JP4629835B2 - アッベ数測定装置及びアッベ数測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼鏡レンズのアッベ数を、その屈折度数に起因する測定精度の低下を極力回避しつつ測定することのできるアッベ数測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、眼鏡レンズのアッベ数の測定は、その眼鏡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Ｆ線、ｄ線、Ｃ線（又はＦ’線、ｅ線、Ｃ’線）の各波長の測定光線を入射させ、各最小ふれ角μを測定して、下記（１）式によりその材料の各波長についての屈折率ｎを求め、この各屈折率ｎに基づき、下記（２）式に基づきアッベ数νを求めている。
ｎ＝（sin(μ＋σ)／2）／（sin(σ／２)） …（１）
νe＝（ｎe−１）／（ｎF'−ｎC'） …（２）
その（２）式において、ｎeはｅ線についての屈折率、ｎF'はＦ’線についての屈折率、ｎC'はＣ’線についての屈折率、νeはｅ線についてのアッベ数である。
【０００３】
アッベ数νは、測定光線にＦ線、ｄ線、Ｃ線を用いたときは、下記の（２）’式を用いても求められる。
ν＝（ｎd−１）／（ｎF−ｎC） …（２）’
ｎdはｄ線についての屈折率、ｎFはＦ線についての屈折率、ｎCはＣ線についての屈折率である。
【０００４】
この従来のアッベ数測定方法では、眼鏡レンズのアッベ数を求めるために、試験プリズム１Ａを試作する必要があり、アッベ数の測定に手間がかかるという問題がある。
【０００５】
そこで、レンズメータに異なる波長の測定光線を発生する測定光源を設け、これらの波長の測定光線を用いて被検レンズとしての眼鏡レンズの度数を測定し、測定光線の波長毎の被検レンズの屈折度数の差からアッベ数を求めるものも提案されている。
【０００６】
図２は眼鏡レンズのアッベ数の測定に用いるレンズメータの光学図である。
【０００７】
その図２において、１は光源部、２はコリメートレンズ、３は複数個の開口３ａを有するパターン板、４はエリアセンサである。光源部１はＦ’線波長の測定光線を発生する光源１ａ、ｅ線波長の測定光線を発生する光源１ｂ、Ｃ’線波長の測定光線を発生する光源１ｃ、光路合成ミラーとしてのダイクロイックミラー５、６を有する。
【０００８】
各波長（Ｆ’線、ｅ線、Ｃ’線）の測定光線ＰF'、Ｐe、ＰC'はコリメートレンズ２により平行光束とされ、被検レンズＴＬに導かれ、被検レンズＴＬを透過することにより屈折され、パターン板３の開口３ａを通過して、エリアセンサ４に受像される。
【０００９】
被検レンズＴＬが測定光路中にないときには、エリアセンサ４の受像面上の所定位置に開口３ａの像が形成され、被検レンズＴＬが測定光路中に挿入されると、その受像面上での開口３ａの像の形成位置がその被検レンズＴＬの屈折度数に基づき変化するので、この受像面上での開口３ａの像の形成位置を検出することにより、被検レンズＴＬの各測定光線の波長毎の屈折度数を求め、この屈折度数から被検レンズＴＬのアッベ数を求めている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このレンズメータを用いてアッベ数を測定する方法では、アッベ数の測定感度が被検レンズの屈折度数に依存し、屈折度数（強度）が大きな被検レンズの場合には、満足のゆく測定精度でアッベ数を測定することができるが、屈折度数の小さい被検レンズの場合には、満足のゆく測定精度でアッベ数を測定できず、どちらかといえば、測定の際に頻出回数の少ない強度の被検レンズのアッベ数の測定精度が良好で、測定の際の頻出回数の多い弱度の被検レンズのアッベ数の測定精度が良好とはいえず、眼鏡レンズのアッベ数を、その屈折度数に起因する測定精度の低下を極力回避しつつ測定することのできるアッベ数測定装置の開発が望まれている。
【００１１】
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、眼鏡レンズのアッベ数を、その屈折度数に起因する測定精度の低下を極力回避しつつ測定することのできるアッベ数測定装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のアッベ数測定装置は、被検レンズのアッベ数を測定するために測定光源部から発生された波長の異なる測定光線に対し、前記被検レンズの光軸を偏心させて支持した前記被検レンズの入射面に対して前記測定光線が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て前記被検レンズをサポートするレンズサポート部材と、前記レンズサポート部材を境に前記測定光源部とは反対側の位置に設けられて前記被検レンズを通過して屈折された測定光線を検出する検出センサと、前記検出センサの検出出力に基づき前記アッベ数を演算する演算装置と、前記レンズサポート部材と前記測定光源部との間に設けられて前記測定光線を前記レンズサポート部材に向けて透過させるためのスリット開口を有するスリット板と、前記被検レンズが前記測定光路に挿入されていない状態で前記スリット板と前記検出センサとの共役関係を保持させる結像レンズと、を備え、前記検出センサは一次元ラインセンサであることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載のアッベ数測定装置は、前記結像レンズが前記被検レンズの度数に応じて交換可能に複数個準備されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載のアッベ数測定装置は、前記結像レンズが前記被検レンズの度数に応じて交換可能に複数個準備されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載のアッベ数測定装置は、前記測定光源部と前記スリット板との間に前記測定光源部の各測定光源と前記ピンホール板との共役関係を保持させるレンズが設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載のアッベ数測定装置は、前記スリット開口は、前記一次元ラインセンサを横切る方向に延びるスリットと、このスリットを挟んで測定光軸を原点として点対称に形成された一対のスリットとを備えていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明に係わるアッベ数測定装置の光学図である。