JPS63208736A - 光学系の光学特性測定装置 - Google Patents

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、被検光学系の球面屈折力、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
ィングレンズと移動可能なターゲッ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、
コリメーティングレンズに対してターゲット板を光軸方
向に移動させて、焦点板上で最良の結像状態が得られる
ときのターゲットの位置を読取って、被検レンズの度数
を決定するようになっそいる。

手動式の場合は、測定者の目視により、最良畿位置を決
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
めるようになっている。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ットを設け
る構成のものと比較して、やや分解能に劣るという欠点
があったが。

［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１ 本発明は、上記目的を達成するために、被検光学系の前
側にターゲットを設け、被検光学系通過光束を直交する
少なくとも２光路に分割し、各々のターゲット像の偏位
を検出し、被検光学系の特性を測定する装置において、
イメージセンサ上にターゲット像の複数のエツジを作る
ために、前記ターゲットの非透過部を格子状に形成して
いることを特徴としている。

また、ターゲットの非透過部を格子状に形成するととも
に、検出幅の狭いイメージセンサでも検出可能なように
、ターゲット像を結像する結像レンズの焦点位置で、且
つイメージセンサの検出面と直交する方向の夕゛−ゲッ
トの非透過部を補間するように円柱レンズを設けている
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、６４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Ｌ
ＥＤ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ット板で第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はコリメーティ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ィングレンズ
の焦点位置が一致するいわゆるテレセンドリンク光学系
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ーテ
ィングレンズの焦点位置に配置する。このため４個のＬ
ＥＤ像が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ット像を
結像させる。

また、コリメーティ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、テレセンドリンク光学系
を成している。

８はビームスプリッ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は円柱しンズで弥生経線焦点位
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１０ｘ１１０ｙ
は結像レンズのほぼ焦点位置に配置しターゲット像を受
光する。

１１はパルスモータでターゲッ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
ンサ上のターゲット像がピントが合うようにターゲット
を動かす。パルスモータ１１はマイクロコンピュータに
よって制御され、ターゲット板の移動量はマイクロコン
ピュ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ットの暗部（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ット像の状態
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（ディオプタ）の場
合の受光素子上のターゲット像の状態を示しているが、
４個の点光源が作るターゲッ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ッ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
ゲット像の位置を示したものであるが、解り易くするた
めにターゲッ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
ゲット像の中心位置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弥
生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図に示すターゲット像の中心位置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１、ユ Ｓｉｎθカーブを描き、Ｘ軸、ｙ軸から見た屈折力Ｄｘ
、［）ｙは Ｄｘ＝ＣＹＬｃｏ？θ Ｄｙ＝ＣＹＬｓ　ｉ　ｎ”θ　　　　　　・（１）（１
）より、 ＣＹ　Ｌ　＝　Ｄ　Ｘ　＋　Ｄ　Ｖ　　　　　　　　・
（２”）が得られる。

また、第６図のｘ、ｙと［）ｘ、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又は によって示される。

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つのターゲッ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ット像が移動する。

ここで、Ａ′、Ｂ′、σ、６は被検レンズの柱面屈折力
によって移動したターゲッ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って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、ぼのＸ軸方向の延長線とσのｙ軸方
向の延長線との交点をＱ′とし、面屈折度をＳとすると
、 ΔＡ’Ｃ’Ｐ’とΔ８′σＱ′とが相似形であることか
ら、Ｘ＝Ｘ−８，ｙ＝Ｙ−８より、 （６）式から、 ０＝　（Ｘ−８）（Ｙ−８）　−Ａｘ−Ａｙ＝Ｓ”−Ｓ
　（Ｘ＋Ｙ）＋）＋−Ｙ−Ａｘ−Ａｙ・・・（７） となる。

柱面屈折度ＣＹＬは、Ｘとｙの和であるから、ＣＹＬ＝
　（Ｘ−Ｓ）＋　（Ｙ−８）　　　・　＜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、 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）式を用いて行っている。

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ット板をリニアイメージセン
サ上のターゲッ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っている。

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ＩＤＥは次式で表される。

ＤＥ＝　（Ｘ＋Ｙ）／２　　　　　　　・・・（１３）
ターゲット板はＤＥがＯ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
ーゲット板は移動し、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ット板が移動する
。

ターゲット板を移動させるサーボ機構はパルスモータを
用い、マイクロコンピュータが制御し、ターゲット移動
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ット板の移動口は
、約０．２Ｄとなり、ＤＥは必ずしもＯとはならない。

