KR100453404B1

KR100453404B1 - 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터 및 그 측정 방법

Info

Publication number: KR100453404B1
Application number: KR10-2001-0076523A
Authority: KR
Inventors: 손진욱; 권혁제; 이규행
Original assignee: 주식회사 휴비츠
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2004-10-15
Also published as: KR20030046118A

Abstract

본 발명은 원거리 사물을 보기 위한 원용부와 근거리 사물을 보기 위한 근용부를 모두 구비한 누진 다초점 렌즈의 누진 굴절력을 측정하기 위한 자동 렌즈미터 및 그 측정 방법에 관한 것으로서, 상기 자동 렌즈미터는 a) 피측정 누진 다초점 렌즈의 위치를 변동시키면서 광을 주사하고, 상기 피측정 렌즈를 통과한 신호광의 위치 변위를 검출하는 광학 측정부; b) 상기 위치 변위로부터, 상기 피측정 렌즈의 원용부 중심점의 위치를 결정하고, 구형굴절력, 난시력, 및 난시각을 산출하며, 결정된 상기 원용부 중심점을 기준으로 하여 근용부 중심점을 찾기 위한 정보를 제공하는 전자 제어부; c) 상기 피측정 렌즈를 고정시키며, 이를 관찰 및 조작할 수 있도록 형성되는 기구부; 및 d) 측정 결과와 측정 정보를 표시하기 위한 표시부를 포함한다.

Description

누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터 및 그 측정 방법 {Automatic lensmeter and method for measuring refractive power of progressive lens}

본 발명은 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터 및 그 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원거리 사물을 보기 위한 원용부와 근거리 사물을 보기 위한 근용부를 모두 구비한 누진 다초점 렌즈의 누진 굴절력을 측정하기 위한 자동 렌즈미터 및 그 측정 방법에 관한 것이다.

사람의 눈은 고령화에 따라 조절력이 떨어지므로 근거리 사물을 정확하게 볼수 없게 된다. 따라서, 40대 이상의 일반인이 신문이나 책을 볼 때, 돋보기 겸용 안경을 사용하거나 별도의 돋보기를 사용하는 경우가 흔히 있으며, 산업화와 고령화 사회가 됨에 따라 이러한 노안은 과거보다 더욱 일반적인 문제가 되고 있다. 이와 같은 노안에는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 원거리 사물을 보기 위한 원용부(A)와 근거리 사물을 보기 위한 돋보기 부분(B, 근용부)이 명확히 구분된 이중 초점 렌즈(100)가 일반적으로 사용되었다. 그러나 이와 같은 이중 초점 렌즈(100)는 원용부(A)와 근용부(B)가 명확하게 구분되어 있으므로, 착용자의 적응 기간이 필요하며, 시야 전이 시에 비가시 영역이 존재하므로, 눈을 쉽게 피로하게 할뿐 만 아니라 운전 시 사고의 원인이 되기도 한다. 이와 같은 통상적인 이중 초점 렌즈의 단점을 보완하기 위해, 도 1b에 도시된 바와 같이, 원용부(A)와 근용부(B)의 불연속 경계면을 없앤 누진 다초점 렌즈(200)가 개발되어 최근 널리 사용되고 있다.

누진 다초점 렌즈(200)의 굴절력을 측정하기 위해서는, 먼저 원용부(도 1b의 A)의 굴절력을 측정하고, 렌즈를 이동한 후에 근용부(도 1b의 B)의 굴절력을 측정하여야 하며, 두 굴절력의 차이가 누진 굴절력이 된다. 가공되지 않은 누진 렌즈, 즉 안경테에 끼워지지 않은 누진 렌즈는 원용부(A) 중심과 근용부(B) 중심, 그리고 수평 기준선에 대한 표시선(R)이 있으므로, 자동 렌즈미터의 도움이 없이도 누진 굴절력을 알 수 있으나, 가공된 렌즈는 이와 같은 표시선이 없으므로, 현재 측정 지점과 이동 방향에 대한 정보가 없다면 누진 굴절력을 측정하기란 대단히 어려우며, 설령 측정하더라도 참값과 큰 차이를 보이게 된다.

