KR20130134416A - 렌즈 두께 측정 장치 및 방법 - Google Patents

렌즈 두께 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

도수를 가지는 렌즈의 두께를 비접촉식으로 단시간에 측정할 수 있는 렌즈 두께 측정 장치 및 방법이 개시된다. 상기 렌즈 두께 측정 장치는, 두께가 측정되는 렌즈를 향하여 소정의 입사각으로 측정광을 출사하여, 렌즈의 전면 및 후면에 측정광의 입사광 이미지 및 출사광 이미지를 형성하는 광원; 상기 렌즈 전면 및 후면에 형성된 상기 측정광의 입사광 이미지 및 출사광 이미지를 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에서 검출된 입사광 이미지와 출사광 이미지 사이의 수평 거리를 계산하고, 상기 측정광의 입사각 및 상기 렌즈의 굴절률로부터 렌즈의 두께를 연산하는 연산부를 포함한다.

Description

렌즈 두께 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring lens thickness}
본 발명은 렌즈 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 도수를 가지는 렌즈의 두께를 비접촉식으로 단시간에 측정할 수 있는 렌즈 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
안경은 안경테에 시력보정용 렌즈를 끼워 제조된다. 안경의 제조를 위해서는, 둥근 형태로 판매되는 렌즈(이하, 블랭크(blank) 렌즈라 한다)의 외형을, 안경테에 맞도록 연마하여야 하며, 이를 위하여, 트레이서, 렌즈 블록커, 렌즈 가공기 등 일련의 장치가 사용된다. 트레이서는 안경테의 형상을 읽는 장치이며, 렌즈 가공기는 블랭크 렌즈를 안경테의 형상으로 가공하는 장치이고, 렌즈 블록커는 렌즈 가공시 블랭크 렌즈를 고정하기 위한 연결 블록(leap block)을 블랭크 렌즈에 부착하는 장치이다. 안경테의 형상에 따라 블랭크 렌즈를 가공하기 위해서는, 안경테의 형상뿐 만 아니라, 블랭크 렌즈의 두께, 도수 등 렌즈의 형상 정보도 알아야 한다. 이와 같은 렌즈의 형상 정보를 얻기 위하여, 통상적인 안경 렌즈 가공에 있어서는, 렌즈 가공기에 블랭크 렌즈를 장착한 후, 접촉 방식으로 블랭크 렌즈의 두께 정보를 얻는다.
한편, 유리와 같은 투명한 물체의 두께 측정에는 광학적 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 특허공개 10-2000-0011448호(특허출원 10-1999-0026637호)에는, 일정 두께를 가지는 투명 물체에 광을 조사하고, 상기 투명 물체의 2개의 표면 (전면 및 후면)에서 각각 반사되는 2개의 광을 검출한 다음, 상기 2개의 반사광 사이의 경로차를 이용하여, 투명 물체의 두께를 구하는 방법이 개시되어 있다. 상기 문헌에 개시된 방법은, 물체의 두께를 매우 정밀하게 측정할 수 있지만, 변조된 광 주파수를 가지는 광빔을 생성하는 광원 및 상기 광빔을 검출하기 위한 검출부가 매우 정밀하여야 하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 투명한 물체의 두께를 간단하고 용이하게 산출할 수 있는 렌즈 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 각 위치마다 두께가 상이한 안경 렌즈의 두께를 효율적으로 측정할 수 있는 렌즈 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 안경 렌즈의 도수를 측정하는 통상의 렌즈미터 설비를 그대로 이용하여 구현되거나, 통상의 렌즈미터 설비에 간단히 부가될 수 있는 렌즈 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 두께가 측정되는 렌즈를 향하여 소정의 입사각으로 측정광을 출사하여, 렌즈의 전면 및 후면에 측정광의 입사광 이미지 및 출사광 이미지를 형성하는 광원; 상기 렌즈 전면 및 후면에 형성된 상기 측정광의 입사광 이미지 및 출사광 이미지를 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에서 검출된 입사광 이미지와 출사광 이미지 사이의 수평 거리를 계산하고, 상기 측정광의 입사각 및 상기 렌즈의 굴절률로부터 렌즈의 두께를 연산하는 연산부를 포함하는 렌즈 두께 측정 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 두께가 측정되는 렌즈를 향하여, 측정광을 조사하여, 렌즈의 전면 및 후면에 측정광의 이미지를 형성하는 단계; 상기 렌즈 전면 및 후면에 형성된 상기 측정광의 입사광 이미지 및 출사광 이미지를 검출하는 단계; 및 상기 렌즈의 굴절률과 상기 측정광의 입사각으로부터, 상기 측정광의 굴절각을 산출하고, 산출된 굴절각과 상기 입사광 이미지 및 출사광 이미지 사이의 수평 거리로부터, 렌즈의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 렌즈 두께 