その図３において、１０は光源部、１１はレンズ、１２は結像レンズ、１３はラインセンサである。レンズ１１の直後にはスリット板１４が設置されている。このスリット板１４には図４に示すようにスリット１４ａ、１４ｂ、１４ｃが形成されている。
【００２０】
そのスリット１４ａは測定光軸Ｏを横切る方向に延びており、このスリット１４ａを挟んでその両側にスリット１４ｂ、１４ｃが測定光軸Ｏを原点として点対称に形成されている。
【００２１】
光源部１０は測定光源１５〜１７、光路合成ミラーとしてのダイクロイックミラー１８、１９から構成され、光源１５はＦ’線波長（４７９．９９ｎｍ）の測定光線ＰF'を発生し、測定光源１６はｅ線波長（５４６．９７ｎｍ）の測定光線Ｐeを発生し、測定光源１７はＣ’線波長（６４３．８５ｎｍ）の測定光線Ｐc'を発生する。ダイクロイックミラー１８は、Ｆ’線波長の測定光線ＰF'を透過しかつｅ線波長の測定光線Ｐeを反射し、ダイクロイックミラー１９は、Ｆ’線波長、ｅ線波長の測定光線ＰF'、Ｐeを透過しかつＣ’線波長の測定光線Ｐc'を反射する。各光源１５〜１７はレンズ１１から光学的に等距離の位置に設けられている。
【００２２】
結像レンズ１２の直後にはピンホール板２０が設けられ、各光源１５〜１７とピンホール板２０とはレンズ１１に関して共役であり、各光源１５〜１７の測定光線ＰF'、Ｐe、ＰC'は、スリット板１４の各スリット１４ａ〜１４ｃを透過してピンホール板２０のピンホール２０ａに光源像を形成する。
【００２３】
スリット板１４とラインセンサ１３とは結像レンズ１２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１４の投影像がラインセンサ１３を含む面Ｑ内の所定位置に投影される。
【００２４】
ピンホール板２０の背後にはレンズサポート部材２１が設けられている。このレンズサポート部材２１は被検レンズＴＬの凸面側の表面を受ける。このレンズサポート部材２１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部材２１に均一に押しつけられることにより、被検レンズＴＬの凸面側の表面を測定光軸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の裏面側から一定荷重で均一にその被検レンズＴＬを押しつける構成とすることもできる。
【００２５】
被検レンズＴＬを測定光路ＳＯに挿入すると、スリット板１４とラインセンサ１３を含む面Ｑとの共役関係がずれるが、ピンホール板２０のピンホール２０ａ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１３を含む面Ｑ内でスリット板１４の投影像がぼけることを防止できる。
【００２６】
なお、ピンホール２０ａの径を小さくしすぎると、ピンホール２０ａを通過する測定光線の光量が少なくなり、像照度が低下し、かえってスリット像のボケが発生し、Ｓ／Ｎ比が劣化するので、焦点深度をピンホール２０ａを用いて深くする代わりに、被検レンズＴＬの度数範囲を複数段階に区分し、被検レンズＴＬの度数に応じて複数個の結像レンズ１２を準備し、この結像レンズ１２を取り替え使用するかあるいはズームによって可変とすることによって、スリット像のラインセンサ１３上でのボケを回避する構成とすることもできる。
【００２７】
挿入する被検レンズＴＬの度数によって、ラインセンサ１３上の大きさが変化するため、後述するピーク間隔Ｌ１とピーク間隔Ｌ２との和を見れば被検レンズＴＬの概略の度数を求めることができる。
【００２８】
また、得られた度数から自動的に結像レンズ１２を適正なものに切り替える機構を有していても良い。
【００２９】
ラインセンサ１３上の大きさは結像レンズ１２の焦点距離によっても異なるため、いずれの結像レンズ１２が光路中にあるかを知る機構が設けられている。
【００３０】
被検レンズＴＬの光軸Ｏ１を測定光軸Ｏに対して偏心させてその被検レンズＴＬの凸面側を測定光軸Ｏに対してほぼ垂直にして測定光路ＳＯにセットして、ピンホール２０ａを介して細い各測定光線ＰF'、Ｐe、ＰC'を被検レンズＴＬの凸面側の入射面ＴＬａに入射させると、各測定光線が屈折されて、出射面ＴＬｂから出射されて、ラインセンサ１３に導かれる。
【００３１】
その図３において、符号ＰＲF'はＦ’線の測定光線ＰF'を入射面ＴＬａに入射させたときに出射面ＴＬｂから出射される屈折光線を示し、符号ＰＲeはｅ線の測定光線Ｐeを入射面ＴＬａに入射させたときに出射面ＴＬｂから出射される屈折光線を示し、符号ＰＲC'はＣ’線の測定光線ＰC'を入射面ＴＬａに入射させたときに出射面ＴＬｂから出射される屈折光線を示し、ラインセンサ１３上での各測定光線の結像位置Ｑ１’〜Ｑ３’に基づき、ふれ角を検出することができる。
【００３２】
被検レンズＴＬの入射面ＴＬａと出射面ＴＬｂとの為す角度（すなわち、プリズムの頂角に相当する角度）をσとし、材料の屈折率をｎとし、角度σが小さくかつ被検レンズＴＬの厚さが薄いと仮定すると、偏角量εとσ、ｎとの関係は以下の（３）式により表すことができる。
【００３３】
ε＝（ｎ−１）σ … （３）
