JP2006208349A

JP2006208349A - 形状検知レンズメータ

Info

Publication number: JP2006208349A
Application number: JP2005051916A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Suzuki; 敏行鈴木
Original assignee: Tomey Corp
Current assignee: Tomey Corp
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】被検査レンズの光学特性（屈折力情報）を測定するレンズメータにおいて、被検査レンズの光学特性だけでなく、形状特性（前後曲率半径、厚さ、屈折率）を算出する。特に被検査レンズが累進多焦点レンズの場合、その複数の測定位置から、上記形状特性を測定すること。
【解決手段】従来の単一光源を用いたレンズメータでなく、複数の光源からの光照射手段を有したレンズメータを用いる。複数光源のそれぞれの光照射からの光学特性を測定し、それを累進多焦点レンズのような位置毎に屈折力、形状が異なる被検査レンズの複数位置で測定する。この複数の光源と複数の位置での測定値から、被検査レンズの形状特性を算出する方法である。また、形状特性が被検査レンズの表面にあるのか裏面にあるのかの判定する手段も有し、屈折力と共に厚み、前後面曲率半径の変化率を算出し、画面上に数値、図形、断面図形式で表示することもできる。
【選択図】図７

Description

本発明は、眼科／眼鏡分野における眼鏡レンズ等の屈折力を検査するレンズメータに関するものである。

従来のレンズメータは、被検査レンズの屈折力、その中でも像側（後側）屈折力を測定するものであった。これは、被検査レンズに対し一方向から測定光を照射し、屈折された光位置を検知し、その位置を被検査レンズの置かれた位置（レンズメータではノーズピースと呼ばれるレンズ置き台）を基準に屈折力を計算するため、得られた値はレンズの像側（後面）屈折力の値であった。
特開平５−２３１９８５特開２００４−３１７３２４

本発明で解決しようとする課題は、従来測定不可能であった被検査レンズ（例えば累進多焦点レンズ）の形状情報（厚さ、前後面曲率半径、屈折率）を検知し、レンズの像側屈折力だけでなく、形状情報も与えることで、より正確なレンズ測定、選択ができるようにすることである。

複数の異なる位置に置かれた光源から被検査レンズに光束を交互に照射し、それぞれの屈折光からの情報に基づいて被検査レンズの光学特性（屈折力情報）を算出する手段を有するレンズメータにおいて、被検査レンズの複数測定位置からの測定値から、被検査レンズの形状特性（前後面曲率半径、厚さ、屈折率）を算出する手段を有するレンズメータであり、そして、特に測定位置により光学特性が変化する累進レンズ等の測定において、形状変化が表面にあるのか裏面にあるのかの判別する手段を有したレンズメータである。本発明は形状情報を得るために、複数の入射測定光束を交互に照射し、それぞれから得られた被検査レンズからの屈折情報を被検査レンズの複数位置で測定することにより、被検査レンズの光学情報（球面屈折力、柱面屈折力、軸角度、プリズム屈折力、偏心位置）と共に、形状情報（前後面曲率半径、厚み、屈折率）を計算するのである。また累進多焦点レンズの場合は累進部がレンズ表面かあるいはレンズ後面につけられているかの判定もおこなう。厚み、曲率半径、屈折力は数値あるいは図形で画面表示する。また、レンズ上のスキャン測定により、分布形式、断面図形式で表示する。

以下、検知計算方法を図面をもとに説明する。
図１は基本的なレンズメータの原理を示したモデルを表し、１，２，３には交互に点滅する光源を、４は集光光学系、５はノーズピースと呼ばれ被検査レンズを置く台を表すと同時に屈折力を測定する基準位置となる面である。６は７なる受光部へ導く受光光学系を示している。受光素子上で得られた光信号は電気信号に変えられ、図示はされていない処理系で演算を行い、同じく図示されていない表示器で表示されるのである。従来のレンズメータでは、例えば４の集光光学系の焦点位置におかれた光源１からの光束が測定光軸に平行に進み受光光学系により受光部の基準位置（Ｈ１０）に到達する。図２のように被検査レンズがノーズピース面５置かれた時には、被検査レンズ１０により屈折をうけ受光部でＨ１１の面に入射する様子が示されている。従来のレンズメータは。このＨ１０とＨ１１の差を測定し演算することで被検査レンズの屈折力を計算していたのである。この場合の屈折力は図３で示されたレンズの例でいうと、Ｆ１に相当する屈折力を測定していた。図３にあるように光学情報としてのＦ（焦点距離）、ＢＦ（像側焦点距離）、ＦＦ（物側焦点距離）と形状要素としてのｒ１、ｒ２（前後面曲率半径）、ｔ（厚み）、ｎ（屈折率）からなり、厚みｔを光学情報の焦点距離で分割したそれぞれの長さをａ、ｂ、ｃとした。なお、通常のレンズメータで測定するのは屈折力であるが、それぞれＦ、Ｆ１、Ｆ２の逆数として表されるので、本発明の説明では焦点距離をもとにした記述になっている。なお、測定の詳細は参考としてあげた特許文献１、特許文献２に詳説してあるので、ここでは省略し、考え方の差のみを記述することにする。

