JP4901118B2 - レンズメータ - Google Patents

Description

本発明は、被検レンズの光学特性を測定するレンズメータに関する。

近年、眼鏡レンズの装用状態を反映した光学特性を得るべく、眼の回旋中心を基準として被検レンズの光学特性を測定可能なレンズメータが提案されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。特許文献１においては、測定光源及びコリメータレンズを持ち測定光束を被検レンズに投光する投光系と、被検レンズを透過した測定光束を受光素子により受光する受光系から構成される測定部を備え、眼球の回旋中心に相当する中心を設定し、該中心を回動中心として、測定部を回動させる測定部回動機構が設けられたレンズメータや、被検レンズ自体を回動させるレンズ回動機構が設けられたレンズメータが提案されている。
国際公開第９９／４１５８２号パンフレット 白柳守康：薄型非球面設計累進多焦点レンズ「ＪＯＹＡＳ」の開発、眼鏡学ジャーナル１（１）：４３−４８、１９９７

しかしながら、特許文献１に示す装置の場合、被検レンズの周辺部位の測定を行うためには、投光系を大きく回転させる機構となるため装置が大型化、複雑化する。また、被検レンズ自体を回動させる機構では、回動により被検レンズがズレてしまう恐れがある。また、このような機構では眼鏡に取り付けられた被検レンズを測定することは難しい。

本発明は、上記問題点を鑑み、コンパクトな装置構成で、眼鏡レンズの装用状態を反映した光学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） 測定光源から出射される測定光束を，度数未知の眼鏡レンズに平行光束にて投光する投光光学系と、眼鏡レンズを透過した測定光束を受光する受光素子を有する受光光学系とを有し、前記受光素子から出力される受光信号に基づいて眼鏡レンズの度数を測定するレンズメータにおいて、
眼球の回旋中心に相当する回動中心を中心として前記受光光学系の光軸を回動させる回動機構と、
前記回動機構の駆動とは独立した駆動部を持ち、前記回動機構によって回動される前記受光光学系の光軸に対し，前記投光光学系の光軸が一致されるように、前記投光光学系の少なくとも一部を水平移動させる移動手段と、
前記投光光学系の光路中に配置され、前記測定光源から出射される測定光束を眼鏡レンズに向けて折り曲げる反射ミラーを有し、前記移動手段の駆動に連動して、前記回動機構によって回動される前記受光光学系の光軸に対し、前記投光光学系の光軸が一致されるように、前記反射ミラーにおける前記測定光束の反射角度を変更する反射角度変更手段と、
を備えることを特徴とする。
（２） （１）のレンズメータにおいて、前記回動機構の駆動を制御して、水平方向であるＸＹ方向の各方向に関して所定のステップで前記受光光学系を回動させ、各測定点における度数を順次求めることにより眼鏡レンズの度数分布を測定する度数分布測定手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コンパクトな装置構成で、眼鏡レンズの装用状態を反映した光学特性を得ることができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係るレンズメータの外観図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したレンズメータを矢印Ｂ方向から見たときの概略図である。図２は、本実施形態に係るレンズメータの光学系について示す光学概略図である。なお、図中のＸ軸及びＹ軸は、水平方向に平行な互いに直交する２つの軸を表し、Ｚ軸は鉛直方向に平行な軸を表す。

１は本実施形態に係るレンズメータ本体である。１０は被検レンズＬＥに測定光束を投光する投光ユニットであり、内部に投光光学系１０ａを有する。投光光学系１０ａには、測定光束を出射する測定光源１１、コリメータレンズ１２、反射ミラー１３が配置されている（図２参照）。反射ミラー１３はミラー駆動部１４の駆動によりＸ軸及びＹ軸を中心に所定の回転角に各々変更できるようになっており、測定光源１１及びコリメータレンズ１２からの測定光束を反射する反射角度を変更できる。また、Ｌ１は投光光学系１０ａの投光光軸であり、反射ミラー１３の回転角の変更によって投光光学系１０ａ全体を回動させることなく、被検レンズに対する投光光軸の軸角度が変更できるようになっている。２０は投光ユニット１０を被検レンズに対してＸＹ（水平）方向に移動させる移動機構であり、移動機構２０の駆動により被検レンズに対する前記測定光束の投光光軸Ｌ１の位置を変える。すなわち、本実施形態においては、投光光軸Ｌ１を中心Ｏを回動中心として回動できるようになっている。これにより、測定光束を被検レンズＬＥの中心部位や周辺部位に投光することができる。