従って、Ｆ’線の測定光線ＰF'、ｅ線の測定光線Ｐe、Ｃ’線の測定光線ＰC'を用いて各偏角量εF'、εe、εC'を求め、この各偏角量εF'、εe、εC'に基づき、各屈折率ｎF'、ｎe、ｎC'を下記（４）〜（６）式に基づいて求めれば、アッベ数νeを（２）式に基づいて求めることができる。
【００３４】
ただし、各測定光線の被検レンズＴＬへの入射位置を同じものとする。
ｎF'＝１＋（εF'／σ） …（４）
ｎe＝１＋（εe／σ） …（５）
ｎC'＝１＋（εC'／σ） …（６）
又は、
εF'＝（ｎF'−１）σ …（４）’
εe＝（ｎe−１）σ …（５）’
εC'＝（ｎC−１）σ …（６）’
を用いて下記の（７）式に基づき、アッベ数を求めることができる。
νe＝（ｎe−１）σ／（（ｎF'−１）σ−（ｎC−１）σ）
＝εe／（εF'−εC'） …（７）
偏角量εが十分に小さいと仮定すると、下記の（８）式が成り立つので、被検レンズＴＬからラインセンサ１３までの光軸方向の距離ｘとラインセンサ１３上での像の移動量ｙとに基づいて、偏角量εを求めることができる。
ε≒tanε＝ｙ／ｘ …（８）
距離ｘは一定であるから、各測定光線について、像の移動量ｙe、ｙF'、ｙC'を用いて、下記の式（９）に基づいて、アッベ数νeを測定することができる。
νe＝ｙe／（ｙF'−ｙC'） …（９）
従って、ラインセンサ１３の検出出力に基づき移動量ｙe、ｙF'、ｙC'を求め、式（９）を用いてアッベ数νeを測定する構成を採用することにすると、演算時間の短縮を図ることができる。
【００３５】
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１３を含む面Ｑ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。
【００３６】
被検レンズＴＬを図３に示す矢印Ａ−Ａ方向に移動させると、図５に示すように、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’はラインセンサ１３の画素１３ａの配列方向に移動する。このスリット像１４ａ’〜１４ｃ’は被検レンズＴＬが凸レンズのときはその被検レンズＴＬの移動方向と同方向に移動し、被検レンズＴＬが凹レンズのときは、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’は被検レンズＴＬの移動方向と反対方向に移動する。
【００３７】
このとき、図６に示すように、ラインセンサ１３上に形成されたスリット像１４ａ’〜１４ｃ’に基づき画素１３ａから出力される検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２が図６に示すように等しい値（Ｌ１＝Ｌ２）に保たれたまま、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’が矢印Ｂ−Ｂ方向に移動する。
【００３８】
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１４ａ’〜１４ｃ’は図７に示すようにラインセンサ１３の各画素１３ａ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１３上に形成されたスリット像１４ａ’〜１４ｃ’に基づき出力される検出出力Ｑ１〜Ｑ２のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２は、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’が全体に右に移動したときには、図８に示すようにＬ１＞Ｌ２となり、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’が全体に逆に左に移動したときには、検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２は図９に示すようにＬ２＞Ｌ１となり、ラインセンサ１３の検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２とスリット像１４ａ’〜１４ｃ’の移動方向とに基づき、被検レンズＴＬの測定光学系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３に示す演算回路２２に入力され、演算回路２２はその演算結果としてのアッベ数νを表示装置２３に向けて出力する。
【００３９】
レンズサポート部材２１の頂点２１ａからラインセンサ１３までの光軸方向距離Ｘは既知の値であり、ラインセンサ１３上でのスリット像１４ａ’〜１４ｃ’の形成位置から偏角量εを求めることができるが、被検レンズＴＬの厚さが未知であるので、被検レンズＴＬの厚さ分の誤差が偏角量εに含まれる。
【００４０】
しかしながら、被検レンズＴＬの厚さは眼鏡レンズの場合、一定の範囲内にあり、光軸方向距離Ｘをその被検レンズＴＬの厚さに対して十分大きくすれば、被検レンズＴＬの厚さに起因する偏角量εの誤差を無視できる程度に小さくできる。
【００４１】
次に、測定手順を説明する。
【００４２】
測定光源１５〜１７のうちの一つをアライメント用光源として用いる。このアライメント用光源にはｅ線波長の測定光線Ｐeを発生する測定光源１６を用いるのが、測定精度の向上を図る観点から望ましい。ｅ線波長の測定光線Ｐeに基づき得られる偏角量εeはＦ’線波長の測定光線ＰF'に基づき得られる偏角量εF'とＣ’線波長の測定光線ＰC'に基づき得られる偏角量εC'との間の略中間の値を有するからである。
【００４３】
まず、測定光源のうちのアライメント用光源を点灯させ、被検レンズＴＬを図３に示すように、矢印Ａ−Ａ方向に移動させて被検レンズＴＬの光軸Ｏ１を測定光路ＳＯの測定光軸Ｏに対して偏心させ、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’を一定量移動させる。
【００４４】
