WO2023160815A1

WO2023160815A1 - Verfahren zur vermessung optischer linsenflächen

Info

Publication number: WO2023160815A1
Application number: PCT/EP2022/054947
Authority: WO
Inventors: Engelbert Hofbauer
Original assignee: Engelbert Hofbauer
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2023-08-31
Also published as: US20250180429A1; JP2025508505A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Vermessung optischer Linsenflächen wird mit einer ausgedehnten Lichtquelle (21) ein Messstrahl (26, 27, 28) erzeugt, über eine optische Anordnung (23) kollimiert und nach Reflexion an einer zu vermessenden Linsenfläche mit einem optischen Detektor (25) erfasst. Zwischen der Lichtquelle (21) und dem optischen Detektor (25) wird eine den Messstrahl (26, 27, 28) begrenzende Apertur (24) eingesetzt, die als vignettierende Feldblende wirkt. Die Feldblende wird durch den Messstrahl (26, 27, 28) nach Reflexion an einer ersten Linsenfläche unscharf als erster Lichtfleck (26a) auf den optischen Detektor (25) abgebildet. Mit dem optischen Detektor (25) wird gleichzeitig auch wenigstens ein zweiter Lichtfleck (27a) erfasst, der durch Reflexion des Messstrahls (26, 27, 28) an einer zweiten Linsenfläche der optischen Linsenanordnung (10) erhalten wird. Aus der Intensitätsverteilung der beiden Lichtflecke (26a, 27a) kann ein Winkel der jeweiligen Linsenfläche zur optischen Achse des Messstrahls (26, 27, 28) für beide Linsenflächen gleichzeitig bestimmt werden. Damit wird ein Verfahren zur Vermessung von Linsenflächen optischer Linsensysteme bereitgestellt, das ohne aufwändige optische Aufbauten auskommt und eine schnelle Vermessung der Linsenflächen ermöglicht.

Description

Verfahren zur Vermessung optischer Linsenflächen

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung optischer Linsenflächen, insbesondere zur Zentriermessung an asphärischen Linsen, bei dem die Linsenflächen in Reflexion mit einer optischen Messanordnung vermessen werden, in der eine die optische Messstrahlung begrenzende Apertur eingesetzt und unscharf als Lichtfleck auf einen optischen Detektor der Messanordnung abgebildet wird.

Bei der Herstellung asphärischer Linsen können durch Herstellungs fehler oder Herstellungstoleranzen Abweichungen von der gewünschten Asphärenform auftreten, die aus Gründen der Qualitätssicherung erkannt werden müssen. Dies kann mit einer berührungslosen Zentriermessung erfolgen, durch die ein Scheitelversatz und eine Achsverkippung der asphärischen Linse erfasst werden können. Bei der Zentriermessung wird zunächst die Lage des Krümmungsmittelpunktes (Scheitel) des sphärischen Anteils der asphärischen Linsenfläche bestimmt und anschließend am asphärischen Anteil, also dem Randbereich außerhalb des Scheitels, gemessen.

Stand der Technik

Die EP 1918687 Bl beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Lage einer Symmetrieachse einer asphärischen Linsenfläche relativ zu einer Bezugsachse, bei dem zunächst die Lage des Krümmungsmittelpunktes des sphärischen Anteils der Linsenfläche bestimmt und anschließend durch Drehung der Linse um eine Drehachse eine Taumelbewegung des asphärischen Anteils gemessen wird, um die Lage der Symmetrieachse der asphärischen Linsenfläche relativ zur Drehachse zu ermitteln . Die Messungen erfolgen mit Autokollimatoren über eine Reflexion an der zu vermessenden Linsenfläche .

Aus der EP 1636542 Bl sind ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur berührungslosen Messung von Winkeln oder Winkeländerungen an Gegenständen bekannt , die sich unter anderem auch zur Vermessung asphärischer Linsenoder Spiegel flächen einsetzen lassen . Bei diesem Verfahren wird mit einer ausgedehnten Lichtquelle ein optischer Messstrahl erzeugt , mit dem eine als Feldblende wirkende Blende durchleuchtet wird und der nach Reflexion an der zu vermessenden Fläche mit einem optischen Detektor erfasst wird . Die durchleuchtete Blende wird dabei über ein optisches System unscharf als Lichtfleck auf den optischen Detektor abgebildet . Durch Ermitteln der Lage des Blendenbildes in Bezug auf eine Referenzlage kann ein Winkel zwischen der vermessenen Fläche und einer optischen Achse des Messstrahls am Schnittpunkt der optischen Achse mit der vermessenen Fläche bestimmt werden .

