JPH0323856B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被検光学の球面屈折力、柱面屈折
力、その軸角度、プリズム屈折力及びその基底方
向等を計測する光学系の光学特性測定装置に関す
るものである。

［従来技術］ 従来の光学特性測定装置殊にレンズメータはコ
リメーテイングレンズと移動可能なターゲツト板
からなるコリメーターを有し、このコリメータと
同軸に被検レンズと焦点検出用対物レンズ及び所
定の位置における結像状態を観察するための焦点
板と接眼レンズが設けられており、コリメーテイ
ングレンズに対してターゲツト板を光軸方向に移
動させて、焦点板上で最良の結像状態が得られる
ときのターゲツトの位置を読取つて、被検レンズ
の度数を決定するようになつている。

手動式の場合は、測定者の目視により、最良像
位置を決定するため個人差が生じるとともに、測
定に時間がかかる等の欠点がある。

近年では、前記の欠点を解決するために種々の
自動レンズメータが提案されている。特願昭51−
57991、特願昭53−52187、特願昭56−173525等で
ある。これらの中には、被検レンズの屈折力によ
る測定光の偏向を回転するセクターを用いて、時
間的なズレとして検出し、演算処理し、被検レン
ズの屈折力を求めるようになつている。この場合
複雑な形状のセクターとその回転機構を要し、高
価となる欠点がある。

本出願人は、特願昭58−125254にてこれらの欠
点を克服するための技術を提案したが、被検光学
系の後側で光束を二分し、それぞれの光路にター
ゲツトを設ける構成のものと比較して、やや分解
能に劣るという欠点があつたが。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記欠点に鑑み、構造が簡単
で短時間に高精度且つ容易に測定できる光学系の
光学特性測定装置を提供することにある。

［発明の構成］ 上記目的を達成するために本発明は、測定用光
源によりターゲツト板を背後より照明し、被検レ
ンズを透過した後に光路を分割し、分割された各
光路には他の光路とは互いに交差する方向に検出
方向を有するように一次元イメージセンサを配置
し、ターゲツト像の偏位量に基づき光学系の光学
特性を測定する装置において、前記ターゲツトの
非透過部を格子状に形成するとともに、分割され
た各光路には前記一次元イメージセンサの検出方
向が母線方向となるように円柱レンズを配置した
ことを特徴としている。

［本発明の実施例］ 第１図は本発明の１実施例である自動レンズメ
ータの光学系配置図である。

１は点光源であり、ａ，ｂ，ｃ，d4個の可視
発光の発光ダイオード（以下LEDと称する）で
光軸に対して直交するように配置される。

もつとも、LEDは必ずしも４個でなくても、
１個のLEDを光軸のまわりに回転させてもいい
し、４個の光束に分離してもよい。

２はコンデンサレンズで、点光源１に対し焦点
付近に配置し、点光源からの光束を平行な光束と
している。３は非透過部が格子状の形状をしたタ
ーゲツト板で第２図に示すように開口の並びが
LEDと直交又は平行な方向に配置されている。
４はコリメーテイングレンズで前記コンデンサレ
ンズ２の焦点位置とコリメーテイングレンズの焦
点位置が一致するいわるテレセントリツク光学系
を構成している。５はノーズピースで被検レンズ
６を載せるためにある。ノーズピースの先端位置
はコリメメーテイングレンズの焦点位置に配置す
る。このため４個のLED像ノーズピースの先端
位置に結像する。６は被検レンズで、７は結像レ
ンズで焦点位置にターゲツト像を結像させる。ま
た、コリメーテイングレンズの焦点位置と結像レ
ンズの焦点位置とは一致しており、テレセントリ
ツク光学系を成している。

８はビームスプリツタで光軸に対し直交する２
本のリニアイメージセンサ１０ｘ，１０ｙに光を
分割し供給するためにある。９ｘ，９ｙは円柱レ
ンズで強主経線焦点位置にリニアイメージセンサ
１０ｘ，１０ｙを配置し、イメージセンサ受光面
とノーズピースの先端位置とを共役関係にしてい
る。リニアイメージセンサ１０ｘ，１０ｙは結像
レンズのほぼ焦点位置に配置しターゲツト像を受
光する。

１１はパルスモータでターゲツト板を光軸上に
移動するために用いる。被検レンズ６の屈折力に
応じイメージセンサ上のターゲツト像がピントが
合うようにターゲツトを動かす。パルスモータ１
１はマイクロコンピユータによつて制御され、タ
ーゲツト板の移動量はマイクロコンピユータがパ
ルスモータに加えたパルス数から知ることができ
る。