렌즈미터는 굴절력, 난시력, 난시축 등 피측정 렌즈의 다양한 특성을 측정하는데 사용되는 광전자 계측기기의 일종으로서, 종래의 수동식 렌즈미터는 이와 같은 누진 렌즈의 굴절력을 측정하기 위한 장치가 전혀 없으며, 최근에는 누진 렌즈의 굴절력을 측정할 수 있는 자동 렌즈미터가 개발되어 사용되고 있다. 현재 사용되는 통상적인 자동 렌즈미터는 먼저, 원용부의 굴절력을 측정하고 저장한 다음, 측정된 각 지점의 굴절력과 원용부 굴절력의 차이를 그래프로 표시하고, 측정된 각 위치의 굴절력과 원용부 굴절력의 최대차를 누진 굴절력으로 나타낸다. 그러나, 이와 같은 자동 렌즈미터는 누진 렌즈를 자동으로 인식하지 못하거나, 누진 렌즈를 인지하기 위해 복잡한 절차를 필요로 한다. 또한 원용부 중심에 대한 정확한 기준을 제시하지 못하므로, 렌즈의 이동 방향을 측정자에게 정확하게 전달하지 못하며, 측정자는 근용부 중심을 찾기 위해 현재 굴절력과 원용 굴절력의 최대 편차 위치를 반복 측정하여야 한다. 실제로 굴절력 최대 편차 위치가 근용부 중심이라고 보증할 수 없는 것도 기존 방식의 문제점 중의 하나이다. 위와 같이 기존의 누진 굴절력 측정 방식은 측정자에게 올바른 렌즈 이동 방향을 제공하지 못하므로 측정이 힘들고, 측정시간이 오래 걸리며, 오측정을 많이 유발한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 일반 렌즈의 각종 특성뿐만 아니라, 누진 다초점 렌즈의 누진 굴절력을 측정할 수 있는 자동 렌즈미터 및 그 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 측정자가 쉽고, 빠르며, 정확하게 누진 렌즈의 굴절력을 측정할 수 있는 자동 렌즈미터 및 그 측정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 측정 각 단계마다 측정에 필요한 충분한 정보를 측정자에게 제공함으로써, 누진 렌즈에 대한 지식이 없는 초보자도 누진 렌즈의 굴절력을 용이하고, 정확하게 측정할 수 있는 자동 렌즈미터 및 그 측정방법을 제공하는 것이다.

도 1a는 원거리 사물을 보기 위한 원용부와 근거리 사물을 보기 위한 근용부가 구분된 통상적인 이중 초점 렌즈의 정면도.

도 1b는 원용부와 근용부의 불연속 경계면을 없앤 누진 다초점 렌즈의 정면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터의 외형 구성도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 렌즈미터를 이용하여 렌즈의 누진 굴절력을 측정하는 과정을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터의 구성 블록도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 렌즈미터의 표시부로 사용되는 LCD화면의 일 예를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 렌즈미터의 광학 측정부 구성도.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 렌즈미터의 광학 측정부에 사용되는 4핀홀의 정면도.

도 7b는 도 7a에 도시된 4핀홀을 통과한 광신호가 이미지 센서 평면에서 이동하는 경로의 일 예를 보여주는 도면.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 렌즈미터를 이용하여 누진 다초점 렌즈의 굴절력을 측정하는 방법의 흐름도.

도 9a 및 9b는 피측정 렌즈에 입사광을 주사한 경우, 렌즈 종류에 따라 투과된 신호광의 형태가 달라짐을 보여주는 도면.

도 10a는 누진 렌즈의 각 위치에서의 4점 시그널 패턴을 나타낸 도면.

도 10b는 누진 굴절력을 측정하기 위한 화면 디스플레이의 일 예를 나타낸 도면.

상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 a) 피측정 누진 다초점 렌즈의 위치를 변동시키면서 광을 주사하고, 상기 피측정 렌즈를 통과한 신호광의 위치 변위를 검출하는 광학 측정부; b) 상기 위치 변위로부터, 상기 피측정 렌즈의 원용부 중심점의 위치를 결정하고, 구형굴절력, 난시력, 및 난시각을 산출하며, 결정된 상기 원용부 중심점을 기준으로 하여 근용부 중심점을 찾기 위한 정보를 제공하는 전자 제어부; c) 상기 피측정 렌즈를 고정시키며, 이를 관찰 및 조작할 수 있도록 형성되는 기구부; 및 d) 측정 결과와 측정 정보를 표시하기 위한 표시부를 포함하는 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터를 제공한다.

