JPS63131042A - 自動レンズメ−タ - Google Patents

自動レンズメ−タ

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JPS63131042A
JPS63131042A JP61277603A JP27760386A JPS63131042A JP S63131042 A JPS63131042 A JP S63131042A JP 61277603 A JP61277603 A JP 61277603A JP 27760386 A JP27760386 A JP 27760386A JP S63131042 A JPS63131042 A JP S63131042A
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JP
Japan
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lens
astigmatic
degree
eccentricity
position sensor
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JP61277603A
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Toru Iwane
透 岩根
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Nikon Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02Testing optical properties
    • G01M11/0228Testing optical properties by measuring refractive power
    • G01M11/0235Testing optical properties by measuring refractive power by measuring multiple properties of lenses, automatic lens meters

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】 (発明の技術分野) 本発明は自動レンズメータに関し、特に、被検レンズの
光軸と測定光学系の光軸との偏心量を正確に測定するこ
とのできるレンズメータに関する。
(発明の背景) 測定光学系中に挿入した被検レンズを透過した光束によ
る光点の位置から、被検レンズの球面度数、乱視度数、
乱視軸度及び乱視軸度の基準となるX方向と、これに直
交するY方向とに分解したプリズム成分を求める自動レ
ンズメータが知られている。
例えば、特開昭58−737号公報には、第ルンズの後
側焦点面と第2レンズの前側焦点面とを一致せしめてそ
こにピンホールを設け、第2レンズの後側に被検レンズ
の配置位置(挿入位置)を形成し、前記第ルンズと前記
第2レンズとによって前記配置位置に共役な平面上に4
つの点光源を設け、前記配置位置に対し前記第2レンズ
と反対側に第3レンズを設け、前記第2レンズと前記第
3レンズとによって前記ピンホールに共役な位置に像位
置検出用の受光素子を配設し、この受光信号から出力さ
れる光源像の位置に応じた信号を被検レンズの度数、主
径線軸度(乱視度数)に変換する変換装置を設けて構成
されている。
このようなレンズメータにおいて、測定光学系の光軸と
被検レンズの光軸とのずれ、すなわち偏心量は、実際に
被検レンズを通って、そのプリズムによって曲げられた
光像の位置ずれによって示していた。すなわち、偏心量
がプリズムに対応しているとみなして、上述の公報に開
示しである如きレンズメータでは、被検レンズとしての
球面レンズを偏心なく置いたときに広がった4つの光像
の中心位置(これを原点とし、かつ4つの光像のうちの
2つが並ぶ方向へX、Y座標系を設定する)の移動距離
(大きさと方向)を偏心量とするか、ある光像が偏心の
ないときにあるべき座標位置(上述のX、Y座標系によ
る)をレンズの度数及び乱視度数(例えばX軸を測角基
準とする)から求め、測定した座標位置の本来あるべき
位置からの距離を偏心量としている。
ところが、被検レンズが球面レンズの場合は、プリズム
と偏心量とは正確に対応するが、乱視レンズ、特に、球
面度数が正で乱視度数が負であるような、いわゆるMI
XCと呼ばれているレンズでは、正しい偏心量が得られ
ない、という欠点があった。
(発明の目的) 本発明はこれらの欠点を解決し、どのようなレンズに対
しても正確な偏心量の得られる自動レンズメータを得る
ことを目的とする。
