JP4052726B2 - オートレンズメータ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、眼鏡レンズやコンタクトレンズ等の光学系を透過せしめた光束を利用して、かかる光学系の屈折力を測定するオートレンズメータに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光学系における球面屈折力や円柱屈折力（円柱レンズ度数および円柱軸方向）等の屈折力を測定するオートレンズメータの一種として、従来から、特開平５−２３１９８５号公報等に記載されているように、被検光学系を透過した光束を回転チョッパで断続して得られた断続光を受光素子で検出し、かかる断続光の検出結果に基づいて、該被検光学系の屈折力を測定するようにしたものが、知られている。
【０００３】
ところで、このような回転チョッパを用いたオートレンズメータでは、前記公報にも記載されている如く、一般に、被検光学系と回転チョッパの間の光路上に第一のレンズが配設されていると共に、回転チョッパと受光素子の間の光路上に第二のレンズが配設されており、第一のレンズによって、被検光学系の透過光を回転チョッパの配設位置に集光させると共に、第二のレンズによって、第一のレンズと協働して被検光学系の光学面を受光素子の受光面と共役とし、回転チョッパで断続せしめた断続光を受光素子の受光面上に導くようになっている。
【０００４】
ところが、これら第一及び第二のレンズが必要とされる従来のオートレンズメータでは、二つのレンズが必要とされるために、部品点数が増加し、構造の複雑化や高コスト化が問題となり易く、また、二つのレンズの設置や位置調節等が面倒で組立調節に時間がかかる等といった問題もあった。
【０００５】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、測定精度を確保しつつ、レンズ部品の減少を図り、以て、構造の簡略化を達成することにある。
【０００６】
【解決手段】
そして、このような課題を解決するために、本発明の特徴とするところは、被検光学系を透過した光束を回転チョッパで断続して得られた断続光を受光素子で検出し、かかる断続光の検出結果に基づいて、該被検光学系の屈折力を測定するオートレンズメータにおいて、前記被検光学系を前記受光素子の受光面に対して共役とする一つの対物レンズを、前記被検光学系と前記回転チョッパの間に配設すると共に、該対物レンズと該回転チョッパの間の距離を、該対物レンズの前記受光素子側における焦点距離に設定し、更に該対物レンズの前記受光素子側における焦点距離をｆとすると共に、該対物レンズが配設された物点に対する前記受光素子が配設された像点の倍率をｍとしたとき、前記被検光学系と該対物レンズの間の距離：Ｌａおよび前記回転チョッパと前記受光素子の受光面の間の距離：Ｌｂが、次式：
Ｌａ＝（１＋（１／ｍ））ｆ
Ｌｂ＝ｍｆ
で表されるように構成したことにある。
【０００７】
このような構造とされたオートレンズメータにおいては、被検光学系とチョッパの間に配設された一つの対物レンズによって、被検光学系の透過光束がチョッパに導かれると共に、被検光学系と受光素子の受光面が共役点とされることから、受光素子による断続光の検出結果に基づいて、前記公報に記載の如き従来のオートレンズメータと同様な処理により、被検光学系の屈折力を測定することが出来る。
【０００８】
従って、本発明に従う構造とされたオートレンズメータにおいては、被検光学系の屈折力の測定精度に悪影響を与えることなく、測定様レンズ系の簡素化が図られ得るのであり、特に、かかる対物レンズの他には、被検光学系と受光素子の間にレンズを配する必要がなく、従来のオートレンズメータに比べて、回転チョッパと受光素子の間に配設されて断続光を受光素子に導くレンズが不要となることから、レンズ系の数が減少されて、レンズ系の組み付けや調節が容易となり、製作性の向上や製造コストの低減も達成され得るのである。
【０００９】