本発明では、図１の１、２、３で示されたように、複数の光源を配置することでそれぞれの光束の受光部面上での被検査レンズの有無による位置変化（Ｈ１０とＨ１１、Ｈ２０とＨ２１、Ｈ３０とＨ３１等）を測定することで被検査レンズ１０の形状を検知しようとするものである。図３で説明したように、形状要素は被検査レンズの前後面の曲率半径（ｒ１、ｒ２）と厚み（ｔ）とする。ＯとＯ’はレンズ前後面の頂点（光軸との交差点）を、ＮとＮ’はレンズの主点を表し、ａ、ｂ、ｃはその間隔を示しその和は厚みｔと等しくなる。

図６のように、被検査レンズにノーズピースからＬの距離に置かれた光源Ｓで照射し、その屈折光が光軸と交差する点Ｅまでの長さをｐとすると、Ｌとｐは以下の関係式で結ばれる。なお、受光光学系６の焦点距離をｆとする。受光面７上での高さをＨ、ノーズピース上での測定位置高さをｈとする。

数１

１／（Ｌ−ｂ−ｃ）＋１／（ｐ＋ｃ）＝１／ｆ

数２

Ｈ＝−ｆ・ｈ／ｐ
また、Ｆ、ＢＦ、ＦＦの間には次式の関係がある。

数３

Ｆ＝ＢＦ＋ｃ＝ＦＦ＋ａ
ここに、Ｈは測定量であり、ｆ、ｈは設定量で既知のため、ｐは計算可能量である。またＬは既知設定値であるため、光源毎に３つの位置で測定すれば３つの方程式から形状要素であるｂ、ｃ及びＦの３つの値は計算可能になる。この測定の詳細は参考にあげた特許文献２に詳説してあるので省く。ここで他の形状要素は計算値Ｆ、ｂ、ｃを用いて以下の式で表される。ここで、Ｍ＝Ｆ・ｂ−ｃ・（ｃ＋ｂ）とする。

数４

ｒ１＝（ｎ−１）・Ｆ・Ｍ／ｃ／（ｎ・（Ｆ−ｃ）−Ｆ）

数５

ｒ２＝（１−ｎ）・Ｍ／ｎ／（ｂ＋ｃ−ｎ・ｃ）

数６

ｔ＝ｎ・Ｍ／（ｎ・（Ｆ−ｃ）−Ｆ）

数７

ａ＝Ｆ・（ｂ＋ｃ−ｎ・ｃ）／（ｎ・（Ｆ−ｃ）−Ｆ）
これら形状はｎがわかれば全て求められることになる。
さて、一度の測定で基本量Ｆ、ｂ、ｃの大きさは測定できる。今被検査レンズが累進多焦点レンズの場合を考えると、図４で示したようにレンズの平面位置により光学情報、形状情報が異なるのである。図示されたｇ１とｇ２の２点では、断面で考えると図５に示されたようにそれぞれの測定軸ｇ１、ｇ２に対してレンズ形状が（ｒ１１、ｒ１２、ｔ１）と（ｒ１２、ｒ２２、ｔ２）とに分けて考えることが出来る。ここに、ｔ１＝ａ１＋ｂ１＋ｃ１であり、ｔ２＝ａ２＋ｂ２＋ｃ２となる。つまり、ｇ１とｇ２の２点で測定した場合、得られる基本量は、（Ｆ１、ｂ１、ｃ１）と（Ｆ２、ｂ２、ｃ２）の２組のデータとなる。

一般の累進多焦点レンズは、レンズの表面部あるいは裏面部のどちらかに累進部があり、その判断ができればその該当面の反対面の曲率半径は等しいとして式、（数４）から（数７）が一意に定まる。判断のために以下の指標を定めると、

数８

Ｑｆ＝Ｆ２／Ｆ１
Ｑｂ＝ｂ２／ｂ１≒ｔ２／ｔ１（ｒ＞＞ｔとして）
Ｑｃ＝ｃ２／ｃ１
これらの指標を用いて場合分けし、
１）Ｑｆ／Ｑｃ＝Ｑｂの時、ｒ１１＝ｒ１２として、ｒ２が変化する。
２）Ｑｆ／Ｑｃ≠Ｑｂの時、ｒ２１＝ｒ２２として、ｒ１が変化する。
と決める。それぞれの場合毎にｎを求めることができ、
１）の場合、

