JPH02216428A - 自動レンズメータ - Google Patents

自動レンズメータ

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JPH02216428A
JPH02216428A JP5245988A JP5245988A JPH02216428A JP H02216428 A JPH02216428 A JP H02216428A JP 5245988 A JP5245988 A JP 5245988A JP 5245988 A JP5245988 A JP 5245988A JP H02216428 A JPH02216428 A JP H02216428A
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久則 秋山
Toshio Sugiyama
杉山 俊雄
Yasuyuki Tomijima
富島 康行
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、眼鏡レンズまたはコンタクトレンズを測定す
るレンズメータに関する。
〔従来の技術〕
手動式レンズメータでレンズを測定する場合、被検レン
ズを含む光学系の光軸上における相互間の関係位置を変
え、または光源光学系の距離を変えて像ピント面を追跡
し、ピント面が得られる像の移動距離と送光光学系との
関係から、肉眼または眼視装置によって観測し、焦点距
離を求めていた。しかし、視覚によるピント位置の決定
は、個人差による視覚誤差が生じ易いという欠点があっ
た。
そこで、この手動式レンズメータの欠点を解消するため
に、自動式レンズメータとして、特願昭48−3299
4号公報、特開昭60−17335号公報が開示されて
いる。前者は、被検レンズを送光コリメータおよび受光
コリメータの光軸上に光心を合わせて固定し、この光軸
の延長線上の焦点面に光電変換器を配置した撮像光学系
と前記光電変換器の走査線によって分解されるターゲツ
ト像の輝度信号を整理し、光源光学系の移動往路および
復路において輝度電気信号の時間幅面積が最小になる位
置を計数する電気回路とこの電気回路と同期して光源光
学系の往復駆動をパルスモータおよびその駆動用送り信
号発生器により自動的に制御する回路からなることを特
徴としており、ターゲツト像が最小面積になる位置をデ
ィオプトリー表示信号に変換するものである。
一方後者は、前者を含め自動式レンズメータの場合、最
良位置の検出手段とターゲット移動の機構とを設ける必
要があるため、その改良としてスリットパターンを移動
させずに結像レンズの焦点面に配置したイメージセンサ
上の信号を処理することにより、被検レンズの屈折度、
軸角度およびプリズム量を測定するようにしたものであ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、前述の特開昭60−17335号公報では、受
光対物レンズの後方で測定光を二つに分けて2個のイメ
ージセンサにより測定光の被検レンズによる偏向を検出
し、そのデータをもとにして演算処理し屈折力を算出す
るものであるが、被検レンズを通過した測定光を二つに
分割して、X方向とY方向に分離して、イメージセンサ
に信号を送るため、イメージセンサに送られる光信号は
、もとの信号の半分以下になってしまうので、S/N比
を向上させるための特別な電気的処理が必要で電気回路
が*雑で高価なものとなる。
また、上述の2分割のためのビームスプリッタおよび二
つのイメージセン・すを別々に配置しなければならない
ので、光路、二つのイメージセンサおよびその取付は部
分等が複雑で高価になることが不可避である。
本発明はこのような問題点を除去するためになされたも
のであり、その目的は、より簡便な構造をした自動レン
ズメータを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はかかる目的を達成するためになされたものであ
り、光軸を中心とする正方形の各頂点に配置された4つ
のLEDの光源、前記正方形の光源の中心を焦点とする
送光レンズ、このレンズを介して前記光源より照明され
、光軸方向にサーボコントロールにより移動可能な少な
くとも平行でない2本以上の直線で形成されたスリット
状パターン、測定台の先端部に前記点光源を結像させる
コリメータレンズ、更に受光対物レンズを介して検出装
置としてのパターンの原点位置と共役な位置にあり、光
軸を通り、該光軸に対し直角に配置された1本のイメー
ジセンサ、前記検出装置により得られた情報を演算して
被検レンズの光学特性を求める演算装置を具備すること