３０は投光ユニット１０から発せられた測定光束を受光する受光ユニットであり、開口部３５、度数測定用の指標パターン（例えば、図３参照）を持つ指標板３１及び二次元受光素子３２を有する受光光学系３０ａが設けられている。開口部３５には、例えば直径８ｍｍの円孔が形成されている。受光ユニット３０（受光光学系３０ａ）は回動機構２５により眼球の回旋中心に相当する中心Ｏを回動中心として回動できるようになっている。本実施形態においては、中心Ｏを通りＺ方向（鉛直方向）に平行な基準軸Ｃ１の位置を０°とすると、ＸＹ方向の各々でその回旋角が±４０度まで回旋できる構成となっている。Ｌ２は中心Ｏを通る受光光学系３０ａの受光光軸であり、回動機構２５の駆動によって中心Ｏを回動中心としてその軸角度が変更できるようになっている。すなわち、受光光軸Ｌ２を中心Ｏを回動中心として回動できるようになっている。また、受光ユニット３０はＸＹ方向に移動可能な構成となっている。

４０は被検レンズを載置するためのレンズ載置部であり、投光光学系１０ａと受光光学系３０ａとの間に設けられている。載置部４０はレンズメータ本体１に固定された状態となっている。なお、被検レンズＬＥを載置部４０に載置する場合には、眼鏡を装着した際に眼側となるレンズ面（後面）が受光光学系３０ａ側となるように載置する。なお、Ｒは基準軸Ｃ１上におけるレンズＬＥの後面から中心Ｏまでの距離であり、本実施形態では27ｍｍとしている。なお、この距離Ｒは27ｍｍに限るものではなく、眼球の回旋中心から眼鏡装用状態における被検レンズＬＥの後面までの距離に相当するものとして設定されていればよい。

上記のような光学配置において、測定光源１１から出射された測定光束は、コリメータレンズ１２により平行光束とされ、反射ミラー１３で反射された後、被検レンズＬＥに対して投光される。そして、被検レンズＬＥを透過した測定光束は、開口部３５、指標板３１を通過して、二次元受光素子３２に受光される。

なお、被検レンズＬＥが載置部４０に載置されていないときは、指標板３１に形成されたパターンの間隔と同じパターン像が二次元受光素子３２に受光される。これに対して、プラスレンズが載置部４０に載置されたときには、指標板３１に形成されたパターンの間隔よりも小さな間隔のパターン像が受光される。また、マイナスレンズが載置部４０に載置されたときには、指標板３１に形成されたパターンの間隔よりも大きな間隔のパターン像が受光される。また、所定の乱視軸を持つレンズが載置されたときには、乱視軸の傾きに応じて歪んだパターン像が受光されるようになっている。

図４は、本実施形態に係る装置の制御系を説明する図である。二次元受光素子３２からの受光信号が制御部５０へ出力されると、制御部５０は二次元受光素子３２で受光された指標パターンの像位置を特定し、前述のようなレンズの光学特性の違いによるパターン像の像位置の変化に基づいて被検レンズＬＥの光学特性（球面度数、乱視度数、乱視軸角度、プリズム量等）を得る。なお、制御部５０には、移動ユニット２０、回動機構２５、ミラー駆動部１４、測定結果やアライメント画面を表示するモニタ５２、メモリ５５、が接続されている。

以上のような構成を備えるレンズメータにおいて、その動作について説明する。まずは、被検レンズＬＥの光学中心が基準軸Ｃ１上にくるように位置合わせを行う。本実施形態においては、受光ユニット３０をＸＹ方向に移動させることにより、被検レンズＬＥの光学中心（フィッティングポイント）と基準軸Ｃ１との位置合わせを行う。なお、被検レンズＬＥを受光ユニット３０に対して動かすことにより位置合わせを行うような構成としてもよい。

位置合わせ完了後、被検レンズＬＥの光学中心における光学特性を求める場合には、制御部５０は、図５のように、回動機構２５の駆動により受光ユニット３０（受光光学系３０ａ）の回旋角がＸＹ方向ともに０度となるように変更される。また、制御部５０は、そのときの受光光軸Ｌ２と投光光軸Ｌ１が一致するように、移動機構２０及びミラー駆動部１４により投光ユニット１０のＸＹ方向における位置及び反射ミラー１３の回転角が変更される。本実施形態においては、反射ミラー１３の回転角はＸ軸に対して４５度、Ｙ軸に対して０度に変更される。

また、被検レンズＬＥの周辺部位の光学特性を求める場合には、制御部５０は、図２のように、回動機構２５の駆動により受光ユニット３０（受光光学系３０ａ）の回旋角が所定の角度となるように変更する。また、これとともに、制御部５０は、回動機構２５の駆動によって変更される前記受光光学系３０ａの受光光軸Ｌ２と、投光光軸Ｌ１とが略一致するように、移動機構２０及びミラー駆動部１４の駆動により投光ユニット１０（投光光学系１０ａ）のＸＹ方向における位置及び反射ミラー１３の回転角を変更する。（例えば、受光ユニット３０の回旋角がＸ方向に−４０度、Ｙ方向に０度の角度となるように変更された場合、移動機構２０により被検レンズに対する前記測定光束の投光光軸位置を変えるとともに、ミラー駆動部１４の駆動により反射ミラー１３の回転角がＸ軸に対して６５度（Ｙ軸に対しては０度）に変更される。）このようにすれば、眼の回旋中心を基準とした被検レンズＬＥの周辺部位の光学特性を求めることができる。

