JP2005291901A

JP2005291901A - レンズメータ

Info

Publication number: JP2005291901A
Application number: JP2004106805A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Imaizumi; 智今泉
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】被検レンズの度数の違いの影響を受けず、測定精度の安定化を図ることができるレンズメータを提供すること。
【解決手段】被検レンズを所定の位置に載置するためのノーズピースと、測定光源からの測定光束を被検レンズへ投光する投光レンズ系を持ち、被検レンズに対して少なくとも３つの測定光束を投光する投光光学系と、被検レンズを透過した後の測定光束を結像光学系を介さずに受光する位置に配置された２次元受光素子とを備え、前記２次元受光素子の出力に基づいて被検レンズの光学特性を測定するレンズメータであって、前記投光レンズ系は、前記測定光源とノーズピースに載置される被検レンズ付近とが共役関係となるように配置されていること。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検レンズの光学特性を測定するレンズメータに関する。

レンズメータとしては、光源からの測定光束をコリメータレンズで平行光束として被検レンズに投光し、被検レンズを通過した後の光束を少なくとも３個の開口及びこの開口にそれぞれ配設した収束レンズを介して２次元受光素子に投影し、受光素子に投影された開口のスポット像の位置を検出することにより、被検レンズの光学特性を測定するものが知られている（特許文献１参照）。
特開平１１−２５５５８１号

しかし、上記のようなレンズメータにおいては、受光素子上のスポット像のサイズ及び光量が被検レンズの度数により変化する問題があった。例えば、開口にそれぞれ配設した収束レンズによる収束光が、０Ｄ度数のときに受光素子上で集光するような配置とした場合、被検レンズが高度数になる程、受光素子上のスポット像のサイズは広がり、光量は低下する。受光素子のダイナミックレンジが狭いと、０Ｄ度数の付近で十分な階調がとれても、高度数になる程スポット像の光量が低下し、階調がとれずに、スポット像の位置検出精度の低下を招く問題がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、被検レンズの度数の違いの影響を受けず、測定精度の安定化を図ることができるレンズメータを提供することを技術課題とする。

（１）被検レンズを所定の位置に載置するためのノーズピースと、測定光源からの測定光束を被検レンズへ投光する投光レンズ系を持ち、被検レンズに対して少なくとも３つの測定光束を投光する投光光学系と、被検レンズを透過した後の測定光束を結像光学系を介さずに受光する位置に配置された２次元受光素子とを備え、前記２次元受光素子の出力に基づいて被検レンズの光学特性を測定するレンズメータであって、前記投光レンズ系は、前記測定光源とノーズピースに載置される被検レンズ付近とが共役関係となるように配置されていることを特徴とする。
（２）（１）のレンズメータにおいて、前記投光光学系は前記測定光源と投光レンズ系との間に配置され、且つ前記投光レンズ系の像側焦点位置に配置された絞りを備え、前記測定光源は少なくとも３個配置されていることを特徴とする。
（３）（２）のレンズメータにおいて、前記絞りの径を変化させる絞り径可変手段と、前記２次元受光素子の出力に基づいて前記絞り径可変手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
（４）（１）の投光レンズ系は、コリメータレンズと、該コリメータレンズを通過した前記測定光源からの光をリング状に制限して被検レンズに集光するリングレンズと、を持つことを特徴とする。

本発明によれば、被検レンズの度数の違いの影響を受けずに、測定精度の安定化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施例におけるレンズメータの光学系及び制御系を示す概略構成図である。

１９は被検レンズＬＥに測定光束を投光する投光光学系であり、順に、測定光源１、可変絞り２、投光レンズ３により構成されている。測定光源１は白色ＬＥＤからなり、測定光軸Ｌ１から等距離の位置に９０度間隔で４つ配置されている。可変絞り２は絞りの径が可変であり、投光レンズ３の光軸Ｌ１を中心とした円形の開口により光源１からの測定光束を制限する。投光レンズ３は光源１からの測定光束を被検レンズＬＥへ投光する。可変絞り２は投光レンズ３の物側焦点位置に配置され、可変絞り２と投光レンズ３は像側テレセントリック光学系を構成している。

