JP4442843B2

JP4442843B2 - 被検レンズの屈折率測定装置

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Publication number: JP4442843B2
Application number: JP2000243894A
Authority: JP
Inventors: 英一柳; 康文福間
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2002055023A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検レンズ（眼鏡レンズ）の屈折率を非破壊で簡単にかつ迅速に検査することのできる被検レンズの屈折率測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被検レンズの屈折率測定は、その被検レンズに使用する材料と同じ材料を用いて頂角σが既知の試験プリズム１Ａを図１に示すように作成し、この試験プリズム１Ａに測定光線を入射させ、最小ふれ角μを測定して、下記式によりその材料の屈折率ｎを求めることが行われている。
ｎ＝（sin（μ+σ）/２）/（sin（σ/２））
また、レンズメータを用いて、被検レンズの空気中での屈折力を求め、次いで、被検レンズを水等の液体に浸漬して、被検レンズの液中での屈折力を求め、液中での被検レンズの屈折力と空気中での被検レンズの屈折力との比から、その被検レンズの材質の屈折率ｎを求めることも行われている。
【０００３】
更に、被検レンズを液体に浸漬する代わりに、透明で屈折率が既知の柔軟なシリコンゴムをその被検レンズの表面に押し付けた状態での屈折力を求め、空気中での被検レンズの屈折力とシリコンゴムを押しつけた状態での屈折力の比とから、被検レンズの屈折率ｎを求めることも行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、試験プリズム１Ａを作成して被検レンズの屈折率ｎを測定する方法は、被検レンズを破壊して屈折率を求めなければならず、非破壊で被検レンズの屈折率ｎを測定できないという問題点がある。
【０００５】
一方、レンズメータを用いて被検レンズの空気中での屈折力を測定し、次いでその被検レンズを液体に浸漬して液中での屈折力を測定し、液中での屈折力と空気中での屈折力との比からその被検レンズの屈折率ｎを測定する方法、既知の屈折率のシリコンゴムを用いて、そのシリコンゴムを押しつけた状態での屈折力と被検レンズの屈折力とを求め、その比から被検レンズの屈折率を測定する方法は、非破壊で被検レンズの屈折率ｎを非破壊で測定することはできるが、測定が煩雑になるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、被検レンズの屈折率を非破壊で簡単にかつ迅速に検査することのできる被検レンズの屈折率測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の被検レンズの屈折率測定装置は、光源部から発生された測定光線が被検レンズの前面に対して略垂直に入射するように前記被検レンズの測定光路中に設けられかつ前記被検レンズの前面が当接されて該被検レンズをサポートするレンズサポートと、前記レンズサポートを境に前記光源部とは反対側の位置に設けられかつ前記被検レンズの裏面で屈折された測定光線を受光して前記測定光路の光軸に対する射出角を検出するための射出角検出センサと、前記被検レンズの裏面と前記測定光路の光軸との交点における接平面に立てた法線と前記測定光路の光軸との為す角度を求めるために前記交点に向けてかつ前記光軸に沿って前記測定光線の進行方向とは反対方向から角度測定光を投光する角度測定光学系と、前記角度測定光の前記交点における反射光を受光して前記測定光路の光軸と前記反射光の反射方向との為す反射角を検出する反射角検出センサと、前記射出角検出センサに基づき得られる射出角と前記反射角検出センサに基づき得られる反射角とに基づき前記被検レンズの屈折率を演算する屈折率演算回路と、を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の被検レンズの屈折率測定装置は、前記反射角が一定値となったときの前記射出角を検出して前記屈折率を演算することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の被検レンズの屈折率測定装置は、前記射出角が一定値となったときの前記反射角を検出して前記屈折率を演算することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の被検レンズの屈折率測定装置は、前記レンズサポートと前記射出角検出センサとの間に前記角度測定光を前記被検レンズに向けて反射させる斜設ハーフミラーが設けられている。
【００１１】
請求項５に記載の被検レンズの屈折率測定装置は、前記反射角検出センサが２個であり、その反射角検出センサの一方は前記射出角検出センサに共用され、その反射角検出センサの他方は前記測定光路外に配設され、前記斜設ハーフミラーは前記反射光を前記他方の反射角検出センサに向けて反射する機能を有し、前記他方の反射角検出センサが等価的に前記測定光路に配設されているとみなしたときに、該２個の反射角検出センサの前記測定光路の光軸上での前記レンズサポートからの光学距離が互いに異ならされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の被検レンズの屈折率測定装置は、前記反射角検出センサと前記射出角検出センサとが共用され、前記レンズサポートと前記射出角検出センサとの間に平行平面板が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の被検レンズの屈折率測定装置は、前記被検レンズの前面側で反射された反射光を受光して前記被検レンズの前面が前記測定光路の光軸に対して垂直に維持されているか否かを確認する確認光学系が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図２は被検レンズの屈折率の測定に用いる測定装置の測定光学系を示す図である。その図２において、１は光源部（例えばＬＥＤ）、２はスリット板、３はラインセンサである。
【００１５】
光源部１とスリット板２との間には、ピンホール板４、投影レンズ５が設けられている。光源部１の輝度ムラが大きい場合には、光源部１とピンホール板４との間に図示を略す拡散板が配置される。スリット板２とラインセンサ３との間には結像レンズ６、レンズサポート７、斜設ハーフミラー８が配設されている。レンズサポート７には被検レンズＴＬが当接される。
【００１６】
投影レンズ５はピンホール板４と被検レンズＴＬの仮想当接面８０とを共役関係に保つ役割を果たし、投影レンズ５はピンホール板４、スリット板２を通過した測定光線に基づき２次光源像を被検レンズＴＬ上に形成する。
【００１７】
スリット板２には図３に示すようにスリット２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。そのスリット２ａは光軸Ｏを横切る方向に延びており、このスリット２ａを挟んでその両側にスリット２ｂ、２ｃが光軸Ｏを原点として点対称に形成されている。
【００１８】
スリット板２とラインセンサ３とは結像レンズ６に関して共役位置に設けられ、被検レンズＴＬが測定光路ＳＯにセットされていないときには、そのスリット板２のスリット像がラインセンサ３を含む面Ｑ内の所定位置に投影される。
【００１９】
レンズサポート７には被検レンズＴＬの前面（凸面）ＴＬａが当接される。このレンズサポート７は円環状に形成され、被検レンズＴＬはこのレンズサポート７に均一に押しつけられることにより、被検レンズＴＬの前面ＴＬａを光軸Ｏに対して略垂直に保持させることができる。なお、図示を略すレンズ押さえを用いて被検レンズＴＬの裏面ＴＬｂの側から一定加重で均一にその被検レンズＴＬをレンズサポート７に押しつける構成とすることもできる。