なお、本発明において、対物レンズは、一つのレンズで構成しても良く、また複数のレンズ群によって構成しても良い。複数のレンズ群によって対物レンズを構成した場合には、該対物レンズの光学中心上の点と受光素子の受光面上の点が共役となるように、対物レンズが構成される。また、この対物レンズは、光軸方向両側に位置せしめられる被検光学系と受光素子の受光面を共役点とするものであり、被検レンズの透過光束が、かかる対物レンズで集光されることによって、チョッパの配設位置における透過光束が絞られることから、透過光束を断続させるチョッパの大型化が軽減乃至は回避されるのであり、それによって、装置全体の大型化が防止され得る。また、本発明に係るオートレンズメータは、眼鏡レンズやコンタクトレンズレンズ等の他、各種の光透過形の光学系における屈折力特性の測定に適用され得、例えば複数枚のレンズ等を含んで構成された光学系の屈折力特性の測定等にも適用可能である。更にまた、本発明に係るオートレンズメータにおいては、従来のものと同様、被検光学系における透過光の位置やそれに対応した受光素子の受光検知点の位置等を適当に設定することにより、被検光学系における球面屈折力だけでなく、円柱屈折力（円柱レンズ度数と円柱軸方向）や、プリズム量等の屈折力特性を測定することが可能である。
【００１０】
更にまた、本発明において、被検光学系に測定用光を投射する光源や、透過光束を断続する回転チョッパ，断続光を検出する受光素子の他、受光素子による検出結果に基づいて屈折力測定を求める演算手段は、何れも、特開平５−２３１９８５号公報や特開昭６１−２８０５４４号公報等に記載されている、従来から公知のものが、何れも採用され得る。ここでは詳述しないが、具体的には、例えば、光源としては発光ダイオード等が採用され得、回転チョッパとしては透過光束断続用のエッジ部を有する窓空きの回転板や回転ドラム，星形の回転板等が採用され得、受光素子としては光電変換素子等によって構成された少なくとも３点，好ましくは光軸上の一つと周囲に等間隔で配された四つの計５点の受光検知点を備えたものが採用され得、また演算手段としては回転チョッパの形状や回転速度等を考慮しつつ受光素子に設定された各受光検知点における受光時間差等に基づいて被検光学系の屈折力特性を算出する演算処理装置等が採用され得る。
【００１１】
さらに、本発明に係るオートレンズメータでは、被検光学系に測定用光を投射する光源から透過光束を検出する受光素子に至る光路上に配設されるレンズとして、対物レンズだけを採用することによっても構成され得るが、それに加えて、被検光学系への投射光路上に、被検光学系への投射光束を平行光線とするためのコリメートレンズを配設することも有効である。このようなコリメートレンズを配設すれば、被検光学系における光束の照度を上げることが出来、それによって、外部の光線の影響等に起因する誤差の発生が抑えられて測定精度の向上が図られ得る。
【００１２】
また、本発明に係るオートレンズメータにおいて、対物レンズと回転チョッパの間の距離が、対物レンズの焦点距離に設定される。このような対物レンズの配設位置を採用すれば、被検レンズの屈折力に対して、回転チョッパの配設面上における透過光束の位置ずれ量が、比例することから、受光素子による検出結果に基づいて屈折力測定を求める際の演算が簡略化され得る。
【００１３】
特に、前述の如きコリメートレンズを採用すると共に、対物レンズと回転チョッパの間の距離を対物レンズの焦点距離に設定すると、被検光学系が屈折力を有しない場合に、透過光が回転チョッパの配設面上の一点に集光することとなるから、回転チョッパの小型化、ひいては装置のコンパクト化が有利に図られ得ると共に、受光素子による検出結果に基づいて屈折力測定を求める際の演算や、回転チョッパの回転ムラ等に対する補正処理等がより一層簡略化され得る。
【００１４】
更にまた、上述の如く、対物レンズと回転チョッパの間の距離を対物レンズの焦点距離：ｆに設定する場合には、被検光学系と対物レンズの間の距離：Ｌａおよび回転チョッパと前記受光素子の受光面の間の距離：Ｌｂは、それぞれ下式の如く設定されることとなる。なお、下式中、ｍは、対物レンズが配設された物点に対する受光素子が配設された像点の倍率である。