１２，１３は光軸を曲げるための平面ミラーで
ある。

第３図は円柱レンズ９の働きを示す図であり、
この図から判るように非透過部が格子状のターゲ
ツトの暗部（非透過部）を補間するために用いら
れる。

第４図〜第８図までは受光素子上のターゲツト
像の状態から被検レンズの光学特性を得るための
原理を説明するための図である。

第４図は、被検レンズ屈折力がOD（デイオプ
タ）の場合の受光素子上のターゲツト像の状態を
示しているが、４個の点光源が作るターゲツト像
の結像位置は全て同じとなる。

しかしながら、被検レンズ屈折力がODでない
場合では、４個の点光源が作るターゲツト像は同
一位置に結像せず、その屈折力に応じて離れた位
置に結像する。

第５図は、被検レンズが球面屈折力をもつ場合
の各ターゲツト像の位置を示したものであるが、
解り易くするためにターゲツト像の中心座標のみ
を示している（以下の説明では、同様な記述をす
る）。

第６図は、被検レンズが柱面屈折力をもつ場合
の各ターゲツト像の中心位置Ａ〜Ｄを示したもの
である。この場合、柱面レンズに入射する平行な
光束は弱主経線又は強主経線に直交する方向に屈
折力が働き焦点面上に焦光し結像する。

第６図に示すターゲツト像の中心位置Ａ〜Ｄの
各ｘ，ｙ座標から柱面レンズの屈折度（CYL）
が測定できる。

ここで円柱レンズの任意の経線上での屈折力
は、sin²θカーブを描き、ｘ軸、ｙ軸から見た屈
折力Dx，Dyは Dx＝CYLcos²θ Dy＝CYLsin²θ …(1) (1)より、 CYL＝Dx＋Dy …(2) が得られる。

また、第６図のｘ，ｙとDx，Dyはそれぞれ等
しいものだから、 CYL＝ｘ＋ｙ …(3) となる。

また、４個のLEDと円柱レンズの主経線方向
の相対的位置関係、いわゆる軸角度θは 又は によつて示される。

第７図は、被検レンズが球面屈折力及び柱面屈
折力の両方有する場合の４つのターゲツト像の中
心位置を示ししている。この場合には、前述の２
例を複合した屈折力に相当した分だけターゲツト
像が移動する。

ここで、A′，B′，C′，D′は被検レンズの柱面
屈折力によつて移動したターゲツト像の位置を示
している。更に被検レンズの球面屈折力によつて
Ａ，Ｃはｘ軸方向に、Ｂ，Ｄはｙ軸方向に
SPH／２分だけ移動する。

移動した座標位置をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、
A′のｘ軸方向の延長線とＣ及びC′のｙ軸方向の
延長線との交点をそれぞれＰ，P′とし、B′のｘ軸
方向の延長線とD′のｙ軸方向の延長線との交点
をQ′とし、線分A′P′⌒をｘ、線分C′P′⌒をAy、線
分
B′Q′⌒をAx、線分D′Q′⌒をｙ、線分APをＸ、線分
DB⌒をＹ、球面屈折度をＳとすると、 △A′C′P′と△B′D′Q′とが相似形であることか
ら、 ｘ／Ay＝Ax／ｙ …(5) ｘ＝Ｘ−Ｓ、ｙ＝Ｙ×Ｓより、 （Ｘ−Ｓ）／Ay＝Ax／Ｙ−Ｓ …(6) (6)式から、 ０＝（Ｘ−Ｓ）（Ｙ−Ｓ）−Ax・Ay ＝S²−Ｓ（Ｘ＋Ｙ）＋Ｘ・Ｙ−Ax・Ay …(7) (7)式から球面屈折度Ｓは、 となる。

柱面屈折度CYLは、ｘとｙの和であるから、 CYL＝（Ｘ−Ｓ）＋（Ｙ−Ｓ） …(9) から算出する。

また、(9)式に(8)式を代入して、 CYL＝（Ｘ＋Ｙ）＋4Ax・Ay …(10) とし、球面屈折度Ｓを Ｓ＝（Ｘ＋Ｙ）／２±CYL／２ …(11) として算出してもよい。

軸角度Axisは、 又は、 によつて求められる。

本実施例の装置においては、柱面屈折度CYL
の算出は、算出過程の少ない(10)式を用いて行つて
いる。

また、第１図の実施例では、測定精度を向上さ
せるため、サーボ機構によりターゲツト板をリニ
アイメージセンサ上のターゲツト像のボケが少な
くなるように光軸上を移動させる構成となつてい
る。

