CN1749725A

CN1749725A - 焦度计

Info

Publication number: CN1749725A
Application number: CNA2005101033304A
Authority: CN
Inventors: 国井正辉
Original assignee: TOPCON YAMAGATA CO Ltd; Topcon Corp
Current assignee: TOPCON YAMAGATA CO Ltd; Topcon Corp
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: CN100442040C; KR20060051376A; KR100741363B1; JP2006084405A

Abstract

本发明提供一种焦度计。该焦度计为一种藉由将从LED(13)(光源)所射出的射出光束向被检测镜片L进行投光，并将透过了被检测镜片L的透过光利用CCD图像传感器(11)进行检测，而对被检测镜片L的折射特性进行测定的焦度计(100)。在此焦度计(100)中，具有运算控制电路(24)(光量控制装置)，其利用驱动CCD图像传感器(11)的CCD驱动电路(19)的时钟信号(驱动信号)，控制LED(13)的点灯时间，且可对来自光源的光的受光光量适当地进行调整，以提高被检测镜片的折射特性的测定精度。

Description

焦度计

技术领域

本发明是关于一种焦度计，详细地说，是关于一种利用CCD图像传感器对光量分布进行检测的焦度计的光源点灯动作的改良。

背景技术

在传统现有技术中，焦度计是将从光源射出的光束向被检测镜片进行投光，利用光检测装置对透过该被检测镜片的光的光量分布进行检测，且根据其检测结果，测定镜片的折射特性。

这里，使用CCD图像传感器作为光检测装置，而主要是使用发光二极管(LED)作为光源。

然而，利用焦度计的被检测镜片的折射特性的测定是，如前述那样根据利用CCD图像传感器所检测的光量分布(受光光量分布)而进行，但较佳是对受光光量进行调整，以使该受光光量分布在CCD图像传感器的动态范围(可检测光量范围)的整个范围内。

即，例如如图7所示，当CCD图像传感器的动态范围为0到255时，如受光光量分布的受光最大光量是同图(a)所示与动态范围一致，则阶调分辨能力为最有效地增高，可以良好精度计算出折射特性，但对此如象同图(b)那样低于动态范围，则阶调分辨能力下降，所以折射特性的计算精度会下降。

而且，如同图(c)所示，在受光最大光量大幅超过动态范围的最大值255这样的调整状态下，超过动态范围最大值的受光光量成为最大值且成为饱和(saturate)的数据值，所以当将该饱和的数据的数(象素数)与适当的阈值(例如数值100)进行比较，且饱和的数据(数据值为255)的数达到100个以上时，可进行调整以使受光光量降低。

而且，作为对CCD图像传感器的受光光量进行调整的方法，有例如使光源的发光光量一定，并延长或缩短CCD图像传感器的受光时间的方法。

但是，利用焦度计的测定对象的被检测镜片，因为折射特性各不相同，所以为了让受光光量一定的受光时间，每一被检测镜片都不相同。而且，在利用焦度计的测定的阶段，因为该被检测镜片的折射特性未知，所以必须试着对被检测镜片实际照射光并接受透过光，不然是不知道的。

因此，为了使受光量的分布与CCD图像传感器的动态范围一致后而求折射特性，需要在用于求该折射特性的受光(主受光)之前，进行用于使受光量的分布与CCD图像传感器的动态范围一致的受光(预备受光)。

因此，根据试行错误地使受光时间变化所得到的预备受光的结果，可进行基于最佳受光时间的主受光，且受光时间的调整，可藉由利用基于CCD图像传感器具备的电子快门的开放时间(复原周期；大致1/60秒～1/10000秒左右)而设定粗略的开放时间，并在该开放时间的范围内，对光源的点灯时间进行调整(专利文献1等)。

[专利文献1]日本专利特开平11-326125号公报。

但是，上述传统的焦度计因为光源的点灯时间的可调整范围比较粗略，所以要求精度更高的调整。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种焦度计，可使光源的点灯时间的调整精度飞跃式地提高，并使被检测镜片的折射特性的测定精度提高。

关于本发明的焦度计为藉由将从光源所射出的射出光束向被检测镜片进行投光，并将透过了前述被检测镜片的透过光利用CCD图像传感器进行检测，而对前述被检测镜片的折射特性进行测定。此焦度计具备光量控制装置，其使前述光源的点灯时间与前述CCD图像传感器的驱动信号同步并进行控制。