このためターゲット板の移動位置ＴＰＯ８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＝ＴＰＯ５＋ＤＥ　　　　　−（１４）ＳＰＨ−Ａ
ｏ±ＣＹＬ／２　　　・　（１５）プリズム屈折力はリ
ニアイメージセンサ上の４つのターゲット像の、被−検
レンズが無いプリズム屈折力Ｏのときの中心座標を原点
とし、被検プリズムによって生ずるプリズム屈折力によ
っ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って生じたリニアイメージ
センサ上での４つのターゲット像Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄ）の座標をそれぞれＡ　（Ｘａ、Ｙａ）　、Ｂ（
Ｘｂ、Ｙｂ）　　、Ｃ（Ｘｃ、Ｙｃ）　　、Ｄ　　（Ｘ
ｃｆ。

・・・　（１６） ・・・　（１７） となる。

第９図は、この発明にかかる電気系のブロックダイヤグ
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１０
ｘ、１０ｙを駆動するための駆動回路である。２３はタ
ーゲット板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
ッ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ット像信号の
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、ラッチ回路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
に同期したクロックカウンタカウンタ２２の値を保持す
るためのラッチ回路である。２７はマイクロコンピュー
タ部で、各部を制御する。２８はＡ／Ｄ用コシコンパレ
ータ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Ｏ／Ａコンバータでマイクロコンピュ
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にターゲッ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はグララフイックディスプレイ制御回路で
ＣＲＴディスプレイ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ディスプレイ
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っている自動レンズメータの動作
を次ぎに説明する。

４個（７）ＬＥＤａ−ｄは、ＬＥＤ回路２０によって順
次切替えられ点滅する。この場合同時に２つ以上のＬＥ
Ｄが点灯することはない。またマイクロコンピュータ２
７はａ〜ｄのどれが点灯しているか常に検知可能となっ
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によりターゲッ
ト板３を照明し透過した光は、コリメーティングレンズ
４、被検レンズ６、結像レンズ７、ハーフミラ−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ット像の
明暗に比例した映像信号を出力す゛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中のコ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によって検出し
たターゲット録のピーク電圧の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ッチ回路２６に供給され、ラッチ回
路２６はリニアイメージセンサの画素子（フォトエレメ
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ュータ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
２０４８ＢＩＴ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。

例えば、フォ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、内部のフォトダイ
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、フォトダイオードの電荷を−Ｈ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
クロックにより順次フォトダイオードの光信号を外部に
出力する。このようにしてフォトダイオードからアナロ
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
てカウンタをリセットして、リニアイメージセンサに供
給されるクロッ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ォトダイオー
ド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ッ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ット板は第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・高分解能なターゲッ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ォトダ
イオード部とフォ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
にあっ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ッチ
回路２６を通して明暗エツジ位置データがマイクロコン
ピュータ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、基底方向などを求め
、結果をデジタル表示部３２に表示する。ＣＲＴディス
プレイ３１はグラフィックディスプレイ制御回路３０に
よって制御され、マイクロコンピュータが作るクロスラ
インターゲットを表示する。

このクロスラインターゲットは、軸角度、プリズム屈折
度、基底方向な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印点を行う作業が
簡易化される。

第１１図は、ＣＲＴディスプレイ表示の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、この発明の詳細な説明する光学系の配置図、
第２図は、ターゲット板のターゲット形状と４個の点光
源のしＥＯの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ッ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図は電気系ブロックダイアグラム、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
ディスプレイの表示例である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被検光学系の前側にターゲットを設け、被検光学系
   通過光束を少なくとも直交する２光路に分割し、各々の
   ターゲット像の偏位を検出し、被検光学系の特性を測定
   する装置において、前記ターゲットの非透過部を格子状
   に形成したことを特徴とする光学系の光学特性測定装置
   。 ２）前記ターゲットが被検光学系保持部の先端部に前記
   光源を結像させるコリメーティングレンズの略焦点位置
   に固定されていることを特徴とするた特許請求の範囲第
   １項記載の光学系の光学特性測定装置。 ３）前記ターゲットが光軸方向に移動可能で、移動量が
   既知である機構を有することを特徴とするた特許請求の
   範囲第１項記載の光学系の光学特性測定装置。 ４）被検光学系の前側にターゲットを設け、被検光学系
   通過光束を少なくとも直交する２光路に分割し、各々の
   ターゲット像の偏位を検出し、被検光学系の特性を測定
   する装置において、前記ターゲットの非透過部を格子状
   に形成し、ターゲット像を結像する結像レンズの焦点位
   置で、且つイメージセンサの検出面と直交する方向のタ
   ーゲットの非透過部を補間するように円柱レンズを設け
   ることを特徴とする光学系の光学特性測定装置。 ５）前記ターゲットが被検光学系保持部の先端部に前記
   光源を結像させるコリメーティングレンズの略焦点位置
   に固定されていることを特徴とするた特許請求の範囲第
   ４項記載の光学系の光学特性測定装置。 ６）前記ターゲットが光軸方向に移動可能で、移動量が
   既知である機構を有することを特徴とするた特許請求の
   範囲第４項記載の光学系の光学特性測定装置。