その際、図３に示す表示装置２３に被検レンズＴＬの移動方向を表示装置２３に表示させ、表示の指示に従って被検レンズＴＬを移動させるようにすると良い。
【００４５】
演算回路２２はスリット像１４ａ’〜１４ｃ’の移動量を基準値と比較する比較手段を有する。この基準値は、被検レンズＴＬの屈折力に拘わらず常に一定とする。
スリット像１４ａ’〜１４ｃ’の移動量と基準値とが一致すると、演算回路２２はアライメント完了信号を出力し、表示装置２３はそのアライメント完了信号に基づいて「アライメント完了」の表示を行い、測定者がこの状態で図示を略す測定ボタンを押すと、各測定光源１５〜１７が順次点灯され、各スリット像１４ａ’〜１４ｃ’の移動量が検出され、これによって、演算回路２２がアッベ数νeを演算する。
【００４６】
ここでは、図示を略す測定ボタンを押すことによりアッベ数の測定を実行させることにしたが、アライメント完了信号を用いて自動的に、各測定光源１５〜１７を点灯させ、アッベ数νeを測定する構成とすることができる。
【００４７】
このような構成とすることにより、屈折力の大きい被検レンズＴＬは小さい偏心量でアライメント完了となり、屈折力の小さい被検レンズＴＬはより大きい偏心量でアライメント完了となるが、偏角量εは常に同一となる。このため、被検レンズＴＬの屈折力の大小に拘わらず、測定精度を一定に保つことができる。
【００４８】
被検レンズＴＬの光軸Ｏ１と測定光軸Ｏとの偏心量ＨＬが大きくなれば感度が大きくなるが、被検レンズＴＬの光軸Ｏ１と測定光軸Ｏとの偏心量ＨＬが大きすぎると、強度の被検レンズＴＬの場合、ラインセンサ１３からスリット像１４ａ’〜１４ｃ’がはみ出す場合がある。一方、弱度の被検レンズＴＬの場合には、より一層被検レンズＴＬの光軸Ｏ１と測定光軸Ｏとの偏心量ＨＬを大きくしなければならず、被検レンズＴＬが径の小さな眼鏡レンズの場合には測定できない事態が生じるので、偏心量は５Δ程度が望ましい。ここで、１Δは１ｍ当たり１ｃｍのふれ角を与えるプリズムの度をいう。
【００４９】
レンズの偏心量とプリズムとの関係は概略PRENTICEの式で表すことができる。
【００５０】
プリズム値＝偏心量（ｍｍ）×度数／１０
例えば、５Ｄ（ディオプター）の被検レンズＴＬで５プリズムを得るためには、その光学中心から１０ｍｍ、３Ｄの場合には１５ｍｍ偏心させて測定する必要がある。
【００５１】
加工して眼鏡枠に取り付けた被検レンズＴＬを測定する際には一般的に横幅に較べて縦は短く加工されているため、被検レンズＴＬを上下方向に偏心させると、５プリズム分偏心できない場合がある。従って、被検レンズＴＬを横方向にスライドして測定する構造が望ましい。
【００５２】
なお、測定光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤにより発生する光の波長が必ずしもＦ’線波長、ｅ線波長、Ｃ’線波長と一致するとは限らないので、アッベ数νの既知の眼鏡レンズを用いて較正するようにしても良い。
【００５３】
すなわち、アッベ数νが既知の標準の眼鏡レンズを測定光路ＳＯに挿入してアッベ数νを測定し、その既知のアッベ数ν’と測定により得られたアッベ数νとの差に基づき補正値を求め、この補正値により補正する構成とすれば、測定光線の波長のずれに基づく誤差を低減させることができる。
【００５４】
なお、測定光源としてＬＥＤを用いる代わりに、白熱ランプとフィルターとを組み合わせ、フィルターとしてＦ’線波長、ｅ線波長、Ｃ’線波長の光を透過させる特性を持たせる構成としても良い。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のアッベ数測定装置によれば、眼鏡レンズのアッベ数を、その屈折度数に起因する測定精度の低下を極力回避しつつ測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 試験プリズムを用いて分散を測定するための説明図である。
【図２】 眼鏡レンズの分散を測定するために使用するレンズメータの光学図である。
【図３】 本発明に係わるアッベ数測定装置の光学図である。
【図４】 図３に示すスリット板の平面図である。
【図５】 図３に示す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６】 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７】 図３に示す被検レンズを紙面に対して垂直な面内で光軸に対して垂直に移動させたときにラインセンサ上に形成されるスリット像の説明図である。
【図８】 図７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９】 図７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。
【符号の説明】
１０…測定光源部
１３…検出センサ
２１…レンズサポート部材
２２…演算回路
ＴＬ…被検レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼鏡レンズのアッベ数を、その屈折度数に起因する測定精度の低下を極力回避しつつ測定することのできるアッベ数測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、眼鏡レンズのアッベ数の測定は、その眼鏡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Ｆ線、ｄ線、Ｃ線（又はＦ’線、ｅ線、Ｃ’線）の各波長の測定光線を入射させ、各最小ふれ角μを測定して、下記（１）式によりその材料の各波長についての屈折率ｎを求め、この各屈折率ｎに基づき、下記（２）式に基づきアッベ数νを求めている。
ｎ＝（sin(μ＋σ)／2）／（sin(σ／２)） …（１）
νe＝（ｎe−１）／（ｎF'−ｎC'） …（２）