(発明の概要) 本発明は、測定光学系中に挿入した被検レンズを透過し
た光束による光点の位置から、被検レンズの球面度数(
S)、乱視度数(C)、乱視軸度(θ)及び前記乱視軸
度(θ)の基準となるX方向と、これに直交するY方向
とに分解したプリズム(Px 1Py )を求める自動
レンズメータにおいて、前記球面度数(S)、前記乱視
度数(C)、前記乱視軸度(θ)、前記プリズム(PX
、PV)の間で、 なる演算を行ない、値Zx 、Zvをそれぞれ偏心量の
X方向成分、Y方向成分に対応させる演算手段、を有す
ることを特徴とする自動レンズメータである。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例の光学系及び処理回路である
。光源は4つあって(第1図ではそのうちの2つla、
lcのみ現われている)各々は第1図のA−A矢視図で
ある第2図からもわかる如く、光軸lに直交する面内に
想定した光軸lを中心とした円周上に等間隔に配置され
ており、各々1a乃至1dで表わされる。光学系中での
光源1a乃至1d各々の位置は、ピンホール3上に後側
焦点を有するコンデンサレンズ2、ピンホール3上に前
側焦点を有するコリメータレンズ4によって、光学系中
に挿入される被検レンズLの挿入位置に設けたレンズ受
台9に形成した4つの小孔9a乃至9d(但し、第1図
には9a、9cのみ図示)にほぼ共役になっている。な
お、光軸lを含む面内にある一対の光源1a−1c、1
b−1dは各々対を成す。ピンホール3の位置は、コリ
メータレンズ4、結像レンズ5によってポジションセン
サ6の表面に共役になっている。従って、被検レンズL
の挿入位置には光源1a乃至1dの空間像が形成され、
また、ポジションセンサ6上にはピンホール3の像が形
成される。すなわち、一対の光源1a−1cは第5図(
a)に示した如き光路によって第5図(b)の如くポジ
ションセンサ6上に結像する。ポジションセンサ6は、
その上の像位置に応じた信号を出力し、変換回路として
のコンピュータ7は、位置に応じた信号を入力して、後
述する被検レンズLの度数D1、D!乱視軸度(主経線
軸度)θに変換し、表示器8はそれらの値を表示する。
光路中に被検レンズLを挿入すると、ピンホール3の位
置とポジションセンサ6の位置との共役関係が崩れるの
で、ポジションセンサ6上には光源1a乃至1dに対応
して4つの像が結像する。すなわち、被検レンズが凹レ
ンズの場合には第6図(a)の如き光路によって、また
、試験レンズが凸レンズの場合には第7図(a)の如き
光路によって一対の光源1a−1cを出た光はポジショ
ンセンサ6上に達する。
各々の像は第6図(b)、第7図(b)の如くセンサ6
上でぼけた像となる。
いま、光路中の被検レンズLが球面レンズだとすれば、
第3図に示した如(一対の光源1a、ICの像1a1、
l c l のポジションセンサ6上での距離と、一対
の光源1b、1dの像1b’、ld’のポジションセン
サ6上での距離とは等しくなる。
そして、像1 a l とlc’間の距離及び像1b’
とld’間の距離をdとし、光源1a、1cの被検レン
ズLの挿入位置に生ずる空間像の距離をdOとし、コリ
メータレンズ5の焦点距離をrとし、被検レンズLの屈
折力をDとすれば、ポジションセンサ6の位置がコリメ
ータレンズ5の焦点上にある場合には、 なる関係が成立する。ここで重要なのは、距離dが屈折
力りに比例することであるので以下簡単のために比例定
数を1とおいて説明する。このように距離dは屈折力り
と比例関係にあるのでポジションセンサ上での距離dを
測定すれば被検レンズLの屈折力りを知ることができる
しかしながら、光路中の被検レンズLが円柱面を含む場
合には、一対の光源の像1a’、lc’のポジションセ
ンサ6上での距離と、一対の光源の像1b’ 、ld’
 のポジションセンサ6上での距離とは等しくならない
ばかりではなく、ねじれの影響を受けて、被検レンズL
として球面レンズを挿入した場合の一対の像の方向x、
yに対して円柱レンズの主経線方向に応じた角度傾いた
方向に像が生ずることになる。すなわちポジションセン
サ6の表面を示した第4図において、光軸βの通る位置
l′を通る方向Xは、第3図に示したように、被検レン
ズLとして球面レンズを挿入した場合にポジションセン
サ6上の生ずる一対の光源lb、ldの像を結んだ方向
であり(これをX軸とする)、位置l°を通る方向yは
、第3図に示したように、被検レンズLとして球面レン
ズを挿入した場合にポジションセンサ6上に生ずる一対
の光源1a、、1cの像を結んだ方向であり(これをX
軸とする)、被検レンズLとしである円柱レンズを挿入
した場合にポジションセンサ6の表面に光源1a乃至1
dの像1a’乃至1d’が図の距離をy!、X軸から反
時計方向へ測定した乱視軸度をθ、被検レンズの一方の