这里，例如可应用发光二极管(LED)等作为光源。而且，所谓的CCD图像传感器的驱动信号，为例如CCD图像传感器的动作时钟信号(传送时钟信号，特别是水平传送时钟信号等)。

光量控制装置在例如应用动作时钟信号作为CCD图像传感器的驱动信号时，可利用时钟脉冲计数器对动作时钟脉冲进行计数，并依据该计数值而控制光源的点灯时间。

如利用采用这种构成的焦度计，因为CCD图像传感器是如众所周知那样将在各象素所积蓄的电荷以驱动信号按每一象素依次传送，所以光量控制装置藉由使光源的点灯时间与驱动信号同步进行控制，可以高分辨能力控制点灯时间。即，如CCD图像传感器的象素数例如为30万象素，光量控制装置可将光源的点灯时间的长度控制在至少30万阶段。

这意味着可将利用透过了被检测镜片的透过光的CCD图像传感器的受光量，进行高阶调化直至达到CCD图像传感器的象素数水平，且可使CCD图像传感器的受光量以良好的精确度，对应于该CCD图像传感器的动态范围。因此，可使被检测镜片的折射特性的测定精度提高。

而且，因为该驱动信号是进行CCD图像传感器的动作控制的信号，所以可使光源的点灯时间的点灯开始时刻及点灯结束时刻以良好的精确度，同步于CCD图像传感器的动作。藉此，可使各象素所积蓄的电荷的传送动作与光源的点灯熄灯动作精度良好地进行对应，因此能够轻松地对焦度计全体进行统一控制。

在关于本发明的焦度计中，光量控制装置除了光源的点灯时间的控制以外，较佳是还对以较驱动信号的周期长的周期进行动作的CCD图像传感器的电子快门的动作进行控制。

如利用这种较佳构成的焦度计，电子快门的动作周期由CCD图像传感器的产品规格而确定规定范围，但与CCD图像传感器的各象素的数据传送周期相比极长，所以藉由利用电子快门设定粗略的间隔，并在该设定的间隔范围内，以微细的间隔对光源的点灯时间进行控制，可使因在光源的熄灯期间中的暗电流噪声等所形成的电荷的积蓄复原。

而且，在关于上述本发明的焦度计中，驱动控制CCD图像传感器的CCD驱动装置是以将积蓄在该CCD图像传感器的各象素的电荷分为奇数场和偶数场并依次传送的方式而进行驱动控制，且光量控制装置是以使前述奇数场和前述偶数场中在时间序列上先被传送的场的传送完成时刻成为前述光源的点灯结束时刻的方式，而在前述前一场的传送期间中使前述光源点灯；并根据由该光源的点灯所积蓄的数据，变更前述光源的下一次的点灯开始时刻，且反复进行数据的检测和点灯开始时刻的变更，藉此，在最佳的点灯时间使前述光源点灯是较佳的。

在此，分为奇数场和偶数场并依次传送的方式是对应图像显示装置的隔行扫描的传送方式，包括两种读出方式：一种是将奇数场的电荷和偶数场的电荷以时间序列进行分离，并依次读出进行传送的帧读出方式；另一种是在相邻的2个场之间混合奇数场和偶数场，进行第1次读出传送以及垂直、水平传送，接着替换混合的组合，进行第2次读出传送以及垂直、水平传送的场读出方式。

如利用采用这种较佳构成的焦度计，因为CCD驱动装置将1帧的图像分为奇数场和偶数场并依次进行传送，所以在1帧的传送期间中，前一半的1/2期间传送其中的任一个场，而后一半的1/2期间传送另一个场。

这里，例如在先传送奇数场而接着传送偶数场的情况下，光量控制装置控制光源，以使光源只在奇数场的传送期间中点灯，而在偶数场的传送期间中不点灯。而且，为了使该光源熄灯的时刻与奇数场的传送完成时刻同步，变更在奇数场传送期间中的光源的点灯开始时刻，藉此可以调整光源的点灯时间，即CCD图像传感器的受光量。