【００２０】
被検レンズＴＬを測定光路ＳＯに挿入すると、スリット板２とラインセンサ３を含む面Ｑの共役関係がずれるが、ピンホール板４のピンホール４ａの径を小さくすることにより、焦点深度を深くすることができるので、ラインセンサ３を含む面Ｑ内でスリット板２のスリット像がぼけることを防止できる。
【００２１】
被検レンズＴＬの光軸Ｏ１と測定光路ＳＯの光軸Ｏとが一致しているとき、ラインセンサ３を含む面上でのスリット像の位置は、被検レンズＴＬを挿入する前のスリット像の位置と同じであり、変化しない。
【００２２】
被検レンズＴＬを矢印Ａ−Ａ方向に移動させると、図４に示すように、スリット像２ａ’〜２ｃ’はラインセンサ３の画素３ａの配列方向（矢印Ｂ−Ｂ方向）に移動する。このスリット像２ａ’〜２ｃ’は被検レンズＴＬが凸レンズのときはその被検レンズＴＬの移動方向と反対方向に移動し、凹レンズのときはその被検レンズＴＬの移動方向と同方向に移動する。
【００２３】
このとき、図５に示すように、ラインセンサ３上に形成されたスリット像２ａ’〜２ｃ’に基づき画素３ａから出力される検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２が等しい値に保たれたまま、スリット像２ａ’〜２ｃ’が矢印Ｂ−Ｂ方向に移動する。
【００２４】
被検レンズＴＬを紙面に直交する平面内で、紙面に対して垂直方向に移動させると、スリット像２ａ’〜２ｃ’は図６に示すようにラインセンサ３の各画素３ａの配列方向と直交する方向（矢印Ｃ−Ｃ方向）に移動し、ラインセンサ３上に形成されたスリット像２ａ’〜２ｃ’に基づき画素３ａから出力される検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２は、スリット像２ａ’〜２ｃ’が全体に右に移動したときには、図７に示すようにＬ１＜Ｌ２となり、スリット像が全体に左に移動したときには、図８に示すようにＬ１＞Ｌ２となり、ラインセンサ３の検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２とスリット像２ａ’〜２ｃ’の移動方向とに基づき、被検レンズＴＬの測定光路ＳＯに対する上下左右方向の移動方向を検出できる。その検出出力Ｑ１〜Ｑ３は図に示す屈折率演算回路１５に入力される。
【００２５】
屈折率演算回路１５はその検出出力Ｑ１〜Ｑ３に基づいてその被検レンズＴＬの移動方向と移動量とを演算し、図示を略すモニターにその移動方向と移動量とを図形表示する。
【００２６】
レンズサポート７の頂点７ａからラインセンサ３の面Ｑまでの光学距離ｄは光学設計により既知である。従って、ラインセンサ３上での像の移動量ｈ１から、射出角εを求めることができ、ラインセンサ３はスリット像を検出して光軸Ｏに対して射出光線が為す射出角εを検出する役割を果たす。なお、移動量ｈ１はスリット像２ａ’についてのみ検出すれば足りる。
【００２７】
すなわち、被検レンズＴＬの前面ＴＬａは光軸Ｏに対して垂直面となるようにしてレンズサポート７に維持されるので、測定光線は被検レンズＴＬの前面ＴＬａでは屈折せずに裏面ＴＬｂに向かって直進し、その裏面ＴＬｂで屈折作用を受ける。
【００２８】
従って、裏面ＴＬｂでの法線Ｎに対して測定光線の為す角度をθとすると、スネルの法則に基づき、
sin（θ）＝ｎ・sin（θ−ε）
上記式から明らかなように、法線Ｎに対して測定光線の為す角度（光軸Ｏに対して法線Ｎの為す角度）θを測定することができれば、被検レンズＴＬの屈折率ｎを求めることができる。ここで、法線Ｎは被検レンズＴＬの裏面ＴＬｂと光軸Ｏとの交点Ｘを含む接平面に対して垂直に立てた垂線である。
【００２９】