Aus der EP 3037800 Bl ist ein Verfahren zur Vermessung optischer Linsenanordnungen anhand von Rückreflexen unterschiedlicher Linsenflächen bekannt , bei der eine relativ aufwändige Abbildungsoptik eingesetzt wird, um unterschiedliche Bildebenen an vermuteten Positionen der Krümmungsmittelpunkte der Linsenflächen zu erzeugen . Die WO 2014 / 114444 Al zeigt ein Verfahren zur Vermessung optischer Linsen mit Hil fe eines Autokollimations fernrohrs , bei der einzelne Linsenflächen nacheinander j eweils durch Fokussierung auf die entsprechende Linsenfläche vermessen werden . Aus der US 7286212 B2 ist ein weiteres Verfahren zur Vermessung optischer Linsenflächen bekannt , bei dem für j ede Linsenfläche eine getrennte Abbildungsoptik eingesetzt wird . Jede Linsenfläche wird hierbei j eweils nur von der Seite vermessen, zu der sie gerichtet ist .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Vermessung optischer Linsenflächen einer optischen Linsenanordnung anzugeben, das eine schnelle Vermessung von wenigstens zwei Linsenflächen der optischen Linsenanordnung ohne aufwändige Abbildungsoptiken ermöglicht .

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Aus führungsbeispielen entnehmen .

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird mit einer ausgedehnten Lichtquelle ein optischer Messstrahl erzeugt , über eine optische Anordnung kollimiert , auf eine erste zu vermessende Linsenfläche einer optischen Linsenanordnung gerichtet und nach Reflexion an der ersten zu vermessenden Linsenfläche mit wenigstens einem ortsauf lösenden optischen Detektor erfasst . Zwischen der Lichtquelle und dem optischen Detektor wird bei diesem Verfahren eine den Messstrahl begrenzende Apertur eingesetzt , die als vignettierende Feldblende wirkt und durch den Messstrahl unscharf als Lichtfleck, im Folgenden aufgrund der Reflexion an der ersten zu vermessenden Linsenfläche als erster Lichtfleck bezeichnet , auf den optischen Detektor abgebildet und mit dem optischen Detektor erfasst wird .

Die ausgedehnte Lichtquelle ist dabei so ausgebildet , dass sie eine gleichmäßige flächenhafte Leuchtdichte erzeugt , beispielsweise durch Nutzung einer oder mehrerer LEDs mit davor angeordneter Streuscheibe oder mit davor angeordnetem Kondensor oder auch einer davor angeordneten Kombination von Streuscheibe und Kondensor . Der ortsauf lösende optische Detektor kann beispielsweise durch einen CCD- oder CMOS-Flächensensor gebildet sein . Selbstverständlich lassen sich auch andere ortsauf lösende optische Detektoren einsetzen . Auch mehrere nebeneinander angeordnete ortsauf lösende Detektoren sind möglich .

Die den optischen Messstrahl begrenzende Apertur wird vorzugsweise durch eine Blende mit fester oder mit einstellbarer Blendenöf fnung gebildet . Sie kann auch durch eine geeignete Linsenfassung einer Linse der optischen Anordnung gebildet werden . Sie wird an geeigneter Stelle im Strahlengang des Messstrahls angeordnet , um die vignettierende Wirkung zur Erzeugung des unscharfen Lichtflecks auf dem Detektor zu erreichen, vorzugsweise in oder zwischen der optischen Anordnung zur Kollimation, vorzugsweise einer Autokollimationsoptik, und der optischen Linsenanordnung mit den vermessenden Linsenflächen . Bei der optischen Linsenanordnung kann es sich um eine einzelne Linse , beispielsweise eine ein- oder doppelseitige Asphäre , d . h . eine asphärische Linse mit einer asphärischen und einer sphärischen oder mit zwei asphärischen Linsenflächen, oder auch um eine Anordnung mehrerer voneinander beabstandeter Linsen handeln .