なお、上記のように周辺部位の光学特性を求める場合、受光ユニット３０の回旋角が大きいような場合には、レンズＬＥを透過した後の測定光束が、プリズム屈折力により二次元受光素子３２に到達しないようなことが考えられる（図６（ａ）参照）。そこで、本実施形態では、図６（ｂ）のように、被検レンズＬＥを透過した後の投光光軸Ｌ１と受光光軸Ｌ２とが一致するように、移動ユニット２０及びミラー駆動部１４が駆動制御され、投光ユニット１０から投光される投光光軸Ｌ１の軸角度が変更される。この場合、例えば、図３に示すように、指標板３１に受光光軸Ｌ２上を通過するパターン３１Ｌを設けておく。そして、制御部５０は、パターン３１Ｌを通過した測定光束によって二次元受光素子３２に投影されたパターン像が二次元受光素子３２の受光面と受光光軸Ｌ２との交点上にくるように、二次元受光素子３２からの受光信号に基づいて移動機構２０及びミラー駆動部１４をさらに駆動させ、投光ユニット１０から発せられる投光光軸Ｌ１の軸角度を変更する。なお、図６（ａ）と図６（ｂ）のときの、反射ミラー１３の回転角の差からプリズム量を求めることも可能である。このようにすれば、精度の良い測定結果を得ることができる。なお、上記のような軸角度の変更において、求める測定精度に応じてプリズム屈折力による誤差の許容範囲を設けるようにしてもよい。例えば、プリズム量の大きさや受光ユニット１０の回旋角に基づいてプリズム屈折力による誤差の許容レベルをおき、一定の許容レベルを超える場合には、上記のような軸角度の変更を行うようにしてもよい。本実施形態においては、パターン３１Ｌを通過した測定光束によって二次元受光素子３２に投影されたパターン像の受光光軸Ｌ２に対するずれ量に基づいて許容レベルを設定することができる。

以上のような構成とすれば、眼の回旋中心を基準に被検レンズの光学特性を得ることができるレンズメータにおいて、中心Ｏを回動中心として投光光学系全体を回動させる必要が無く、投光光軸の軸角度を変更するために要するスペースが小さくて済むため、装置の小型化が可能となる。また、被検レンズＬＥ上に配置される投光ユニット１０の筐体が外部照明（天井の蛍光灯など）からの外乱光を遮光する役目を持つため、外乱光による測定精度の低下を防止することができる。

なお、上記のような構成において被検レンズの度数分布を求めるような場合には、例えば、制御部５０による回動機構２５の駆動によりＸＹ方向に所定のステップ（例えば、５度ずつ）で受光ユニット３０を回旋させていくことで、それぞれの測定点における光学特性を順次求めていくような構成が考えられる（図７参照）。より具体的に示すと、矢印Ａにしめすような順序で被検レンズＬＥ上の各測定点における光学特性を得られるように、受光ユニット３０の回旋角を切り換えていき、測定結果をメモリ５５に記憶させていくようなものが考えられる。

そして、所定の測定領域内の光学特性の取得が終了したら、制御部５０は、各測定点における光学特性に基づいて被検レンズの度数分布を演算する。そして、制御部５０は、得られた度数分布データに基づいて被検レンズＬＥの度数分布を表現するグラフィックをモニタ５２にマッピング表示する。なお、被検レンズＬＥが累進レンズの場合、所定部位（遠用部や近用部）の光学特性や加入度を表示するようにしてもよい。

また、二次元受光素子３２から出力される受光信号に基づいて被検レンズＬＥに対する装置のアライメント状態を検出し、検出結果に基づいて所定の測定部位（遠用部や近用部）に対して受光ユニット３０及び投光ユニット１０を自動アライメントするような構成としてもよい。この場合、所定の測定部位付近の度数分布を求めるような構成も考えられる。

また、本実施形態においては、移動機構２０により投光ユニット１０をＸＹ方向に自動的に移動させる構成としたが、手動で移動させるような構成としてもよい。この場合、手動操作による投光ユニット１０のＸＹ方向の移動を周知の位置検出機構（ポテンショメータ等）により検出しておき、検出結果に基づいてミラー駆動部１４により反射ミラー１３の回転角を変更するとともに回動機構２５により受光ユニット３０の回旋角を変更するような構成が考えられる。