여기서, 상기 피측정 렌즈를 통과한 신호광은 적어도 4 이상의 점(P1', P2', P3', P4')을 포함하고, 상기 4점의 초기 x축 위치의 이동 편차가 0이고, 상기 피측정 렌즈를 통과한 4점의 신호광이 이루는 평행사변형의 X축 방향 대변의 길이가 동일한 위치를 상기 원용부 중심점으로 인식하며, 상기 근용부 중심점을 찾기 위한 정보는 현 측정 지점과 원용부 중심과의 난시력 편위량, 및 상기 피측정 렌즈를 통과한 4점(P1', P2', P3', P4')의 신호광이 이루는 평행사변형의 x축 방향 대변의 길이 차이인 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 누진 다초점 렌즈를 계속 이동시키면서 현위치가 원용부 중심인지를 판단하는 과정; 상기 렌즈의 현위치가 원용부 중심 위치가 되면, 원용부 중심의 구형굴절력(S), 난시력(C), 난시각(A)를 측정하는 과정; 다시 상기 렌즈를 이동시키면서, 상기 원용부 중심점을 기준으로 하여 근용부 중심점을 찾기 위한 정보를 표시하는 과정; 상기 근용부 중심점을 찾기 위한 정보를 참조하여, 근용부 중심위치를 찾는 과정; 및 상기 근용부 중심점과 원용부 중심점의 굴절력의 차인 누진 굴절력 값을 산출하는 과정을 포함하는 자동 렌즈미터를 이용한 누진 굴절력의 측정 방법을 더욱 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터 및 그 측정 방법을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터의 외형 구성도로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 렌즈미터는 LCD 화면 표시부(1), 키 처리부(2), 렌즈 홀더(3), 렌즈 테이블(4), 렌즈 받침대(5), 저장(MEM) 단추(6), UV 덮개부(7), 풋 스위치(8), 프린터 덮개부(9),PD(Pupil Distance) 위치센서(11), 렌즈홀더 레버(12), 인점 레버(13), LCD 밝기 조정부(14) 등으로 구성될 수 있다. 상기 렌즈 홀더(3)와 렌즈 받침대(5)는 피측정 렌즈를 고정하는 장치이고, 인점 레버(13)는 피측정 렌즈에 중심점과 난시각을 표시하는 장치이며, 상기 LCD 화면 표시부(1)는 측정값뿐 만 아니라, 측정 중에 필요한 각종 정보를 그래프, 수치 등의 형태로 측정자에게 제공하는 것이다. 이와 같은 자동 렌즈미터를 이용하여 렌즈의 특성을 검사하는 과정의 일 예를 도 3에 도시하였다. 도 3에 도시한 바와 같이, 렌즈 홀더(3)와 렌즈 받침대(5) 사이에 피측정 렌즈(15)를 고정하고, 렌즈 홀더(3) 쪽에서 렌즈(15)로 광을 조사한 후 렌즈 받침대(5) 쪽에서 투과된 광을 검출하여 분석함으로서, 렌즈(15)의 특성을 평가하도록 되어 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터의 구성 블록도로서, 본 발명에 따른 자동 렌즈미터는, 광을 피측정 렌즈에 투사하여 영상 센서로 시그날 이미지를 전달하며, 이로부터 누진 렌즈의 굴절력를 산출하기 위한 정보를 얻는 광학 측정부(40), 피측정 렌즈를 안정적으로 고정하고 렌즈의 중심을 표시하는 기구부(42), 영상 및 위치 센서와 LCD 디스플레이 등을 제어하며, 얻어진 영상 정보를 이용해 렌즈의 굴절력을 산출하는 각종 하드웨어와 소프트웨어로 이루어진 전자제어부(44), 및 측정 결과와 측정 정보를 표시하기 위한 표시부(46)로 이루어진다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 렌즈미터의 표시부로 사용되는 LCD화면의 일 예를 나타낸 것으로서, 표시부의 화면(70)에는 현재 측정 중인 렌즈의 위치, 장/단 굴절력, 난시축 등의 정보가 표시되며, 측정자는 화면에 표시된 정보를 이용하여 누진 굴절력을 용이하게 측정할 수 있다. 도 5에 있어서, 도면부호 71은 측정 데이터, 도면부호 72는 모델명, 도면부호 73은 프리즘 동심원, 도면부호 74는 측정 렌즈의 구분, 도면부호 75는 렌즈 모드 표시부, 도면부호 76은 실린더 부호, 도면부호 77은 렌즈 사양, 도면부호 78은 측정 상태, 도면부호 79는 ABBE 지수, 도면부호 81은 누진 안내선, 도면부호 82는 S/R/L 전환, 도면부호 83은 배치 수준, 도면부호 84는 측정점, 도면부호 85는 메시지, 도면부호 86은 동공 거리(Pupil distance), 그리고 도면부호 87은 표시 단위를 각각 나타내는 것이다.

도 6은 상기 광학 측정부(40)의 구성도로서, 상기 광학 측정부(40)는 LED 등의 광원(61), 볼렌즈(62), 스캐터(63), 핀홀(64), 대물렌즈(65), 피측정 렌즈(66), 크롬 마스크 4 핀홀(67), 초점 렌즈(68), 및 2차원 이미지 센서(69)로 구성된다. 상기 광학 측정부(40)에서 누진 렌즈의 굴절력를 산출하기 위한 시그널 이미지를 얻는 과정을 설명하면, 먼저 광원(61)에서 주사된 광은 볼렌즈(62) 및 스캐터(63)를 거치면서 확산 및 크기가 조절되며, 핀홀(64)과 대물렌즈(65)를 통해 평행광으로 진행한다. 평행광은 피측정 렌즈(66)를 거치면서 굴절되고, 4개의 홀이 형성된 4핀홀(67)을 거치면서 선별되며, 초점렌즈(68)를 통해 이미지 센서(69)에 상을 형성한다. 이와 같이 이미지 센서(39)에 맺힌 상의 패턴을 분석하여 피측정렌즈(36)의 굴절 특성을 산출할 수 있다. 즉, 피측정 렌즈(66)의 굴절 특성에 따라 4핀홀(67)을 통과하여 이미지 센서(69)에 결상되는 4개의 이미지가 달라지게 되며, 이로부터 피측정 렌즈(66)인 누진 렌즈의 굴절력을 산출할 수 있다.