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird nun mit dem optischen Detektor gleichzeitig mit der Erfassung des ersten Lichtflecks auch wenigstes ein zweiter Lichtfleck erfasst , der durch Reflexion des Messstrahls an einer weiteren Linsenfläche , im Folgenden als zweite Linsenfläche bezeichnet , der optischen Linsenanordnung erhalten wird . Auch dieser zweite Lichtfleck entsteht durch die Wirkung der den Messstrahl begrenzenden Apertur als vignettierende Feldblende und Abbildung dieser Apertur - nach Reflexion an der zweiten Linsenfläche - auf den optischen Detektor . Die mit dem optischen Detektor gleichzeitig erfassten Intensitätsverteilungen der beiden Lichtflecke werden dann ausgewertet , um den j eweiligen Winkel zwischen der ersten Linsenfläche und der optischen Achse des Messstrahls am Schnittpunkt der optischen Achse des Messstrahls mit der ersten Linsenfläche und zwischen der zweiten Linsenfläche und der optischen Achse des Messstrahls am Schnittpunkt der optischen Achse des Messstrahls mit der zweiten Linsenfläche zu bestimmen . Diese Bestimmung des Winkels kann in gleicher Weise erfolgen wie dies beispielsweise in der bereits genannten EP 1636542 Bl beschrieben ist . Aus einer Verschiebung des j eweiligen Lichtflecks gegenüber einer bekannten Bezugslage (Nulllage ) auf dem optischen Detektor kann dabei der j eweilige Winkel an der Messposition ( Schnittpunkt zwischen optischer Achse des Messstrahls und Linsenfläche ) ermittelt werden . Die vignettierende Wirkung der den Messstrahl begrenzenden Apertur ermöglicht eine sehr genaue Ermittlung der Lage des Lichtflecks über die durch den Lichtfleck erzeugte Intensitätsverteilung, die entlang einer durch das Zentrum des Lichtflecks gehenden Linie eine V-Form aufweist .

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wurde erkannt , dass bei Nutzung einer Messanordnung mit der vignettierenden Feldblende auch ein durch eine weitere , zweite Linsenfläche , auf die der Messstrahl nach Durchtritt durch die ersten Linsenfläche tri f ft , erzeugter Lichtfleck zusammen mit dem ersten Lichtfleck auf dem Detektor erfassbar ist und entsprechend ausgewertet werden kann . Bei der zweiten Linsenfläche kann es sich bspw . um die rückseitige Linsenfläche einer Linse oder auch - bei gekitteten Linsen - um eine innere Linsenfläche handeln . Die beiden Lichtflecke auf dem Detektor müssen für die Bestimmung der Winkel ausreichend voneinander unterscheidbar bzw . trennbar sein . I st dies bei einer Messung nicht der Fall , so wird die Linsenanordnung bzw . Linse senkrecht zur optischen Achse des Messstrahls verschoben, bis die beiden Lichtflecke ausreichend unterscheidbar bzw . trennbar sind . Die Distanz der Verschiebung wird dabei geeignet erfasst und bei der Auswertung berücksichtigt . Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich somit ohne eine zusätzliche oder aufwändige optische Anordnung wenigstens zwei Linsenflächen gleichzeitig hinsichtlich ihres Winkels zur optischen Achse des Messstrahls an der j eweiligen Messposition vermessen . Im Falle der Vermessung einer Asphäre lassen sich damit durch eine Messung am asphärischen Teil mit einer einzigen Rotationsmessung um wenigstens 180 ° - oder entsprechend mehreren Messungen an unterschiedlichen Positionen in einer Häl fte der Asphäre - die exakte Lage der Asphäre , insbesondere eine Verkippung und einen seitlichen Versatz ermitteln .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand von Aus führungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert . Hierbei zeigen :

Fig . 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften optischen Aufbaus , wie er bei der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eingesetzt werden kann;

Fig . 2 ein Beispiel für den Einsatz dieses optischen Aufbaus bei der Vermessung einer Asphäre mit dem vorgeschlagenen Verfahren;

Fig . 3 ein weiteres Beispiel für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens mit einem derartigen Aufbau;

Fig . 4 ein Beispiel für die Vermessung einer

Asphäre mit dem vorgeschlagenen Verfahren;

Fig . 5 ein weiteres Beispiel für die Vermessung einer Asphäre mit dem vorgeschlagenen Verfahren; und

Fig . 6a/b Beispiele für die Vermessung einer doppelseitigen Asphäre mit dem vorgeschlagenen Verfahren .

