsvermögen hat,
das sich von demjenigen einer Bezugslinse unterscheidet, welche zum
Zeitpunkt des Einstellens der Dioptrie oder des Dioptriewerts verwendet
wird, wird gemäß der folgenden Gleichung
unter Verwendung der vorher gefundenen Brechkraftwerte der Einstellinse
bei 660 nm und 546 nm berechnet. Korrekturkoeffizient
= (nc1/ne1)/(nc2/ne2)worin ne1 die Brechzahl der Einstellinse
bei 546 nm bedeutet, nc1 bedeutet die Brechzahl der Einstellinse
bei 660 nm, ne2 bedeutet die Brechzahl einer zu untersuchenden Linse
bei 546 nm, und nc2 bedeutet die Brechzahl der zu untersuchenden
Linse bei 660 nm.
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Als
Ergebnis wird eine solche Kurve, wie sie in 4 gezeigt ist, erstellt.
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Weiter
wird ein Meßwert,
der einer Korrektur unterworfen worden ist (Korrekturmeßwert oder
korrigierter Meßwert)
gemäß der folgenden
Gleichung erhalten: Korrekturmeßwert =
Meßwert × Korrekturkoeffizient
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Es
sei als nächstes
erläutert,
wie die automatische Linsenmeßeinrichtung
betrieben wird, wenn es gewünscht
wird, den vorgenannten Korrekturvorgang auszuführen.
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Unmittelbar
nachdem ein Stromversorgungsschalter EIN geschaltet worden ist,
wird eine Abbesche Zahl, die nun in der Sichtwiedergabe eingestellt
worden ist, darauf angezeigt. Wenn die Abbesche Zahl einer zu untersuchenden
Linse gleich derjenigen ist, die in der Sichtwiedergabe eingestellt
worden ist, wird die Messung so ausgeführt, wie sie ist.
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Wenn
es gewünscht
wird, eine Linse auszumessen, die aus einem Material hergestellt
ist, das unterschiedlich gegenüber
dem Material der Einstellinse ist, d.h., wenn eine Linse ausgemessen
werden soll, deren Abbesche Zahl sich von derjenigen der Einstellinse
unterscheidet, gibt die Bedienungsperson eine neue Abbesche Zahl
durch den entsprechenden Schalter ein, um den entsprechenden Korrekturkoeffizienten
aus der bereits gespeicherten Beziehung der 4 zu berechnen und einen bzw. den Meßwert zu
korrigieren.
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Gemäß der automatischen
Linsenmeßeinrichtung
nach der vorliegenden Erfindung kann ein Meßwert, welcher gleich demjenigen
ist, den man mittels einer manuellen Linsenmeßeinrichtung als eine generelle
Referenz erhält,
durch Korrektur des gemessenen Werts erhalten werden.
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Mit
der Erfindung wird eine automatische Linsenmeßeinrichtung zum automatischen
Messen solcher optischer Kenndaten einer in ein optisches Meßsystem
eingefügten
zu untersuchenden Linse, wie es die sphärische Brechkraft, die zylindrische
Brechkraft, usw. sind, zur Verfügung
gestellt, wobei die Linsenmeßeinrichtung
folgendes umfaßt:
eine Meßlichtquelle
zum Emittieren eines Meßlichtbündels, das
eine vorbestimmte Wellenlänge
hat; eine Eingabeeinheit zum Eingeben des Dispersions- oder Zerstreuungsvermögens der
zu untersuchenden Linse oder des Kehrwerts dieses Dispersions- oder
Zerstreuungsvermögens;
eine Speichereinheit zum Speichern eines Korrekturkoeffizienten
für die
Korrektur einer Meßdifferenz,
die durch eine Wellenlängendifferenz
verursacht ist, wobei der Korrekturkoeffizient dem Dispersions-
oder Zerstreuungsvermögen
der zu untersuchenden Linse oder dem Kehrwert dieses Dispersions-
oder Zerstreuungsvermögens
zugeordnet ist bzw. in Korrelation hierzu steht; und eine Berechnungseinheit
zum Berechnen bzw. Umrechnen eines auf einem Meßlichtbündel, das eine unterschiedliche
Wellenlänge
hat, basierenden Meßwerts
auf der Basis des oder eines in der Speichereinheit gespeicherten
Korrekturkoeffizienten.