JP2006226736A - レンズメータ - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単な構成で精度良く、眼鏡レンズの広範囲の度数分布特性を得ることができる。
【解決手段】 被検レンズに測定光を投光する投光光学系と、被検レンズを通過した前記測定光を受光素子に受光する受光光学系とを有するレンズメータにおいて、受光光学系の光軸に対して平行光束となる第1の測定光と該第1測定光の測定光軸に対して所定の傾きを持った平行光束となる第2の測定光を前記被検レンズに各々投光し、、受光素子にて受光する前記第1測定光及び第2測定光の前記パターン像の検出結果に基づいて,前記被検レンズの複数の度数測定箇所と前記パターン像を得る測定基準面との各々の受光距離を考慮した補正情報を求める補正情報取得し、前記二次元受光素子にて得られる前記パターン像の検出結果と前記補正情報とを考慮して被検レンズの度数分布を求める度数分布取得手段と、を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、累進多焦点レンズ等の眼鏡レンズの度数分布を測定するレンズメータに関する。
近年、被検レンズに測定光を投光し、被検レンズを通過した測定光束を複数の指標像からなるパターン像として二次元受光素子により受光することにより、被検レンズ(例えば、累進多焦点レンズ)の広範囲における複数位置での度数の変化をレンズを動かさずに測定し、測定結果をマッピング表示する装置が提案されている。このような装置において、レンズ後面が強い曲面を持つレンズ(例えば、マイナス度数の強い眼鏡レンズ)の度数分布を測定するような場合、被検レンズの複数の度数測定箇所とパターン像を得る測定基準面(スクリーンや二次元受光素子の受光面)との各々の受光距離が異なるため度数分布を精度よく求めることが難しいという問題がある。
このような問題を改善する構成として、被検レンズの後面にプローブを当接し、これをレンズの中心部から周縁部までトレースすることによりレンズ後面の曲面形状を求め、これに基づいてレンズ中心部から周辺部までの屈折力の測定値の補正を行う装置が提案されている。また、被検レンズ後面に対して高さ検出用の光束を投影し、その反射光を検出することにより、レンズ後面の高さを検出する装置が提案されている(特許文献1参照)。
特開平9−257644号公報
しかしながら、レンズ後面にプローブをトレースさせる構成の場合、モータによる駆動機構や位置検出機構が必要となるため、装置構成が複雑になると共に、コストアップの要因となる。また、レンズ後面に高さ検出用の光束を投影し、その反射光を検出する構成の場合、測定光軸付近の一部の高さしか検出することができないため、レンズ中央から周辺部までの測定値の補正を行うことは困難であり、高さが検出できなかった領域では依然として測定誤差が生じてしまう。
本発明は、上記問題点を鑑み、簡単な構成で精度良く、眼鏡レンズの広範囲の度数分布特性を得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。
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
(1) 被検レンズに測定光を投光する投光光学系と、被検レンズを通過した前記測定光を受光素子に受光する受光光学系とを有し、前記受光素子の検出結果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において、受光光学系の光軸に対して平行光束となる第1の測定光と該第1測定光の測定光軸に対して所定の傾きを持った平行光束となる第2の測定光を前記被検レンズに各々投光するための投光光学系と、被検レンズを通過した前記第1測定光及び第2測定光を複数の指標像からなるパターン像として二次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記二次元受光素子にて受光する前記第1測定光及び第2測定光の前記パターン像の検出結果に基づいて,前記被検レンズの複数の度数測定箇所と前記パターン像を得る測定基準面との各々の受光距離を考慮した補正情報を求める補正情報取得手段と、前記二次元受光素子にて得られる前記パターン像の検出結果と前記補正情報とを考慮して被検レンズの度数分布を求める度数分布取得手段と、を備えることを特徴とする。