이와 같이 피측정 렌즈(66)의 굴절력에 관한 정보를 포함하는 광을 선별하는 4개의 홀(67a, 67b, 67c, 67d)이 형성된 4핀홀(67)의 정면도를 도 7a에 도시하였고, 이와 같은 4핀홀(37)을 통과한 광신호가 이미지 센서(39) 평면에서 이동하는 경로의 일 예를 도 7b에 나타내었다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 구형굴절력이 S이고, 난시력이 C인 피측정 렌즈가 난시각(θ)로 위치 (즉, 난시각이 렌즈미터의 x축과 θ의 각도로 위치)하면, 초기 4점(P1, P2, P3, P4)은 P1', P2', P3', P4'로 이동한다. 이때 초기 4점(P1, P2, P3, P4)의 난시력에 의한 이동량(C1, C2, C3, C4)은 난시력(C) 및 난시각(θ)과 다음 수학식 1의 관계가 있다.

C1 = C·cosθ

C2 = C·cos(90-θ) = C·sinθ

C3 = C·cos(180-θ) = -C·cosθ

C4 = C·cos(270-θ) = -C·sinθ

따라서, P1의 X 변위를 X1, Y 변위를 Y1이라 하고, P2의 X변위를 X2, Y 변위를 Y2라고 하면, X1, Y1, X2, 및 Y2는 다음 수학식 2로 표현될 수 있다.

Y1 = C1·sinθ= C·cosθsinθ

X2 = C2·cosθ = C·cosθsinθ

Y2 = S + C2·sinθ = S + C·sin²θ

상기 4개의 방정식을 조합하면, 하기 수학식 3을 얻을 수 있으며, 따라서 초기 4점(P1, P2, P3, P4)의 이동량으로부터 구형굴절력(S), 난시력(C), 난시각(θ)을 산출할 수 있다.

S = (X1 + Y2 - C)/2

C = {(X1-Y2)²+ (X2 + Y1)²}^1/2

θ= [tan^-1{(Y1 + X2)/(X1-Y2)}]/2

여기서, X1, Y1, X2, Y2를 구하기 위해서는, 기준이 되는 초기 4점(P1, P2, P3, P4)의 위치가 미리 자동 렌즈미터에 기억되어 있어야 한다. 이와 같은 자동 렌즈미터의 전처리(calibration)를 위하여, 강도가 일정 임계치 이상인 4점을 포함하는 영역을 윈도우 형태로 잡는다. 이때 4점이 사각형 윈도우 내에 존재하게 되면 이 사각형을 4사분면으로 나누고, 각 사분면에서 임계치 이상인 점들에 대해 가중 평균을 취한다. 이때 가중 평균을 이용한 중심점(Cxk, Cyk) 계산은 아래와 같은 식으로 표현할 수 있다.

Cyk = Sum(G(i,j) -G_thresh) x j / Sum(G(i,j) -G_thresh)

여기서 k=1, 2, 3, 4이고, G(i,j) = i, j점에서의 그레이 레벨, 그리고 G_thresh= 임계치(Threshold) 그레이 레벨(고정값)이다. 위 과정에서 구한 4개원의 중심점을 이어, 이것이 정사각형이 되도록 변환(Transformation)한다. 변환작업은 우선 셋업용 렌즈(0, ±2.5D, ±5D, ±10D, ±15D, ±20D, ±25D)를 이용하여 각각의 디옵터별로, 중심점 사이의 평균길이를 구하고(L_AVG= ∑Li/4), 실제 측정된 길이(L1, L2, L3, L4)에 대해 길이보상비(Lk1, Lk2, Lk3, Lk4) 및 각도보상비(Ak1, Ak2, Ak3, Ak4)를 구한 다음, 이를 비휘발성 메모리에 저장한 후, 저장된 정보를 이용하여 각 디옵터 별로 초기 4점(P1, P2, P3, P4)의 위치가 정사각형이 되도록 보정한다.

이와 같은 렌즈 특성 측정 원리를 이용하여, 누진 다초점 렌즈의 굴절력을 측정하는 방법의 흐름도를 도 8에 나타내었다. 도 8에 도시된 바와 같이, 누진 다초점 렌즈의 굴절력을 측정하는 방법은 누진 렌즈 판단(S200), 원용부 중심 찾기(S300), 근용부 중심 찾기(S400)의 3단계로 구분될 수 있다.