その（２）式において、ｎeはｅ線についての屈折率、ｎF'はＦ’線についての屈折率、ｎC'はＣ’線についての屈折率、νeはｅ線についてのアッベ数である。
【０００３】
アッベ数νは、測定光線にＦ線、ｄ線、Ｃ線を用いたときは、下記の（２）’式を用いても求められる。
ν＝（ｎd−１）／（ｎF−ｎC） …（２）’
ｎdはｄ線についての屈折率、ｎFはＦ線についての屈折率、ｎCはＣ線についての屈折率である。
【０００４】
この従来のアッベ数測定方法では、眼鏡レンズのアッベ数を求めるために、試験プリズム１Ａを試作する必要があり、アッベ数の測定に手間がかかるという問題がある。
【０００５】
そこで、レンズメータに異なる波長の測定光線を発生する測定光源を設け、これらの波長の測定光線を用いて被検レンズとしての眼鏡レンズの度数を測定し、測定光線の波長毎の被検レンズの屈折度数の差からアッベ数を求めるものも提案されている。
【０００６】
図２は眼鏡レンズのアッベ数の測定に用いるレンズメータの光学図である。
【０００７】
その図２において、１は光源部、２はコリメートレンズ、３は複数個の開口３ａを有するパターン板、４はエリアセンサである。光源部１はＦ’線波長の測定光線を発生する光源１ａ、ｅ線波長の測定光線を発生する光源１ｂ、Ｃ’線波長の測定光線を発生する光源１ｃ、光路合成ミラーとしてのダイクロイックミラー５、６を有する。
【０００８】
各波長（Ｆ’線、ｅ線、Ｃ’線）の測定光線ＰF'、Ｐe、ＰC'はコリメートレンズ２により平行光束とされ、被検レンズＴＬに導かれ、被検レンズＴＬを透過することにより屈折され、パターン板３の開口３ａを通過して、エリアセンサ４に受像される。
【０００９】
被検レンズＴＬが測定光路中にないときには、エリアセンサ４の受像面上の所定位置に開口３ａの像が形成され、被検レンズＴＬが測定光路中に挿入されると、その受像面上での開口３ａの像の形成位置がその被検レンズＴＬの屈折度数に基づき変化するので、この受像面上での開口３ａの像の形成位置を検出することにより、被検レンズＴＬの各測定光線の波長毎の屈折度数を求め、この屈折度数から被検レンズＴＬのアッベ数を求めている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このレンズメータを用いてアッベ数を測定する方法では、アッベ数の測定感度が被検レンズの屈折度数に依存し、屈折度数（強度）が大きな被検レンズの場合には、満足のゆく測定精度でアッベ数を測定することができるが、屈折度数の小さい被検レンズの場合には、満足のゆく測定精度でアッベ数を測定できず、どちらかといえば、測定の際に頻出回数の少ない強度の被検レンズのアッベ数の測定精度が良好で、測定の際の頻出回数の多い弱度の被検レンズのアッベ数の測定精度が良好とはいえず、眼鏡レンズのアッベ数を、その屈折度数に起因する測定精度の低下を極力回避しつつ測定することのできるアッベ数測定装置の開発が望まれている。
【００１１】
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、眼鏡レンズのアッベ数を、その屈折度数に起因する測定精度の低下を極力回避しつつ測定することのできるアッベ数測定装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のアッベ数測定装置は、被検レンズのアッベ数を測定するために測定光源部から発生された波長の異なる測定光線に対し、前記被検レンズの光軸を偏心させて支持した前記被検レンズの入射面に対して前記測定光線が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て前記被検レンズをサポートするレンズサポート部材と、前記レンズサポート部材を境に前記測定光源部とは反対側の位置に設けられて前記被検レンズを通過して屈折された測定光線を検出する検出センサと、前記検出センサの検出出力に基づき前記アッベ数を演算する演算装置と、前記レンズサポート部材と前記測定光源部との間に設けられて前記測定光線を前記レンズサポート部材に向けて透過させるためのスリット開口を有するスリット板と、前記被検レンズが前記測定光路に挿入されていない状態で前記スリット板と前記検出センサとの共役関係を保持させる結像レンズと、を備え、前記検出センサは一次元ラインセンサであることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載のアッベ数測定装置は、前記結像レンズが前記被検レンズの度数に応じて交換可能に複数個準備されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載のアッベ数測定装置は、前記結像レンズが前記被検レンズの度数に応じて交換可能に複数個準備されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載のアッベ数測定装置は、前記測定光源部と前記スリット板との間に前記測定光源部の各測定光源と前記ピンホール板との共役関係を保持させるレンズが設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載のアッベ数測定装置は、前記スリット開口は、前記一次元ラインセンサを横切る方向に延びるスリットと、このスリットを挟んで測定光軸を原点として点対称に形成された一対のスリットとを備えていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明に係わるアッベ数測定装置の光学図である。その図３において、１０は光源部、１１はレンズ、１２は結像レンズ、１３はラインセンサである。レンズ１１の直後にはスリット板１４が設置されている。このスリット板１４には図４に示すようにスリット１４ａ、１４ｂ、１４ｃが形成されている。
【００２０】
そのスリット１４ａは測定光軸Ｏを横切る方向に延びており、このスリット１４ａを挟んでその両側にスリット１４ｂ、１４ｃが測定光軸Ｏを原点として点対称に形成されている。
