KR20020073255A - 광 투과율 측정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

우수한 정밀도를 가지면서 굴절률을 갖는 광학 렌즈의 광 투과율을 값싸고 쉽게 측정할 수 있는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 광 투과율 측정방법은, 피검 렌즈(30)가 광원(10)으로부터 방출된 측정광 L의 경로에 위치하고 광 검출수단(50)에 도달하고 그 측정광 L이 상기 피검 렌즈(30)를 통과하는 경우 광 검출수단(50)에 의해 검출된 측정광 L의 강도와, 피검 렌즈(30)가 측정광 L의 경로에 위치하지 않고 그 측정광 L이 피검 렌즈(30)를 통과하지 않을 경우 그 광 검출수단(50)에 의해 검출된 측정광 L의 강도와의 비율에 대응하는 값으로부터 피검 렌즈(30)의 광 투과율을 구하되, 상기 측정광 L은 피검 렌즈(30)가 배치되는 위치에 또는 그 위치 부근에 그 측정광 L의 광들을 수속하도록 하는 조건에서 피검 렌즈(30)를 통과시킨다.

Description

광 투과율 측정방법 및 그 장치{METHOD FOR MEASURING LIGHT TRANSMITTANCE AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 청구항 1에 따른 안경렌즈 등의 광학 렌즈의 광 투과율을 비교적 쉽게 측정하는 방법과 이 방법을 실행하는 청구항 3에 따른 장치에 관한 것이다.

안경점에서는, 자외선 또는 가시광선에 대해 안경렌즈의 광 투과율을 안경렌즈의 여러 가지 검사특성 중 하나로서 종종 검사할 필요가 있다.

광 투과율 측정방법으로서, 측정광이 검사용 렌즈에 의해 확산 또는 수속하는 경우에도 그 측정으로 얻어진 값의 오차를 일으키지 않고 정확히 광 검출계의 적분구를 사용하여 광 투과율을 측정하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 적분구는 비싸서 안경점에 널리 보급시키는 것이 어렵다.

따라서, 종래기술에서 적분구를 사용하지 않고 쉽게 광 투과율을 측정하는 장치가 제안되었다. 예를 들면, 피검 렌즈 도수에 따라 광 투과율 값을 보정하는 장치 및 방법이 일본국 특개평 11-(1999)-211617의 [0027] 문단에 개시되어 있다.

도 6은 상기 일본국 특개평 11(1999)-211617에 개시된 방법의 원리를 나타낸것이다. 도 6에 도시된 것처럼, 광원(1)으로부터 방출된 측정광 L의 광은 볼록 렌즈(2)에 의해 평행 광으로 정렬되고, 피검 렌즈(3)와 간섭 필터(4)를 통과하여, 수광 소자(5)에 의해 검출된다.

피검 렌즈(3)가 없을 경우 수광 소자(5)에 의해 검출된 광 강도와 피검 렌즈(3)가 존재할 경우 수광 소자(5)에 의해 검출된 광 강도의 비율로부터 그 간섭 필터(4)에 의해 좁아진 범위의 파장을 갖는 광의 광 투과율은 쉽게 얻어질 수 있다.

상기 방법에서는, 측정 광이 가능한 평행하게 정렬된 광으로서 수광 소자(5)에 입사되므로 수광 소자(5)에 의한 광 검출에서 비교적 양호한 정밀도를 유지할 수 있다. 따라서, 비교적 양호한 정밀도로 광 투과율을 측정할 수 있다.

다른 방법에서는, 도 7에 도시된 것처럼, 도 6에 도시된 볼록렌즈(2)를 제거하고, 피검 렌즈(3)에 핀 홀(7)에 의해 필요한 양으로 좁혀진 광속을 입사한다. 또 다른 방법에서는, 도 8에 도시된 것처럼, 볼록렌즈(6)를 도 7에 도시된 간섭필터(4)와 수광 소자(5) 사이에 배치하고, 피검 렌즈(3)를 통과한 광들을 수속시켜 수광 소자에 입사시킨다.