この場合のボケ量の検出は、(11)式の（Ｘ＋
Ｙ）／２の項から求められ、ボケ量DEは次式で
表される。

DE＝（Ｘ＋Ｙ）／２ …(13) ターゲツト板はDEが０になるように移動する。
球面レンズの場合には、球面屈折力とほぼ同じ位
置にターゲツト板は移動し、柱面レンズでは柱面
屈折力の１／２の屈折力とほぼ等しい位置にター
ゲツト板が移動する。

ターゲツト板を移動させるサーボ機構はパルス
モータを用い、マイクロコンピユータが制御し、
ターゲツト移動位置を管理する。本自動レンズメ
ータにおいては、パルスモータの１ステツプにお
けるターゲツト板の移動量は、約0.2Dとなり、
DEは必ずしも０とはならない。このためターゲ
ツト板の移動位置TPOSとDEとにより被検レン
ズの各経線における平均屈折力Aoを求め、球面
屈折力SPHを得る。

Ao＝TPOS＋DE …(14) SPH＝Ao±CYL／２ …(15) プリズム屈折力はリニアイメージセンサ上の４
つのターゲツト像の、被検レンズが無いプリズム
屈折力０のときの中心座標を原点とし、被検プリ
ズムによつて生ずるプリズム屈折力によつて移動
した中心座標から求める。

第８図はプリズム屈折力によつて生じたリニア
イメージセンサ上での４つのターゲツト像Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ）の座標をそれぞれＡ（Xa，Ya）、Ｂ
（Xb，Yb）、Ｃ（Xc，Yc）、Ｄ（Xd，Yd）とする
と、その中心座標は、 （Xa＋Xb＋Xc＋Xd／４， Ya＋Yb＋Yc＋Yd／４） …(16) となる。従つて、プリズム屈折量Δは、 となる。

第９図は、この発明にかかる電気系のブロツク
ダイヤグラムである。

２０は、４個のLEDa，ｂ，ｃ，ｄを順次点灯
するためのLED駆動回路、２１はリニアイメー
ジセンサ１０ｘ，１０ｙを駆動するための駆動回
路である。２３はターゲツト板３を移動するため
のパルスモータの駆動回路、２４はリニアイメー
ジセンサから送られてくるターゲツト像信号のピ
ーク電圧を検出し保持するピークホールド回路で
ある。

２５はリニアイメージセンサからのターゲツト
像信号の明暗エツジを検出するエツジ検出回路
で、コンパレータ２８と微分回路から構成され、
ラツチ回路２６に供給するストローブ信号を発生
させる。２６はストローブ信号に同期したクロツ
クカウンタ２２の値を保持するためのラツチ回路
である。２７はマイクロコンピユータ部で、各部
を制御する。２８はＡ／Ｄ用コンパレータで、ピ
ークホールド回路２４から出力されるアナログ電
圧をＤ／Ａコンバータ２９の出力電圧と比較して
Ａ／Ｄ変換する。２９はＤ／Ａコンバータでマイ
クロコンピユータが出力するデジタル値に比例し
たアナログ信号を出力しエツジ検出回路２５にタ
ーゲツト像信号のピーク電圧の１／２を供給し、
また前述のＡ／Ｄ変換するために用いる。３０は
グラフイツクデイスプレイ制御回路でCRTデイ
スプレイ３１上に表示する画像の映像信号を発生
し、また各種タイミング信号をCRTデイスプレ
イに供給する。３２はデジタル表示部で測定結果
を表示する。

以上のような構成となつている自動レンズメー
タの動作を次ぎに説明する。

４個のLEDa〜ｄは、LED回路２０によつて順
次切替えられ点滅する。この場合同時に２つ以上
のLEDが点灯することはない。またマイクロコ
ンピユータ２７はａ〜ｄのどれが点灯しているか
常に検知可能となつている。

この点は、プリズムで適当に偏光する等の操作
によりイメージセンサ上の像を明確に区別するこ
とにより、同時点灯は可能となる。

LEDからの光はコンデンサレンズ１２により
ターゲツト板３を照明し透過した光は、コリメー
テイングレンズ４、被検レンズ６、結像レンズ
７、ハーフミラー８を介して直交する２つのリニ
アイメージセンサ９ａ，９ｂ上にそれぞれ結像す
る。

リニアイメージセンサは駆動回路２１によりリ
ニアイメージセンサ９ａ，９ｂ上に結像している
ターゲツト像の明暗に比例した像信号を出力す
る。

第１０図はこの映像信号を示す。映像信号をエ
ツジ検出回路２５中のンパレータを通して２値信
号に変換する。コンパレータに供給する明暗判定
にするための参照電圧は一周期前にピークホール
ド回路２４によつて検出したターゲツト像のピー
ク電圧の１／２を用いる。この回路動作により安
定した明暗エツジ検出が可能となる。また、２値
化された信号を微分し明暗エツジに同期したスト
ローブ信号を発生させる。