而且，光源的点灯开始时刻，可由光量控制装置利用CCD图像传感器的驱动信号的分辨能力，即将奇数场中所包含的所有象素的电荷(数据)一个个地传送所需要的信号的分辨能力进行设定控制。

另外，在CCD图像传感器为行间传递方式时，因为垂直CCD(作为电荷传送部的CCD)和作为光电转换部及电荷的积蓄部的光电二极管在功能上被分开，所以被传送的数据和曝光、积蓄中的数据成为分别独立的数据。

即利用各光电二极管被曝光、积蓄的电荷，在与各光电二极管相邻的垂直CCD进行读出并被传送，且在该垂直CCD所读出传送的各电荷被垂直、水平地传送。另一方面，在垂直CCD电荷被读出传送后的光电二极管，因为是从电荷的读出并传送之后立即开始新的曝光、积蓄，所以传送中的电荷在定时上为前一(过去)帧的数据，而由光电二极管曝光、积蓄的电荷为现在的帧数据。

因此，在行间传递(IT，interline transfer)方式的CCD图像传感器中，以现在为基准，与过去一个帧中的奇数场的传送同步，进行对现在的帧的光源的点灯，并且该光源的点灯时间根据再前面过去一个已经读出并被传送的帧的数据，进行设定。

这种控制在CCD图像传感器为帧行间传递(FIT，frame interlinetransfer)方式的情况和为帧传递(FT，frame transfer)方式的情况下是同样的。

藉此，光量控制装置根据实际上被传送的现在的帧的数据，将较现在的帧只往后2个的帧作为对象，控制光源的点灯时间。

而且，在上述关于本发明的焦度计中，光量控制装置对前述在后面被传送的数据和预先所设定的阈值进行比较对照，并当前述数据较前述阈值大时，使该点灯时间只缩短前述光源的点灯时间延长幅度的半幅值，而当前述数据较前述阈值小时，使该点灯时间只延长前述光源的点灯时间缩短幅度的半幅值，以此方式反复前述数据的检测和点灯开始时刻的变更，进行使前述数据向前述阈值收敛的控制是较佳的。

这里，将所得到的数据向阈值进行收敛的控制方法，是利用二分检索的方法。

如利用采用这种较佳构成的焦度计，相较于利用只是使点灯时间依次延长，或只是使点灯时间依次缩短的方法而进行探索的控制，为了将数据收敛到阈值，探索光源的最佳点灯时间所需要的时间，可大幅地缩短。

例如，在CCD图像传感器的象素数为32万象素，且使光源的点灯时间为与该象素数相同的分辨能力(基于受光光量的阶调为32万色调)时，如以在每一阶调进行变动的方式改变点灯开始时刻，则需要将32万象素的帧数据以最大32万次反复读出。但如利用二分检索的算法，则可利用反复18～19次(2¹⁸26万，2¹⁹52万)而设定最佳的点灯时间(点灯开始时刻)，并可大幅缩短设定所需要的时间(1/10000以下)。

如利用采用这种构成的焦度计，则CCD图像传感器因为将在各象素所积蓄的电荷，由驱动信号按每一象素依次传送，所以光量控制装置藉由使光源的点灯时间与驱动信号同步进行控制，能够以高分辨能力控制点灯时间。即，如CCD图像传感器的象素数例如为30万象素，则光量控制装置可将光源的点灯时间的长度控制在至少30万阶段。

这意味着可将利用透过了被检测镜片的透过光的CCD图像传感器的受光量进行高阶调化，且可使CCD图像传感器的受光量良好地对应到该CCD图像传感器的动态范围精度和设定的阈值(对动态范围的设定比例的值)等。因此，可使被检测镜片的折射特性的测定精度提高。

而且，因为该驱动信号为进行CCD图像传感器的动作控制的信号，所以可使光源的点灯时间的点灯开始时刻及点灯结束时刻，与CCD图像传感器的动作同步，且藉此可使各象素所积蓄的电荷的传送动作与光源的点灯熄灯动作精度良好地进行对应，因此能够轻松地对焦度计全体进行统一控制。