상기 광 투과율 측정방법은, 광 투과율을 용이하게 측정할 수 있지만 검사용 렌즈의 도수가 커짐에 따라 측정 오차가 증가한다는 문제점이 있다.

본 발명자의 연구에 의하면 오차의 증가는 다음 이유로 인해 발생하였다. 서로 다른 도수를 갖는 렌즈로, 정면 및 이면에서의 렌즈 표면의 곡률이 렌즈들간에 서로 다르다. 종래 방법에 의하면, 측정하려고 하는 렌즈를 통과하는 측정광의 광속의 단면적은 비교적 크다. 따라서, 표면 곡률은 광속의 단면내의 위치에 따라 서로 다르고 그 광의 굴절작용이 그 위치에 따라 서로 다르다. 또한, 그 렌즈의 두께는, 그 위치에 따라 서로 다르다. 또한, 상기 작용은, 서로 다른 도수를 갖는 렌즈들간에 서로 다르다. 그 결과, 측정 광의 입사광의 면적, 위치, 방향 및 양은 광 검출의 광 검출 영역 내에 피검 렌즈의 도수에 따라 서로 다르고, 이들 작용으로 인한 광양의 측정에서 일어나는 오차를 고려한다.

예를 들면, 포토다이오드 등의 광 검출기가 사용될 경우, 광 검출면의 광 검출감도는 전체 광 검출면내에 항상 균일하지 않다. 즉, 그 얻어진 감도는, 광 검출면내의 위치들간 감도 차이로 인해 변화한다. 측정시마다 입사광의 위치가 변화할 경우, 오차는 측정시에 일어난다. 상기 종래의 광 투과율 측정 방법에 의하면, 측정광의 광속의 단면적과 방향은, 피검 렌즈의 도수에 따라 큰 정도로 변화하기 쉽다. 그 결과, 광 검출기의 입사 측정광의 위치는 피검 렌즈의 도수에 따라 큰 정도로 서로 다르고, 상기 얻어진 결과에서 일어나는 오차를 고려한다.

상기 포토다이오드와 같은 광 검출기에서는, 검출 감도가 광 검출면에 대해 입사 측정광의 각도에 크게 의존하여 변화한다. 즉, 상기 얻어진 감도는, 광 입사각에 따라 변동한다. 상기 종래의 광 투과율 측정방법은, 측정광의 광속을 구성하는 각 광이 통과하고, 각 종 만곡 형상을 갖는 위치 중 하나에서 피검 렌즈에 의해 굴절된다. 또한, 그 광의 굴절도는, 피검 렌즈의 도수에 따라 변한다. 그 결과, 광검출기에 대해 측정광의 각 광의 입사광이 광들간에 서로 다르고, 그 측정에서 일어나는 오차를 고려한다.

측정광의 광속이 통과하는 피검 렌즈의 전체 두께는, 피검 렌즈의 도수에 따라 서로 다르다. 측정광의 광속의 단면적이 비교적 크고 도수의 차이가 클 경우, 광양의 감쇠 차이는 무시할 수 없고, 그 측정에서 일어나는 오차를 고려한다.

따라서, 일본국 특개평 11(1999)-211617에 개시된 광 투과율 측정장치에서는, 피검 렌즈의 광 투과율이 얻어지도록 미리 피검 렌즈의 도수를 알아야 하고, 이것은 역으로 측정의 용이성에 상당히 영향을 준다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서 광 투과율 측정장치의 주요 부분을 나타낸 도면,

도 2는 도 1에 도시된 장치의 일부를 나타낸 확대도,

도 3은 상기 실시예의 장치 또는 종래 장치가 사용되었을 경우 그 측정 정밀도를 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 변형된 광 투과율 측정장치를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로서 변형된 광 투과율 측정장치를 나타낸 도면,