Ｌａ＝（１＋（１／ｍ））ｆ
Ｌｂ＝ｍｆ
【００１５】
このような条件式を満足するように、被検光学系，対物レンズ，回転チョッパおよび受光素子の配設位置を設定することによって、被検レンズと受光素子の受光面との共役関係が有利に実現されると共に、倍率：ｍを調節することによって、受光素子のサイズ等に応じて装置を容易に設計することが可能となる。
【００１６】
なお、より好ましくは、上記の条件式において、対物レンズが配設された物点に対する受光素子が配設された像点の倍率：ｍが、０．５≦ｍ≦２を満足する値に設定される。このような倍率：ｍの値を採用すれば、一般的な屈折率を有する眼鏡レンズやコンタクトレンズの測定に際して特に好適に採用され得る、コンパクトなオートレンズメータが、一層有利に実現され得るのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００１８】
先ず、図１には、本発明の第一の実施形態としてのオートレンズメータの概略構成が示されている。この図において、１０は、屈折力等を測定すべき被検光学系としての被検レンズであり、その一方の側（図中、左側）には光源１２が、他方の側には測定用受光素子１４が、それぞれ所定距離を隔てて対向配置されている。そして、光源１２から発せられて被検レンズ１０を透過せしめられた透過光が、測定用受光素子１４で検知されるようになっている。
【００１９】
より詳細には、光源１２は、例えば発光ダイオードによって構成される。なお、光源１２と被検レンズ１０の間には、必要に応じて、スリット等が配設され、被検レンズ１０における光学領域等の必要領域だけに対して、光源からの測定光が投射せしめられる。また、被検レンズ１０と受光素子１４との間の光路上には、対物レンズ１８が配設されており、被検レンズ１０を透過した透過光が、対物レンズ１８で集光されて、受光素子１４の受光面に導かれるようになっている。更に、この対物レンズ１８によって、受光素子１４の受光面が、被検レンズ１０に対して共役とされており、以て、被検レンズ１０の一定位置に入射された光が、被検レンズ１０の屈折力等に拘わらず、受光素子１４の受光面における一定位置に導かれるようになっている。
【００２０】
なお、本実施形態では、図２に示されている如く、受光素子１４の受光面上において、一つの光電変換素子２２ａを中心とする正方形の四隅にそれぞれ光電変換素子２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅが位置するように、合計５つの光電変換素が配設されている。そして、かかる受光素子１４は、中心の光電変換素子２２ａが光軸上に位置するようにして、受光面が光軸に対して垂直に配されており、各光電変換素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅの位置が、受光面における光検知点とされている。
【００２１】
さらに、上述の如き光学系に加えて、対物レンズ１８と受光素子１４の間には、回転チョッパとしての回転板３２が、光路に対して垂直な方向に広がる状態で配設されている。そして、この回転板３２は、駆動モータ３１によって、光路に平行な回転軸３３の回りに回転駆動されるようになっている。また、かかる回転板３２は、回転軸３３の回りの回転運動に伴って、光路を遮断し得るエッジ部を有しており、回転軸３３回りの回転によって光路、ひいては受光素子１４への入射光が断続されるようになっている。
【００２２】
