KR100492240B1 - 렌즈미터용 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈의 굴절력을 측정하는 렌즈미터용 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원(10)에서 발생된 측정광선을 평행하게 만드는 콜리메이터렌즈 (20)와, 상기 콜리메이터렌즈(20)를 통과한 평행광선이 그 후방에 설치된 피측정렌즈(30)를 거쳐 수개의 광선으로 분할되도록 복수개의 핀홀(42)이 관통 형성된 핀홀아파쳐(40)와, 상기 핀홀아파쳐(40)를 통과한 수개의 광선이 결상렌즈(70)를 통해 이미지센서(80)에 결상되어 피측정렌즈(30)의 굴절력을 측정할 수 있도록 구성된 렌즈미터용 광학계에 있어서, 상기 핀홀아파쳐(40)의 후방에는 피측정렌즈(30)의 편심 또는 기울어짐이 발생된 경우에도 핀홀아파쳐(40)의 핀홀(42)을 통과한 수개의 광선이 상호 간섭되지 않고 이미지센서(80)에 정상적으로 결상되도록 상기 핀홀(42)수에 대응하는 수개의 격벽(52)이 광축(S)을 그 중심축으로하여 방사상으로 일체 구성된 간섭차단판(50)이 설치되어 이루어지며, 특히 상기 핀홀아파쳐(40)에 형성된 복수개의 핀홀(42)은 그 직경이 0.4∼0.6㎜로 구성되어 이루어지는 특징을 갖는 렌즈미터용 광학계에 관한 것이다.

Description

렌즈미터용 광학계{Optical system for lensmeter}

본 발명은 렌즈의 굴절력을 측정하는 렌즈미터용 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원에서 발생된 광선이 피측정렌즈를 통과하여 결상렌즈에 의해 이미지센서에 결상되는 경우 피측정렌즈의 중심이 광축으로부터 편심되거나 기울어진 경우에도 핀홀아파쳐를 통과한 수개의 측정광선이 상호 간섭되지 않고 안정되고 정상적인 이미지로 결상될 수 있도록 하는 렌즈미터용 광학계에 관한 것이다.

종래의 렌즈 굴절력(디옵터)을 측정하는 렌즈미터의 광학계 구성을 살펴보면, 도 1a에 도시된 바와 같이 측정용 광선을 발생시키는 광원(10)과, 발생된 광원을 피측정렌즈(30)에 평행으로 입사시키기 위해 평행광으로 만들어 주는 콜리메이터렌즈(20)와, 입사된 측정광선을 굴절력에 해당되는 만큼 편향시켜 통과시키는 피측정렌즈(30)와, 피측정렌즈(30)를 투과한 측정광선을 분광시키기 위해 4개 내지 6개의 핀홀(42)이 관통 형성된 핀홀아파쳐(40)와, 핀홀아파쳐(40)를 통과한 광선을 결상시켜 주기 위한 결상렌즈(70)와, 결상렌즈(70)에 의해 결상된 핀홀이미지를 수광하여 일정한 전기신호로서 컴퓨터의 연산장치로 보내는 이미지센서(80)로 구성되었다.

이와 같은 광학계를 구성되는 종래의 렌즈미터의 광학계는 광원(10)에서 나온 광선이 콜리메이터렌즈(20)를 통해 평행광선으로 변화되어 피측정렌즈(30)로 입사하게 되고, 핀홀아파쳐(40)의 전방에 위치한 렌즈홀더에 고정된 피측정렌즈(30)를 투과한 광선은 핀홀아파쳐에 형성된 핀홀(42)의 갯수만큼 분광된 후에 피측정렌즈의 굴절력에 따라 수속 또는 발산하여 핀홀이미지간 거리와 방향이 변화되며, 결상렌즈(70)에 의해 변화된 이미지가 이미지센서(80)에 결상되는 것으로, 검사자는 컴퓨터화면을 보면서 피측정렌즈를 이동시키면서 피측정렌즈의 광학적 중심이 화면의 중심 즉, 렌즈미터의 광축과 일치되도록 한 후에 결상된 핀홀의 이미지를 분석하여 피측정렌즈의 굴절력(디옵터)를 측정하게 된다.