５は被検レンズＬＥを載置するためのノーズピースである。６はｅ線（546.07ｎｍ）付近のみのを通過させるバンドパスフィルタである。４は２次元受光素子である。投光レンズ３は、光源１とノーズピース５上に配置される被検レンズＬＥ付近とが共役関係となるように配置されている（必要な精度との関係で略共役となれば良い）。

各光源１からの光は、可変絞り２、投光レンズ３を介して４本の収束光束となって、被検レンズＬＥに投光される。そして、被検レンズＬＥを透過した４本の測定光束は、レンズ等の結像光学系を介さずに直接二次元受光素子４に受光され、二次元受光素子４上には４つの測定光束によるスポット像が投影される。二次元受光素子４からの出力信号は制御部１０へと入力され、制御部１０は所定の演算を行って被検レンズＬＥの光学特性を得る。また、制御部１０には、可変絞り２の絞りの径を変えるための絞り駆動部１１、メモリ１２、測定結果等を表示するモニタ１３、スイッチ部１４が接続されている。

このような測定光学系による被検レンズＬＥの光学特性の測定方法を説明する。各光源１１の点灯により可変絞り２が個別に照明される。そして、光源１からの光が像側テレセントリック光学系を構成する可変絞り２と投光レンズ３を通過すると、測定光束の主光線が光軸Ｌ１に対して平行となって被検レンズＬＥへと向かう。ここで、光源１からの投射された光は投光レンズ３により被検レンズＬＥで集光される。投光レンズ３によって光源１と被検レンズＬＥ付近とを共役関係としたことにより、被検レンズＬＥはフィールドレンズが配置される場合と同じ位置になるので、被検レンズの度数の影響を受けずに、二次元受光素子４上にはほぼ一定の受光光量で、ほぼ同じ大きさのスポット像が投影される。これにより、二次元受光素子４上のダイナミックレンジが狭い場合でも、度数によらずに一定の階調が得られ、安定したスポット像の位置検出が可能になり、測定精度が安定する。また、被検レンズＬＥから二次元受光素子４までの光路には、収差補正用レンズや高価なレンズ等の結像光学系を設けずに、二次元受光素子４上にはほぼ一定の受光光量で、ほぼ同じ大きさのスポット像を投影することができるので、光学素子やその組立てコストが安価な装置とすることができる。

図２（ａ）は、ある度数の被検レンズＬＥを測定した時の二次元受光素子４上に投影されたスポット像Ｓ１〜Ｓ４を示す図である。図２（ａ）のようにスポット像が二次元受光素子４により検出される場合、被検レンズＬＥがない時には、直進した測定光束によるスポット像が二次元受光素子４上に投影される。これに対し、プラス度数を持った被検レンズＬＥが置かれると、スポット像同士の間隔が被検レンズＬＥの無い場合に比べて小さくなって二次元受光素子４に投影される。逆に、マイナス度数を持った被検レンズが置かれると、スポット像同士の間隔が被検レンズＬＥの無い場合に比べて大きくなって二次元受光素子４上に投影される。また、乱視度数を持った被検レンズＬＥが置かれると、所定の乱視軸角度に応じて傾斜したスポット像が投影される。

制御部１０は二次元受光素子４によって検出されたスポット像の位置を算出する。図２（ｂ）は、スポット像が受光素子に検出された時の受光光量の変化を示す図である。まず、制御部１０は、受光光量の立ち上がり位置Ｓminを求め、次に、立ち上がり位置Ｓminから所定レベル増加した光量Ｋｓにおける二次元受光素子４上の変位Ｐaを求める。さらに、制御部１０は、受光光量のピークＳmaxを過ぎて、再び光量Ｋｓとなった時の二次元受光素子４上の変位Ｐｂを求める。そして、変位Ｐａと変位Ｐｂの中間点が二次元受光素子４上のスポット像の位置Ｐｓとなる。この時、どんな度数の被検レンズを測定しても、ほぼ一定の受光光量で、ほぼ同じ大きさのスポット像が結像するので、スポット像の位置検出精度が安定する。