Wege zur Ausführung der Erfindung Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden durch mindestens zwei zumindest teilweise reflektierende Linsenflächen, die sphärisch oder auch asphärisch ausgebildet sein können, j eweils unscharfe Austrittsluken als Bilder der bei dem Verfahren eingesetzten begrenzenden Apertur bzw . Aperturblende des optisch wirksamen Systems auf einem Detektor abgebildet . Um diese Art der Wirkung der Aperturblende als Feldblende zu gewährleisten, wird diese an geeigneter Stelle in dem Strahlengang des Messstrahls positioniert . Dabei ist das ausgesandte Mess- bzw . Ob ektstrahlenbündel nicht orts fest wie z . B . beim klassischen Autokollimator mit Fadenkreuz . Als Obj ekt dient vielmehr eine ausgedehnte Lichtquelle ( Obj ektleuchtfläche ) , die vorzugsweise mindestens die gleichen Abmessungen bzw . die gleiche Größe wie die Detektions fläche des Detektors aufweisen sollte , so dass j eder Ob j ektleucht- punkt einer entsprechenden konj ugierten Bildpunktlage entspricht , die durch die Mitte der Aperturblende mit einer entsprechenden Hauptstrahlneigung a korrespondiert . Dieser Winkel des Hauptstrahls wird bei der Detektion ermittelt und ausgewertet . Besonders bevorzugt wird die Ob j ektleucht fläche größer als die Detektions fläche gewählt . Durch die prinzipbedingte unscharfe Abbildung der Austrittspupille des Gesamtsystems am Detektor können nun von unterschiedlichen Linsenflächen (bei in der Regel unterschiedlichen Radien) longitudinal verschiedene unscharfe Austrittsluken am Detektor ausgewertet werden . Wichtig ist hierbei nur, dass die Strahlen an den Linsenflächen unterschiedliche ( trennbare ) Flächenkippwinkel aufweisen . Dann können auch mehr als zwei Flächen detektiert werden . Zur Optimierung der Messung ist es vorteilhaft , die Strahldivergenz durch entsprechende Vorsatzlinsen oder auch durch geeignete Einstellung der optischen Anordnung, in der Regel eines Obj ektivs , so anzupassen, dass die Lichtflecke auf dem Detektor ausreichend voneinander getrennt sind . Die Lichtflecke werden also dabei über die optischen Elemente , ggf . auch zusätzlich über eine Anpassung der Blendengröße , so eingestellt , dass beide Lichtflecke nicht überlappen, sondern voneinander getrennt werden können .

Figur 1 zeigt hierbei zunächst schematisch einen beispielhaften Aufbau des Messsystems , wie es beim vorgeschlagenen Verfahren eingesetzt werden kann . Die Figur zeigt eine ausgedehnte Lichtquelle 21 , in der vorliegenden Patentanmeldung auch als f lächenhaf ter Strahler bezeichnet , die in diesem Beispiel durch Bestrahlung einer Streulichtscheibe 21b von einer Strahlungsquelle 21a, beispielsweise einer LED, gebildet wird . Das von dieser ausgedehnten Lichtquelle 21 ausgehende Messstrahlbündel 28 wird über einen Strahlteiler 22 in das optische System eingestrahlt , um 90 ° abgelenkt und durchleuchtet die Aperturblende 24 . An der zu vermessenden Linse 10 wird das Strahlbündel in sich reflektiert und über das Obj ektiv 23 nach erneutem Durchgang durch den Strahlteiler 22 auf den fotoempfindlichen Detektor 25 abgebildet . Eine Reflexion erfolgt hierbei nicht nur an der dem Messsystem zugewandten Linsenfläche der Linse 10 , sondern auch an der dem Messsystem abgewandten Linsenfläche . Liegen die Linsenflächen am Schnittpunkt mit der optischen Achse 29 dieses Messsystems nicht exakt unter einem Winkel von 90 ° zu dieser Achse , so wird auf dem Detektor 25 für j ede der Linsenflächen ein Lichtfleck abgebildet , der vom Schnittpunkt der optischen Achse 29 mit dem Detektor 25 abweicht . Der Lichtfleck entsteht dabei durch die vignettierende Wirkung der Aperturblende 24 und ermöglicht eine exakte Vermessung der Winkelabweichung vom 90 ° -Winkel , wie dies beispielsweise in der EP 1636542 Bl genauer beschrieben ist .