【００２１】
光源部１０は測定光源１５〜１７、光路合成ミラーとしてのダイクロイックミラー１８、１９から構成され、光源１５はＦ’線波長（４７９．９９ｎｍ）の測定光線ＰF'を発生し、測定光源１６はｅ線波長（５４６．９７ｎｍ）の測定光線Ｐeを発生し、測定光源１７はＣ’線波長（６４３．８５ｎｍ）の測定光線Ｐc'を発生する。ダイクロイックミラー１８は、Ｆ’線波長の測定光線ＰF'を透過しかつｅ線波長の測定光線Ｐeを反射し、ダイクロイックミラー１９は、Ｆ’線波長、ｅ線波長の測定光線ＰF'、Ｐeを透過しかつＣ’線波長の測定光線Ｐc'を反射する。各光源１５〜１７はレンズ１１から光学的に等距離の位置に設けられている。
【００２２】
結像レンズ１２の直後にはピンホール板２０が設けられ、各光源１５〜１７とピンホール板２０とはレンズ１１に関して共役であり、各光源１５〜１７の測定光線ＰF'、Ｐe、ＰC'は、スリット板１４の各スリット１４ａ〜１４ｃを透過してピンホール板２０のピンホール２０ａに光源像を形成する。
【００２３】
スリット板１４とラインセンサ１３とは結像レンズ１２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１４の投影像がラインセンサ１３を含む面Ｑ内の所定位置に投影される。
【００２４】
ピンホール板２０の背後にはレンズサポート部材２１が設けられている。このレンズサポート部材２１は被検レンズＴＬの凸面側の表面を受ける。このレンズサポート部材２１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部材２１に均一に押しつけられることにより、被検レンズＴＬの凸面側の表面を測定光軸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の裏面側から一定荷重で均一にその被検レンズＴＬを押しつける構成とすることもできる。
【００２５】
被検レンズＴＬを測定光路ＳＯに挿入すると、スリット板１４とラインセンサ１３を含む面Ｑとの共役関係がずれるが、ピンホール板２０のピンホール２０ａ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１３を含む面Ｑ内でスリット板１４の投影像がぼけることを防止できる。
【００２６】
なお、ピンホール２０ａの径を小さくしすぎると、ピンホール２０ａを通過する測定光線の光量が少なくなり、像照度が低下し、かえってスリット像のボケが発生し、Ｓ／Ｎ比が劣化するので、焦点深度をピンホール２０ａを用いて深くする代わりに、被検レンズＴＬの度数範囲を複数段階に区分し、被検レンズＴＬの度数に応じて複数個の結像レンズ１２を準備し、この結像レンズ１２を取り替え使用するかあるいはズームによって可変とすることによって、スリット像のラインセンサ１３上でのボケを回避する構成とすることもできる。
【００２７】
挿入する被検レンズＴＬの度数によって、ラインセンサ１３上の大きさが変化するため、後述するピーク間隔Ｌ１とピーク間隔Ｌ２との和を見れば被検レンズＴＬの概略の度数を求めることができる。
【００２８】
また、得られた度数から自動的に結像レンズ１２を適正なものに切り替える機構を有していても良い。
【００２９】
ラインセンサ１３上の大きさは結像レンズ１２の焦点距離によっても異なるため、いずれの結像レンズ１２が光路中にあるかを知る機構が設けられている。
【００３０】
被検レンズＴＬの光軸Ｏ１を測定光軸Ｏに対して偏心させてその被検レンズＴＬの凸面側を測定光軸Ｏに対してほぼ垂直にして測定光路ＳＯにセットして、ピンホール２０ａを介して細い各測定光線ＰF'、Ｐe、ＰC'を被検レンズＴＬの凸面側の入射面ＴＬａに入射させると、各測定光線が屈折されて、出射面ＴＬｂから出射されて、ラインセンサ１３に導かれる。
【００３１】
その図３において、符号ＰＲF'はＦ’線の測定光線ＰF'を入射面ＴＬａに入射させたときに出射面ＴＬｂから出射される屈折光線を示し、符号ＰＲeはｅ線の測定光線Ｐeを入射面ＴＬａに入射させたときに出射面ＴＬｂから出射される屈折光線を示し、符号ＰＲC'はＣ’線の測定光線ＰC'を入射面ＴＬａに入射させたときに出射面ＴＬｂから出射される屈折光線を示し、ラインセンサ１３上での各測定光線の結像位置Ｑ１’〜Ｑ３’に基づき、ふれ角を検出することができる。
【００３２】
被検レンズＴＬの入射面ＴＬａと出射面ＴＬｂとの為す角度（すなわち、プリズムの頂角に相当する角度）をσとし、材料の屈折率をｎとし、角度σが小さくかつ被検レンズＴＬの厚さが薄いと仮定すると、偏角量εとσ、ｎとの関係は以下の（３）式により表すことができる。
【００３３】
ε＝（ｎ−１）σ … （３）
従って、Ｆ’線の測定光線ＰF'、ｅ線の測定光線Ｐe、Ｃ’線の測定光線ＰC'を用いて各偏角量εF'、εe、εC'を求め、この各偏角量εF'、εe、εC'に基づき、各屈折率ｎF'、ｎe、ｎC'を下記（４）〜（６）式に基づいて求めれば、アッベ数νeを（２）式に基づいて求めることができる。
【００３４】
ただし、各測定光線の被検レンズＴＬへの入射位置を同じものとする。
ｎF'＝１＋（εF'／σ） …（４）
ｎe＝１＋（εe／σ） …（５）
ｎC'＝１＋（εC'／σ） …（６）
又は、
εF'＝（ｎF'−１）σ …（４）’
εe＝（ｎe−１）σ …（５）’
εC'＝（ｎC−１）σ …（６）’
を用いて下記の（７）式に基づき、アッベ数を求めることができる。
νe＝（ｎe−１）σ／（（ｎF'−１）σ−（ｎC−１）σ）
＝εe／（εF'−εC'） …（７）
偏角量εが十分に小さいと仮定すると、下記の（８）式が成り立つので、被検レンズＴＬからラインセンサ１３までの光軸方向の距離ｘとラインセンサ１３上での像の移動量ｙとに基づいて、偏角量εを求めることができる。
ε≒tanε＝ｙ／ｘ …（８）