그러나, 검사자가 피측정렌즈의 측정할 때 렌즈홀더에 고정 설치되는 피측정렌즈(통상적으로 φ72㎜)와 렌즈미터의 광축을 한번에 일치시키는 것은 불가능하다. 즉, 굴절력을 측정하기 위해 렌즈홀더에 고정 설치되는 피측정렌즈는 편심과 기울어짐이 발생하기 마련인데, 피측정렌즈의 편심과 기울어짐은 핀홀을 통과하는 광선경로를 바꾸게 되고, 결국 측정광선이 핀홀아파(40)쳐를 통과한 후 결상렌즈(70)를 통해 이미지센서(80)에 결상될 때 하나의 핀홀을 통과한 광선이 다른 핀홀을 통과한 광선의 이미지와 간섭되는 현상의 원인으로 작용하였으며, 이러한 간섭현상은 핀홀의 크기가 클수록, 피측정렌즈의 굴절력이 높을수록 심하게 나타났다.

따라서, 높은 굴절력을 가진 피측정렌즈의 측정범위를 수용하면서 간섭현상을 제거하기 위해 기존의 핀홀아파쳐(40)에 관통 형성된 핀홀(42)의 크기가 도 1b에 도시된 바와 같이 매우 작게 구성되었었다. 이렇게 핀홀아파쳐(40)에 구성된 핀홀(42)의 크기가 작아짐으로 인해서 피측정렌즈(30) 또는 핀홀아파쳐(40)와 피측정렌즈(40) 사이에 존재하는 큰 먼지, 기타 여러가지 이물질이 있는 경우 이미지센서(80)에 결상되는 핀홀이미지가 일부 사라지거나 완전히 소멸되는 등 이미지 신호 특성이 매우 불량하여 피측정렌즈에 대한 정밀한 굴절력(디옵터) 측정이 어려웠다.

본 발명은 종래의 렌즈미터에 구성된 광학계의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 따른 렌즈미터용 광학계는 핀홀아파쳐에 구비된 핀홀의 직경을 종래보다 확대하여 안정된 이미지신호의 결상이 가능하도록 하여 피측정렌즈의 굴절력 계산이 용이하도록 한 렌즈미터용 광학계를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 핀홀아파쳐의 핀홀을 통과한 핀홀이미지가 피측정렌즈의 편향설치시에도 서로 간섭되지 않고 이미지센서에 결상되도록 함으로써 피측정렌즈의 굴절력 측정이 용이하고 검사자의 작업이 용이하도록 하는 렌즈미터용 광학계를 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 렌즈미터용 광학계는 광원에서 발생된 측정광선을 평행하게 만드는 콜리메이터렌즈와, 상기 콜리메이터렌즈를 통과한 평행광선이 그 후방에 설치된 피측정렌즈를 거쳐 수개의 광선으로 분할되도록 복수개의 핀홀이 관통 형성된 핀홀아파쳐와, 상기 핀홀아파쳐를 통과한 수개의 광선이 결상렌즈를 통해 이미지센서에 결상되어 피측정렌즈의 굴절력을 측정할 수 있도록 구성된 것에 있어서, 상기 핀홀아파쳐의 후방에는 설치된 피측정렌즈의 편심 또는 기울어짐이 발생된 경우에도 핀홀아파쳐의 핀홀을 통과한 수개의 광선이 상호 간섭되지 않고 이미지센서에 정상적으로 결상되도록 상기 핀홀수에 대응하는 수개의 격벽이 광축을 그 중심축으로하여 방사상으로 일체 구성된 간섭차단판이 설치된 특징적인 구조로 이루어진다.

특히, 상기 핀홀아파쳐에 형성된 복수개의 핀홀은 그 직경이 0.4∼0.6㎜로 구성되어 이루어지며, 상기 간섭차단판의 후방에는 핀홀아파쳐에 의해 다수개로 분할된 측정광선이 광축에서 멀어지는 방향으로 편향되도록 상기 핀홀에 대응하는 다수의 방향을 갖는 프리즘이 일체로 구성된 프리즘렌즈가 또한 구비되어 이루어진다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명의 실시예에 따른 렌즈미터용 광학계를 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b에는 본 발명의 일실시예와 다른실시예에 따른 렌즈미터용 광학계의 구성도가 개략적으로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 주요구성부를 이루는 핀홀아파쳐(40), 간섭차단판(50) 및 프리즘렌즈(60)가 도시되어 있다.