Figur 2 zeigt hierzu eine schematische Darstellung der Vermessung einer in diesem Fall sphärischen Linse 10 mit der Messanordnung der Figur 1 , die in diesem und den folgenden Beispielen auch als Sensor 20 bezeichnet wird . Vor diesem Sensor 20 ist in diesen Beispielen eine Vorsatzlinse 50 zur Strahl formung angeordnet . Die zu vermessende Linse 10 wird für die Vermessung vorzugsweise auf eine Linsenaufnahme 30 , beispielsweise eine Ringkante oder Dreipunktauflage , auf einem Drehtisch 40 aufgesetzt , der um eine Rotationsachse 41 drehbar ist ( Drehung C ) . Die Linsenaufnahme 30 ermöglicht hierbei auch eine genaue Ref erenzierung des Sensors 20 zur zu vermessenden Linse , beispielsweise durch Aufsetzen einer polierten Kugel bekannter Präzision auf die Linsenaufnahme 30 und Justage der Anordnung mit dieser Kugel . Damit kann dann mit dem Sensor 20 oder auch einem ähnlichen, geeigneten Instrument , eine Bezugsachse bestimmt und die Linsenauflage als Bezugs fläche der zu vermessenden Linse referenziert werden .

Figur 3 zeigt eine detailliertere Darstellung der Vermessung einer sphärischen Linse 10 mit dem Sensor 20 gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren . In dieser Abbildung sind im Sensor 20 schematisch die ausgedehnte Lichtquelle 21 , der Detektor 25 , der Strahlteiler 22 sowie das Obj ektiv 23 und die Aperturblende 24 dargestellt . Auch die Vorsatzlinse 50 ist in dieser Darstellung erkennbar . Die zu vermessende sphärische Linse 10 liegt auf der Linsenaufnahme 30 auf dem Drehtisch auf . Die sphärische Linse 10 weist einen Scheitel 11 , einen Randbereich 12 , einen rückseitigen Scheitel 13 , einen rückseitigen Randbereich 14 sowie einen Randzylinder 15 auf . Im vorliegenden Beispiel ist angedeutet , dass der Krümmungsmittelpunkt 16 der vorderen Linsenfläche und der Krümmungsmittelpunkt 17 der rückseitigen Linsenfläche auf der optischen Achse 18 der Linse liegen, die j edoch nicht mit der Rotationsachse 41 des Drehtisches übereinstimmt . In der Figur 3 sind zwei Hauptstrahlen 26 , 27 angedeutet , die nach Reflexion an den beiden Linsenflächen aufgrund der Vignettierung durch die Aperturblende 24 als unscharfe Lichtflecke auf dem Detektor 25 erscheinen . Der vignettierende Hauptstrahl 26 , der an der vorderen Linsenfläche reflektiert wird, führt dabei zu einem Lichtfleck 26a, der vignettierende Hauptstrahl 27 , der an der rückseitigen Linsenfläche reflektiert wird, zu einem unscharfen Lichtfleck 27a auf dem Detektor . Der linke obere Teil der Figur 3 zeigt exemplarisch das Gesichts feld bzw . die Detektions fläche des Detektors 25 mit den beiden Lichtflecken 26a, 27b bei eindeutiger lateraler Trennung, so dass beide gleichzeitig erfasst und ausgewertet werden können . Auf diese Weise lässt sich die Neigung der Linsenfläche am Schnittpunkt der optischen Achse des Messstrahls mit der j eweiligen Linsenfläche bestimmen . Bei einer Rotation des Drehtisches beschreiben beide Lichtflecke j eweils eine Kreis- oder Ellipsenform mit entsprechendem Durchmesser, welcher mit dem realen (Vorderseite , Fläche 1 ) bzw . virtuellen (Rückseite , Fläche 2 ) Flächenkippwinkel korrespondiert . Die Kreis form ist im linken oberen Teil der Figur 3 im Gesichts feld des Detektors 25 angedeutet . Es lassen sich dabei der meridionale und der sagittale Strahlengang getrennt auswerten . Der reale Flächenkippwinkel der Rückseite kann über die gemessene optische Wirkung der ersten (vorderseitigen) Fläche (Radius , Brechzahl , Dicke ) über ein Optik-Design-Programm rückwärtig berechnet werden . Die Winkelabweichungen können auch als seitlicher Versatz der j eweiligen meridionalen und sagittalen Krümmungsmittelpunkte zur Drehachse interpretiert werden .

