KR20080099409A

KR20080099409A - 렌즈미터

Info

Publication number: KR20080099409A
Application number: KR1020070044915A
Authority: KR
Inventors: 김혜경; 송준석
Original assignee: 주식회사 휴비츠
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-11-13
Also published as: KR100899088B1

Abstract

렌즈미터의 광학계 구조를 개선함으로서, 렌즈미터의 측정 기능을 향상시킴과 동시에, 구조적으로 간단하고 효율적이며, 제조가 용이한 렌즈미터가 개시된다. 상기 렌즈미터는, 평행한 빔을 피측정 렌즈로 출사하는 제1 광원; 확산하는 빔을 피측정 렌즈로 출사하는 제2 광원; 상기 제1 광원 및 제2 광원에서 출사된 빔을 합쳐 피측정 렌즈로 유도하는 빔 스플리터; 상기 피측정 렌즈를 통과한 빔을 다수의 신호광으로 분할하기 위한 개구판; 및 상기 분할된 신호광의 영상 분포를 검출하는 디텍터를 포함한다.

렌즈미터, 확산 빔, 평행 빔

Description

렌즈미터{Lensmeter}

도 1은 통상적인 렌즈미터의 광학계 구조를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈미터의 외형 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈미터의 광학계 구조를 설명하기 위한 도면.

본 발명은 렌즈미터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 렌즈미터의 광학계 구조를 개선함으로서, 렌즈미터의 측정 기능을 향상시킴과 동시에, 구조적으로 간단하고 효율적이며, 제조가 용이한 렌즈미터에 관한 것이다.

안경에 사용되는 렌즈는, 사람의 눈으로 입사되는 빔(beam)의 광경로를 변화시켜 망막에 결상시킴으로서, 사람의 시력을 교정한다. 따라서, 시력 교정을 위해서는, 안경을 사용하고자 하는 사람의 교정시력에 맞는 렌즈를 선택하여야 한다. 이때, 교정시력에 맞는 렌즈의 광학적 특성 등을 측정하기 위하여 렌즈미터(Lensmeter)가 사용되며, 일반적으로, 렌즈미터는 렌즈의 광학적 특성인 SPH.(굴절력), CYL.(난시력), AXIS.(난시축) 등을 측정한다.

도 1은 통상적인 렌즈미터의 광학계 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 렌즈미터에 있어서는, 다수의 광원(1)에서 방사된 빔이 콜리미터 렌즈(2, collimator lens)를 통과하여 평행 광으로 변환된 후, 측정 범위를 확장시키기 위한 확산 렌즈(3)를 통과한다. 상기 확산 렌즈(3)에서 확산된 빔은 반사 미러(4)에서 반사된 후, 다수의 핀 홀이 뚫린 개구판(7)을 지나, 피측정 렌즈(8)를 고정시키기 위한 고정 플레이트(6) 및 피측정 렌즈(8)를 통과하며, 이때 피측정 렌즈(8)의 광학적 특성에 따라 상기 빔의 광경로가 바뀌게 된다. 광경로가 바뀐 빔은 피측정 렌즈(8)의 광학적 특성을 검출하는 검출 렌즈(9)를 지나, 빔 스플리터(11)에서 두 개의 광 경로로 분할되어, 즉, 다수의 광원(1)에 의해 결상되는 영상을 두 가지로 분할하여, 광학적 특성을 2차원으로 그리기 위해, 2개의 선형(Linear) CCD 디텍터(12)에 2차원적인 영상을 결상시킨다. 이와 같이 형성된 2차원영상으로부터, 즉, 선형 CCD 디텍터(12)에 결상된 빔의 광량 분포와 결상된 위치로부터 피측정 렌즈(8)의 광학적 특성을 산출할 수 있다. 도 1에 있어서, 반사 미러(10)는 검출 렌즈(9)를 통과한 빔의 경로를 변경하여, 렌즈미터를 구성하는 광학계를 공간적으로 효율적으로 배치하기 위한 반사 미러를 나타내며, 렌즈(5)는 광경로를 길게 결상시키기 위해 결상렌즈(9)까지 광경로를 연장시켜주는 렌즈(5)이다.