この測定光学系には、図２、図９に示すように、その光軸Ｏに対して法線Ｎの為す角度θを求めるために角度測定光学系１６が設けられている。角度測定光学系１６は、被検レンズＴＬの裏面ＴＬｂと光軸Ｏとの交点Ｘにおいて光軸Ｏに沿って入射させた角度測定光Ｐ’の反射角を測定する機能を果たす。
【００３０】
この角度測定光学系１６は光源部１７、ピンホール板１８、投影レンズ１９、スリット板２０、結像レンズ２１からなっている。ピンホール板１８と被検レンズＴＬの裏面ＴＬｂとは投影レンズ１９に関して共役である。スリット板２０はその中央に１個のスリット２０ａを有する。
【００３１】
その角度測定光学系１６の光軸Ｏ２は斜設ハーフミラー８に関して光軸Ｏと共役であり、光軸Ｏ２と光軸Ｏとは光学的に合致しているものとする。
【００３２】
角度測定光学系１６の光源部１７から出射された角度測定光Ｐ’はピンホール板１８、投影レンズ１９、スリット板２０、結像レンズ２１を経由して斜設ハーフミラー８に導かれる。その角度測定光Ｐ’はその斜設ハーフミラー８によって反射され、光軸Ｏに沿って進行し、被検レンズＴＬの裏面ＴＬｂに導かれる。
【００３３】
その被検レンズＴＬの裏面ＴＬｂには、角度測定光Ｐ’によってその交点Ｘにピンホール板１８の光源像が形成される。その被検レンズＴＬの交点Ｘにおいて反射された反射光Ｐ”は斜設ハーフミラー８に導かれ、その反射光Ｐ”の一部は斜設ハーフミラー８を透過し、その残余の反射光はその斜設ハーフミラー８によって反射される。
【００３４】
その残余の反射光の反射方向には、ラインセンサ２２が設けられている。このラインセンサ２２は、このラインセンサ２２が等価的にその測定光路ＳＯの光軸Ｏ上にあるとしたときに、その被検レンズＴＬの裏面ＴＬｂからラインセンサ２２までの光学距離ｄ’は被検レンズＴＬの裏面ＴＬｂからラインセンサ３の面Ｑまでの光学距離ｄとは異ならされている。ここでは、ｄ’＞ｄである。
【００３５】
ラインセンサ３とラインセンサ２２との中間位置ＭＰとスリット板２０とは結像レンズ２１に関して共役であり、ラインセンサ３とラインセンサ２２とにはスリット２０ａのスリット像２０ａ’、２０ａ”が形成される。そのスリット像２０ａ’、２０ａ”はラインセンサ３、２２の各画素の配列方向と直交する方向に延びている。
【００３６】
反射光Ｐ”に基づくスリット像２０ａ’、２０ａ”のラインセンサ３、２２上での像高をそれぞれｈ２、ｈ３とする。また、角度測定光Ｐ’と反射光Ｐ”との為す反射角をδとすると、法線Ｎに対して入反射法則の原理により、δ＝２θである。
【００３７】
また、三角形のタンジェントの公式により、
tan２θ＝（ｈ３−ｈ２）／（ｄ’−ｄ）
の関係式が成り立つ。
【００３８】
従って、角度測定光学系１６、ラインセンサ３、２２を用いて反射角δを測定することによって、被検レンズＴＬの屈折率を測定することができ、ラインセンサ３、２２は協働して反射角δを検出する反射角検出センサとしての役割を果たす。
【００３９】
ここでは、図９に示すように、被検レンズＴＬの前面ＴＬａの光軸Ｏに対する垂直性を維持しつつ、かつ、この反射角δが一定値となるように図示を略すモニターを見ながら指示に従って手で被検レンズＴＬを移動させて偏心させ、この反射角δが一定値の時の射出角εを測定する。これによって、屈折率演算回路１５が演算を実行し、被検レンズＴＬの屈折率ｎが求められる。この射出角εの測定は、反射角δが一定値であることがモニターに表示された時点で、図示を略す測定ボタンを押すことにより、光源部１を発光させて実行する構成、反射角δが一定値に達したことを図示を略す屈折率演算回路１５により検出して光源部１を自動的に発光させて実行する構成のいずれをも採用可能である。
【００４０】
なお、ここでは、反射角δを一定値（固定値）として射出角εを測定するようにしたが、射出角εを一定値として、反射角δを測定することにより、被検レンズＴＬの屈折率ｎを求めることもできる。
【００４１】