도 6은 종래의 광 투과율 측정방법을 나타낸 도면,

도 7은 종래의 광 투과율 측정방법을 나타낸 도면,

도 8은 종래의 광 투과율 측정방법을 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1, 10 : 광원2 : 볼록렌즈

3, 30 : 검사용 렌즈4, 40 : 간섭 필터

5, 50 : 수광 소자7, 11 : 핀 홀 판

20 : 볼 렌즈31 : 검사용 렌즈 홀딩장치

60 : 반구 렌즈

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 정밀도로 굴절률을 갖는 광학 렌즈의 광 투과율 측정을 값싸고 쉽게 할 수 있는 광 투과율 측정방법과 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은,

피검 렌즈가 광원으로부터 방출된 측정광의 경로에 위치하고 광 검출수단에 도달하고 그 측정광이 상기 피검 렌즈를 통과하는 경우 광 검출수단에 의해 검출된 측정광의 강도와, 피검 렌즈가 측정광의 경로에 위치하지 않고 그 측정광이 피검 렌즈를 통과하지 않을 경우 그 광 검출수단에 의해 검출된 측정광의 강도와의 비율에 대응하는 값으로부터 피검 렌즈의 광 투과율을 구하는 광 투과율 측정방법에 있어서,

상기 측정광은, 피검 렌즈가 배치되는 위치에 또는 그 위치 부근에 그 측정광의 광들을 수속하도록 하는 조건에서 피검 렌즈를 통과시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적은, 측정광을 방출하는 광원과, 그 측정광을 검출하는 광 검출기와, 상기 광원과 상기 광 검출기 사이에 배치되고 마음대로 피검 렌즈를 탈착할 수 있는 피검 렌즈 홀딩장치와, 그것을 통해 피검 렌즈가 배치되는 위치에 또는 그 위치 부근에 측정광의 광들을 수속하는 제 1 수속 렌즈를 포함하는 광 투과율 측정장치에 의해 해결된다.

이하, 본 발명의 실시예로서 광 투과율 측정방법 및 광 투과율 측정장치를 도면을 참조하여 설명하겠다.

본 실시예의 광 투과율 측정장치는, 동일한 광학계와 서로 다른 측정파장을 갖는 2대의 광 투과율 측정장치를 구비한다. 도 1에 이 2대의 측정장치 중 하나는 도시되어 있고, 다른 장치는 도시되어 있지 않다.

도 1에서, 광원(10), 핀 홀 판(11), 볼 렌즈(20), 피검 렌즈 홀딩장치(31), 간섭 필터(40), 반구 렌즈(60) 및 수광 소자(50)는, 광축이 동일 축 O상에 위치하도록 도 1의 좌에서 우로 연속적으로 배치된다.

광원(10)은 측정광 L을 방출한다. 대량으로 측정하는데 사용된 파장을 갖는 광을 포함하는 광을 방출하는 발광체는 광원으로서 사용된다. 본 실시예에 의하면, 2대의 광 투과율 측정장치를 사용하여 2대의 서로 다른 파장 380nm 및 550nm에서그 광 투과율을 측정할 수 있다. 따라서, 상기 두 개의 광 투과율 측정장치 중 하나에서는 파장 390nm의 강도 피크를 갖는 광을 방출하는 냉음극관이 광원(10)으로서 사용되고, 2대의 광 투과율 측정장치 중 나머지에서는 파장 545nm의 강도 피크를 갖는 광을 방출하는 냉음극관이 광원(10)으로서 사용된다. 상기 강도 피크는, 횡축인 그 방출광의 파장과 그 종축인 방출광의 강도 사이의 관계를 나타낸 그래프에서 얻어진다. 물론, 블랙 라이트(black light), 형광등 또는 백열등은 광원(10)으로서 사용되어도 된다.