(2) (1)のレンズメータは、前記被検レンズの複数の度数測定箇所を通過する前記測定光の各々を前記二次元受光素子上にて少なくとも3個ずつの指標像とするための指標形成手段を有し、前記補正情報取得手段は少なくとも3個の指標像からなるパターン像の検出結果に基づいて前記複数の度数測定箇所に各々対応する前記補正情報を得ることを特徴とする。
(3) (1)のレンズメータにおいて、前記度数分布取得手段は前記二次元受光素子にて受光する前記第1測定光又は第2測定光の前記パターン像の検出結果に基づいて得られる前記被検レンズの度数がプラスの度数である場合には、前記補正情報を考慮せず前記被検レンズの度数分布を求めることを特徴とする。
本発明によれば、簡単な構成で精度良く、眼鏡レンズの広範囲の度数分布特性を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態のレンズメータの光学図及び制御図を示す図である。
測定光学系10は、被検レンズの広範囲に測定光束を投光する投光光学系20と、被検レンズを通過した測定光束を受光する受光光学系30を有する。光軸L1は、受光光学系30の受光光軸である。投光光学系20は、光軸L1上に配置されたLED等の測定光源21、コリメータレンズ22を有する。また、受光光学系30は、レンズの度数分布を求めるために必要な一定の規則性を持った指標パターンを持つ指標板31、測定基準面としてのスクリーン32、撮像レンズ33、エリアCCD等の二次元受光素子34を有する。なお、本実施形態では、指標板31は図1及び図2に示すように、被検レンズLEの広い範囲の度数分布を一度に測定可能なように、広い範囲において規則正しく並んだ多数の細孔(ドット)により形成された指標パターンを有する遮光板を用いるものとしている。なお、他の指標パターンとしては、規則正しく並んだ格子パターン等が考えられる。
40は被検レンズを載置するためのレンズ載置部(レンズ受け台)であり、被検レンズを載置する場合には、眼鏡を装着した際に眼側となるレンズ面(後面)が二次元受光素子34側となるように載置する。なお、光軸L1はレンズ載置部40が持つ開口40aの載置面に対して垂直である。また、測定範囲としては、必ずしも被検レンズ全体の度数分布が測定できる必要はなく、少なくとも被検レンズの近用部、遠用部及び累進帯が含まれる領域の度数分布が測定できる程度であれば足りる。
光源21から発せられた測定光は、コリメータレンズ22により光軸L1に対して平行光束となって、レンズ載置部40に載置された被検レンズLEに投光される。被検レンズを通過した測定光束は、レンズ載置部40の開口40a、指標板31に形成された開口部を介して、所定の指標パターン像をスクリーン32上に投影する。そして、スクリーン32に投影された指標パターン像は、撮像レンズ33を介して二次元受光素子34にて撮像される。
また、本実施形態の投光光学系20においては、光軸L1の軸外に第2の光源200を有する。第2の光源200は、その点灯時において、被検レンズLEに向けて光源21点灯時の測定光軸に対して所定の傾きをもった平行光束を投光する役割を有する(詳しくは、後述する)。第2の光源200を点灯すると、光軸L1に対して所定の傾きを持った平行光束が被検レンズLEに投光され、被検レンズを通過した測定光束は、レンズ載置部40の開口40a、指標板31に形成された開口部を介して、所定の指標パターン像をスクリーン32上に投影する。そして、スクリーン32に投影された指標パターン像は、撮像レンズ33を介して二次元受光素子34にて撮像される。
図3はスクリーンに投影された指標パターン像の例を示す図である。レンズ載置部5に被検レンズLEが載置されていないときには、図3(a)のように指標板31に形成された円孔の間隔と各ドット像の間隔を同じくする指標パターン像(ドットパターン像)がスクリーン32上に投影される。一方、図1に示すように、レンズ載置部40に被検レンズLEを載置した状態では、測定光は、被検レンズの屈折力の影響を受けて、スクリーン32に指標パターン像を形成することとなる。図3(b)〜(e)は、被検レンズの屈折力の影響を受けて、スクリーン32に投影される指標パターン像の一例を示した図である。