Bei nicht-paraxialen Messungen, bei denen der Messstrahl unter einem Einfallswinkel s (Winkel gegenüber der Senkrechten = Einfallslot ) auf die erste Linsenfläche tri f ft , machen sich nichtlineare Abweichungen bei der Brechung des Strahls an der ersten Linsenfläche bemerkbar, die für die Berechnung des Flächenkippwinkels der zweiten Linsenfläche ggf . berücksichtigt werden müssen . Bei der Zentriermessung der einzelnen realen Flächenkippungen ist die Berechnung von rückflächigen Kippwinkeln immer von den Flächenneigungen der davor liegenden Linsenflächen beeinflusst und wird über die Rückwärtsrechnung des Strahlverlaufs exakt berechnet . Bei nichtlinearen Änderungen im Falle von nicht paraxialer Anwendung des Strahlengangs , führt dies zu Fehlern, die bereits bei 15 ° Einfallswinkel zu 5% Abweichungen führen . Bei größeren Einfallswinkeln von 35 bis 45 Grad kann der Fehler im Bereich von 200 bis 300 Prozent liegen .

Die näherungsweise Betrachtung und Erstellung der Zusammenhänge sollen hier in einer Idealisierung der Anwendung erfolgen : 1 . Linsen- bzw . Asphärenachse = Drehachse

2 . Reflektierende ( zweite ) Fläche dicht hinter der ersten Fläche

3 . Reflektierter Strahl an gleicher Stelle wie einfallender Strahl

Die Änderung des Winkels s " des gebrochenen Strahles ergibt sich über die Brechzahl n sowie den Einfallswinkel s selbst zu :

COS £ de = n - ; de cos ft

Damit wird ein Korrekturf aktor K = n* coss/ coss ' erhalten, der bei der Bestimmung des realen Flächenkippwinkels der zweiten Fläche verwendet wird . Dieser Korrekturf aktor kann beispielweise über eine LUT ( Look-Up-Table ) in Abhängigkeit vom Einfallswinkel bereitgestellt werden .

Bei der Vermessung von Asphären wird das Verfahren in gleicher Weise eingesetzt , wie in Figur 4 am Beispiel der Vermessung einer einseitigen Asphäre dargestellt ist . Eine Asphärenf läche hat nicht nur einen, sondern viele Krümmungsmittelpunkte , welche alle auf einer Achse liegen, die durch den Scheitel (Rotationssymmetriepunkt ) verläuft . Eine Asphärenf läche hat eine Asphärenachse . Diese Achse kann zu einer Bezugsachse geneigt sein und der Scheitel bzw . Rotationssymmetriepunkt der Fläche , kann seitlich von der Bezugsachse verschoben sein . Figur 4 zeigt hierzu das Beispiel einer einseitigen Asphäre 10 ( eine Seite Asphäre , andere Seite Sphäre ) mit dem Scheitel 11 bzw . Zentralbereich der Vorderfläche der Asphäre und dem Randbereich 12 der Vorderfläche der Asphäre . Der Sensor 20 ist in dieser Figur nur vereinfacht mit dem Detektor 25 und der Vorsatzlinse 50 dargestellt . Die beiden an Vorder- und Rückseite der Asphäre 10 reflektierten Messstrahlen, vignettierter Hauptstrahl 26 und vignettierter Hauptstrahl 27 sind ebenfalls beispielhaft dargestellt . Die Asphäre 10 weist einen scheinbaren Krümmungsmittelpunkt 19 am Rand sowie einen Krümmungsmittelpunkt 16 des Scheitels auf . Die Asphärenachse 18 ist ebenfalls in der Figur dargestellt . Auch hier ergeben sich durch die Reflexion des Messstrahls an den beiden Linsenflächen der Asphäre zwei Lichtflecke auf dem Detektor 25 , durch die die beiden Linsenflächen sowohl im Zentralbereich als auch am Rand vermessen werden können . Dies ist anhand der Figur 5 nochmals mit den gleichen Bezugs zeichen anhand eines Beispiels dargestellt , bei dem zwei Sensoren 20a und 20b eingesetzt werden, um im Zentrum der Asphäre 10 und im Randbereich der Asphäre 10 gleichzeitig Messungen durchführen zu können .