최초에 자동 렌즈미터는 일반 렌즈 측정 모드(S110)의 상태에 있고, 측정자는 누진(PROG) 단추를 눌러(S120) 누진 렌즈 판단 단계(S200)를 거치지 않고, 바로 누진 렌즈 측정 모드를 수행할 수도 있다. 누진(PROG) 단추가 눌러지지 않은 경우에는, 누진 렌즈 판단 단계(S200)로 진입하여 자동 렌즈미터가 자동으로 렌즈 타입을 검사하고(S210), 검사되는 렌즈가 누진렌즈가 아닌 경우에는, 구형굴절력(S), 난시력(C), 난시각(A)을 측정, 기록한 후(S230), 일반적인 렌즈 측정 모드로 진입하고, 검사되는 렌즈가 누진렌즈인 경우에는 누진렌즈 측정 모드로 진입하도록 하도록 한다(S220).

누진 렌즈 측정 모드로 진입하면, 원용부 측정 과정(S300)이 수행된다. 원용부 측정 과정(S300)에서는 렌즈의 현재 위치를 표시하고(S310), 만일 현재의 렌즈 위치가 원용부 중심 위치가 아니면, 렌즈를 계속 이동시키면서(S350) 현위치가 원용부 중심인지를 판단하는 과정을 되풀이하고(S320), 현위치가 원용부 중심 위치가 되면, 메모리(MEM) 버튼을 눌러(S330), 원용부 중심의 구형굴절력(S), 난시력(C), 난시각(A)을 측정하고 기록하거나, 또는 자동으로 구형굴절력(S), 난시력(C), 난시각(A)을 측정하고 기록한 다음(S340), 근용부 중심 찾기(S400) 단계로 진입한다.

이와 같이 원용부 중심의 구형굴절력(S), 난시력(C), 난시각(A)이 기록되면, 다시 렌즈를 이동시키면서, 현위치의 누진량, 수평 위치, 근용 접근율을 표시하면서(S410), 만일 현재의 렌즈 위치가 근용부 중심 위치가 아니면, 렌즈를 계속 이동시키면서 현위치가 근용부 중심위치인지를 판단하는 과정을 되풀이하고(S420), 현재의 렌즈 위치가 근용부 중심위치가 되면, 메모리 버튼을 누르거나(S430) 또는 자동으로 누진값을 저장하고(S440), 종료한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동 렌즈미터에 있어서, 누진 렌즈 판단 단계(S200)에서 렌즈 종류의 검사는 피측정 렌즈에 입사광을 주사하여 투과된 신호광의 형태를 관측함으로서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도 9a에 도시된 바와 같이, 구형굴절력과 난시력만 가진 일반렌즈인 경우에는 신호광의 4점(P1', P2', P3', P4')은 평행사변형 조건을 만족하므로, 신호광이 형성하는 4점(P1', P2', P3', P4')의 대변의 길이는 동일(D1=D3, D2=D4)하게 나타난다. 반면에, 도 9b에 도시된 바와 같이, 누진 렌즈의 경우 원용부와 근용부 사이의 굴절력 차이가 순차적으로 감소하므로 신호광이 형성하는 4점(P1', P2', P3', P4')이 평행사변형 조건을 만족하지 않는다. 따라서 D1-D3 > Tol (Tol은 렌즈미터 마다 정하여진 소정의 임계치를 나타냄)의 조건을 만족하면 측정 중인 렌즈는 누진렌즈에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 이와 같이 판단된 렌즈의 종류('렌즈 없음', '일반 렌즈', '누진 렌즈' 등)는 도 5에 도시된 측정 상태(78)의 아이콘 형태가 변형되어 나타나도록 함으로서, 측정자에게 현재 측정중인 렌즈의 종류를 알려준다.

본 발명에 있어서, 원용부 측정과정(S300) 및 근용부 측정과정(S400)을 도 10a 및 10b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 10a는 누진 렌즈의 각 위치에서의 4점 시그널 패턴을 나타낸 것이고, 도 10b는 누진 굴절력을 측정하기 위한 화면디스플레이의 일 예를 나타낸 것이다.

도 10a에서 알 수 있듯이, 누진 렌즈(200)의 원용부(A)와 근용부(B) 중심에서의 시그널 패턴은 평행 사변형 조건을 만족하지만, 원용부(A)에서의 평행 사변형의 넓이가 근용부(B)의 평행사변형 보다 훨씬 크며, 그 차이가 누진 굴절력에 해당된다. 그 밖의 누진 영역(C)에서는 시그널 패턴이 원용과 근용 두 사각형의 중간 크기에 해당되는 이등변 사다리꼴로 나타난다. 이와 같은 렌즈의 누진 굴절력을 측정하기 위한 화면 디스플레이의 일 예를 도 10b에 나타내었다.