を特徴とする自動レンズメータを提供するものである。
本発明に従って更に、コリメータレンズと受光対物レン
ズの間に入れる被検レンズの屈折力によって生じる4個
の点光源それぞれによってイメージセンサ上に形成され
るスリット状パターンの各々の偏位置と前記パターンを
移動させ、その移動量と移動後の偏位量とを演算装置に
より計算することにより、被検レンズの光学特性を計測
およびまたは表示することが好ましい。
〔実施例] 次に、本発明の詳細な説明する。
第1a図は本発明の実施例によるレンズメーク1のシス
テムブロック図である。先ず光学系2から説明すると、
3は4個の超高輝度の発光ダイオード(LED)で、こ
のレンズメータ1の光源として使用している。これら4
個のLED3は後述の演算を簡単にするために第1b図
のように等間隔に配置されている必要がある。4は送光
レンズで、各々のLEDから出た光を平行光にしている
すなわち、LED3は送光レンズ4の焦点位置に配置さ
れている。5はスリット状パターンで、第1c図のよう
にN字形のスリットを形成しており、送光レンズ4と後
述のコリメーターレンズ6の間を移動可能に配置されて
いる。6はコリメーターレンズで、二つの役目を果たし
ている。一つは被検レンズ7上に光源像を作り出すこと
で、もう一つはスリット状パターン5のイメージ像を形
成する光束を被検レンズ7と協働して平行光束にするこ
とである。8は測定台で、光源像の真上に被検レンズ7
が設定されるように調整されている。9は対物レンズで
、・コリメーターレンズ6と被検レンズ7によって平行
光束にさせられたスリット状パターン5のイメージ像を
結像させている。10はイメージセンサ(CCD)で、
対物レンズ9の焦点位置に配置されており、後述の如く
パターン5の位置を検出している。
従って、4個のLED3からなる光源から発せられた光
は、送光レンズ4を通り、スリット状パターン5を照明
し、コリメーターレンズ6を通過し、被検レンズ7に入
射した後、対物レンズ9を介してイメージセンサ10に
至るわけであるが、各々の配置は、光源の位置と被検レ
ンズ7の裏面位置が光学的に共役に設置されている。す
なわち、光源は被検レンズ裏面位置で各々4個が一旦結
像することになる(第2図参照)。ここで、スリット状
パターン5はイメージセンサ10の位置に対しほぼ共役
な関係に保つ。すなわち、被検レンズの等価球面値Se
に対応させ、スリット状パターン7を光軸方向にパルス
モータ5aによりサーボコントロールさせて移動させる
ことにより、スリット状パターン5とイメージセンサ1
0との共役関係を保つようにして、測定するものである
また、これらの光学系と関連して、制御、検出、演算処
理を行う電気系統の処理システムとして、AC入力をD
C入力に変換し制御部30に供給する電源部11、CP
U12、ROM13、RAM14からなる制御基板15
、クロック発生回路16とCCD駆動回路17とピーク
ホールド回路18とオートゲイン回路19と微分回路2
0とラッチ回路21とカウンタ回路22とアドレス設定
/書き込みパルス作成回路23とからなる信号処理回路
24、表示駆動回路25、光源(LED)駆動回路26
、パルスモータ駆動回路27、数値演算回路28、プリ
ンタ駆動回路29の各回路から構成される制御部30、
LED表示またはモニタ表示を行う表示部31、操作パ
ネルとして本体に表出し、操作を行う操作スイッチ部3
2がある。
なお、制御部30の電気系統のシステムについては後述
する。
次に、被検レンズ上の4つの光点を(Xi、Yl)、。
i。=1〜4とし、その各々のプリズム量で、被検レン
ズの光学特性としての球面値S、乱視度数C1その軸方
向(AX=θ)、測定光軸に対する偏心量(被検レンズ
としてのプリズム値)を算出する方法について説明する
ここで、D1〜D、の各点におけるプリズム量を、球面
によるものと円柱によるものに分解して考えると、第5
図から、球面によるプリズムPS。
(P3xt、 Ps□)はPRENTICEの式(プリ
ズム値=偏心it (+++n+) X D / 10
)からXi X方向  P3にi8−π弓 Y方向 psv本 =  Y、、S すなわち、 ここでi=1〜4、Xt 、Y五は各点(パターン像)
の中心座標である。
円柱によるプリズムPci (Pcxz、 Pcvt 
)は第6図から判断すると、 すなわち、X方向は、 そしてY方向は、 X方向のプリズム合成は、 Y方向のプリズム合成は、 X方向、X方向のプリズム合成値はセンサ上の移動量に
比例する。すなわち、比例定数をkとし、プリズム量を
センサ上の移動量として表すと、Pgz=kX(pYi
 =kVi ただし、X□+ VL はセンサ上の移動量とする。