도 1에 도시된 바와 같은 통상의 렌즈미터용 광학계에 있어서는, 평행광을 입사시켜 피측정 렌즈(8)의 결상을 얻으며, 상기 다수의 광원(1)의 전원을 ON/OFF하여 피측정 렌즈(8)의 광학적 특성 정보를 다양한 방법으로 추출한다. 즉, 상기 개구판(7)의 각각의 홀의 위치에 따른, 광학 특성값 차에 의해, 상기 피측정 렌즈(8)의 편심된 위치로 선형(Linear) CCD 디텍터(12)에서 결상되어 광학 특성을 얻을 수 있다.

그러나, 상기 광학 시스템을 이용하여, 피측정 렌즈(8)를 통과한 빔을 검출하기 위해서는, 디텍터(12)의 사이즈가 충분히 커야 할 뿐만 아니라, 피측정 렌즈(8)의 측정 범위를 넓히기 위해서는, 확산 렌즈(3)의 장입이 필요한 단점이 있다. 즉, 피측정 렌즈(8)의 광학적 측정 범위를 확장하기 위해서는, 도 1의 A 및 B에 나타낸 바와 같이, 확산 렌즈(3)를 앞뒤로 회전 이동시켜, 도 1의 A 또는 B 상태에서 피측정 렌즈(8)를 측정하거나, 장입된 확산 렌즈(3)의 위치를 이동시켜, 광경로를 변경하여야 한다. 따라서, 종래의 렌즈미터에 있어서는, 확산 렌즈(3)를 회전시키기 위한 공간으로 인하여 장비의 부피가 커지며, 확산 렌즈(3)의 장입 또는 이동시, 확산 렌즈(3)의 위치에 편차가 발생하므로, 광학적 측정 오차가 발생되기 쉬운 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 피측정 렌즈의 측정 범위가 큰, 즉, 다양한 크기 및 종류의 피측정 렌즈에 대하여, 광학적 특성을 정밀하게 측정할 수 있는 렌즈미터를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 광학계의 구조가 간단하고 효율적이며, 부피가 작은 렌즈미터를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 광축 정렬 및 제조가 용이하고, 제조비용이 저렴한 렌즈미터를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 평행한 빔을 피측정 렌즈로 출사하는 제1 광원; 확산하는 빔을 피측정 렌즈로 출사하는 제2 광원; 상기 제1 광원 및 제2 광원에서 출사된 빔을 합쳐 피측정 렌즈로 유도하는 빔 스플리터; 상기 피측정 렌즈를 통과한 빔을 다수의 신호광으로 분할하기 위한 개구판; 및 상기 분할된 신호광의 영상 분포를 검출하는 디텍터를 포함하는 렌즈미터를 제공한다. 여기서, 상기 렌즈미터는 상기 제1 광원 및 제2 광원에서 출사된 빔의 경로에 위치하여, 상기 제1 광원에서 출사된 빔을 평행한 빔으로 변환하여 피측정 렌즈로 전달하고, 상기 제2 광원에서 출사된 빔을 확산하는 빔의 형태로 피측정 렌즈로 전달하는 콜리미터 렌즈를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈미터의 외형 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈미터(50)에 있어서는, 본체(52)의 정면 상부에 디스플레이부(54)가 설치되고, 본체(52)의 상하 방향 중간부에는 정면 을 향해 발광부 광학계(56)가 돌출 형성되며, 본체(52)의 정면 하부에는 검출 광학계(58)가 돌출 형성된다. 상기 검출 광학계(58)의 상면에는, 상기 발광부 광학계(56) 방향으로 연장된 원통 형상의 렌즈 지지대(23)가 설치되며, 상기 렌즈 지지대(23)에 안경의 피측정 렌즈(26, 도 3 참조)가 위치한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈미터의 광학계 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈미터는 제1 광원(21), 제2 광원(31), 콜리미터 렌즈(25), 빔 스플리터(24), 개구판(27) 및 디텍터(29, detector)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 광원(21, 31), 빔 스플리터(24, Beam splitter) 및 콜리미터 렌즈(25)는 측정 빔을 피측정 렌즈(26)로 출사하는 발광부 광학계(56, 도 2 참조)를 구성하고, 개구판(27), 디텍터(29) 등은 피측정 렌즈(26)를 투과한 측정 빔의 2차원 광량 분포를 검출하는 검출 광학계(58, 도 2 참조)를 구성한다.