먼저, 도 2a에 도시된 본 발명의 일실시예에 대해서 설명하면, 측정용 광선을 발생시키는 광원(10)과, 이 광원(10)으로 발생된 측정광선(S1)이 피측정렌즈(30)에 평행으로 입사되도록 평행광으로 만들어 주는 콜리메이터렌즈 (20)와, 상기 피측정렌즈(30)를 통과한 광선이 피측정렌즈(30)의 굴절력에 의하여 수속 또는 발산된 광선의 여러 방향으로 나누어 주도록 다수개의 핀홀(42)이 관통 형성된 핀홀아파쳐(40)와, 상기 핀홀아파쳐(40)의 핀홀(42)을 통과한 측정광선을 결상시키기 위한 결상렌즈(70)와, 상기 핀홀아파쳐(40)의 핀홀(42)을 통과한 광선이 정상적인 광로를 벗어나 다른 핀홀을 통과한 측정광선과 서로 간섭되는 것을 방지할 수 있도록 핀홀의 수만큼 일정한 길이의 격벽(52)이 방사상으로 일체 형성되어 상기 핀홀아파쳐(40)와 결상렌즈(70) 사이에 설치되는 간섭차단판(50)과, 상기 결상렌즈(70)에 의해 결상된 이미지를 전기적인 신호로 바꾸어 연산장치로 보내서 피측정렌즈의 굴절력을 계산할 수 있도록 하는 이미지센서(80)로 구성된다.

특히, 본 발명에 적용된 핀홀아파쳐(40)의 경우 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 핀홀이 관통 구비된 핀홀아파쳐와 핀홀의 갯수(통상 4∼6개)는 동일하게 구성되는 구조로 이루어지나, 핀홀아파쳐(40)에 관통 형성된 각 핀홀(42)의 크기는 아주 큰 차이가 있다.

즉, 종래의 핀홀아파쳐에 형성된 핀홀은 그 크기가 Ф0.1㎜로 아주 미세한 직경을 갖도록 구성되었으나(도 1b참조), 본 발명에 따른 핀홀아파쳐(40)의 핀홀(42)의 크기는 종래의 핀홀보다 그 직경이 훨씬 커진 Ф0.4∼0.6㎜, 더욱 바람직하게는 Ф0.5㎜ 정도의 크기를 갖도록 구성되어 핀홀(42)을 통과한 측정광선이 이미지센서(80)에 원활히 결상될 수 있도록 구성될 뿐만 아니라 미세한 먼지 등에 의해 이미지센서(80)에 결상되는 핀홀이미지가 소실되는 방지할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 핀홀아파쳐(40)를 통과한 측정광선이 이미지센서(80)에 결상될 때 피측정렌즈(30)의 편심 또는 기울어짐 등으로 인해서 다수개의 광선이 상호 간섭되는 것을 방지하기 위해 설치되는 상기 간섭차단판(50)은 도 3에 도시된 바와 같이, 핀홀(42)의 갯수와 동일한 수만큼 격벽(52)에 의해 분할 구성되어지되 분할된 각 격벽(52)의 중심은 광축(S)과 일치되도록 방사상 구조로 이루어져 각 핀홀(42)을 통과한 측정광선이 정상적인 광로에서 벗어난 경우 다른 광선에 간섭되지 않으면서 이미지센서(80)에 결상되도록 핀홀아파쳐(40)와 결상렌즈(70) 사이의 전 길이에 대하여 설치될 수 있는 장방형의 구조로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 도 2b에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있는 것으로, 본 발명의 다른 실시예는 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 광학계 구성에 각 핀홀(42)에 대응하는 수만큼의 프리즘이 일체로 구성된 프리즘렌즈(60)가 간섭차단판(50)과 결상렌즈(70) 사이에 추가로 설치되어 이미지센서(80)에 결상되는 핀홀이미지가 어느정도 이격되어 결상될 수 있도록 하는 것으로, 상기 프리즘렌즈(60)의 상태를 알아보기 쉽도록 그 측단면도가 도 5a에 도시되어 있고, 도 5b에는 프리즘렌즈(60)를 통과한 측정광선(S1)이 프리즘의 굴절특성에 따라 발산하는 상태를 도시하고 있다.

한편, 이하에서는 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 렌즈미터용 광학계의 동작 및 작용에 대하여 설명한다.

즉, 도 2a 및 도 2b와 같은 구조로 렌즈미터 광학계가 설치된 경우, 광원(10)으로부터 발생된 측정광선(S1)이 콜리메이터렌즈(20)를 통과하면서 평행광선으로 변화되어 피측정렌즈(30)를 통과하게 되고, 피측정렌즈(30)를 통과한 측정광선은 피측정렌즈(30)가 가지고 있는 굴절력에 따라 광축(S)에 대해 수속 또는 발산되어 핀홀아파쳐(40)에 도달하게 된다. 핀홀아파쳐(40)에 도달된 측정광선(S1)은 핀홀아파쳐(40)에 형성된 수개의 핀홀(42)을 각각 통과하면서 핀홀(42)수에 따라 여러방향으로 분광되어진다.