図２、図９に示す発明の実施の形態では、反射角δを測定するのに、２個のラインセンサ３、２２を配設する構成としたが、図１０に示すように、測定光路ＳＯに平行平面板２３を設け、反射光Ｐ”をその平行平面板２３の前面２３ａと後面２３ｂとでそれぞれ反射させ、ラインセンサ３によって反射光Ｐ”に基づくスリット像２０ａ’、２０ａ”を受像する構成とすることもできる。
【００４２】
このとき、平行平面板２３の厚さをＤとすると、平行平面板２３の後面２３ｂと前面２３ａとによって反射された反射光Ｐ”と平行平面板２３の後面２３ｂをそのまま通過した反射光Ｐ”との間には、２倍の光路長差２Ｄが生じるので、
tan２θ＝（ｈ３−ｈ２）／２Ｄ
の関係式が成り立つ。
【００４３】
ここで、反射角δがほぼ一定値のときに測定する場合には、平行平面板２３の前面２３ａの反射光Ｐ”が入射する箇所２３ｃに反射防止コートを設け、後面２３ｂの反射光Ｐ”が一部透過しかつ残余の反射光Ｐ”が反射される箇所２３ｄにハーフミラーコートを設け、前面２３ａの反射光Ｐ”を反射する箇所２３ｅに全反射コートを設ける構成とすれば、反射光Ｐ”の光量損失を防止できる。
【００４４】
以上の発明の実施の形態では、被検レンズＴＬの厚さ（前面ＴＬａから裏面ＴＬｂまでの距離）によって、反射光Ｐ”に基づくスリット像２０ａ’、２０ａ”のラインセンサ上での像高さが変化するので、２個のスリット像２０ａ’、２０ａ”を用いて、反射角δを測定することにしたが、眼鏡レンズのようにその厚さがほぼ決まっている被検レンズＴＬの角度θを測定するときには、レンズサポート７からラインセンサ３までの光学距離ｄを被検レンズＴＬの厚さを無視できる程度に大きく設計すれば、１個のスリット像２０ａ’を用いて、反射角δを測定することができる。
【００４５】
図１１は被検レンズＴＬの前面ＴＬａが光軸Ｏに対して垂直に配置されたか否かを確認するための確認光学系２００の説明図であって、確認光学系２００はハーフミラー２４、結像レンズ２５、受像素子２６から構成されている。測定光束は被検レンズＴＬの前面ＴＬａでその一部が反射され、残りが裏面ＴＬｂに向かって透過される。
【００４６】
被検レンズＴＬの前面ＴＬａで反射された測定光束はハーフミラー２４によって反射され、結像レンズ２５に導かれる。結像レンズ２５は受像素子２６がエリアセンサの場合には前面ＴＬａをその受像素子２６と共役関係に保持させ、その受像素子２６がラインセンサの場合にはスリット板２と共役関係に保持させる。従って、受像素子２６にはこれがエリアセンサの場合には、前面ＴＬａで反射された測定光束によって光源像が形成され、これがラインセンサの場合には、前面ＴＬａで反射された測定光によって、スリット像２ａ’〜２ｃ’が形成される。
【００４７】
被検レンズＴＬの前面ＴＬａが光軸Ｏに垂直に保持されているときには、受像素子２６の中央点２６ａに光源像又はスリット像の中央が位置するが、被検レンズＴＬの前面ＴＬａが光軸Ｏに対して傾いていると、その傾きに比例して、その光源像又はスリット像がその中央点２６ａからずれることになる。そこで、受像素子２６の受像出力を屈折率演算回路１５に入力させて、中央点２６ａからのずれ量を算出させ、被検レンズＴＬの移動方向を図示を略すモニターに表示させるようにしても良い。
【００４８】
また、以上、発明の実施の形態では、屈折率の測定について説明したが、光源部１として３波長の光束が得られるものを用いれば、被検レンズＴＬのアッベ数を測定することができる。これについての詳細原理は、特願平２０００−１９０４１５号を参照されたい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、被検レンズの屈折率を非破壊で簡単かつ迅速に測定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験プリズムを用いて屈折力を測定するための説明図である。
【図２】本発明に係わる被検レンズの屈折率測定装置の測定光学系を示す図である。
【図３】図２に示すスリット板の平面図である。