ストローブ信号はラツチ回路２６に供給され、
ラツチ回路２６はリニアイメージセンサの画素子
（フオトエレメント）位置（アドレス）に同期し
たカウンターの値をストローブ信号に同期して読
込む。読込まれた明暗エツジのアドレス値はマイ
クロコンピユータ２７に入力される。

本自動レンズメータで使用するリニアイメージ
センサは2048BIHTの画素子を有するCCD型のセ
ンサであるが特にこれに限定されていない。例
ば、フオトダイオードアレイ等のセンサでも使用
可能である。

CCD型リニアイメージセンサでは、内部のフ
オトダイオードからの電荷を外部に出力するため
のアナログシフトレジスタがあり、フオトダイオ
ードの電荷を一旦アナログシフトレジスタに転送
し、駆動回路より供給するクロツクにより順次フ
オトターゲツトの光信号を外部に出力する。この
ようにしてフオトターゲツトからアナログシフト
レジスタに電荷を移動するタイミングに同期して
カウンタをリセツトして、リニアイメージセンサ
に供給されるクロツクと同期してカウンタを累進
することによりリニアイメージセンサのどの位置
のフオトターゲツトからの信号であるかカウンタ
の値から知ることができる。

このようにしてターゲツト像の明暗エツジの位
置を検出することが可能となる。

本自動レンズメータのターゲツト板は第２図に
示すように複数の開口を有している。これにより
リニアイメージセンサの１走査中に複数の明暗エ
ツジが検出される。

複数の明暗エツジの位置データを平均化して用
いることにより高精度・高分解能なターゲツト像
の位置検出が可能となる。

これは、リニアイメージセンサの画素いわゆる
フオトダイオード部とフオトダイオード部との間
には不感帯部があり、仮に不感帯部に像のエツジ
が結像されると信号として変化が得られない。こ
のため複数のエツジが不感帯につて信号の変化が
得られない確率を低下するとともに平均化される
ことによりより正確な像の位置検出が可能とな
る。

直交する２本のリニアイメージセンサからは
各々ラツチ回路２６を通して明暗エツジ位置デー
タがマイクロコンピユータ２７に入力され演算処
理し、球面屈折度、柱面屈折度、軸角度、プリズ
ム屈折度、基底方向どを求め、結果をデジタル表
示部３２に表示する。CRTデイスプレイ３１は
グラフイツクデイスプレイ制御路３０によつて制
御され、マイクロコンピユータが作るクロスライ
ンターゲツトを表示する。

このクロスラインターゲツトは、軸角度、プリ
ズム屈折度、基底方向どの演算結果から移動なら
びに回転を行う。これにより被検レンズを測定光
学系の光軸と被検レンズの軸角度をレンズ処方値
にあわせて印点を行う作業が簡易化される。

第１１図は、CRTデイスプレイ表示の１例で
ある。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この発明によ
れば機械的な可動部が少なく構造が簡単でありな
がら、高精度な測定が短時間に行える光学系の光
学特性測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の原理を説明する光学系の
配置図、第２図は、ターゲツト板のターゲツト形
状と４個の点光源のLED方向の関連を示してい
る。第３図は円柱レンズの作用を説明するための
図である。第４図〜第８図までは受光素子上のタ
ーゲツト像の状態から被検レンズの光学特性を得
るための原理を説明するための図である。第９図
は電気系ブロツクダイアグラム、第１０図は、リ
ニアイメージセンサからの出力信号波形ならびに
回路の信号のタイミングを示している。第１１図
は、CRTデイスプレイの表示例である。 １…測定用点光源LED、３…ターゲツト板、
４…コリメーテイングレンズ、５…ノーズピー
ス、７…結像レンズ、８…ビームスプリツタ、９
ｘ，９ｙ…円柱レンズ、１０ｘ，１０ｙ…リニア
イメージセンサ、２０……LED駆動回路、２３
……パルスモータの駆動回路、２４…ピークホー
ルド回路、２５…エツジ検出回路、２７…マイク
ロコンピユータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定用光源によりターゲツト板を背後より照
   明し、被検レンズを透過した後に光路を分割し、
   分割された各光路には他の光路とは互いに交差す
   る方向に検出方向を有するように一次元イメージ
   センサを配置し、ターゲツト像の偏位量に基づき
   光学系の光学特性を測定する装置において、 前記ターゲツトの非透過部を格子状に形成する
   とともに、分割された各光路には前記一次元イメ
   ージセンサの検出方向が母線方向となるように円
   柱レンズを配置したことを特徴とする光学系の光
   学特性装置。