X方向のプリズム合成 式により、 となる。
(1)式により、 X方向のプリズム合成 ここで、各点(i=1〜4)を代入して式を作成すると
、 (1)式により、 式により、 被検レンズ上における光源像の各ビ・ノチ距離を第7図
のように定めて、OP(被検レンズの光学中心)を(0
,O)とする座標で表現すると下記のようになる。
X、−X、=K Y + −Y 3 = 0 Xz−Xa=O Y2−Y a =に 従って、前弐を利用すると、(3) 、(4) 、(5
)、(6)式は下記の如く簡単になる。
0k Ccos2θ=(−xl+xx+yz−y4)””β 
   −(12)0k Cstn2θ=      (−xz+xn−y++y
+)  = r    −(13)(11)、(12)
、(13)式から、球面度数S、乱視度数C1軸度Ax
を下記のごとく求めることができる。
Ax=−!−jan−’工    (但しβ>0.7>
Q)2     β (7)、(8) 、(9) 、(10)式によって、(
11)、(12)、(I3)が求まる。
^x=!−jan−’工+180°(但しβ〉0、T≦
0)2     β Ax = 45°        (但しβ=O2r>
0)Ax=135@(但しβ=0、γ<O)又、被検レ
ンズのレンズレイアウトでの偏心量としてのプリズム値
も下記の如く求めることができる。その値のX成分、X
成分をそれぞれPx +PYとすると、 k”      k Py =「王、y直= 「(Vt +Vz+’Vs+ 
V4)P4ア膣更 a =jan−’ Py−(但しPx>O、Py≧0)
Px a = jan−”  + 180° (但しPx <
 O)Px σ−jan−”  +360° (但しPx>O、Py
<0)Px 6=90”          (但しPx=0 、 
Py>0)σ=270’         (但しPx
=0 、Py<O)で与えられる。従って、被検レンズ
の上を通過する4つの光束から被検レンズの光学特性を
算出することができる。
次にイメージセンサとしての1本のラインセンサを使用
してパターン像の中心座標(XL Yt)を求める方法
について説明する。第2図において、被検レンズ上に集
光した四つの光源像をそれぞれDl、D2、D3、D4
とする。
第3a図は1個のLf’[)が点灯したときのパターン
像で横線はセンサを意味している。
データはDI点灯時、第4図のようにPlからP6まで
6個のデータが存在する。同様に、口2、D3、D4が
点灯したときも、各々6個のデータが存在することにな
る。
これら6個のデータを利用してN字パターン像の中心の
X座標とY座標を求めると、次式のようになる(第3b
図参照)。
ェ=h叩しP、+P、+P、+P。
上式のXはセンサの何ビット目に横方向の中心があるか
を示し、yはセンサを中心に上が+、下が−でセンサ上
に置換した場合の何ビット目に縦方向の中心があるかを
示している。
被検レンズを挿入しないときの座標を(XO、YO)と
し、被検レンズを挿入したときの座標を(Xl、Yl)
とすると、Xl−XOをに軸に、Yl−YOをY軸にと
る新しい座標系を描けば、それは被検レンズの測定点に
おけるプリズム量(偏位置)そのものを表すことになる
しかるに、前記の原理説明で述べた(11)、(12)
、(13)式、およびプリズム量の式は下記のようにな
る。
=α      ・−・・−・・ (11) ’Cco
s2θ”−蓑(Xt−xot)÷(Xs−XO3)÷0
It−Yet)−(Yl−ya4))−β   ・・・
・−・・ (12) ’T   −・・・−(13)’ Px=ト((Xt−Xot)+(Xz−Xoz)+(X
s−Xos)+0(a−Xs4))P)’−ト1’0’
+−)’at)+(yz−yow)十〇’3−yos)
÷(ya−yoa))ここで、α、β、Tを前述のS(
球面度数)、C(乱視度数)、Ax(軸度)の式に代入
することにより求めることができる。従って、1本のラ
インセンサとパターン像から被検レンズの光学特性を検
出することができる。このように、理論的には、上述の
説明のように、本発明による構成(1本のラインセンサ
、4つの点光源、パターン)で、検出することができる
が、本発明では更に、前述のようにパターンをサーボコ
ントロールで移動させている。
そのパターンの移動について説明すると、パターンを移
動する理由は二つある。一つは着炭的問題、もう一つは
セ、ンサの有効長とプリズム量に関する問題である二精
度的問題では、被検レンズ上に集光した光源像は、少な
からずとも面積を持っているため被検レンズが強度にな
ると、その屈折作用によりセンサ上にあるパターン像に
ぼけを生じる。すなわち、センサ上の信号の波形がシャ