도 10b에 있어서, 도면부호 110은 최대 누진값으로서 현재까지의 최대 누진값(누진 굴절력)을 표시하는 것이며, 도면 부호 120은 수평 안내선으로서 근용 중심을 찾는 중 측정점(160, 십자가로 표시)이 준수해야 할 안내선이며, 도면 부호 130은 근용부 측정용 수직 안내선으로서, 이 수직 막대 그래프는 현재 지점이 근용 중심에서 얼마나 벗어나 있는지를 표시한다. 또한, 도면 부호 140은 근용부 목표치로서, 근용부 측정용 수직 안내선(130)이 근용부 목표치(140) 이하가 되면, 그때의 측정점(160)이 근용부 중심을 나타내도록 되어 있으며, 도면 부호 160은 측정점으로서, 현재 측정중인 지점을 표시하는 것이다. 도면 부호 150은 원용부 타겟으로서, 렌즈를 이동시키면서 현재 측정점(160)의 위치가 원용부 중심일 때, 측정점(160)이 상기 원용부 타겟(150)의 중심과 일치하도록 되어 있다. 또한, 도면 부호 170은 근용부 측정용 수평 지시자로서, 이 지시자는 근용부 측정 중 현재 측정점(160)이 렌즈의 수평 중심에서 얼마나 치우쳐 있는지 표시해 주는 것이며, 도면 부호 180은 현재 누진값으로서 현재 측정점(160)의 누진값을 표시한다.

피측정 렌즈의 원용부 중심을 찾기 위해서 측정자는 측정점(160, 십자가)을 원용부 타겟(150)의 중심으로 이동해야 한다. 원용부 중심은 굴절력이 변화하는 누진 영역이 아니므로, 신호광이 평행 사변형을 조건을 만족하고, 따라서 원용부 중심에 대한 수직Y 방향 조건은 D3-D1 = 0 이다. 또한, 현 측정 지점의 수평 X 방향 중심(Cx: 신호광들의 x위치의 평균값)은 하기 수학식 5와 같이 계산되고, 원용부 중심에서 수평 X 방향 중심은 피측정 렌즈의 수평 중심과 일치하므로, Px는 0이 된다.

Cx = (P1x + P2x + P3x + P4x) / 4 (렌즈가 없는 상태)

Cx'= (P1x'+ P2x'+ P3x'+P4x') / 4 (렌즈가 있는 상태)

Px = Cx' - Cx

피측정 렌즈의 현 측정 지점의 수직 Y 방향 편위량인 (D3-D1) 값과 수평 X 방향 편위량 Px값은 도 10b의 원용부 타겟(150)의 측정점(160)으로서 표시되며, (D3-D1)값 및 Px값이 클수록(즉, 측정 지점이 원용부 중심으로부터 멀어질 수록) 측정점(160)은 원용부 타겟(150)의 중심으로부터 멀어지도록 되어 있고, (D3-D1) 값과 Px값이 모두 대략 0인 조건을 만족하여, 현재의 측정 지점이 원용부 중심이면, 측정점(160)은 원용부 타겟(150)의 중심에 위치한다. 이때, 메모리 버튼을 누르거나, 또는 자동으로 원용부의 난시파워(=장 굴절력 - 단 굴절력)와 난시각을 저장하고, 이 값들을 근용부 측정 시 수평 안내 값으로 사용된다.

이와 같이 원용부가 측정되면 다음으로 근용부를 측정(S400)한다. 본 발명의 자동 렌즈미터에 있어서, 기준 통로의 역할을 하는 수평 안내선(120), 근용부 측정용 수직 안내선(130), 측정점(160), 근용부 측정용 수평 지시자(170) 등은 측정자가 근용부를 쉽고 빠르게 찾을 수 있도록 안내한다. 근용부 측정용 수평 지시자(170)는 현 측정 지점과 원용부 수평 중심과의 수평 편위량(Eh)을 표시하는 것으로서, 이 거리(현 측정 지점의 수평 편위량)는 하기 수학식 6에 의하여 계산되어 화면에 표시된다.

Eh = Cf' - Cf

상기 수학식 6에서 Cf는 원용부 중심의 난시력, Cf'는 현 측정 지점의 난시력을 나타내고, Eh는 현 측정 지점의 수평 편위량이다. 난시력은 원용부 중심과 근용부 중심을 연결하는 선상에서 동일하므로, 현 측정지점의 난시력(Cf')과 원용부 중심의 난시력(Cf)의 차이 값은 현 측정지점이 원용부 중심과 근용부 중심을 연결하는 선으로부터 이격된 정도(Eh: 현 측정 지점의 수평 편위량)를 나타내며, 상기 수평 편위량(Eh)는 근용부 측정용 수평 지시자(170)에 막대 길이로 표시된다. 따라서 근용부 측정용 수평 지시자(170)에 막대 길이로 표시되는 수평 편위량(Eh)값이 클수록, 근용부 중심으로부터 수평 방향으로 멀어지는 것이므로, 이 값이 최소가 되도록 유지하면서 렌즈를 이동시켜 근용부 중심을 찾아야 한다. 수평 안내선(120) 역시 현 측정 지점의 수평 편위량을 나타내기 위한 것으로서, 측정자가 근용부를 찾아가는 기준 통로의 역할을 한다.