また、本実施形態においては、移動機構２０により投光ユニット１０全体をＸＹ方向に移動させる構成としたが、これに限るものではなく、被検レンズに対する測定光束の投光光軸位置を変えるために投光光学系１０ａの少なくとも一部を水平方向（ＸＹ方向）に移動できればよい。例えば、図８の模式図に示すように、測定光源１１１及びコリメータレンズ１１２を固定とし、反射ミラー１１５と、Ｘ軸及びＹ軸を中心に所定の回転角に変更可能な反射ミラー１１３とをＸ方向に一体的に移動可能とし、さらに反射ミラー１１５をＹ方向に移動可能とするような構成が考えられる。

なお、本実施形態においては、受光ユニット３０の回旋角の変化に応じて投光光軸Ｌ１の軸角度を変更するための構成として、投光ユニット１０のＸＹ方向への移動に連動して反射ミラー１３の回転角を変更するような構成としたが、これに限るものではなく、投光ユニット１０のＸＹ方向への移動に連動して投光光軸Ｌ１の軸角度が変更可能な構成であればよい。例えば、投光ユニット１０のＸＹ方向への移動に連動して測定光源１１の位置をＹＺ方向に変更するような構成が考えられる。また、反射ミラー１３の回転角の変更と、測定光源１１の位置の変更を連動させるようにして、投光光軸Ｌ１の軸角度を変更するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、単一の反射ミラー１３を駆動させることにより投光光軸Ｌ１の軸角度を変更するようにしたが、複数のミラーを駆動させるものであってもよい。

なお、図９に示すように、2枚の被検レンズを各々載置する載置部４００を有し、載置部４００に載置された２枚の被検レンズを同時に測定するために、投光ユニット１０、移動機構２０、及び受光ユニット３０を左右各々１組ずつ有するような構成としてもよい。このようにすれば、コンパクトな装置構成で、眼の回旋中心を基準とした光学特性を左右同時に得ることができる。また、図９に示すように、眼鏡フレームＦに取り付けられた被検レンズＬＥの眼の回旋中心を基準とした光学特性を左右同時に得ることができる。

本実施形態に係るレンズメータの外観図である。 本実施形態に係るレンズメータの光学系について示す光学概略図である。 本実施形態に係る視標板について説明する図である。 本実施形態に係る装置の制御系を説明する図である。 本実施形態に係るレンズメータにおいて、被検レンズＬＥの光学中心における光学特性を求める場合について説明する図である。 レンズＬＥを透過した後の測定光束がプリズム屈折力により二次元受光素子３２に到達しない場合、及びこれらを改善する構成について説明する図である。 被検レンズの度数分布を求めるような場合の構成について説明する図である。 投光光学系の構成の変容例を示すである 本実施形態に係るレンズメータにおいて、２枚の被検レンズを同時に測定可能な構成について説明する図である。

符号の説明

１０ 投光ユニット
１０ａ 投光光学系
１１ 測定光源
１２ コリメータレンズ
１３ 反射ミラー
１４ ミラー駆動部
２０ 移動機構
２５ 回動機構
３０ 受光ユニット
５０ 制御部
１１１ 測定光源
１１２ コリメータレンズ
１１３ 反射ミラー
１１５ 反射ミラー
４００ 載置部
Ｌ１ 投光光学系の投光光軸
Ｌ２ 受光光学系の受光光軸
Ｏ 眼球の回旋中心に相当する中心

Claims (2)

1. 測定光源から出射される測定光束を，度数未知の眼鏡レンズに平行光束にて投光する投光光学系と、眼鏡レンズを透過した測定光束を受光する受光素子を有する受光光学系とを有し、前記受光素子から出力される受光信号に基づいて眼鏡レンズの度数を測定するレンズメータにおいて、
   眼球の回旋中心に相当する回動中心を中心として前記受光光学系の光軸を回動させる回動機構と、
   前記回動機構の駆動とは独立した駆動部を持ち、前記回動機構によって回動される前記受光光学系の光軸に対し，前記投光光学系の光軸が一致されるように、前記投光光学系の少なくとも一部を水平移動させる移動手段と、
   前記投光光学系の光路中に配置され、前記測定光源から出射される測定光束を眼鏡レンズに向けて折り曲げる反射ミラーを有し、前記移動手段の駆動に連動して、前記回動機構によって回動される前記受光光学系の光軸に対し、前記投光光学系の光軸が一致されるように、前記反射ミラーにおける前記測定光束の反射角度を変更する反射角度変更手段と、
   を備えることを特徴とするレンズメータ。
2. 請求項１のレンズメータにおいて、前記回動機構の駆動を制御して、水平方向であるＸＹ方向の各方向に関して所定のステップで前記受光光学系を回動させ、各測定点における度数を順次求めることにより眼鏡レンズの度数分布を測定する度数分布測定手段を備えることを特徴とするレンズメータ。