광축 O상에 배치된 핀 홀(11a)에 의해 광원(10)으로부터 방출된 그 측정광 L의 광속을 좁히는데 핀 홀 판(11)을 사용한다. 광원 측에서 피검 렌즈의 표면 위에 또는 그 부근에 핀 홀(11a)에 의해 좁혀진 입사 광속으로부터 핀 홀의 이미지를 형성하는데 볼 렌즈(20)를 사용한다.

핀 홀 판(11)은, 핀 홀(11a)이 광축 O의 방향으로 소정 깊이를 갖도록 소정 두께를 갖는 판을 구비한다. 이 구조는, 불필요한 광속을 제거하는 역할을 더 한다. 다른 형태의 렌즈가 상기 볼 렌즈(20)(제 1 수속 렌즈) 대신에 사용되어도 된다. 측정광 L이 소정 위치에서 수속하도록 수속작용을 나타내는 볼록 렌즈와 같은 임의의 렌즈를 사용할 수 있다.

피검 렌즈 홀딩 장치(31)는, 피검 렌즈(30)를 마음대로 탈착할 수 있도록 피검 렌즈(30)를 홀딩한다. 도 2에 도시된 것처럼, 상기 장치는, 피검 렌즈(30)가 홀딩될 경우, 볼 렌즈(20)의 작용에 의해 측정광 L의 수속점 P가 광원 측에서 피검 렌즈(30)의 표면 위에 또는 그 부근에 있도록 구성된다. 상기 수속점 P가 광원 측에서 피검 렌즈(30)의 표면상에 위치하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 수속점 P는, 상기 수속점 P가 피검 렌즈의 표면 부근에 있는 한 피검 렌즈의 표면에서 벗어나도 된다.

간섭 필터(40)는, 측정용 파장 부근의 파장을 갖는 광을 선택적으로 투과시키는 필터이다. 본 실시예에서는, 측정용 파장이 380nm 및 550nm이므로, 2대의 광 투과율 측정장치 중 하나는 380±5nm 파장을 갖는 광을 선택적으로 투과시키는 간섭 필터를 갖고, 나머지 장치는, 550±10nm 파장을 갖는 광을 선택적으로 투과시키는 간섭 필터를 갖는다. 물론, 상기 간섭 필터(40)는, 측정용 파장에 따라 적합하게 선택되어야 한다.

반구 렌즈(60)(제 2 수속 렌즈)는, 수광 센서(50)에서 측정광 L의 광속의 수속을 위해 사용된 렌즈이다. 상기 볼 렌즈(20)의 경우와 유사하게, 또 다른 형태의 렌즈를 상기 반구 렌즈(60) 대신에 사용하여도 된다. 볼록 렌즈와 같은 수속 작용을 나타내는 임의의 렌즈를 사용하여도 된다. 상기 반구 렌즈(60)를 사용하여, 측정광 L의 전체 광은, 수광 소자(50)의 최적 수광 영역 내로 입사광으로서 사용된다. 그래서, 수광 소자(50)의 S/N 비는 향상되어 그 측정 오차가 감소될 수 있다.

수광 소자(50)(광 검출기)로서, 측정광 L을 검출하여 광양에 대응하는 전압을 출력하는 광전 센서가 사용된다. 본 실시예에서는, 포토다이오드를 사용한다. 수광 소자(50)는, 수광 표면으로 입사하는 광 에너지를 광 강도에 따른 양의 전기 에너지로 변환할 수 있도록 하는 것이 충분하다. 포토트랜지스터와 Cd셀과 같은 또 다른 광 검출기를 사용하여도 된다.

상기 광 투과율 측정장치를 사용하여, 피검 렌즈 홀딩장치(31)에서 피검 렌즈(30)가 홀딩될 경우 수광 소자(50)로부터의 출력 전압 또는 출력 전력 값과, 피검 렌즈 홀딩장치(31)에서 피검 렌즈(30)가 홀딩되지 않을 경우 수광 소자(50)로부터의 출력 전압 또는 출력 전력 값을 얻을 수 있다. 이 2개의 값들의 비율로부터 광 투과율을 얻을 수 있다.