ープにならず、信号をとりにくい状態が発生する。
そこで、その欠点を補うために、パルスモータを使用し
てサーボコントロールすることによりパターンを移動さ
せ、球面補正を行うようにした。パターンの移動はあら
かじめ移動量(距離)と屈折力(D)が一定の規則正を
もつように光学設計されている。従って、パルスモータ
の1パルスで、パターンの移動量をコントロールできる
ので、これらの3者の一定関係式が成立する。
実際には、パターンを静止した状態で検出された光学特
性データをもとに、あらかじめ成る一定のパターン移動
量を決定し、それに基づき移動させる。移動後のパター
ン像の検出による光学特性データでは、現在筒り分補正
されているかが判っていればよいのである。このように
パターンの移動は、センサ上のパターン像のぼけを少な
くし、センサにて各6個のデータをより正確にとれるよ
うにするための手段として用いられる。
センサの有効長とプリズム量に関する問題について述べ
ると、一般にレンズメータの測定範囲は、+/−250
,5プリズムまで測定できるようになっている。
本実施例では、第8図に示すように、測定点ピッチを4
1.ハ○Pからの偏位置を24す、被検レンズを25D
の球面レンズとすると、測定点におけるプリズム量は5
プリズムとなる。すなわち、パターンを動かさなければ
最大5プリズム分パターン像が動くので、それをカバー
できるだけのセンサ長が必要となる HD2X25a P−−−=5 PMAX−5″÷5’−10’ パターンをあらかじめパターン移動前での検出データ等
から球面度数分動かしてやれば、パターン像は一つにな
り、最大5プリズム分動くので、その分のセンナ長だけ
でよいことになる。すなわち、パターンを動かせば、そ
の分センサを短くでき、設計上コンパクトになる。
上記のような理由により、パターンを動かしているがそ
の時の球面度数Sを求める式は2.の原理蜆明の式と若
干具なるので下記に示す。
(ただしSRはパターンを動かした分の球面度数である
。) SR= (パルスモータ1パルス分の球面度数)×(パ
ルスモータに送ったパルス数) パターンのスリットの形状において、本実施例ではN字
型を使用しているが、1本のラインセンサとの関係にお
いて、ラインセンサ上でのライン方向をXとし、Xに垂
直な方向をyとすると、センサ上での像の位置(中心)
のχ成分およびy成分を検出するため、少なくとも平行
でない2本の直線で形成され、2か所で交差し、その交
差部をN1、N!とじ、あらかじめ設定されたパターン
の図形の中心のX座標をN、とすると、N、からN、ま
での距離Z、と、N2からN3末での距離z2とが仮に
ラインセンサをy軸方向に走査すると仮定するとき(実
際はパターンの方が移動するのでこの逆である)常に2
1≠22でy方向の移動に対してZlとZzが比例関係
であればよく、この距離の比率により、×軸成分、距離
によりy軸成分が求められ、このセンサがスリット図形
のどの位置を走査しているかを検出することができ、更
にこの検出位置によりこのスリットの中心位置を知るこ
とができる。
このスリット形状は例えば第9a図乃至第9j図に示す
ように、N字型およびまたはv字型スリットの一部また
は変型形状が好ましい。
次に、第10図により本発明にかかる制御部30の電気
系統の信号処理について説明する。
信号処理回路24ではクロック発生回路16からのパル
スをカウンタにおいて分周し、LED駆動用信号33を
作り、LED (光源)駆動回路24を通して4つのL
ED光源30(Dl、D2、Dl、D4)を交互に20
m5毎に点灯させる。すなわち、クロック発生回路工6
により発生した基準パルス(800KHz)により、カ
ウンタ回路22およびCCD駆動回路17が動作し、L
ED3の点灯とその他の回路との周期がとられており、
LED駆動回路26によりDlからD4までの4つのL
ED3が各々、時系列的に20m5点灯、60m5消灯
という動作を繰り返すわけである。
4つのLED3からの光はパターンを照射した後、CC
D 10に達する。C0DIOに達した光は時系列的に
4つに分けられる。すなわち、貼用信号、D2用信号、
D、用信号およびD4用信号である。
CCDl0からの出力信号はCCD駆動回路17を通っ
てアンプ34を経てピークホールド回路18とオートゲ
イン回路19に達する。ピークホールド回路18では、
D1点灯時のダミー信号(5lll5分の光信号)をホ
ールドし、オートゲイン回路19へ出力する。光量が少
ないときにはピーク値が小さく、光量が多いときはピー
ク値が大きい。
オートゲイン回路19に入力されたダミー信号により、
オートゲイン回路19の増幅率をコントロールする。光