主経線方向での度数DI、被検レンズの他方の主経線方
向での度数D!% とすると、 D+ ”Dz =XI +)’I・・・・旧・・・・・
・・・・・・・・・(1)D、” +D、” =x−+
xt”  +y、”  +yz”・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・(2)x2=−y、=s in
θ・cosθ(D、−D、)・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(3)なる関係が成立するので、 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (4)
Z ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (5)
によって被検レンズLのデータD、% D、 、θが得
られる。式(4)乃至(6)では実際には光学系等の組
み方によって前述の球面レンズの場合で述べた如(適当
な比例定数が掛かるが、説明を簡略化するため比例定数
を1としである。即ち、式(4)乃至(6)でもわかる
如く、ポジションセンサー6上での像1a乃至1dの位
置から対応すぐ被検レンズが球面レンズであれば、Xt
 =xt=Vl”)’t”)を求めることによって被検
レンズLの度数DI 、J %と乱視軸度θが求まるこ
とになる。即ち、式(1)乃至(3)から明らかな如く
、未知数Dl 、Dz 、θが3つで式が3つであるか
ら、比例定数がどうであろうとも距離X。
、xt、yI、yzに対して未知数り、 、Dx、θは
1対1で定まることになる。従って、実際の装置では、
比例定数の設定等困難な点もあるので、距離X+ 、X
z、7+ 、7tを被検レンズLの度数DI、Dt乱視
軸度θに対応せしめる如く、あらかじめ度数り、 、o
x及び乱視軸度θが既知の種々のレンズを実測し、各々
において測定された距離X+ % Xz s ’It 
、Yzをその時の被測定レンズの度数り、 、Dz及び
乱視軸度θに対応せしめて記憶回路に記憶させておく。
そして、度数D1、D3及び、乱視軸度θが未知のレン
ズを光路中に挿入した場合には、測定された距離X1、
Xz 、3’l 、’Itに対応せしめて記憶回路に記
憶された度数DI、D!及び乱視軸度θを呼び出す如く
なし、その呼びだされた値として、上述の未知のレンズ
の度数D1、Dz及び乱視軸度θを得ることができる。
そして、例えば度数り、を球面度数Sに、2つの度数D
r1Dtの差D r −D zを、乱視度数Cに対応さ
せることができる。
また、被検レンズLのプリズム(PX 、 Pv )は
、第8図に示したように、X軸、y軸の交点2゛に対す
る光像1a゛〜ld’の中心のずれ量によって求める。
すなわち、ポジションセンサ6は光像の光量重心位置を
求めるものであるから、光像1a゛〜ld’が生じてい
るときのポジションセンサ6の出力は、光像1a’ 〜
1d”の中心位置を示す座標信号となる。ちなみに、ポ
ジションセンサ6によって、各光点の座標位置を求める
には、4つの光源1a〜1dを択一的に駆動し、そのと
きの座標信号を、点灯している光源に対応する光像の座
標信号を表わすもの、とすれば良い。
さて、第8図に示したように、被検レンズが偏心し、ポ
ジションセンサ8上で光像がtaII〜1d l lの
ように駆動したとすれば、その中心2″の位置は、ポジ
ションセンサ6の出力として得られる。
従って、光像1a+ 〜ld’の中心位置l゛の座標を
(X6 、yo )とし、光像1 all、、l dl
lの中心位置!”°の座標を(Xo ’ 、Yo”)と
すれば、PX”Xz ’ −KO、Pv =3’o° 
−Voである。勿論、(X11%3FO)を原点(0、
O)とすることにより、Pal −Xo ’ 、Pv 
=’lo ’ となる。つまり、プリズム成分は(xo
o、yoo)である。
ところで、被検レンズLが球面レンズの場合には、測定
光学系の光軸lと被検レンズLの光軸のずれ、すなわち
偏心量は、プリズムと比例関係にあるので、上述のよう
に測定したプリズムによって偏心量を表わすことができ
る。しかしながら、被検レンズLに乱視があると、ポジ
ションセンサ6上での光像1a゛〜ld’ は第4図の
ようにねじれの影響を受けるため、測定光学系の光軸l
と被検レンズLの光軸のずれ、すなわち偏心量とプリズ
ムとの比例関係が崩れるばかりでなく、特殊な乱視レン
ズ(例えばMIXC)では、全く対応関係が無くなって
しまう。
従って、測定光学系の光軸lと被検レンズLの光軸とを
位置合わせする測定準備動作において、光像の中心位置
のずれ、すなわちプリズム(px、PV)のみでは偏心
量を正確に表わすことが困難となるわけである。
そこで、本発明では以下のように考える。すなわち、第