距離ｘは一定であるから、各測定光線について、像の移動量ｙe、ｙF'、ｙC'を用いて、下記の式（９）に基づいて、アッベ数νeを測定することができる。
νe＝ｙe／（ｙF'−ｙC'） …（９）
従って、ラインセンサ１３の検出出力に基づき移動量ｙe、ｙF'、ｙC'を求め、式（９）を用いてアッベ数νeを測定する構成を採用することにすると、演算時間の短縮を図ることができる。
【００３５】
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１３を含む面Ｑ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。
【００３６】
被検レンズＴＬを図３に示す矢印Ａ−Ａ方向に移動させると、図５に示すように、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’はラインセンサ１３の画素１３ａの配列方向に移動する。このスリット像１４ａ’〜１４ｃ’は被検レンズＴＬが凸レンズのときはその被検レンズＴＬの移動方向と同方向に移動し、被検レンズＴＬが凹レンズのときは、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’は被検レンズＴＬの移動方向と反対方向に移動する。
【００３７】
このとき、図６に示すように、ラインセンサ１３上に形成されたスリット像１４ａ’〜１４ｃ’に基づき画素１３ａから出力される検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２が図６に示すように等しい値（Ｌ１＝Ｌ２）に保たれたまま、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’が矢印Ｂ−Ｂ方向に移動する。
【００３８】
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１４ａ’〜１４ｃ’は図７に示すようにラインセンサ１３の各画素１３ａ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１３上に形成されたスリット像１４ａ’〜１４ｃ’に基づき出力される検出出力Ｑ１〜Ｑ２のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２は、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’が全体に右に移動したときには、図８に示すようにＬ１＞Ｌ２となり、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’が全体に逆に左に移動したときには、検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２は図９に示すようにＬ２＞Ｌ１となり、ラインセンサ１３の検出出力Ｑ１〜Ｑ３のピーク間隔Ｌ１、Ｌ２とスリット像１４ａ’〜１４ｃ’の移動方向とに基づき、被検レンズＴＬの測定光学系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３に示す演算回路２２に入力され、演算回路２２はその演算結果としてのアッベ数νを表示装置２３に向けて出力する。
【００３９】
レンズサポート部材２１の頂点２１ａからラインセンサ１３までの光軸方向距離Ｘは既知の値であり、ラインセンサ１３上でのスリット像１４ａ’〜１４ｃ’の形成位置から偏角量εを求めることができるが、被検レンズＴＬの厚さが未知であるので、被検レンズＴＬの厚さ分の誤差が偏角量εに含まれる。
【００４０】
しかしながら、被検レンズＴＬの厚さは眼鏡レンズの場合、一定の範囲内にあり、光軸方向距離Ｘをその被検レンズＴＬの厚さに対して十分大きくすれば、被検レンズＴＬの厚さに起因する偏角量εの誤差を無視できる程度に小さくできる。
【００４１】
次に、測定手順を説明する。
【００４２】
測定光源１５〜１７のうちの一つをアライメント用光源として用いる。このアライメント用光源にはｅ線波長の測定光線Ｐeを発生する測定光源１６を用いるのが、測定精度の向上を図る観点から望ましい。ｅ線波長の測定光線Ｐeに基づき得られる偏角量εeはＦ’線波長の測定光線ＰF'に基づき得られる偏角量εF'とＣ’線波長の測定光線ＰC'に基づき得られる偏角量εC'との間の略中間の値を有するからである。
【００４３】
まず、測定光源のうちのアライメント用光源を点灯させ、被検レンズＴＬを図３に示すように、矢印Ａ−Ａ方向に移動させて被検レンズＴＬの光軸Ｏ１を測定光路ＳＯの測定光軸Ｏに対して偏心させ、スリット像１４ａ’〜１４ｃ’を一定量移動させる。
【００４４】
その際、図３に示す表示装置２３に被検レンズＴＬの移動方向を表示装置２３に表示させ、表示の指示に従って被検レンズＴＬを移動させるようにすると良い。
【００４５】
演算回路２２はスリット像１４ａ’〜１４ｃ’の移動量を基準値と比較する比較手段を有する。この基準値は、被検レンズＴＬの屈折力に拘わらず常に一定とする。
スリット像１４ａ’〜１４ｃ’の移動量と基準値とが一致すると、演算回路２２はアライメント完了信号を出力し、表示装置２３はそのアライメント完了信号に基づいて「アライメント完了」の表示を行い、測定者がこの状態で図示を略す測定ボタンを押すと、各測定光源１５〜１７が順次点灯され、各スリット像１４ａ’〜１４ｃ’の移動量が検出され、これによって、演算回路２２がアッベ数νeを演算する。
【００４６】
ここでは、図示を略す測定ボタンを押すことによりアッベ数の測定を実行させることにしたが、アライメント完了信号を用いて自動的に、各測定光源１５〜１７を点灯させ、アッベ数νeを測定する構成とすることができる。
【００４７】
このような構成とすることにより、屈折力の大きい被検レンズＴＬは小さい偏心量でアライメント完了となり、屈折力の小さい被検レンズＴＬはより大きい偏心量でアライメント完了となるが、偏角量εは常に同一となる。このため、被検レンズＴＬの屈折力の大小に拘わらず、測定精度を一定に保つことができる。