制御部１０は、二次元受光素子４で検出されるスポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置を算出した後、スポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置関係に基づいて、球面屈折力、柱面屈折力、乱視軸角度等の光学特性を求める。よって、以上のような構成によって被検レンズの光学特性を測定すれば、どんな度数の被検レンズを測定しても、一定の測定精度を保つことができ、測定精度を安定させることができる。また、異なる度数の被検レンズＬＥを測定する場合も、測定光束が被検レンズＬＥに入射する位置が同じであるので、度数によらず常に同じ位置で測定が可能である。

なお、図１に示した投光光学系１９では、光源１の数は４つとしたが、光軸Ｌ１を中心に少なくとも３つの光源を設ければ、球面度数の他、乱視度数等を測定することができる。

次に、図１に示した光学系及び制御系を備えるレンズメータにおいて、可変絞り２の絞りの径を変える時の動作について説明する。図３は、測定する被検レンズＬＥが高度数のプラスレンズである場合の、二次元受光素子４上に形成されたスポット像Ｓ１〜Ｓ４を示す図である。高度数のプラスレンズの測定では、図３のようにスポット像同士が密集しすぎてスポット像同士が重なりあってしまうことがある。このような場合、二次元受光素子４上のスポット像Ｓ１及びＳ２による受光光量の変化は図４（ａ）のようになり、制御部１０では二つのスポット像として位置検出を行うことができずに測定精度が低下する。そこで、制御部１０により光源１を点灯した時に二次元受光素子４からの出力信号に基づいてスポット像S１〜Ｓ４まで４つ全て検出されず、スポット像が３つ以下と判定された時には、制御部１０は絞り駆動部１１を駆動させることにより可変絞り２の絞りの径を小さくする。可変絞り２の絞りの径を小さくすると、二次元受光素子４上のスポット像サイズが小さくなる。図４（ｂ）は、可変絞り２の絞りの径を小さくした時のスポット像Ｓ１及びＳ２による受光光量の変化を示す図である。このような状態となれば、制御部１０は分離した各スポット像をそれぞれ検出でき、それぞれのスポット像の位置検出を行うことができるようになる。そして、制御部１０はスポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置を算出し、スポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置関係に基づいて被検レンズＬＥの光学特性を測定する。

以上のような構成とすれば、高度数のプラスレンズを測定した場合においても、測定精度を下げることなく測定を行うことができる。但し、制御部１０にてスポット像が３つ以下と検出されてから可変絞り２の絞りの径を小さくしても、スポット像の分離が検出されなかった場合には、制御部１０は傷や汚れによるものだと判定する。

図５は、本発明に係るレンズメータの変容例の光学系及び制御系を示す図である。３０は被検レンズＬＥに測定光束を投光する投光光学系であり、順に、測定光源２１、コリメータレンズ２２、リングレンズ２３により構成されている。光源２１は測定光軸Ｌ１上に配置され測定光束を投射する。コリメータレンズ２２は光源２１から投射された光束を平行光束へ変換する。リングレンズ２３は、図５及び図６に示すように平板上に円筒レンズをリング状に形成したレンズ部２３ａと、このレンズ部２３ａ以外に遮光のためのコーティングを施した遮光部２３ｂより構成されている。遮光部２３ｂによりリング状開口が形成される。なお、リング状開口を持つ遮光部２３ｂは、レンズ部２３ａの近傍に別部材で構成してもよい。被検レンズＬＥ側には、被検レンズＬＥを載置するためのノーズピース５、ｅ線（546.07ｎｍ）付近のみのを通過させるバンドパスフィルタ６、２次元受光素子４が順に配置されている。ここで、コリメータレンズ２２及びリングレンズ２３からな投光レンズ系は、光源２１とノーズピース５上に配置される被検レンズＬＥ付近とが共役関係となるように配置されている。

光源２１からの光は、コリメータレンズ２２、リングレンズ２３を介してリング状光束に制限されると共に、投光レンズ系（コリメータレンズ２２及びリングレンズ２３）の集光作用によって、ノーズピース５に載置された被検レンズＬＥの位置で集光する。投光レンズ系によって光源１と被検レンズＬＥの位置とを共役関係としたことにより、被検レンズＬＥはフィールドレンズが配置される場合と同じ位置になるので、被検レンズの度数の影響を受けずに、二次元受光素子４上にほぼ一定の光量で、外径と内径の幅がほぼ一定のリングパターン像ができる。