特に、本実施形態では、図３に示されている如く、回転板３２は、全体として円盤形状を有しており、周方向に９０°ずつ隔たった位置には、それぞれ、光路と交差する位置において、略扇形状の窓部３４が形成されている。また、これら窓部３４の周方向両側エッジ部３６，３８は、何れも数学的に既知の形状とされており、特に本実施形態では、何れのエッジ部３６，３８も、光軸との交差点の軌跡としての一円周３９に対する交差角度：α，βが、４５°となるように設計されている。更にまた、回転板３２の外周縁部には、エッジ部３６，３８の周方向の基準位置を与えるためのスリット４０ａ，４０ｂが形成されている。そして、本実施形態では、かかる回転板３２が、対物レンズ１８から受光素子１４側に、対物レンズ１８の焦点距離：ｆだけ隔たった位置に配設されている。
【００２３】
このような構造とされたオートレンズメータでは、被検レンズ１０が光路上に配設された場合に、この被検レンズ１０において、共役となる受光素子１４の各光検知点２２ａ〜ｅに対応した各点を透過した光が、被検レンズ１０の有する屈折力特性（屈折力やプリズム量）に応じて屈折することにより、回転板３２の配設面上での位置が変位せしめられることとなる。それ故、被検レンズ１０の各点を透過した光の、回転板３２の配設面上における位置の変位量と変位方向を測定することによって、それらの値から、被検レンズ１０の屈折力等を求めることが出来るのである。そこにおいて、回転板３２の配設面上における透過光の変位量と変位方向は、回転板３２のエッジ部３６，３８による断続位置を、その基準位置からの回転角度の変化量として、受光素子１４の各光電変換素子２２ａ〜ｅで検出することによって知ることが出来ることから、それら光電変換素子２２ａ〜ｅの出力信号と、スリット４０ａ，４０ｂを利用した光電スイッチ等の基準位置センサ４２によって得られる回転板３２の基準回転位置信号を、マイクロコンピュータ等で構成される演算処理装置４４に入力し、予め設定されたプログラムに従って演算処理を行うことにより、目的とする被検レンズ１０における屈折力等の値を得ることが出来るのである。
【００２４】
より具体的な一例として、例えば、図１及び図４に示されているように、対物レンズ１８の配設点：Ｐ２と回転板３２の配設点：Ｐ３の間の距離を、対物レンズ１８の焦点距離：ｆに設定すると共に、被検レンズ１０の配設点：Ｐ１と対物レンズ１８の配設点：Ｐ２の間の距離：Ｌａと、回転板３２の配設位置：Ｐ３と受光素子１４の受光面の位置：Ｐ４の間の距離：Ｌｂを、それぞれ下式に従って設定した場合について、検討する。
Ｌａ＝（１＋（１／ｍ））ｆ
Ｌｂ＝ｍｆ
【００２５】
このような配置形態を採用すれば、被検レンズ１０の配設位置が、受光素子１４の受光面の共役点とされると共に、被検レンズ１０の配設位置を物点とし、受光素子１４の受光面を像点とすると、物点に対する像点の倍率がｍとされる。従って、図４に示されているように、光源１２の発光点：Ｐ０と被検レンズ１０の配設点：Ｐ１間の距離をＬとすれば、被検レンズ１０が屈折力等を有しない場合、換言すれば被検レンズ１０が配設されていない場合には、被検レンズ１０における透過光の光軸に対する位置、例えば被検レンズ１０に投射された円形測定光の高さをｈ１とすると、回転板３２の配設点：Ｐ３における透過光の位置（基準位置）：ｈ３と、受光素子１４の受光面：Ｐ４における透過光の位置：ｈ４は、それぞれ下式によって表される。
ｈ３＝ｈ１・ｆ／Ｌ
ｈ４＝−ｍ・ｈ１
【００２６】
ここにおいて、球面屈折力：Ｄの被検レンズ１０が設置された場合には、回転板３２の配設点：Ｐ３における透過光の位置：ｈ3dと、受光素子１４の受光面：Ｐ４における透過光の位置：ｈ４が、それぞれ下式によって表される。

ｈ４＝−ｍ・ｈ１
上式から明らかなように、球面屈折力：Ｄの被検レンズ１０を設置することにより、受光素子１４の受光面：Ｐ４における透過光の位置：ｈ４は変化しないが、回転板３２の配設点：Ｐ３における透過光の位置：ｈ3dは、基準位置：ｈ３から、被検レンズ１０の球面屈折力：Ｄに比例した距離だけ変位せしめられることとなる。
【００２７】
また、プリズム屈折力：Ｐの被検レンズ１０が設置された場合には、回転板３２の配設点：Ｐ３における透過光の位置：ｈ3pと、受光素子１４の受光面：Ｐ４における透過光の位置：ｈ４が、それぞれ下式によって表される。

ｈ４＝−ｍ・ｈ１