LCD 디스플레이 장치의 근용부 측정용 수직 안내선(130)은 현 측정 지점과 근용부 중심과의 수직(Y 방향) 편위량(D3-D1)을 막대 길이로 표시하다. 근용부 중심에서 수직(Y 방향) 편위량(D3-D1)는 0에 근접하므로, 이 표시값은 근용부 중심과의 편위량만 표시할 뿐 절대 거리를 나타내지는 못한다. 근용부 측정용 수직 안내선(130) 옆의 작은 화살표(140)는 근용부 목표치(Hn)를 나타내는 것으로서, D3-D1값에 해당하는 수직 안내선(130)의 막대 길이가 근용부 목표치(140, Hn) 보다 같거나 작은 경우가 근용부 중심에 해당된다. 근용부 목표치(Hn)는 다음 수학식 7에 의하여 계산할 수 있다.

Hn = f(Dc - Df) = a·(Dc - Df) + c

상기 식에서, Df는 원용 중심의 평균 파워(=S+0.5C), Dc는 현 측정 지점의 평균 파워(=S+0.5C)를 나타내며, 근용부 목표치(Hn)는 (Dc - Df)의 일차 함수(f)로서, a는 함수 f의 기울기를 나타내고, c는 함수 f의 Y 절편을 나타내며, a와 c는 시스템에 의존하는 실험치이다. 이론적으로 근용부 중심에서는 D3-D1값이 0이어야 하나, 실제 렌즈에서는 근용부 중심에서 D3-D1값이 완전히 0이 아니므로, 근용부 목표치(Hn)를 두어 D3-D1값이 이 값 이하이면 근용부 중심으로 취급할 수 있다.

이와 같이 피측정 렌즈를 이동시키면서, 현 측정 지점의 수평 편위량(Eh)이 일정 범위(Tol) 내로 유지되고, 수직 방향(Y 방향) 편위량(D3-D1)이 근용부 목표치(Hn)보다 작게 되는 조건이 만족되는 순간, 본 발명의 자동 렌즈미터는 하기 식 8에 의해 누진 굴절력(Add)을 계산하고 저장한다.

Add = Dc - Df

이와 같이, 본 발명에 따른 자동 렌즈미터는 피측정 렌즈를 통과한 신호광의 위치 변위로부터 원용부 중심점을 산출할 수 있으며, 또한 구형굴절력(S), 난시력(C) 및 난시각(θ)을 산출할 수 있다. 또한, 이와 같이 결정된 원용부 중심점을 기준으로 하여, 현재의 관측 위치를 나타내는 측정점(160), 현 측정 지점과 근용부 수평 중심과의 거리를 표시하는 근용부 측정용 수평 지시자(170)와 수평 안내선(120), 및 현 측정 지점과 근용부 중심과의 수직 편위량을 표시하는 근용부 측정용 수직 안내선(130)을 측정자에게 화면상으로 제공함으로서, 측정자가 근용부 중심점을 정확하고 용이하게 찾을 수 있다. 본 발명의 자동 렌즈미터는 입력광을 피측정 안경렌즈 또는 콘택트렌즈에 투사하여 누진 굴절력을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 안경렌즈의 다른 굴절 특성(구형굴절력, 난시력, 난시각 등)을 개별적으로 측정할 수도 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 렌즈미터는 일반 렌즈의 각종 특성뿐 만 아니라 누진 다초점 렌즈의 굴절력을 쉽고, 빠르며, 정확하게 측정할 수 있으며, 측정 각 단계마다 측정에 필요한 충분한 정보를 측정자에게 제공함으로써, 누진 렌즈에 대한 지식이 없는 초보자도 누진 렌즈의 굴절력을 용이하게 측정할 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 자동 렌즈미터는 이와 같이 광학, 전자, 소프트웨어, 기계의 조합으로 구성된 복합 제품으로, 고도의 기술을 요하는 새로운 기술분야인 광전자 기계(Optomechatronics) 분야의 첨단 제품에 해당한다.

Claims

a) 피측정 누진 다초점 렌즈의 위치를 변동시키면서 광을 주사하고, 상기 피측정 렌즈를 통과한 신호광의 위치 변위를 검출하는 광학 측정부;

b) 상기 위치 변위로부터, 상기 피측정 렌즈의 원용부 중심점의 위치를 결정하고, 구형굴절력, 난시력, 및 난시각을 산출하며, 결정된 상기 원용부 중심점을 기준으로 하여 근용부 중심점을 찾기 위한 정보를 제공하는 전자 제어부;

c) 상기 피측정 렌즈를 고정시키며, 이를 관찰 및 조작할 수 있도록 형성되는 기구부; 및

d) 측정 결과와 측정 정보를 표시하기 위한 표시부를 포함하는 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터.
제1항에 있어서, 상기 피측정 렌즈를 통과한 신호광은 적어도 4 이상의 점(P1', P2', P3', P4')을 포함하고, 상기 4점의 초기 x축 위치의 이동 편차가 0이고, 상기 피측정 렌즈를 통과한 4점의 신호광이 이루는 평행사변형의 x축 방향 대변의 길이가 동일한 위치를 상기 원용부 중심점으로 인식하는 것을 특징으로 하는 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터.
제1항에 있어서, 상기 피측정 렌즈를 통과한 신호광은 적어도 2 이상의 점(P1', P2')을 포함하고, 상기 P1', P2'의 위치 변위를 (X1, Y1) 및 (X2, Y2)라 할 때 구형굴절력(S), 난시력(C), 난시각(θ)을 다음의 식에 의하여 산출하는 것을 특징으로 하는 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터.