図3(b)は、プラス度数を持つ球面レンズを載置したときの状態であり、図3(a)のときよりも各ドットの間隔が小さくなった指標パターン像が投影される。図3(c)は、マイナス度数を持つ球面レンズを載置したときの状態であり、図3(a)のときよりも各ドットの間隔が大きくなった指標パターン像が投影される。また、所定の乱視軸を持つ乱視レンズを載置したときには、図3(d)に示すように、レンズの持つ乱視軸および乱視度数に応じて楕円状に歪んだ指標パターン像が投影される。また、累進レンズを載置した時には、図3(e)に示すように、累進帯の度数分布特性に応じて変形した指標パターン像が投影される。
50は制御部である。制御部50は図3に示したようなスクリーン32に投影された指標パターン像を二次元受光素子34にて撮像し、二次元受光素子34の出力信号(指標パターンの状態)から被検レンズの複数箇所での度数を求めていき、被検レンズLEの度数分布特性を求める。また、制御部50はこのようにして求められた度数分布特性を元に、これを表現するグラフィックをモニタ51にマッピング表示する。なお、本実施形態においては、被検レンズの後面側に指標板31を設ける構成としたが、被検レンズの前面側に指標板31を配置するような構成であってもよい。
次に、本実施形態における度数分布を求めるための測定原理を以下に説明する。なお、理解を助けるために、図4及び図5に簡単な光学系の模式図を示す。
被検レンズLEがない状態で、平行光束を指標板100に入射させ、測定基準面であるスクリーン101に投影されるn個の指標像の位置(x0i,y0i)(i=1,2…n)を測定する。次に、被検レンズLEを置いたときに投影されるn個の指標像の位置(xi,yi)を測定する。プレンティスの式より、図4及び図5の座標系、及び(x0i,y0i)、(xi,yi)には、以下の関係が成立する。
なお、e1は被検レンズLEの像側主点位置から指標板100までの光軸L1方向における距離であり、e2は指標板100からスクリーン101(測定基準面)までの光軸L1方向における距離である。また、ejは、ej=e1+e2であり、被検レンズLEの像側主点位置からスクリーン32(測定基準面)までの受光距離を表す。
式1において、平行光束による測定により、少なくとも3個以上の指標像に関する位置情報が得られればA1〜A3、B1〜B3について連立1次方程式が得られ、これを解くことにより、A1〜A3、B1〜B3を求めることができる。なお、n個の点についての位置情報より最小2乗法で求めることもできる。
次に、前述した測定光束とは異なる角度(異なる画角)を持つ平行光束にて同様の測定を行い、それぞれの場合における前述のA1〜A3、B1〜B3を求める。各測定光束を光束a、光束bとして、得られたA1、B1に添え字をつけて表すと、式2及び式3と表される。
αxa、αya、αxb、αyb、e2は設計上より既知であるため、式2及び式3より、e1が以下の式4にて求まる。
式4にて求めたe1を前述のA2、B3に代入し、A2、A3、B2、B3を解くことにより、dx、dy、S、C、θを求める。
このような原理により、被検レンズLEの複数の度数測定箇所とパターン像を得る測定基準面との各々の受光距離を考慮した補正情報を求めることができる。また、この補正情報と二次元受光素子にて得られる指標パターン像の検出結果とから、被検レンズLEの各測定点での度数等(S、C、θ)を求めることができる。なお、本実施形態においては、測定基準面をスクリーン32としたが、被検レンズLEを通過した測定光によって投影される指標パターン像の位置を得るための部材を測定基準面とすればよい。例えば、スクリーン32に代えて二次元受光素子を配置したような場合には、測定基準面は二次元受光素子の受光面とすることができる。
図6は、二次元受光素子34に受光した指標パターン像の拡大図である。ここで、被検レンズLEの各度数測定点における度数を求める場合には、被検レンズLEの各度数測定点に対応する測定点(P1、P2、P3、…)を二次元受光素子34上に予め設定しておき、被検レンズLEをレンズ載置部に置いていない状態にて測定光を照射することにより、二次元受光素子34上に設定した各測定点近傍に投影される少なくとも3つの指標像を一組とする。この少なくとも3つの指標像からなる組を用いて各測定点における度数測定を各々行うようにする。例えば、測定点P1における度数を求める場合には、3つの指標像(D1b、D2a、D2b)を一組とする。測定点P2における度数を求める場合には、4つの指標像(D2a、D2b、D3a、D3b)を一組とする。測定点P3における度数を求める場合には、4つの指標像(D3a、D3b、D4a、D4b)を一組とするような方法が考えられる。