附图说明

图1所示为关于本发明的一实施例的焦度计的概略斜视图。

图2所示为图1所示的焦度计的光学系统的说明图。

图3为LED及CCD图像传感器的控制电路图。

图4所示为LED的点灯时间的控制的图(其1)。

图5所示为LED的点灯时间的控制的图(其2)。

图6所示为全象素读出传送方式的情况下的LED的点灯时间的控制的图。

图7所示为受光光量分布图，分别以(a)表示CCD图像传感器的动态范围和受光最大光量一致的调整状态，(b)表示受光最大光量低于动态范围的调整状态，(c)表示受光最大光量超出动态范围(饱和)的调整状态。

具体实施方式

下面，参照图示说明对关于本发明的焦度计的最佳实施例。图1所示为本发明的焦度计的一实施例的构成图。

图示的焦度计100在主体外壳1的正面上部设置有液晶显示器2，且在主体外壳1的上下方向的中间部，向正面突出设置有上框体部3，在主体外壳1的正面的下部突出设置有下框体部4，在该下框体部4的上面，设置有向上方的上框体部3延展的略呈圆柱形的镜片托5。在该镜片托5上，载置有眼镜M的被检测镜片L。

这里，如图2所示，在上框体部3的内部，设置有投光光学系统10，用于将测定光束(射出光束)向镜片托5上的被检测镜片L进行投光；另一方面，在下框体部4的内部，设置有检测光学系统12，用于对透过了该被检测镜片L的测定光束的2维光量分布进行检测。

上框体部3侧的投光光学系统10包括作为光源的射出绿色光的LED13、形成有将从LED13射出的光进行集中的针孔14a的针孔板14、透镜15。下框体部4侧的检测光学系统12包括哈脱曼板等图案板16、屏幕17、成像透镜18、对2维光量分布进行光电检测的CCD图像传感器11。

该CCD图像传感器11为例如象素数约32万(有效象素数约27万象素)，并利用由图3所示的CCD驱动电路19(CCD驱动装置)所产生的时钟信号(驱动信号)进行驱动控制。而且，CCD驱动电路19通过配线20从电源电路21接受设定电压的供给。

在CCD驱动电路19上连接有运算控制电路24，其用于利用CCD驱动电路19所产生的时钟信号控制开关元件23的动作，且根据CCD图像传感器11所检测的2维光量分布，计算被检测镜片L的折射特性，并使计算结果(折射特性)等显示在液晶显示器2上。

藉此，根据开关元件23的开关动作而控制LED13的点灯熄灯。因此，开关元件23及运算控制电路24是作为控制LED13的点灯时间的光量控制装置而发挥机能。

另外，在图3中，分别以符号20a、20b表示配线，以符号R表示电阻器，开关元件23的符号C、B、E分别表示集电极、基极、发射极。

这里，CCD驱动电路19将CCD图像传感器11的1帧的各象素上所积蓄的电荷，分成奇数场和偶数场并依次传送而进行控制。藉此，在利用CCD图像传感器11的全象素所构成的1帧中，首先传送只由奇数场构成的1/2帧的象素数据，然后传送只由偶数场构成的1/2帧的象素数据。

另一方面，作为光量控制装置的开关元件23及运算控制电路24，如图4的定时图所示，使成为传送对象的第(N-1)号帧的奇数场和偶数场中在时间系列上先被传送的奇数场的传送完成时刻，变成对应于成为电荷积蓄对象的第N号帧的LED13的点灯结束时刻，以此方式在奇数场的传送期间中使LED13点灯。

然后，利用LED13的点灯使电荷被积蓄的第N号帧，在第(N+1)号帧中进行电荷积蓄期间，按照奇数场、偶数场的顺序进行传送，且运算控制电路24根据进行该传送所得到的第N号帧的奇数场或偶数场或者两个场(结果为1帧)的象素数据(光量分布)，并将第(N+2)号帧作为对象，在第(N+1)号帧的奇数场被传送期间中，对LED13的点灯时间和CCD图像传感器11的电子快门的开放时间(使积蓄进行复原后的积蓄时间)进行控制。

此时，LED13的点灯时间的控制，设定成以例如1场的读出所需的时间T0的1/2即T1作为点灯时间的初期值，且电子快门的开放时间T1’被设定得较点灯时间T1稍长(图4)，并在由该点灯时间T1所积蓄的第N号帧的场的光量分布中，将最大光量与CCD图像传感器11的动态范围的最大值(在本实施例中为例如255)的例如70％(阈值)进行比较；当最大光量超过阈值时，依次将对帧(第(N+2)号帧)的点灯时间T2，设定为前一个的点灯时间T1的1/2(T2＝T1/2)，然后将电子快门的开放时间T2’，设定得较点灯时间T2稍长。