1図の光学系において、ポジションセンサ6上のある1
つの光像(例えば1a゛)に着目する)と比例関係にあ
るのは、被検レンズのディオプタD、被検レンズ後面で
の上記光像を生じさせる光束の位置、すなわちレンズ受
台9の小孔9aの位置(光軸lの通る位置を原点とする
)a、プリズムPであり、 X”D            ・・・・・・・・・・
・・(7)X CX 2            ・・
・・・・・・・・・・(8)と表わせ、さらに式(7)
、(8)によりX 01: D −a        
  ・・・・・・・・・・・・(9)となる。
またプリズム量PにはすでにディオプタDの要素がはい
っており、光束位置aとは独立だからX=に、Da +
に、P      −−(10)ただし、k、、に2は
定数。
なる式が成り立つ。
この式(10)を2次元に拡張すれば、X = k r
 ID L + k z P    ・・・・・・・・
・・・・(11)なる式を得る。但しプリズム行列Pは
、ディオプタ行列りの変換には球面成分($)と円柱成
分(0)とが加算的に含まれているから等友釣な変換を
おこなう球面成分$は と定義される。
円柱成分のについては角度成分を考えなければであるこ
とば式(12)より明白であ°る。
この円柱成分のに対して角度成分を考えると、回転の行
列を甲として c’  −vcv伺       ・・・・・・・・・
・・・・・・ (14)であるから、ディオプタ行列り
が、 D:$+C’− ・・・・・・・・・・・・・・・(15)と表わせる。
ここで、式(11)の後項について考えると、プリズム
Pは偏心量を2として P=[)Z と表現できるから、 これより式(11)は %式%(16) レンズメータにおいて、光束の座標(すなわち、レンズ
受台9の小孔9a〜9dの座標)を・・・・・・・・・
 (17) としてやれば、ポジションセンサ6上での光像の位置ス
、すなわち ディオプタ行列りを演算によって知ることができる。
また偏心量2はディオプタ行列D、プリズム行列Pが求
まることにより、IP = [) ZからDが正則なら
ば決定できる。
ディオプタ行列りが正則である条件は 1[)l≠廿       ・・・・・・・・・・・・
・・・(18)即ち式(15)より S(S+C)≠合    ・・・・・・・・・・・・・
・・(19)である。
これはレンズの両経線のすくなくとも一方の屈折力が0
の時、正則でなくなることを示している。
これは自明である。
ディオプタ行列りが正則ならば偏心量は必= [)−’
 P        ・・・・・・・・・・・・・・・
(2・0)で求めることができる。ここで[D −1は
・・・・・・・・・・・・・・・(21)である。
ディオプタ行列りが正則でない時、すなわちS (S+
C) =0 の時は、側径線の少くとも一方の屈折力がOであるから
、S=0でC≠0を考えると、このレンズはかまぼこ形
レンズであって、偏心lilは決らない。
しかし、かまぼこ形レンズの軸からの絶対値を偏心量と
すれば、このようにして定めた偏心量はスカラ的に表わ
されて次の様になる。
I Z l =P/C・・・・・・・・・・・・・・・
 (22)但し、p=fi771)「ツーである。
ここで偏心量を軸からの最短距離と定義すると、偏心量
(ZX、Zy)は式(23)、(24)によって容易に
求められる。
ZX −I Z 1cosθ=P/C−cosθ= P
 X/C・・・・・・・・・・・・・・・・・・(23
)Zy = I Z l5inθ=P/C−5inθ=
 P y / C・・・・・・・・・・・・・・・・・
・(24)従って、コンピュータ7は第9図の如きフロ
ーチャートによって偏心量を表示する。
すなわち、コンピュータ7は、ポジションセンサ6より
得られる各光像1a1〜ld’の座標値から、式(4)
、式(5)、式(6)に基づいた演算を行ない、被検レ
ンズLの一方の主経線方向での度数り、を球面度数Sに
、度数り、と他方の主経線方向での度数D2との差(D
+ −〇z )を乱視度数Cに対応させて、被検レンズ
LのS、C1θを求める(ステップ90.91)。つい
で、式(15)によってディオプタ行列りを求める(ス
テップ92)。さらに、4つの光像の中心位置の座標か
らプリズム(PX、PV)、プリズム絶対ff1lP+
を演算する(ステップ93)。ついで、式(18)に基
づいてディオプタ行列りが正則であるか否かの判定を行
なう(ステップ94)。ディオプタ行列りが正則であれ
ば、式(21)に基づいてディオプタ行列りの逆行列を
演算する(ステップ95)。そして、式(20)に基づ
いて、偏心量lを演算し、得られたZX、Zyを偏心量
とし、表示器8に偏心量をミリメートル単位で表示せし
める(ステップ96.97.98)。ZX、Zyはアラ
イメントの基礎量であって、表示器8に設けたアライメ