次に前述した測定原理を用いた本実施形態のレンズメータの動作を以下に説明する。まず、制御部50は、測定光源21の点灯により第1の測定光束を投光し、その時二次元受光素子34に検出された指標パターン像の位置から被検レンズが強度のマイナスレンズであるかを判定する。判定の際には、所定の許容レベルを設定しておき、所定量を超えた時に強度のマイナスレンズと判定するようにすればよい。なお、判定結果より弱度のマイナスレンズもしくはプラスレンズと判定された場合には、測定光源21により二次元受光素子34に検出されたドットパターン像に基づいてそのまま被検レンズの度数分布特性の測定を行えばよい。なお、このような判定を検者に委ね、所定のスイッチ入力により装置に対して被検レンズが強度のマイナスレンズであることを操作入力するような構成としてもよい。
一方、制御部50により強度のマイナスレンズであると判定された場合には、被検レンズLEの複数の度数測定箇所と指標パターン像を得るスクリーン32との各々の受光距離を考慮した補正情報の取得に移行する。ここで、制御部50は、測定光源21を点灯した際に二次元受光素子34に検出された指標パターン像の位置情報をメモリ52に記憶しておく。
次に、制御部50は、光軸L1の軸外に配置された第2の測定光源200を点灯し、第1の測定光束の測定光軸に対して所定の傾きをもった平行光束を被検レンズに投光し、二次元受光素子34に検出された指標パターン像の位置情報を得る。
そして、制御部50は、上記のように、第1の測定光束及び第2の測定光束を投光したときの指標パターン像の検出結果に基づいて補正情報を求め、この補正情報と二次元受光素子にて得られる指標パターン像の検出結果とから、被検レンズLEの各測定点での度数等(S、C、θ)を求める。
なお、本実施形態において求めたejは、被検レンズLEの像側主点位置から二次元受光素子101の受光面までの受光距離であるため、像側主点位置がレンズ後面に近いマイナスレンズの場合は精度よく測定できるが、像側主点位置がレンズ前面に近くになるプラスレンズを測定する場合には、かえって測定誤差が生じ易くなる。なお、本実施形態のように、測定する被検レンズがプラスレンズであるかを制御部50にて自動的に判定するようにすれば、検者が被検レンズをプラスかマイナスかを判断する場合と比較して、検者の手間を省くことができる。また、判断ミスを減らすことができ、不要な測定誤差の発生を防止できる。また、不要な測定時間の長期化を未然に防止することができる。
また、以上のような構成によれば、被検レンズの主点屈折力を求めることができるので、主に、主点屈折力を求めることを前提とする眼内レンズの度数分布測定を求める場合にも有用である。
なお、本実施形態においては、制御部50により測定光源21、第二の光源200の順に点灯させていき、前記被検レンズの複数の度数測定箇所と前記二次元受光素子の受光面との各々の受光距離を考慮した補正情報を得る構成としたが、これに限るものではなく、光軸L1に平行な平行光束を被検レンズに投光した際の指標パターン像と、第1の測定光軸(光軸L1)に対して傾きを持った平行光束を被検レンズに投光した際の指標パターン像が検出できればよい。
また、第1の測定光軸に対して所定の傾きを持った平行光束を被検レンズに投光するための構成として、本実施形態においては測定光軸L1の軸外に第二の光源200を設けたが、コリメータレンズ22と被検レンズLEとの間に、第1の測定光束の測定光を、第1の測定光の測定光軸に対して所定の傾きを持った平行光束に変換可能な光学部材(例えば、プリズム)を配置するような構成としてもよい。
なお、被検レンズの前面側に指標板31を配置したような場合には、上記の式において、e1=0、e2=ejとして、補正情報を求めることができる。