【図４】図２に示す測定光路に配設のラインセンサに形成されたスリット像の説明図である。
【図５】図４に示すラインセンサから出力された検出出力のピーク間隔の説明図である。
【図６】図２に示す被検レンズを紙面に対して垂直な平面内で光軸に対して垂直に移動させたときに測定光路に配設のラインセンサに形成されるスリット像の説明図である。
【図７】図６に示すスリット像が右に移動したときにラインセンサから出力される検出出力のピーク間隔を説明するための説明図である。
【図８】図６に示すスリット像が左に移動したときにラインセンサから出力される検出出力のピーク間隔を説明するための説明図である。
【図９】図２に示す測定光学系を用いての反射角の検出原理の説明図である。
【図１０】図に示す被検レンズの屈折率測定装置の測定光学系の変形例を示す図である。
【図１１】被検レンズが測定光路の光軸に対して垂直に配設されているか否かを確認するための確認光学系を備えた測定光学系を示す図である。
【符号の説明】
１…光源部
３…射出角検出センサ
７…レンズサポート
１５…屈折率演算回路
１６…角度測定光学系
２２…反射角検出センサ
ε…射出角
Ｎ…法線
Ｏ…光軸
Ｘ…交点
ＴＬ…被検レンズ
ＳＯ…測定光路

Claims

光源部から発生された測定光線が被検レンズの前面に対して略垂直に入射するように前記被検レンズの測定光路中に設けられかつ前記被検レンズの前面が当接されて該被検レンズをサポートするレンズサポートと、
前記レンズサポートを境に前記光源部とは反対側の位置に設けられかつ前記被検レンズの裏面で屈折された測定光線を受光して前記測定光路の光軸に対する射出角を検出するための射出角検出センサと、
前記被検レンズの裏面と前記測定光路の光軸との交点における接平面に立てた法線と前記測定光路の光軸との為す角度を求めるために前記交点に向けてかつ前記光軸に沿って前記測定光線の進行方向とは反対方向から角度測定光を投光する角度測定光学系と、
前記角度測定光の前記交点における反射光を受光して前記測定光路の光軸と前記反射光の反射方向との為す反射角を検出する反射角検出センサと、
前記射出角検出センサに基づき得られる射出角と前記反射角検出センサに基づき得られる反射角とに基づき前記被検レンズの屈折率を演算する屈折率演算回路と、
を有する被検レンズの屈折率測定装置。
前記反射角が一定値となったときの前記射出角を検出して前記屈折率を演算することを特徴とする請求項１に記載の被検レンズの屈折率測定装置。
前記射出角が一定値となったときの前記反射角を検出して前記屈折率を演算することを特徴とする請求項１に記載の被検レンズの屈折率測定装置。
前記レンズサポートと前記射出角検出センサとの間に前記角度測定光を前記被検レンズに向けて反射させる斜設ハーフミラーが設けられている請求項１に記載の被検レンズの屈折率測定装置。
前記反射角検出センサが２個であり、その反射角検出センサの一方は前記射出角検出センサに共用され、その反射角検出センサの他方は前記測定光路外に配設され、前記斜設ハーフミラーは前記反射光を前記他方の反射角検出センサに向けて反射する機能を有し、前記他方の反射角検出センサが等価的に前記測定光路に配設されているとみなしたときに、該２個の反射角検出センサの前記測定光路の光軸上での前記レンズサポートからの光学距離が互いに異ならされていることを特徴とする請求項４に記載の被検レンズの屈折率測定装置。
前記反射角検出センサと前記射出角検出センサとが共用され、前記レンズサポートと前記射出角検出センサとの間に平行平面板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の被検レンズの屈折率測定装置。
前記被検レンズの前面側で反射された反射光を受光して前記被検レンズの前面が前記測定光路の光軸に対して垂直に維持されているか否かを確認する確認光学系が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の被検レンズの屈折率測定装置。