上式から明らかなように、プリズム屈折力：Ｐの被検レンズ１０を設置することにより、受光素子１４の受光面：Ｐ４における透過光の位置：ｈ４は変化しないが、回転板３２の配設点：Ｐ３における透過光の位置：ｈ3pは、基準位置：ｈ３から、被検レンズ１０の屈折力：Ｐに比例した距離だけ変位せしめられることとなる。
【００２８】
更にまた、球面屈折力：Ｄとプリズム屈折力：Ｐの両成分を併せ備えた被検レンズ１０が設置された場合には、回転板３２の配設点：Ｐ３における透過光の位置：ｈ3dp と、受光素子１４の受光面：Ｐ４における透過光の位置：ｈ４が、それぞれ下式によって表される。

ｈ４ ＝−ｍ・ｈ１
上式から明らかなように、球面屈折力：Ｄおよびプリズム屈折力：Ｐを有する被検レンズ１０を設置することにより、受光素子１４の受光面：Ｐ４における透過光の位置：ｈ４は変化しないが、回転板３２の配設点：Ｐ３における透過光の位置：ｈ3dp は、基準位置：ｈ３から、被検レンズ１０の各屈折力：Ｄ，Ｐに比例した距離だけ変位せしめられることとなる。
【００２９】
従って、被検レンズ１０を配設したことに伴う回転板３２の配設点：Ｐ３における透過光の位置の変化（量および方向）を、回転板３２による透過光の断続位置の変化、即ち、受光素子１４（光電変換素子２２ａ〜ｅ）や基準位置センサ４２によって検出される、受光面：Ｐ４における透過光の時間的変化に基づいて、演算処理装置４４で算出することにより、かかる被検レンズ１０における屈折力等の値を求めることが出来るのである。
【００３０】
なお、光電変換素子２２ａ〜ｅや基準位置センサ４２によって得られる検出信号から目的する屈折力等の値を求めるための演算方法は、特開平５−２３１９８５等に記載されていることから、ここでは詳述を避ける。また、本実施形態では、被検レンズ１０への投射光束が平行光線とされておらず、被検レンズ１０が屈折力を有しない基準状態下でも、透過光が回転板３２の配設位置で光軸上の一点に収束しないが、予め、被検レンズ１０を設置しない状態下で、回転板３２の配設位置における、受光素子１４の受光面に配された各光電変換素子２２ａ〜ｅに対応する基準点位置を求めておき、屈折力を有する被検レンズ１０を設置した際の、回転板３２の配設位置における透過光の位置の変化を、これらの基準点位置を基準として求めることによって、測定精度の低下等を伴うことなく、被検レンズ１０の屈折力を測定することが出来るのである。
【００３１】
従って、上述の如き構造とされたオートレンズメータにおいては、被検レンズから受光素子に至る透過光の光路上に、一つの対物レンズ１８を配するだけで良いことから、レンズ系の構成が極めて簡略化され得るのであり、従来のオートレンズメータに比べて、レンズ系の組み付けや調節が容易とされて、製作性の向上や製造コストの低減も有利に達成され得るのである。
【００３２】
しかも、かかるオートレンズメータにおいては、透過光の光路上に複数のレンズを配設せしめた従来構造のオートレンズメータと同様の測定原理に基づいて、被検レンズ１０の屈折力を測定するものであることから、優れた測定精度を維持しつつ、操作性や測定必要時間等の低下を伴うこともなく、構造の簡略化が効果的に実現され得るのである。
【００３３】
次に、図５には、本発明の別の実施形態としてのオートレンズメータが示されている。なお、本実施形態では、前記第一の実施形態と同様な構造とされた部材および部位について、それぞれ、図中に、第一の実施形態と同一の符号を付することより、それらの詳細な説明を省略する。
【００３４】
すなわち、本実施形態のオートレンズメータにおいては、光源１２と被検レンズ１０の間に、コリメートレンズ４８が配設されている。そして、このコリメートレンズ４８により、光源１２からの投射光束が略平行光線とされて、被検レンズ１０に投射されるようになっている。
【００３５】