상기 제1 광원(21)은 평행한 빔(beam)을 피측정 렌즈(26)로 출사하고, 상기 제2 광원(31)은 확산하는 빔을 피측정 렌즈(26)로 출사한다. 상기 콜리미터 렌즈(25)는, 상기 제1 및 제2 광원(21, 31)에서 출사된 빔, 즉, 렌즈를 검사하기 위한 측정광의 경로에 위치하여, 상기 제1 광원(21)에서 출사된 빔을 평행한 빔으로 변환하여 피측정 렌즈(26)로 전달하고, 상기 제2 광원(31)에서 출사된 빔을 확산하는 빔의 형태로 피측정 렌즈(26)로 전달하기 위하여 사용된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 광원(21)은 콜리미터 렌즈(25)의 후면 초점 위치(거리)에 위치하여, 상기 제1 광원(21)에서 출사된 광이, 콜리미터 렌즈(25)에서 평행한 빔으로 변환되어, 피측정 렌즈(26)로 입사되고, 상기 제2 광원(31)은 콜리미터 렌즈(25)의 후면 초점 위치(거리)보다 가까운 곳에 위치하여, 제2 광원(31)에서 출사된 광이, 콜리미터 렌즈(25)를 통과하여, 확산하는 빔의 형태로 피측정 렌즈(26)로 입사된다. 즉, 상기 제2 광원(31)에서는, 콜리미터 렌즈(25)에 대하여, 음(-)의 디옵터로 방사하는 빔이 출사되므로, 피측정 렌즈(26)의 측정 범위를 확장할 수 있다. 상기 제1 및 제2 광원(21, 31)으로는 단색광을 출사하는 발광다이오드(LED)가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 렌즈미터에 있어서, 피측정 렌즈(26)에 의하여 결상되는 영상은, 두 가지 구조의 빔에 의하여 결상된 영상, 즉, 평행한 빔에 의하여 피측정 렌즈(26)에서 결상된 영상과 음(-)의 디옵터를 가지고 방사하는 빔에 의하여 피측정 렌즈(26)에서 결상된 영상을 모두 포함한다. 따라서, 서로 다른 특성을 가지는 두 가지 빔을 이용하여, 피측정 렌즈(26)의 광학적 특성을 다양하게 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 광원(21, 31)의 위치를 변경하여, 측정하고자 하는 피측정 렌즈(26)에 빔이 조사되는 면적(측정 면적)을 넓게 하거나, 좁힐 수 있으며, 평행한 빔과 확산하는 빔의 광학적 특성이 서로 다르므로, 피측정 렌즈(26)의 광학적인 특성에 대한 정보도 2배 이상 얻을 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 광원(21, 31)이 서로 다른 파장의 빔을 출사하도록 하고, 파장에 따른 렌즈의 특 성(예: 굴절력 등)을 측정함으로서, 피측정 렌즈(26)의 광학적 특성을 보다 다양하게 파악할 수 있으며, 상기 제1 및/또는 제2 광원(21, 31)의 위치를 광축(光軸) 방향이 아닌 비축(非軸) 방향에 위치시켜, 즉, 제1 및/또는 제2 광원(21, 31)에서 출사된 광이 피측정 렌즈(26)의 축 방향에 대하여 소정의 각도로 입사되도록 함으로서, 축 방향 이외의 방향에서 입사되는 광에 대한 피측정 렌즈(26)의 광학적 특성을 파악할 수 있다.