ントインジケータに表示される(ステップ99)。表示
器8の例を第10図(a)、(b)に示す。第10図(
a)において、中心の発光ダイオード81はアライメン
ト完了(測定光学系の光軸lと被検レンズLの光軸とが
合致した状態)を点灯によって表示し、X方向及びY方
向にそれぞれ中心を向けて設けた三角形状の発光ダイオ
ード(X方向、Y方向の正負それぞれ2個づつ計8個)
はその方向での所定の偏心量毎に点灯され、三角針の指
向している方向へ、数値表示部82に表示された量だけ
移動させればアライメントが完了することを示している
このように表示によれば、レンズの偏心を感覚的につか
まえることができるので、アライメント(位置合わせ)
が容易である。
第10図(b)は、CRT上に偏心量を示す同心円を表
示し、それと重ねて十字形等の指標で偏心を示したもの
である。このような表示によって、正確に、レンズを位
置的にモニターすることができる。
一方、ステップ94でディオプタ行列りが正則でないと
判断されると、球面度数Sが零でかつ球面度数Sと乱視
度数Cの和が零であるか否かを判別する(ステップ10
0)。ここで両者が満足されていると、すなわちYES
と判断されると、偏心量lは決まらないから、プリズム
(Px 、PY)を位置合わせの基礎量として表示器8
に表示せしめ(ステップ101)、ステップ100でN
と判断されると、式(23)、式(24)によって、偏
心量Z= (ZX 、Z、)が演算され(ステップ10
2)、表示される(ステップ98.99)。
(発明の効果) 以上のように本発明を利用すれば今まで測定不能であっ
たMIXCの偏心量を測定表示しアライメントが可能に
なるだけではなく、被検レンズの度数によらない一定の
アライメント怒覚を実現できる。これは光学的なプリズ
ム量を位置的かつ機械的な尺度に変換できることを示し
ている。
更にこれを工具として用いれば形状が長方形で偏心し、
製造誤差が鶴単位でいれられているレンズ(カメラのフ
ァインダーレンズ等)の誤差測定や製造等、一般に鶴単
位でいれられるレンズの製造に有益な測定工具となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の光学系及び処理回路を示す
図、第2図は第1図のA−A矢視図、第3図は被検レン
ズが球面レンズである場合にポジションセンサ上に結ば
れる光源像を示す平面図、第4図は被検レンズが円柱面
を含むレンズである場合にポジションセンサ上に結ばれ
る光源像の図、第5図(a)は被検レンズ非挿入時の光
路図、第5図(b)はその場合におけるポジションセン
サ上の光源像を示す図、第6図(a)は被検レンズが凹
レンズである場合における光路図、第6図(b)はその
場合におけるポジションセンサ上の光源像を示す図、第
7図(a)は被検レンズが凸レンズである場合における
光路図、第7図(b)はその場合におけるポジションセ
ンサ上の光源像を示す図、第8図は被検レンズが偏心し
た場合のポジションセンサ上での光源像の動きを説明す
るための図、第9図は第1図で用いるコンピュータの偏
心量及びアライメント表示する際のフローチャート、第
10図(a)、(b)は表示器の表示例をそれぞれ示す
図、である。 (主要部分の符号の説明) l・・・測定光学系の光軸、 L・・・被検レンズ、 1a〜1d・・・光源、 i at 〜i at 、1 a++〜1 d++、、
・光源の像、6・・・ポジションセンサ、 7・・・コンピュータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 測定光学系中に挿入した被検レンズを透過した光束によ
    る光点の位置から、被検レンズの球面度数(S)、乱視
    度数(C)、乱視軸度(θ)及び前記乱視軸度(θ)の
    基準となるX方向と、これに直交するY方向とに分解し
    たプリズム(P_X、P_Y)を求める自動レンズメー
    タにおいて、前記球面度数(S)、前記乱視度数(C)
    、前記乱視軸度(θ)、前記プリズム(P_X、P_Y
    )の間で、Z_X=1/S(S+C)〔{S+(C/2
    )(1−cos2θ)}P_X+{−C/2sin2θ
    }P_Y〕Z_Y=1/S(S+C)〔{−C/2si
    n2θ}P_X+{S+(C/2)(1+cos2θ)
    }P_X〕なる演算を行ない、値Z_X、Z_Yをそれ
    ぞれ偏心量のX方向成分、Y方向成分に対応させる演算
    手段、を有することを特徴とする自動レンズメータ。
JP61277603A 1986-11-20 1986-11-20 自動レンズメ−タ Pending JPS63131042A (ja)

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