Bei doppelseitigen Asphären (Rückseite ebenfalls mit asphärischer Fläche ) kann die Asphärenachse nicht mehr nur mit einer Messung im Zentrum hinreichend genau ermittelt werden . Hier ist die Messung an unterschiedlichen Stellen erforderlich, wie dies schematisch anhand der Figuren 6a und 6b mit einer zusätzlichen Messung der rückseitigen Fläche am Rand mit einem dritten Sensor 20c dargestellt ist . Vorzugsweise werden auch die beiden Messungen an der vorderseitigen und rückseitigen Fläche am Rand gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren mit nur einem Sensor, bspw . Sensor 20b, gleichzeitig durchgeführt . Die Bestimmung des inneren Zentrierfehlers einer asphärischen Linse kann bspw . mit folgenden Schritten erfolgen : a ) Ref erenzierung der Auflage (bzw . Linsenaufnahme 30 ) als Bezugs fläche der Linse bspw . mit Hil fe einer Kugel eines bevorzugten, angenähert gemittelten Radius der beiden Linsenflächen mit dem Sensor 20 oder einem ähnlichen, geeigneten Instrument , welches ohne Änderung von Vorsatzlinsen, einer Verschiebung des Instrumentes entlang der optischen Achse oder einer Fokusvariation die Krümmungsmittelpunkte der Linsenflächen zu vermessen vermag; b ) Messen der Lage des Krümmungsmittelpunktes des sphärischen Anteils der zu vermessenden asphärischen Lins en flächen; c ) Messen am asphärischen Anteil außerhalb des Scheitels ( für beide Linsenflächen gleichzeitig) ; d) Ermittlung des inhärenten, inneren Zentrierfehlers durch Verrechnung aus den beiden Messwerten zusammen mit Hil fe bekannter Designdaten

(wie Radius , Dicke und Brechzahl ) .

Der Aufbau der optischen Anordnung zur Vermessung der Linsenflächen kann auch von dem Beispiel der Figur 1 abweichen, beispielsweise durch Vertauschung von Detektor und Lichtquelle , durch Einsatz eines anderen Strahlteilers , durch Anordnung der vignettierenden Feldblende an anderer Stelle oder durch andere Modi fikationen, solange die vignettierende Wirkung der Feld- bzw . Aperturblende zur Erzeugung der unscharfen Lichtflecke auf dem Detektor gewährleistet bleibt . Bezugs zeichenliste Linse Scheitel bzw . Zentralbereich der Linsenvorder fläche Randbereich der Linsenvorderf lache Scheitel bzw . Zentralbereich der Linsenrückfläche Randbereich der Linsenrückfläche Randzylinder der Linse Krümmungsmittelpunkt der ersten Fläche Krümmungsmittelpunkt der zweiten Fläche optische Achse der Linse scheinbarer Krümmungsmittelpunkt der Asphäre am Rand Sensor a erster Sensor b zweiter Sensor c dritter Sensor ausgedehnte Lichtquelle a Strahlungsquelle b Streulichtscheibe Strahlteiler Obj ektiv Aperturblende fotoempfindlicher Detektor vignettierender Hauptstrahl nach Reflexion an vorderer Linsenfläche a Lichtfleck auf Detektor vignettierter Hauptstrahl nach Reflexion an rückseitiger Linsenfläche a Lichtfleck auf Detektor Messstrahlbündel optische Achse Linsenaufnahme Drehtisch Rotationsachse Vorsatzlinse

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Vermessung optischer Linsenflächen, insbesondere zur Zentriermessung an asphärischen Linsen, bei dem

- mit einer ausgedehnten Lichtquelle (21) ein optischer Messstrahl (26, 27, 28) erzeugt, über eine optische Anordnung (23) kollimiert, auf eine erste zu vermessende Linsenfläche einer optischen Linsenanordnung (10) gerichtet und nach Reflexion an der ersten zu vermessenden Linsenfläche mit wenigstens einem ortsauf lösenden optischen Detektor (25) erfasst wird,

- wobei zwischen der Lichtquelle (21) und dem optischen Detektor (25) eine den optischen Messstrahl (26, 27, 28) begrenzende Apertur (24) eingesetzt wird, die als vignettierende Feldblende wirkt und durch die der Messstrahl (26, 27, 28) unscharf als erster Lichtfleck (26a) auf den optischen Detektor (25) abgebildet und mit dem optischen Detektor (25) erfasst wird,