여러방향으로 분광된 각 광선은 다수의 격벽(52)에 의해 다수의 광로가 분할 형성된 간섭차단판(50)을 통과하여 각 핀홀(42)에 대응하는 프리즘(62)에 입사된 후에 프리즘(62)의 굴절 특성에 따라 프리즘의 기저방향인 광축(S)에서 발산되는 형상으로 편향되어 이미지센서(80)에 맺히는 핀홀이미지간 거리가 멀어진 상태로 결상됨으로써 핀홀이미지가 서로 겹치는 간섭현상이 발생되지 않으면서 정상적인 핀홀이미지(44)가 도 6에 도시된 바와 같이 이미지센서(80)에 결상되는 것이다.

그러나, 실제의 경우 피측정렌즈의 굴절력 측정시에 검사자가 렌즈미터의 렌즈홀더에 피측정렌즈가 편향되지 않고 기울어지지 않도록 하여 바르게 위치시키는 것은 상당히 어렵기 때문에 이러한 이상적인 핀홀의 이미지를 얻기가 어렵다.

따라서, 실제 렌즈미터를 조작하는 검사자가 피측정렌즈를 렌즈홀더에 적당히 위치시켜 놓은 상태에서도 피측정렌즈의 굴절력을 정확히 측정할 수 있도록 한다면, 피측정렌즈의 정밀한 측정은 물론 검사자의 작업 편의를 대폭 향상시킬 수 있을 것이며, 특히 이러한 장점을 제공할 수 있는가의 여부가 렌즈미터 광학계의 기술진보성의 차이를 나타내는 척도가 될 수 있을 것이다.

이러한 측면을 고려해서 본 발명의 실시예에 따른 렌즈미터의 광학계에 대한 정밀도를 알아보기 위해 도 7에 도시된 바와 같이 피측정렌즈가 정상적인 위치로 설치되지 않고 일측 또는 일방향으로 편심되거나 기울어져 설치된 경우를 예로 들어 설명을 하면, 피측정렌즈(30)를 통과한 측정광선(S1)이 그 후방에 설치된 핀홀아파쳐(40)를 통과한 후에 피측정렌즈(30)의 중심부와 주변부 사이의 굴절되는 굴절력 차이로 인해서 다수의 측정광선중 임의의 광선이 정상적인 광로를 이탈하게 되더라도 핀홀아파쳐(40)와 프리즘렌즈(60) 또는 핀홀아파쳐(40)와 결상렌즈(70) 사이에 구비된 일정 길이의 간섭차단판(50)의 격벽에 의해 분할된 각 광로를 통과함으로써 결국 핀홀의 이미지가 맺히는 이미지센서(80)에는 상기 도 6의 정상적인 피측정렌즈의 설치시 나타나는 핀홀이미지(44)와 같이 안정된 핀홀이미지(44)가 도 8처럼 결상됨으로써 피측정렌즈의 부정확한 위치설정에도 불구하고 올바른 핀홀이미지의 결상을 유도하여 정밀한 굴절력을 측정할 수 있도록 한다.

그러나, 만약 도 7과 같이 피측정렌즈(30)가 편향되어 설치된 경우에 본 발명에 따른 간섭차단판(50)이 구비되지 않은 경우, 이미지센서(80)에 맺히는 핀홀이미지(44)는 도 9와 같이 정상적인 광로를 갖는 어느 하나의 핀홀이미지(44)가 비정상적인 광로를 갖는 다른 하나의 핀홀이미지(44a)에 간섭됨으로써 불량한 이미지신호가 결상되어 피측정렌즈의 굴절력을 계산하는데 사용되는 정밀한 기초데이터를 제공하지 못하거나 오차가 있는 피측정렌즈의 굴절력을 측정하게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 광학계를 이용하는 경우, 피측정렌즈(30)의 정확한 위치시에 이미지센서에 결상되는 핀홀이미지의 정밀한 굴절력 뿐만 아니라 피측정렌즈가 약간 편심되거나 기울진 상태에서도 피측정렌즈를 통과한 광선들이 간섭차단판에 의해 그 간섭이 방지되어 이미지센서에 올바른 핀홀이미지가 맺힐 수 있도록 함으로써 피측정렌즈의 정확한 굴절력을 측정할 수 있도록 하며, 특히 본 발명에 적용된 핀홀아파쳐(40)에 관통 형성된 핀홀(42)의 직경이 종래의 핀홀보다 4∼5배 크게 형성되어 피측정렌즈(30)와 핀홀아파쳐(40) 사이에 미세한 이물질이 존재하여 이미지센서(80)에 결상되는 핀홀이미지(44)가 일부 사라지거나 소실되는 문제점을 해결할 수 있도록 하며, 핀홀(42) 크기의 증가에 따라 핀홀(42)을 통과한 측정광선간에 상호 간섭될 수 있는 문제점 또한 상기 간섭차단판(50)에 의해 차단되어 정상적인 핀홀이미지(44)가 이미지센서(80)에 결상되도록 하며, 또한 상기 프리즘렌즈(60)의 구비로 이미지센서(80)에 맺히는 핀홀이미지(44)간 거리가 멀어짐으로 인해서 핀홀이미지간에 상호 간섭되는 것을 더욱 방지할 수 있도록 한다.