量が少ないときは増幅率を大きく、光量が多いときは増
幅率を小さくする。オートゲイン回路19の出力は光量
の如何にかかわらず、一定振幅の信号となってコンパレ
ータ35に入力される。コンパレータ35からの出力は
微分回路20に入力され、光量の変化がある一定値を越
えるたびにパルスが生じる。微分回路20からのパルス
はアドレス設定/書き込みパルス作成回路23に入力さ
れ、カウンタの値と組み合わされてアドレス番地となる
。また、書き込みパルスとなってRAM14に入力され
る。
ラッチ回路に21入力されたパルスにより、CCDl0
の光の当たった位置がラッチされ、ラッチ回路21から
RAM14へ出力される。前記の処理によりRAM14
の中にはり、〜D4点灯時のCCD上での光の当たった
位置が規則正しくメモリーされる。
CPU12は必要なときにRAM14の内容を読み取り
、そのデータ9を適切に演算処理することによってSS
C,Axを計算することができ、パルスモータ5aの位
置を適正な所へ駆動させるためのデータを作成すること
ができる。
このようにRAM19に書き込まれたデータ列はCPU
12およびROM13、RAM14aによって必要な時
に読み出され、数値演算回路28により眼鏡レンズの各
諸元が計算される。計算結果は所望により表示駆動回路
25を経てCRTデイスプレィ上に表示され、またはプ
リンター駆動回路を経てプリンタにより印字することが
できる。
〔発明の効果〕
本発明は、イメージセンサの構成を簡略にしているため
、特別な電気処理が必要でなく、電気回路が簡単である
ので、より簡便なレンズメータを提供でき、コストの面
の効果も多大である。
【図面の簡単な説明】
第1a図は、実施例によるレンズメータのシステムブロ
ック図、第1b図は光源の正面図、第1C図はスリット
状パターンの正面図、第2図は、被検レンズ上に結像し
た光源像を示す図、第3a図はセンサ上に結像したパタ
ーン像を示す図、第3b図は第3a図のパターン像を座
標系で示した図、第4a図と第4b図はセンサからの信
号の状態を示す図、第5図は、球面によるプリズムの分
析図、第6図は、乱視によるプリズムの分析図、第7図
と第8図は、被検レンズ上に結像した光源像のピッチを
示す図、第9a図、第9b図、第9C図、第9d図、第
9e図、第9f図、第9g図、第9h図、第91図、第
9j図はパターンの変形例を示す図、第10は実施例に
よる電気回路図である。 1・・・レンズメータ、  3・・・LED。 4・・・送光レンズ、  5・・・スリット状パターン
、 5a・・・パルスモータ、 6・・・コリメータレ
ンズ、  7・・・被検レンズ、  8・・・測定台、
  9・・・対物レンズ、  10・・・イメージセン
サ、 ・・・表示部 30・・・制御部、 第 図 第4a図 第 図 第 図 + 第 8゛図 第9a図 第9b図 第9C図 第9d図 第9e図 第9f図 第99図 第9h図 19i!SE! 第町 図 手続補正書 (方式) %式% 1事件の表示 昭和63年特許願第52459号 2、発明の名称 自動レンズメ 3、補正をする者 事件との関係 名称 4、代理人 住所〒101

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、自動レンズメータにおいて、光軸を中心とする正方
    形の各頂点に配置された4つのLEDの光源、前記正方
    形の光源の中心を焦点とする送光レンズ、このレンズを
    介して前記光源より照明され、光軸方向にサーボコント
    ロールにより移動可能な少なくとも平行でない2本以上
    の直線で形成されたスリット状パターン、測定台の先端
    部に前記点光源を結像させるコリメータレンズ、更に受
    光対物レンズを介して検出装置としてのパターンの原点
    位置と共役な位置にあり、光軸を通り、該光軸に対し直
    角に配置された1本のイメージセンサ、前記検出装置に
    より得られた情報を演算して被検レンズの光学特性を求
    める演算装置を具備することを特徴とする自動レンズメ
    ータ。 2、コリメータレンズと受光対物レンズの間に入れる被
    検レンズの屈折力によって生じる4個の点光源それぞれ
    によってイメージセンサ上に形成されるスリット状パタ
    ーンの各々の偏位量と前記パターンを移動させ、その移
    動量と移動後の偏位量とを演算装置により計算すること
    により、被検レンズの光学特性を計測およびまたは表示
    することを特徴とする、請求項1記載の自動レンズメー
    タ。
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