- aus einer Intensitätsverteilung des ersten Lichtflecks (26a) auf dem optischen Detektor (25) und einer Verschiebung des ersten Lichtflecks (26a) gegenüber einer Bezugslage (Nulllage) ein Winkel zwischen der ersten zu vermessenden Linsenfläche und einer optischen Achse des Messstrahls am Schnittpunkt der optischen Achse des Messstrahls mit der ersten zu vermessenden Linsenfläche bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem optischen Detektor (25) gleichzeitig mit der Erfassung des ersten Lichtflecks (26a) auch wenigstens ein zweiter Lichtfleck (27a) erfasst wird, der durch Reflexion des Messstrahls (26, 27, 28) an einer zweiten zu vermessenden Linsenfläche der optischen Linsenanordnung (10) erhalten wird, und aus einer Intensitätsverteilung des zweiten Lichtflecks (27a) auf dem optischen Detektor (25) und einer Verschiebung des zweiten Lichtflecks (27a) gegenüber einer Bezugslage (Nulllage) ein Winkel zwischen der zweiten zu vermessenden Linsenfläche und der optischen Achse des Messstrahls (26, 27, 28) am Schnittpunkt der optischen Achse des Messstrahls mit der zweiten zu vermessenden Linsenfläche bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linsenanordnung (10) bei einer für die Bestimmung der Winkel nicht ausreichenden Unterscheidbarkeit des ersten (26a) und zweiten Lichtflecks (27a) auf dem optischen Detektor (25) senkrecht zur optischen Achse des verschoben wird, bis die Lichtflecke (26a, 27a) ausreichend unterscheidbar sind. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als die den Messstrahl (26, 27, 28) begrenzende Apertur (24) eine Blende mit fester oder einstellbarer Blendenöffnung eingesetzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Anordnung (23) eine Autokollimationsoptik eingesetzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgedehnte Lichtquelle (21) mit einer Leuchtfläche bereitgestellt wird, die mindestens die Größe einer Detektionsfläche des optischen Detektors (25) aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Zentriermessung an einer asphärischen Linse als optische Linsenanordnung (10) , wobei die asphärische Linse eine asphärische erste Linsenfläche mit einem zentralen sphärischen und einem sich anschließenden asphärischen Anteil aufweist, bei dem zunächst eine Lage eines Krümmungsmittelpunktes des sphärischen Anteils der asphärischen ersten Linsenfläche bestimmt und anschließend am asphärischen Anteil an einer oder an mehreren Positionen ein Winkel zwischen der ersten Linsenfläche und der optischen Achse des Messstrahls (26, 27, 28) und gleichzeitig ein Winkel zwischen einer zweiten Linsenfläche der asphärischen Linse und der optischen Achse des Messstrahls (26, 27, 28) gemessen werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linsenanordnung (10) für die Vermessung auf einem Drehtisch (40) gelagert und um eine Rotationsachse (41) gedreht wird, um die Winkel zwischen den zu vermessenden Linsenflächen und der optischen Achse des Messstrahls ( 26 , 27 , 28 ) an mehreren Positionen auf einer Kreislinie oder einem Abschnitt einer Kreislinie um die Rotationsachse ( 41 ) zu bestimmen . Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die optische Linsenanordnung ( 10 ) für die Vermessung um mindestens 180 ° um die Rotationsachse ( 41 ) gedreht wird . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass

- mehrere Sensoren ( 20a, 20b, 20c ) zur Vermessung eingesetzt werden, mit denen j eweils mit einer ausgedehnten Lichtquelle ein optischer Messstrahl erzeugt , über eine optische Anordnung kollimiert , auf die zu vermessenden Linsenflächen einer optischen Linsenanordnung gerichtet und nach Reflexion an den zu vermessenden Linsenflächen mit wenigstens einem ortsauf lösenden optischen Detektor erfasst wird, wobei zwischen der Lichtquelle und dem optischen Detektor eine den optischen Messstrahl begrenzende Apertur eingesetzt wird, die als vignettierende Feldblende wirkt und durch die der Messstrahl unscharf als Lichtfleck auf den optischen Detektor abgebildet wird, und

- mit j edem der Sensoren ( 20a, 20b, 20c ) die Winkel zwischen den zu vermessenden Linsenflächen und der optischen Achse des j eweiligen Messstrahls an einer anderen Position der zu vermessenden Linsenflächen bestimmt werden. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sensoren (2a, 20b, 20c) zur Bestimmung der Winkel an einer Position im Bereich des Scheitels der zu vermessenden Linsenflächen und der oder die anderen Sensoren (2a, 20b, 20c) zur Bestimmung der Winkel an einer oder mehreren Positionen in einem Randbereich der zu vermessenden Linsenflächen eingesetzt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht senkrechtem Einfall des optischen Messstrahls (26, 27, 28) auf die erste zu vermessende Linsenfläche der Winkel zwischen der zweiten zu vermessenden Linsenfläche und der optischen Achse des Messstrahls (26, 27, 28) am Schnittpunkt der optischen Achse des Messstrahls mit der zweiten zu vermessenden Linsenfläche unter Nutzung eines Korrekturf aktors K bestimmt wird, der die Brechung des Messstrahls (26, 27, 28) an der ersten zu vermessenden Linsenfläche berücksichtigt .