このような構造とされたオートレンズメータでは、対物レンズ１８の配設点と回転板３２の配設点の間の距離を、対物レンズ１８の焦点距離に設定することにより、被検レンズ１０が屈折力を有しない基準状態下において、透過光が回転板３２の配設位置で光軸上の一点に収束せしめられることから、受光素子１４の受光面に配された各光電変換素子２２ａ〜ｅに対応する、回転板３２の配設位置での基準点位置を、何れも、光軸上の一点とすることが出来る。それによって、屈折力を有する被検レンズ１０を設置した際の、回転板３２の配設位置における透過光の位置の変化、延いては被検レンズ１０の屈折力を、より簡単な演算処理によって求めることが可能となるのである。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これらは文字通りの例示であって、本発明は、これらの実施形態に関する具体的な説明によって、何等、限定的に解釈されるものでない。
【００３７】
例えば、光源１２として、受光素子１４における各受光検知点に対応した位置にそれぞれ配設された複数の光源を採用することも可能である。
【００３８】
また、回転板３２の具体的形状や構造は、例示のものに限定されるものでなく、透過光を断続し得る、既知の形状のエッジ部を備えた各種のものが採用可能である。更に、回転板３２のエッジ部が、受光素子１４における各受光検知点に対応して設定されている場合等においては、回転板３２の基準回転位置信号を与えるためのスリット４０ａ，４０ｂや基準位置センサ４２等は、必ずしも設ける必要がない。
【００３９】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる偏向，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施形態が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされたオートレンズメータにおいては、優れた屈折力の測定精度等の装置性能を確保しつつ、その構造、特にレンズ系の構造が簡略化されるのであり、それによって、レンズ系の組み付けや調節が容易とされて、製作性の向上や製造コストの低減等が達成され得るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態としてのオートレンズメータの構造を概略的に示す図である。
【図２】図１に示されたオートレンズメータに採用されている受光素子の正面図である。
【図３】図１に示されたオートレンズメータに採用されている回転チョッパの正面図である。
【図４】図１に示されたオートレンズメータによる被検レンズの屈折力の測定原理を説明するためのモデル図である。
【図５】本発明の第二の実施形態としてのオートレンズメータの構造を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 被検レンズ
１２ 光源
１４ 受光素子
１８ 対物レンズ
３２ 回転板
４４ 演算処理装置

Claims (2)

1. 被検光学系を透過した光束を回転チョッパで断続して得られた断続光を受光素子で検出し、かかる断続光の検出結果に基づいて、該被検光学系の屈折力を測定するオートレンズメータにおいて、
   前記被検光学系を前記受光素子の受光面に対して共役とする一つの対物レンズを、前記被検光学系と前記回転チョッパの間に配設すると共に、該対物レンズと該回転チョッパの間の距離を、該対物レンズの前記受光素子側における焦点距離に設定し、更に該対物レンズの前記受光素子側における焦点距離をｆとすると共に、該対物レンズが配設された物点に対する前記受光素子が配設された像点の倍率をｍとしたとき、前記被検光学系と該対物レンズの間の距離：Ｌａおよび前記回転チョッパと前記受光素子の受光面の間の距離：Ｌｂが、次式：
   Ｌａ＝（１＋（１／ｍ））ｆ
   Ｌｂ＝ｍｆ
   で表されるように構成したことを特徴とするオートレンズメータ。
2. 前記被検光学系への投射光路上に、該被検光学系への投射光束を平行光線とするためのコリメートレンズを配設した請求項１に記載のオートレンズメータ。

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