然后，在由该点灯时间T2所积蓄的第(N+2)号帧的场的光量分布中，将最大光量和阈值再次进行比较，当最大光量低于阈值时，依次将对帧(第(N+4)号的帧)的LED13的点灯时间T3设定成只延长缩短幅度(T1-T2)的半幅值(T1-T2)/2的时间(T1+T2)/2，并象这样一边缓缓缩小延长幅度和缩短幅度，一边反复进行点灯时间T的调整和光量检测，从而使点灯时间T收敛到最佳长度。此时，电子快门的开放时间T3’也同样地进行控制。

而且，在最初的点灯控制(点灯时间T1、电子快门开放时间T1’)，最大光量较阈值小时，如图5所示，依次将对帧(第(N+2)号帧)的点灯时间T2，设定为在前一点灯时间T1上加上该点灯时间T1的1/2的时间(T2＝T1+T1/2)，且将电子快门的开放时间T2’设定控制为较该点灯时间T2稍长的时间。

然后，在由该点灯时间所积蓄的第(N+2)号帧的场的光量分布中，将最大光量和阈值再次进行比较，当最大光量超过阈值时，依次将对帧(第(N+4)号的帧)的LED13的点灯时间T3设定成只缩短延长幅度(T2-T1)的半幅值(T2-T1)/2的时间(T1+T2)/2，并象这样一边缓缓缩小延长幅度和缩短幅度，一边反复进行点灯时间T的调整和光量检测，从而使点灯时间T收敛到最佳长度。电子快门的开放时间T3’的调整，也与前述方法同样地设定为较点灯时间T3稍长的时间。

另外，在图4、5中，照射光量L(L1、L2、L3)呈现与LED13的点灯时间T(T1、T2、T3)成比例增大的形态。

这样一来，最后当最大光量与阈值一致时，根据基于1帧的象素数据的光量分布，运算控制电路24计算被检测镜片L的折射特性，并在液晶显示器2上显示其计算结果，即，LED13的光量控制(点灯时间的控制)利用1/2帧(1场)的象素数据，且在光量控制后的被检测镜片L的折射特性的检测中，利用1帧的象素数据。

而且，LED13的点灯时间(长度)的控制，藉由使点灯开始时刻变动而进行调整，以使点灯结束时刻成为奇数场的传送结束时刻，且以该点灯结束时刻为基准的点灯开始时刻的设定分辨能力(点灯时间的长度的调整分辨能力)，与CCD驱动电路19所发出的时钟信号的频率成为同一水平。

即，因为在读出CCD图像传感器11的1个象素的动作中需要2个时钟脉冲，所以用于传送1场的象素即1/2帧的象素所需要的时钟脉冲数，为32万时钟脉冲(＝32万象素×(1/2)×2时钟脉冲)。

因此，在传送奇数场的期间中可能的LED13的点灯时间的长度调整分辨能力为32万阶段，且因为点灯时间的长度每增加1阶段，向CCD图像传感器11的照射光量就增加，所以可将向CCD图像传感器11的照射光量进行32万阶调化。

藉此，如利用采用这种构成的焦度计100，可使CCD图像传感器11的受光量，精度极其良好地对应到该CCD图像传感器11的动态范围中的设定的阈值。结果，可使被检测镜片L的折射特性的测定精度大幅提高。

而且，因为该时钟信号为用于进行CCD图像传感器11的动作控制的信号，所以可使LED13的点灯时间的点灯开始时刻及点灯结束时刻，与CCD图像传感器11的动作完全同步，且藉此可使各象素所积蓄的电荷的传送动作和LED13的点灯熄灯动作精度良好地进行对应，所以能够将焦度计100全体轻松地进行统一控制。