【００４８】
被検レンズＴＬの光軸Ｏ１と測定光軸Ｏとの偏心量ＨＬが大きくなれば感度が大きくなるが、被検レンズＴＬの光軸Ｏ１と測定光軸Ｏとの偏心量ＨＬが大きすぎると、強度の被検レンズＴＬの場合、ラインセンサ１３からスリット像１４ａ’〜１４ｃ’がはみ出す場合がある。一方、弱度の被検レンズＴＬの場合には、より一層被検レンズＴＬの光軸Ｏ１と測定光軸Ｏとの偏心量ＨＬを大きくしなければならず、被検レンズＴＬが径の小さな眼鏡レンズの場合には測定できない事態が生じるので、偏心量は５Δ程度が望ましい。ここで、１Δは１ｍ当たり１ｃｍのふれ角を与えるプリズムの度をいう。
【００４９】
レンズの偏心量とプリズムとの関係は概略PRENTICEの式で表すことができる。
【００５０】
プリズム値＝偏心量（ｍｍ）×度数／１０
例えば、５Ｄ（ディオプター）の被検レンズＴＬで５プリズムを得るためには、その光学中心から１０ｍｍ、３Ｄの場合には１５ｍｍ偏心させて測定する必要がある。
【００５１】
加工して眼鏡枠に取り付けた被検レンズＴＬを測定する際には一般的に横幅に較べて縦は短く加工されているため、被検レンズＴＬを上下方向に偏心させると、５プリズム分偏心できない場合がある。従って、被検レンズＴＬを横方向にスライドして測定する構造が望ましい。
【００５２】
なお、測定光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤにより発生する光の波長が必ずしもＦ’線波長、ｅ線波長、Ｃ’線波長と一致するとは限らないので、アッベ数νの既知の眼鏡レンズを用いて較正するようにしても良い。
【００５３】
すなわち、アッベ数νが既知の標準の眼鏡レンズを測定光路ＳＯに挿入してアッベ数νを測定し、その既知のアッベ数ν’と測定により得られたアッベ数νとの差に基づき補正値を求め、この補正値により補正する構成とすれば、測定光線の波長のずれに基づく誤差を低減させることができる。
【００５４】
なお、測定光源としてＬＥＤを用いる代わりに、白熱ランプとフィルターとを組み合わせ、フィルターとしてＦ’線波長、ｅ線波長、Ｃ’線波長の光を透過させる特性を持たせる構成としても良い。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のアッベ数測定装置によれば、眼鏡レンズのアッベ数を、その屈折度数に起因する測定精度の低下を極力回避しつつ測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 試験プリズムを用いて分散を測定するための説明図である。
【図２】 眼鏡レンズの分散を測定するために使用するレンズメータの光学図である。
【図３】 本発明に係わるアッベ数測定装置の光学図である。
【図４】 図３に示すスリット板の平面図である。
【図５】 図３に示す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６】 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７】 図３に示す被検レンズを紙面に対して垂直な面内で光軸に対して垂直に移動させたときにラインセンサ上に形成されるスリット像の説明図である。
【図８】 図７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９】 図７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。
【符号の説明】
１０…測定光源部
１３…検出センサ
２１…レンズサポート部材
２２…演算回路
ＴＬ…被検レンズ
Claims (5)
- 被検レンズのアッベ数を測定するために測定光源部から発生された波長の異なる測定光線に対し、前記被検レンズの光軸を偏心させて支持した前記被検レンズの入射面に対して前記測定光線が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て前記被検レンズをサポートするレンズサポート部材と、
前記レンズサポート部材を境に前記測定光源部とは反対側の位置に設けられて前記被検レンズを通過して屈折された測定光線を検出する検出センサと、
前記検出センサの検出出力に基づき前記アッベ数を演算する演算装置と、
前記レンズサポート部材と前記測定光源部との間に設けられて前記測定光線を前記レンズサポート部材に向けて透過させるためのスリット開口を有するスリット板と、
前記被検レンズが前記測定光路に挿入されていない状態で前記スリット板と前記検出センサとの共役関係を保持させる結像レンズと、を備え、
前記検出センサは一次元ラインセンサであることを特徴とするアッベ数測定装置。 - 前記結像レンズが前記被検レンズの度数に応じて交換可能に複数個準備されていることを特徴とする請求項１に記載のアッベ数測定装置。
- 前記結像レンズと前記レンズサポート部材との間にピンホール板が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のアッベ数測定装置。
- 前記測定光源部と前記スリット板との間に前記測定光源部の各測定光源と前記ピンホール板との共役関係を保持させるレンズが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のアッベ数測定装置。
- 前記スリット開口は、前記一次元ラインセンサを横切る方向に延びるスリットと、このスリットを挟んで測定光軸を原点として点対称に形成された一対のスリットとを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアッベ数測定装置。
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