数９

ｎ＝（（ｂ１＋ｃ１）・Ｍ２−（ｂ２＋ｃ２）・Ｍ１）／（Ｍ２・ｃ１−Ｍ１・ｃ２）
２）の場合

数１０

ｎ＝Ｋ／（Ｋ＋ｃ１・ｃ１・Ｆ２・Ｍ２−ｃ２・ｃ２・Ｆ１・Ｍ１）
と表される。ただし、Ｋ＝Ｆ１・Ｆ２・（Ｍ１・ｃ２−Ｍ２・ｃ１）である。

図７はこれらの測定の骨格をフローチャートで表したものである。
ｇ１は最初の位置での測定を表し、この位置で得られた測定値をＦ１、ｂ１、ｃ１とし、次の位置ｇ２での測定値をＦ２、ｂ２、ｃ２であることを示している。この後で、終了かどうかを判断するようになっているが、多点測定の場合は終了しないで何回もｇ２以降を繰り返せばよい。ここでは２回の測定として考える。上述式（数８）で示された演算をしてＱｆ、Ｑｂ、Ｑｃを計算し、Ｑｆ／ＱｃとＱｂの大小判別に従って、それぞれの形状要素を計算する。最終的にこの２点での値から累進レンズ特性（表裏面の形状）を表示する。

発明の効果

本発明により、累進レンズの測定に新たな情報を知ることができるのである。つまり、累進多焦点レンズ等の測定において、２ヶ所以上の位置で測定し、得られたそれぞれの値を用いて判定係数Ｑｆ／ＱｃとＱｂとの合致度を調べる。±１０％程度の範囲内で合致していれば被検査レンズは累進部が裏面にあり、不一致なら表面が変化しているのがわかるのである。これにより任意の２ヶ所以上の位置で測定をすることで、被検査レンズの光学情報はもちろんのこと、形状情報まで得ることができ、レンズ選択、分類、処方等に役立つのである。

参考としてあげた特許文献２に詳しく述べられているので説明はしないが、違う点は、この発明は位置毎に屈折力、形状が異なるレンズ（例えば、累進多焦点レンズ等）に有効な方法であり、被検査レンズの裏表両面を測定しなくとも良いことである。そのためレンズ全面をスキャン等の操作を加えることで、全体の屈折力毎、形状毎の分布がわかることである。

ここでは、形状情報の示し方の例をあげる。この発明の一番の適用は累進レンズの測定の補助機能である。従来は単なる光学特性（屈折力情報）からのみで累進レンズの測定を行ってきた。今回の適用により、測定位置での形状変化まで知ることができるためその位置での光学特性変化が形状要素（厚み、前後曲率半径）のどの要素の変化によって生じたかを表示することができる。図８は従来の方法で、単に画面上に測定位置を示すターゲットが移動するだけであったが、例えば検査者がｔの変化で知りたければ、ボタンスイッチ等でそのモードに変えればその形状要素だけの変化の具合を表示させることができる。図９では例えば測定位置が矢印にそって変化すると、厚みの変化だけで表示される。ここに形状パターンは要素毎に用意し、形状変化率をパターンの大きさをもって示した状態を表している。検査者は各位置での厚み変化を図の形状／大きさで知ることができるのである。図１０は例えば前面曲率半径の変化をその値の大きさに応じて変化させて表示させている。

同じく図１１（ａ）、（ｂ）のようにある方向で連続的に測定した場合、図１２のように厚みの変化量を、図１３のように曲率半径の変化量を、というように断面形状で表現することも可能である。

レンズの光学特性と形状特性を同時に測定可能である。これは、眼科／眼鏡分野の測定のみに関わらず、広く一般のレンズ測定に応用ができるのである。主に型を用いた非球面レンズ等の測定には利用価値が大と思われる。自動で被検査レンズを一定距離だけ移動する機構で測定することにより、全面にわたり、連続的な形状変化を手にいれることができ、量産レンズの検査装置としても利用できる。

測定光学系（無レンズ）測定光学系（有レンズ）レンズと焦点距離被検査レンズの測定位置（任意の２点例）被検査レンズの測定位置での断面形状本発明の測定原理説明図測定フローチャート従来の位置と光学情報の図示法本発明の位置と光学情報の図示法本発明の位置と光学情報の図示法被検査レンズの連続測定の方向位置による厚み変化図位置による曲率半径変化図

符号の説明

１基準点光源
２点光源
３点光源
４集光レンズ
５ノーズピース
６対物レンズ
７受光部
１０被検査レンズ

Claims

複数の異なる位置に置かれた光源から被検査レンズに光束を交互に照射し、それぞれの屈折光からの情報に基づいて被検査レンズの光学特性（屈折力情報）を算出する手段を有するレンズメータにおいて、被検査レンズの複数測定位置からの測定値から、被検査レンズの形状特性（前後面曲率半径、厚さ、屈折率）を算出する手段を有するレンズメータ。
測定位置により光学特性が変化する累進レンズ等の測定において、形状変化が表面か裏面かの判別する手段を有した請求項１に記載のレンズメータ。