而且，本实施例的焦度计100因为进行利用所谓的二分检索算法的控制，即在运算控制电路24设定点灯开始时刻时，对所检测的最大受光量和阈值进行大小比较，当最大光量较阈值大时，则将光源的点灯时间缩短为初期值的1/2，当小的时候则只延长初期值的1/2，然后将前次的缩短幅度或延长幅度依次作为1/2而使点灯开始时刻进行变动，使所检测的最大光量收敛到阈值，所以对使进行了32万阶调化的照射光量在每1阶段依次进行变化并进行32万次的反复照射的处理，可利用18.3次(2^18.332万)的反复照射而设定与32万阶调中最佳的照射光量(最大光量与阈值一致的光量)相对应的点灯时间(点灯开始时刻)，并可大幅缩短设定所需要的时间(在18.3/320000以下)。

另外，本实施例的焦度计100是以CCD图像传感器11为行间传递(IT)方式的图像传感器作为前提进行了说明，但也可为帧行间传递(FIT)方式的，或为帧传递(FT)方式的。

而且，上述的实施例是采用适于所谓的隔行扫描(interlace scan)显示的数据传送方式的形态，所以是作为进行每一场的传送的形态而说明，但作为适于顺序扫描(progressive scan)显示的传送方式，没有必要是每一场的传送，也可采用所谓的全象素读出传送(将1帧的全象素同时在垂直CCD读出并进行传送后，进行垂直传送及水平传送的读出传送方式)的形态。

在这种情况下，如作为相当于图4的定时图即图6所示，为了在1帧的传送结束时刻使LED13的点灯结束，可进行该传送期间中的LED13的点灯开始时刻的调整及电子快门的开放时间的调整。而且，运算控制电路24可根据1帧的全象素的数据，进行受光光量分布的检测。

另外，在上述实施例中，运算控制电路24是不只是LED13的点灯控制，也作为电子快门的开放时间的控制的运算控制电路而进行了说明，但只要在LED13的熄灯期间中，能够保证在CCD图像传感器11中不积蓄有噪声的电荷，也可省略电子快门的开放时间的控制，而保持持续开放。

而且，上述实施例的焦度计100为运算控制电路24直接利用CCD驱动电路19所产生的时钟信号，并控制LED13的点灯时间的焦度计，但关于本发明的焦度计并不限定于此形态，运算控制电路24也可利用与CCD驱动电路19所产生的时钟信号同步的信号对LED13进行控制，可以另外设置用于产生与从CCD驱动电路19所产生的时钟信号同步的信号的同步信号发生电路等同步信号发生装置，且运算控制电路24也可根据该同步信号发生装置所产生的同步信号，对LED13的点灯时间进行控制。

Claims

1、一种焦度计，为一种藉由将从光源所射出的射出光束向被检测镜片进行投光，并将透过了前述被检测镜片的透过光利用CCD图像传感器进行检测，而对前述被检测镜片的折射特性进行测定的焦度计，

其特征在于：

具有使前述光源的点灯时间，与前述CCD图像传感器的驱动信号同步进行控制的光量控制装置。

2、根据权利要求1所述的焦度计，其特征在于：

前述光量控制装置除了前述光源的点灯时间的控制以外，还对以较前述驱动信号的周期长的周期进行动作的前述CCD图像传感器的电子快门的动作进行控制。

3、根据权利要求2所述的焦度计，其特征在于：

驱动控制前述CCD图像传感器的CCD驱动装置是，使得该CCD图像传感器的各象素所积蓄的电荷，分为奇数场和偶数场依次传送而进行驱动控制，且

前述光量控制装置是以前述奇数场和前述偶数场中在时间序列上先被传送的场的传送完成时刻成为前述光源的点灯结束时刻的方式，而在前述前一场的传送期间中使前述光源点灯，并且根据由该光源的点灯所积蓄的数据，将前述光源的下一次的点灯开始时刻进行变更，且反复进行数据的检测和点灯开始时刻的变更，从而在最佳的点灯时间使前述光源点灯。

4、根据权利要求3所述的焦度计，其特征在于：

前述光量控制装置对前述被传送的数据和预先所设定的阈值进行比较对照，并当前述数据较前述阈值大时，使该点灯时间只缩短前述光源的点灯时间延长幅度的半幅值，在当前述数据较前述阈值小时，使该点灯时间只延长前述光源的点灯时间缩短幅度的半幅值，而反复前述数据的检测和点灯开始时刻的变更，进行使前述数据向前述阈值收敛的控制。