상술한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 렌즈미터용 광학계는 핀홀아파쳐의 핀홀크기의 증대로 미세한 입자의 이물질 등에 따른 간섭에도 불구하고 이미지센서에 결상되는 핀홀이미지가 정확하게 결상되도록 하며, 핀홀아파쳐의 후방에 간섭차단판을 설치함으로 인해서 피측정렌즈의 편심 또는 기울어진 위치시에도 결상되는 핀홀이미지가 상호 간섭되지 않도록 하여 피측정렌즈의 굴절력에 대한 정밀한 측정과 검사자의 피측정렌즈 측정작업이 용이하도록 한다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 렌즈미터용 광학계의 구성도와 핀홀아파쳐의 평면도,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈미터용 광학계의 구성도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 구성중 주요부를 이루는 핀홀아파쳐와 간섭차단판 및 프리즘렌즈의 발췌 분리사시도,

도 4는 본 발명에 따른 핀홀아파쳐의 평면도,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 프리즘렌즈의 측단면도와 광선의 출사상태도,

도 6은 피측정렌즈가 정상위치로 설치된 경우 이미지센서에 결상된 핀홀 이미지의 상태도,

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 광학계에 피측정렌즈가 편향되게 설치된 상태의 광학계구성도와 이미지센서에 결상된 핀홀 이미지 상태도,

도 9는 도 7에서 간섭차단판이 제거된 상태의 이미지센서에 결상된 핀홀이미지의 상태도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명

10 : 광원 20 : 콜리메이터렌즈

30 : 피측정렌즈 40 : 핀홀아파처

42 : 핀홀 44 : 핀홀이미지

44a : 간섭된 핀홀이미지 50 : 간섭차단판

52 : 격벽 60 : 프리즘렌즈

62 : 프리즘 70 : 결상렌즈

80 : 이미지센서 S : 광축

S1 : 측정광선

Claims (3)

1. 광원에서 발생된 측정광선을 평행하게 만드는 콜리메이터렌즈와, 상기 콜리메이터렌즈를 통과한 평행광선이 그 후방에 설치된 피측정렌즈를 거쳐 수개의 광선으로 분할되도록 복수개의 핀홀이 관통 형성된 핀홀아파쳐와, 상기 핀홀아파쳐를 통과한 수개의 광선이 결상렌즈를 통해 이미지센서에 결상되어 피측정렌즈의 굴절력을 측정할 수 있도록 구성된 렌즈미터용 광학계에 있어서,

   상기 핀홀아파쳐의 후방에는 피측정렌즈의 편심 또는 기울어짐이 발생된 경우에도 핀홀아파쳐의 핀홀을 통과한 수개의 광선이 상호 간섭되지 않고 이미지센서에 정상적으로 결상되도록 상기 핀홀수에 대응하는 복수개의 격벽이 광축을 그 중심축으로 하여 방사상으로 일체 구성된 간섭차단판이 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈미터용 광학계.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 핀홀아파쳐에 형성된 복수개의 핀홀은 그 직경이 0.4∼0.6㎜로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈미터용 광학계.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 간섭차단판의 후방에는 핀홀아파쳐에 의해 다수개로 분할된 측정광선이 광축에서 멀어지는 방향으로 편향되도록 상기 핀홀에 대응하는 다수의 방향을 갖는 프리즘이 일체로 구성된 프리즘렌즈가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈미터용 광학계.