도 3은 상기 실시예의 장치 또는 종래의 장치를 사용하였을 경우 측정 정밀도를 나타낸 그래프이다. 도 3에 도시된 그래프는 서로 다른 도수를 갖는 여러 가지 안경 렌즈를 피검 렌즈로서 사용한 경우이었다. 이들 안경 렌즈의 광 투과율 참값은 적분구를 구비한 고 정밀도의 스펙트로미터(spectrometer)를 사용하여 얻어졌다. 본 실시예의 장치를 사용하여 얻은 광 투과율과 상기 광 투과율의 참값 사이의 차이 a 또는 종래 장치를 사용하여 얻은 광 투과율과 상기 광 투과율의 상기 참값 사이의 차이 b인 상기 참값과의 차이(단위: %)는 종축이고, 피검 렌즈의 도수(단위: 디옵트리(dioptry))는 횡축이다.

도 3에 명백히 도시된 것처럼, 종래의 광 투과율 측정장치를 사용하여 얻은 참값과의 차이 b는 양이었고, 즉 상기 얻어진 값은 양의 도수를 갖는 렌즈 측정에서 참값보다 컸고, 음이었을 경우, 즉 상기 얻어진 값이 음의 도수를 갖는 렌즈 측정에서 참값보다 작았다. 한편, 본 실시예의 장치를 사용하여 얻은 참값과의 차이 a가 작았고, 즉 상기 얻어진 값이 폭넓은 범위에서 도수가 다른 렌즈 측정에서, 적분구를 구비한 고정밀도의 스펙트로미터를 사용하여 얻어진 참값에 매우 근접하였다. 그래서, 본 실시예의 장치를 사용하면 고정밀도로 측정할 수 있다는 것을 알수 있다. 용이하게 사용될 수 있는 종래의 광 투과율 측정장치를 사용하여 상기 정밀도를 얻는 것은 매우 어렵다.

그 측정광의 광속이 대략 피검 렌즈 표면에 수속하여, 수광 소자(50)의 광 검출 표면에 입사하는 측정광의 영역이 피검 렌즈의 도수와 상관없이 일정하게 유지될 수 있도록 하는 조건하에서 상기 측정광이 피검 렌즈를 통과하기 때문에, 상기 결과를 얻을 수 있다고 생각한다.

피검 렌즈를 통과하는 측정광의 광속의 단면적은, 측정광의 광속이 대략 피검 렌즈의 표면에 수속하는 조건하에서 측정광이 피검 렌즈를 통과할 경우 현저하게 감소될 수 있다. 피검 렌즈를 통과하는 측정광의 광속의 단면적은, 광원측에서 피검 렌즈의 표면에 수속점을 놓아 거의 일정하게 유지된다. 입사광의 위치 및 방향의 차이와 피검 렌즈의 도수의 차이(렌즈 곡률의 차이)에 의해 일어난 피검 렌즈에 의한 광양의 감쇠로 인한 측정 오차가 상기 작용에 의거하여 현저하게 감소될 수 있다고 생각한다.

도 4와 도 5는, 본 발명의 다른 실시예로서 변형된 광 투과율 측정장치를 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 실시예에서는, 도 1에 도시된 장치에서 간섭 필터(40)와 반구 렌즈(60)를 제거한 것이다. 도 5에 도시된 실시예에서는, 도 1에 도시된 장치에서 반구 렌즈(60)만을 제거한 것이다. 상기 측정이 측정 목적용에 적합할 경우 이들 장치를 사용하여 만족스럽게 측정할 수 있다. 즉, 피검 렌즈가 변화하는 경우에도 수광 소자(50)로 입사하는 측정광의 영역을 대략 일정하게 유지하는 피검 렌즈 부근에 측정광을 수속하도록 하는 조건하에서 상기 측정광이 피검 렌즈를 통과하는 한, 도 4와 도 5에 도시된 변형 구조를 갖는 장치를 사용하여 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있다.