S = (X1 + Y2 - C)/2

C = {(X1-Y2)²+ (X2 + Y1)²}^1/2

θ= [tan^-1{(Y1 + X2)/(X1-Y2)}]/2
제1항에 있어서, 상기 근용부 중심점을 찾기 위한 정보는 현 측정 지점과 원용부 중심과의 난시력 편위량, 및 상기 피측정 렌즈를 통과한 4점(P1', P2', P3', P4')의 신호광이 이루는 평행사변형의 x축 방향 대변의 길이 차이인 것을 특징으로 하는 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터.
제4항에 있어서, 상기 난시력 편위량이최소치이고, 상기 평행사변형의 x축 방향 대변의 길이 차이가하기 식으로 표현되는 근용부 목표치(Hn)이하로 되는 측정 위치를 상기 근용부 중심점으로 인식하는 것을 특징으로 하는 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터.

Hn = a·(Dc - Df) + c

여기서, Df는 원용 중심의 평균 파워, Dc는 현 측정 지점의 평균 파워를 나타내고, a와 c는 자동 렌즈미터의 시스템에 의존하는 실험치이다.
삭제
제1항에 있어서, 상기 누진 굴절력(Add)은 하기 식에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터.

Add = Dc - Df

여기서, Df는 원용 중심의 평균 파워, Dc는 근용 중심의 평균 파워를 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 전자 제어부는 상기 피측정 렌즈를 통과한 4점의 신호광이 이루는 평행사변형의 x축 방향 대변의 길이가 동일하지 않은 경우, 피측정 렌즈를 누진 렌즈로 판단하여, 피측정 렌즈의 종류를 상기 표시부에 나타내도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 누진 굴절력 측정용 자동 렌즈미터.
누진 다초점 렌즈를 계속 이동시키면서 현위치가 원용부 중심인지를 판단하는 과정;

상기 렌즈의 현위치가 원용부 중심 위치가 되면, 원용부 중심의 구형굴절력(S), 난시력(C), 난시각(A)을 측정하는 과정;

다시 상기 렌즈를 이동시키면서, 상기 원용부 중심점을 기준으로 하여 근용부 중심점을 찾기 위한 정보를 표시하는 과정;

상기 근용부 중심점을 찾기 위한 정보를 참조하여, 근용부 중심위치를 찾는 과정; 및

상기 근용부 중심점과 원용부 중심점의 굴절력의 차인 누진 굴절력 값을 산출하는 과정을 포함하는 자동 렌즈미터를 이용한 누진 굴절력의 측정 방법.
제9항에 있어서, 피측정 렌즈에 빛을 통과시켜 적어도 4 이상의 점을 포함하는 신호광을 얻고, 상기 4점의 신호광의 형상으로부터 상기 피측정 렌즈가 누진 다초점 렌지인지를 판단하는 과정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 누진 굴절력의 측정 방법.
제9항에 있어서, 상기 원용부 중심을 판단하는 과정은 상기 피측정 렌즈를 통과한 적어도 4 이상의 점(P1', P2', P3', P4')을 포함하는 신호광의 상기 4점의 x축 위치의 이동 편차가 0이고, 상기 피측정 렌즈를 통과한 4점의 신호광이 이루는 평행사변형의 대변의 길이가 동일한지를 판단하는 것을 특징으로 하는 누진 굴절력의 측정 방법.
제9항에 있어서, 상기 근용부 중심점을 찾기 위한 정보는 현 측정 지점과 원용부 중심과의 난시력 편위량, 및 상기 피측정 렌즈를 통과한 4점(P1', P2', P3', P4')의 신호광이 이루는 평행사변형의 대변의 길이 차이인 것을 특징으로 하는 누진 굴절력의 측정 방법.
제12항에 있어서, 상기 난시력 편위량이최소치이고, 상기 평행사변형의 x축 방향 대변의 길이 차이가하기 식으로 표현되는 근용부 목표치(Hn)이하로 되는 측정 위치가 상기 근용부 중심점의 위치인 것을 특징으로 하는 누진 굴절력의 측정 방법.

Hn = a·(Dc - Df) + c

여기서, Df는 원용 중심의 평균 파워, Dc는 현 측정 지점의 평균 파워를 나타내고, a와 c는 자동 렌즈미터의 시스템에 의존하는 실험치이다.