図７は、ある度数の被検レンズＬＥを測定した時の二次元受光素子４上に投影されたリングパターン像を示す図である。このようにリングパターン像が二次元受光素子４により検出される場合、被検レンズＬＥがない時には、直進した測定光束によるリングパターン像が二次元受光素子４に投影される。これに対し、プラス度数を持った被検レンズＬＥが置かれると、二次元受光素子４上のリングパターン像は小さくなる。逆に、マイナス度数を持った被検レンズが置かれると、二次元受光素子４上のリングパターン像は大きくなる。乱視度数を持った被検レンズＬＥが置かれると、リングパターン像が楕円形状となる。したがって、リングパターン像の形状を解析することにより、レンズＬＥの光学特性が求められる。このとき、被検レンズの度数に拘わらず、ほぼ一定の受光光量で、外径と内径の幅が一定のリングパターン像となるので、その位置検出精度が安定する。

なお、上記変容例の投光光学系３０において、リングレンズ２３の代わりに、図８のようなマスク板４０のスポット状の開口部に収束レンズ４０ａを設け、収束レンズ４０ａ周辺を遮光部４０ｂとしたものを配置してもよい。このような構成においても、レンズ４０ａを介して測定光束が４つのスポット状光束となり、レンズ４０ａの集光作用によって被検レンズＬＥの位置で集光し、受光素子４上のスポット像サイズは、どんな度数の被検レンズであっても変わらなくなる。なお、リングレンズ２３は、スポット状の開口部と収束レンズ４０ａとを光軸Ｌ１を中心に多数配置した構成と見なすことができ、この場合も少なくとも３つの測定光束を投光する投光光学系３０に含まれるものである。

本実施例におけるレンズメータの光学系及び制御系を示す概略構成図である。ある度数の被検レンズを測定した時の二次元受光素子上に投影されたスポット像を示す図、及びスポット像が受光素子に検出された時の受光光量の変化を示す図である。被検レンズが高度数のプラスレンズである場合の二次元受光素子上に形成されたスポット像を示す図である。スポット像同士が重なりあった時の二次元受光素子上のスポット像Ｓ１及びＳ２による受光光量の変化を示す図、及び各スポット像が分離された時のスポット像Ｓ１及びＳ２による受光光量の変化を示す図である。本発明に係るレンズメータの変容例の光学系及び制御系を示す図である。リングレンズの構成を説明するための図である。ある度数の被検レンズＬＥを測定した時の二次元受光素子上に投影されたリングパターン像を示す図である。スポット状の開口部に収束レンズが設けられたマスク板の構成を説明するための図である。

符号の説明

１測定光源
２可変絞り
３投光レンズ
４２次元受光素子
５ノーズピース
１０制御部
１１絞り駆動部
ＬＥ被検レンズ
Ｓ１〜Ｓ４スポット像
Ｌ１光軸
２１光源
２２コリメータレンズ
２３リングレンズ
４０マスク板

Claims

被検レンズを所定の位置に載置するためのノーズピースと、測定光源からの測定光束を被検レンズへ投光する投光レンズ系を持ち、被検レンズに対して少なくとも３つの測定光束を投光する投光光学系と、被検レンズを透過した後の測定光束を結像光学系を介さずに受光する位置に配置された２次元受光素子とを備え、前記２次元受光素子の出力に基づいて被検レンズの光学特性を測定するレンズメータであって、前記投光レンズ系は、前記測定光源とノーズピースに載置される被検レンズ付近とが共役関係となるように配置されていることを特徴とするレンズメータ。
請求項１のレンズメータにおいて、前記投光光学系は前記測定光源と投光レンズ系との間に配置され、且つ前記投光レンズ系の像側焦点位置に配置された絞りを備え、前記測定光源は少なくとも３個配置されていることを特徴とするレンズメータ。
請求項２のレンズメータにおいて、前記絞りの径を変化させる絞り径可変手段と、前記２次元受光素子の出力に基づいて前記絞り径可変手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするレンズメータ。
請求項１の投光レンズ系は、コリメータレンズと、該コリメータレンズを通過した前記測定光源からの光をリング状に制限して被検レンズに集光するリングレンズと、を持つことを特徴とするレンズメータ。