상기 빔 스플리터(24)는 제1 및 제2 광원(21, 31)에서 출사된 빔을 합쳐 피측정 렌즈(26)로 유도하는 역할을 하는 것으로서, 예를 들면, 후면(도 2에서 제1 광원(21)의 방향)에서 입사되는 빛은 통과시키고, 측면(도 2에서 제2 광원(31) 방향)에서 입사되는 빛은 반사시켜, 두 빔이 모두 전면 방향으로 진행하도록 빔의 경로를 변경하는, 통상의 빔 스플리터가 사용될 수 있다. 본 발명의 렌즈미터에 있어서, 상기 제1 및 제2 광원(21, 31)은 빔 스플리터(24)를 중심으로, 서로 다른 위치의 광축 상에 위치하는 것이 바람직하고, 90도의 각도로 이격되어 있으면 더욱 바람직하다. 상술한 바와 같은, 상기 빔 스플리터(24)와 콜리미터 렌즈(25)의 기능이 유지되는 한, 상기 빔 스플리터(24)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 콜리미터 렌즈(25)의 후면에 부착되어 있을 수도 있고, 상기 콜리미터 렌즈(25)로부터 전, 후 방향으로 소정 거리 이격되어 위치할 수도 있다.

본 발명에 따른 렌즈미터는, 피측정 렌즈(26)를 통과한 빔을 다수의 신호광 으로 분할하기 위한 개구판(27) 및 상기 분할된 신호광의 영상 분포를 검출하기 위한 디텍터(29, detector)를 포함하며, 필요에 따라, 상기 피측정 렌즈(26)를 측정 위치에 고정하기 위한 렌즈 지지대(23), 상기 개구판(27)에서 분할된 다수의 신호광을 집속하기 위한 렌즈 어레이(28) 등을 더욱 포함할 수 있다. 상기 개구판(27), 디텍터(29), 렌즈 지지대(23), 렌즈 어레이(28) 등은 통상의 렌즈미터에 사용된 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 개구판(27)으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 핀홀이 각 모서리 부분에 형성된 정방형의 플레이트를 사용할 수 있고, 상기 렌즈 어레이(28)로는 상기 개구판(27)에 형성된 핀홀에 대응하도록 다수의 미소 렌즈가 상부에 형성된 미소 렌즈 집합체를 사용할 수 있으며, 상기 디텍터(29)로는 통상의 CMOS 센서, CCD 센서 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 렌즈미터에 있어서, 제1 및/또는 제2 광원(21, 31)에서 출사된 빔의 외곽을 차단하여, 점광원으로 빔을 출사하기 위한 핀홀(22)이 상기 제1 및/또는 제2 광원(21, 31)의 전면에 더욱 설치되어 있을 수 있으며, 상기 핀홀(22)은 제1 및 제2 광원(21, 31)에서 출사된 빔의 간섭을 방지하여, 광학 수차를 감소시킨다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈미터의 동작을 설명한다. 먼저, 렌즈 지지대(23)에 피측정 렌즈(26)를 위치시키고, 제1 및 제2 광원(21, 31)을 가동시켜, 상기 제1 광원(21)에서 출사된 빔이 콜리미터 렌즈(25)에서 평행한 빔으로 변환되어 피측정 렌즈(26)로 전달되도록 하고, 상기 제2 광원(31)에서 출사된 빔이 확산하는 빔의 형태로 피측정 렌즈(26)로 전달되도록 한 다. 이때, 상기 제1 및 제2 광원(21, 31)에서 출사된 빔은 빔 스플리터(24)에서 합쳐져 피측정 렌즈(26)로 유도된다. 상기 제1 및 제2 광원(21, 31)에서 출사된 빔은 피측정 렌즈(26)를 통과한 다음, 개구판(27)에서 다수의 신호광으로 분할되며, 분할된 다수의 신호광은 렌즈 어레이(28)에서 집속되고, 디텍터(29)에 의하여 검출된다. 디텍터(29)에서 검출된 분할된 신호광은, 피측정 렌즈(26)의 각 지점의 광학적 특성에 따라 그 영상이 달라지므로, 디텍터(29)에 결상된 제1 및 제2 광원(21, 31)의 빔 이미지로부터 렌즈의 광학적 특성을 산출할 수 있다. 이때, 상기 제2 광원(31)에서 출사된 빔은 확산하는 형태로 피측정 렌즈(26)를 통과하므로, 넓은 범위에서 렌즈(26)의 물리적 특성을 측정할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 광원(21, 31)의 위치, 제1 및 제2 광원(21, 31)으로부터 출사되는 빛의 파장 등을 변화시켜, 파장에 따른 굴절력 등 피측정 렌즈(26)의 물리적 특성을 다양하게 측정할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 렌즈미터는, 렌즈 등, 별도의 광학 장치를 추가로 삽입하지 않고, 광원(21, 31)의 위치 또는 종류를 변경하여, 다른 방식의 광학계를 두 개 이상을 만들어 낼 수 있으므로, 피측정 렌즈(26)의 광학적 특성을 다양하게 측정할 수 있다. 예를 들면, 광원(21, 31)의 파장을 달리하여 피측정 렌즈(26)의 파장별 광학적 특성을 측정할 수 있으며, 광원(21, 31)을 비축으로 이동시켜, 렌즈(26)의 표면 광학 정보를 얻을 수 있으므로, 누진 렌즈 등, 복잡한 광학적 특징을 가지는 다초점 렌즈의 특성을 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 광원(21, 31)의 전면에 핀홀(22)을 설치하여, 점광원 형태의 빔이 프리즘과 렌즈가 접합된 광학계를 통과하도록 하므로, 광학 수차가 작으며, 광학계의 구조상 광축 정렬이 용이한 장점이 있다. 아울러, 광학 시스템의 변형이 가능하므로, 렌즈의 다양한 광학적 특성을 본 발명의 렌즈미터를 이용하여 간편하게 측정할 수 있으며, 저비용의 CMOS 센서를 사용할 수 있고, 광학계 구조가 간단하므로, 렌즈미터의 제조비용을 절감할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈미터는, 다양한 종류의 피측정 렌즈에 대하여, 광학적 특성을 정밀하게 측정할 수 있을 뿐 만 아니라, 광학계의 구조가 간단하고 효율적이며, 부피가 작은 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 렌즈미터는 광축 정렬 및 제조가 용이하고, 제조비용이 저렴하다. 이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 렌즈미터를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 다양하게 변형 실시 가능한 모든 범위가 본 발명의 기술적 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims

평행한 빔을 피측정 렌즈로 출사하는 제1 광원;

확산하는 빔을 피측정 렌즈로 출사하는 제2 광원;

상기 제1 광원 및 제2 광원에서 출사된 빔을 합쳐 피측정 렌즈로 유도하는 빔 스플리터;

상기 피측정 렌즈를 통과한 빔을 다수의 신호광으로 분할하기 위한 개구판; 및

상기 분할된 신호광의 영상 분포를 검출하는 디텍터를 포함하는 렌즈미터.
제1항에 있어서, 상기 제1 광원 및 제2 광원에서 출사된 빔의 경로에 위치하여, 상기 제1 광원에서 출사된 빔을 평행한 빔으로 변환하여 피측정 렌즈로 전달하고, 상기 제2 광원에서 출사된 빔을 확산하는 빔의 형태로 피측정 렌즈로 전달하는 콜리미터 렌즈를 더욱 포함하는 렌즈미터.
제1항에 있어서, 상기 제1 광원 및 제2 광원은 서로 다른 광축 상에 위치하는 것인 렌즈미터.
제1항에 있어서, 상기 제1 광원 및 제2 광원 중, 어느 하나의 위치를 광축(光軸) 방향이 아닌 비축(非軸) 방향에 위치시켜, 상기 광원에서 출사된 광이 피측 정 렌즈의 축 방향에 대하여 소정의 각도로 입사되는 것인 렌즈미터.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광원이 서로 다른 파장의 빔을 출사하는 것인 렌즈미터.
제1항에 있어서, 상기 제2 광원의 위치가 변경되어, 측정하고자 하는 피측정 렌즈에 빔이 조사되는 면적을 넓게 하거나, 좁힐 수 있는 렌즈미터.