상술한 것처럼, 본 발명의 광 투과율 측정방법은, 피검 렌즈가 광원으로부터 방출된 측정광의 경로에 위치하고 광 검출수단에 도달하고 그 측정광이 상기 피검 렌즈를 통과하는 경우 광 검출수단에 의해 검출된 측정광의 강도와, 피검 렌즈가 측정광의 경로에 위치하지 않고 그 측정광이 피검 렌즈를 통과하지 않을 경우 그 광 검출수단에 의해 검출된 측정광의 강도와의 비율에 대응하는 값으로부터 피검 렌즈의 광 투과율을 구하는 광 투과율 측정방법에 있어서, 상기 측정광은, 피검 렌즈가 배치되는 위치에 또는 그 위치 부근에 그 측정광의 광들을 수속하도록 하는 조건에서 피검 렌즈를 통과시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 장치는 상기 처리를 하는데 사용된다. 이에 따라서, 굴절률을 갖는 광학 렌즈의 광 투과율은, 우수한 정밀도를 가지면서 값싸고 용이하게 측정될 수 있다.

Claims (9)

1. 피검 렌즈가 광원으로부터 방출된 측정광의 경로에 위치하고 광 검출수단에 도달하고 그 측정광이 상기 피검 렌즈를 통과하는 경우 광 검출수단에 의해 검출된 측정광의 강도와, 피검 렌즈가 측정광의 경로에 위치하지 않고 그 측정광이 피검 렌즈를 통과하지 않을 경우 그 광 검출수단에 의해 검출된 측정광의 강도와의 비율에 대응하는 값으로부터 피검 렌즈의 광 투과율을 구하는 광 투과율 측정방법에 있어서,

   상기 측정광은, 피검 렌즈가 배치되는 위치에 또는 그 위치 부근에 그 측정광의 광들을 수속하도록 하는 조건에서 피검 렌즈를 통과시키는 것을 특징으로 하는 광 투과율 측정방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 측정광의 광은 광원측에서 피검 렌즈의 표면상에 수속하는 것을 특징으로 하는 광 투과율 측정방법.
3. 측정광을 방출하는 광원과, 그 측정광을 검출하는 광 검출기와, 상기 광원과 상기 광 검출기 사이에 배치되고 마음대로 피검 렌즈를 탈착할 수 있는 피검 렌즈홀딩장치와, 그것을 통해 피검 렌즈가 배치되는 위치에 또는 그 위치 부근에 측정광의 광들을 수속하는 제 1 수속 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 광 투과율 측정장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 측정광의 광들이 상기 제 1 수속 렌즈를 통해 상기 광원측에서 피검 렌즈의 표면 위에 수속하는 것을 특징으로 하는 광 투과율 측정장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   피검 렌즈 홀딩장치와 광 검출기 사이에 배치되고 상기 광들이 수속하도록 하는 조건에서 상기 측정광의 광들을 광 검출기내로 보내는 제 2 수속 렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광 투과율 측정장치.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   측정광의 광들의 경로 상에 배치되고 소정 범위내의 파장을 갖는 광을 투과시키는 간섭 필터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광 투과율 측정장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   측정광의 광들의 경로 상에 배치되고 소정 범위내의 파장을 갖는 광을 투과시키는 간섭 필터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광 투과율 측정장치.
8. 복수의 소정 범위의 광 파장에서 광 투과율을 측정할 수 있도록 청구항 6에 기재된 복수의 광 투과율 측정장치를 구비한 광 투과율 측정장치.
9. 복수의 소정 범위의 광 파장에서 광 투과율을 측정할 수 있도록 청구항 7에 기재된 복수의 광 투과율 측정장치를 구비한 광 투과율 측정장치.