以上のような構成によれば、指標板31から被検レンズの像側主点位置までの光軸L1方向における距離を各度数測定箇所ごとに求めることができるので、これを利用すれば、測定に用いたレンズ載置部の開口と開口径が異なるレンズ載置部に被検レンズLEを載置したときの測定結果を補正処理により得ることができる。以下に、この補正処理を本実施形態に適用した場合について図7を用いて説明する。ここで、300は測定に用いるレンズ載置部40の開口40aとは開口径が異なるレンズ載置部であって、その開口径をD1(例えば、一般的なノーズピースの開口径であるφ=7mm)とすると、レンズ載置部40の開口40aとレンズ載置部300の開口300aとの位置関係は図7のようになる。S300は、レンズ載置部300を用いたと仮定した場合のレンズ載置面である。
ここで、上述のように指標板31から被検レンズLEの像側主点位置までの距離を各度数測定箇所ごとに求めることができるので、レンズ載置部300の開口300aの開口径に対応した指標板31から被検レンズの像側主点位置までの光軸L1方向における距離es300を求められる。すなわち、指標板31から載置面S300までの距離をes300を求めることができる。そして、指標板31から載置面S300までの距離eS300をe1と仮定して、度数測定点毎の光学特性を求める。
このようにすれば、測定に用いたレンズ載置部の開口とはその開口径が異なるレンズ載置部を用いて度数分布測定を行ったときと同様の測定結果を補正処理により得ることができる。
本実施形態のレンズメータの光学図及び制御図を示す図である。 本実施形態の指標板の指標パターンを説明する図である。 スクリーンに投影された指標パターン像の例を示す図である。 本実施形態における度数分布を求めるための簡単な光学系の模式図(斜視図)である。 本実施形態における度数分布を求めるための簡単な光学系の模式図(側面図)である。 二次元受光素子に受光した指標パターン像の拡大図である。 測定に用いたレンズ載置部の開口と開口径が異なるレンズ載置部に被検レンズLEを載置したときの測定結果を得るための補正処理について説明する図である。
符号の説明
10 測定光学系
20 投光光学系
21 光源
22 コリメータレンズ
30 受光光学系
31 指標板
32 スクリーン
34 二次元受光素子
50 制御部
200 第2の光源
L1 受光光軸

Claims (3)

  1. 被検レンズに測定光を投光する投光光学系と、被検レンズを通過した前記測定光を受光素子に受光する受光光学系とを有し、前記受光素子の検出結果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において、受光光学系の光軸に対して平行光束となる第1の測定光と該第1測定光の測定光軸に対して所定の傾きを持った平行光束となる第2の測定光を前記被検レンズに各々投光するための投光光学系と、被検レンズを通過した前記第1測定光及び第2測定光を複数の指標像からなるパターン像として二次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記二次元受光素子にて受光する前記第1測定光及び第2測定光の前記パターン像の検出結果に基づいて,前記被検レンズの複数の度数測定箇所と前記パターン像を得る測定基準面との各々の受光距離を考慮した補正情報を求める補正情報取得手段と、前記二次元受光素子にて得られる前記パターン像の検出結果と前記補正情報とを考慮して被検レンズの度数分布を求める度数分布取得手段と、を備えることを特徴とするレンズメータ。
  2. 請求項1のレンズメータは、前記被検レンズの複数の度数測定箇所を通過する前記測定光の各々を前記二次元受光素子上にて少なくとも3個ずつの指標像とするための指標形成手段を有し、前記補正情報取得手段は少なくとも3個の指標像からなるパターン像の検出結果に基づいて前記複数の度数測定箇所に各々対応する前記補正情報を得ることを特徴とするレンズメータ。
  3. 請求項1のレンズメータにおいて、前記度数分布取得手段は前記二次元受光素子にて受光する前記第1測定光又は第2測定光の前記パターン像の検出結果に基づいて得られる前記被検レンズの度数がプラスの度数である場合には、前記補正情報を考慮せず前記被検レンズの度数分布を求めることを特徴とするレンズメータ。


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