측정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 장치 및 방법에 의하면, 투명한 물체, 특히, 각 위치마다 두께가 상이한 안경 렌즈의 두께를 간단하고 효율적으로 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 장치 및 방법은, 통상의 렌즈미터 설비를 그대로 이용하거나, 통상의 렌즈미터에 간단히 부가되어 구현될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 두께 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 렌즈 두께 측정 장치로 검출한 렌즈 전면 및 후면에 각각 형성된 측정광의 이미지를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 두께 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 렌즈 두께 측정 장치로 검출한, 도수가 있는 렌즈의 전면 및 후면에 각각 형성된 측정광의 이미지를 보여주는 도면.
도 5는 렌즈 두께로부터 렌즈의 굴절률을 산출하는 방법의 일 예를 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 장치 및 방법은, 시력 보정 또는 보호용 안경 렌즈 등의 렌즈에 측정광을 조사하여, 렌즈의 전면 및 후면에 측정광의 이미지를 형성한 다음, 형성된 이미지의 위치를 이용하여, 렌즈의 두께를 산출한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 두께 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 장치는, 광원(10), 검출부(14) 및 연산부(16)을 포함한다. 상기 광원(10)은, 두께가 측정되는 렌즈(12)를 향하여 측정광을 출사하여, 렌즈(12)의 전면(12a) 및 후면(12b)에 측정광의 이미지를 형성하는 것으로서, 상기 기능을 달성하는 것이라면, 그 종류(레이저(laser) 광원, 발광 다이오드 광원(LED) 등) 및 측정광의 형태에 무관하게, 통상의 광원을 제한 없이 사용할 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 있어서는, 상기 광원(10)으로서 단면이 점(point) 형상인 측정광을 출사하는 점 광원을 이용한다. 상기 측정광이 소정의 입사각(a)으로 렌즈(12)로 조사되면, 측정광은 렌즈 전면(12a)에 입사광 이미지(A)를 형성하고, 렌즈(12) 내부에서 굴절각(b)로 굴절된 다음, 렌즈(12)를 통과하고, 렌즈 후면(12b)에 출사광 이미지(B)를 형성한 후, 렌즈(12) 외부로 진행한다.
상기 검출부(14)는, 렌즈 전면(12a) 및 후면(12b)에 형성된 상기 측정광의 입사광 이미지(A) 및 출사광 이미지(B)를 검출하기 위한 것으로서, 이들 이미지(A, B)을 검출할 수 있는 통상의 검출기, 예를 들면, CCD (charge coupled device) 등의 통상의 촬상 소자를 상기 검출부(14)로 사용할 수 있다. 필요에 따라, 상기 검출부(14)에는 상기 입사광 이미지(A) 및 출사광 이미지(B)를 선명하게 얻을 수 있도록, 디지털 필터(디지털 연산에 의해 실현되는 필터) 등의 기술이 적용될 수도 있다. 상기 연산부(16)는 상기 검출부(14)에서 검출된 입사광 이미지(A)와 출사광 이미지(B) 사이의 수평 거리(L)를 계산하고, 입사각(a) 및 렌즈(12)의 굴절률로부터 렌즈(12)의 두께(d)를 연산한다. 도 2는 도 1에 도시된 렌즈 두께 측정 장치(구체적으로 검출부(14))로 검출한 렌즈 전면(12a) 및 후면(12b)에 각각 형성된 측정광의 이미지(A, B)를 보여주는 도면이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 렌즈(12)로 입사되는 측정광의 입사각(a)이 동일하더라도, 렌즈(12)에서 굴절되는 측정광의 굴절각(b)은 렌즈(12)의 굴절률에 따라 달라지고, 또한, 렌즈(12)의 두께에 따라 상기 출사광 이미지(B)가 형성되는 위치도 달라진다. 즉, 상기 출사광 이미지(B)와 입사광 이미지(A) 사이의 수평 거리(L)은 렌즈(12)의 굴절률 및 렌즈(12)의 두께(d)에 따라 달라진다. 따라서, 상기 렌즈(12)의 재질에 따라 결정되는 렌즈(12)의 굴절률을 미리 알고 있으면, 미리 알려진 입사각(a)과 굴절률로부터 굴절각(b)를 알 수 있고, 상기 굴절각(b)와 상기 출사광 이미지(B)와 입사광 이미지(A) 사이의 수평 거리(L)로부터 렌즈(12)의 두께를 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 두께 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 두께 측정 장치도, 광원(20), 검출부(14) 및 연산부(16)을 포함하지만, 상기 광원(20)으로서 단면이 선(line) 형상인 측정광을 출사하는 선 광원을 이용한다는 점에서, 본 발명의 제1 실시예와 상이하다. 도수가 있는 안경 렌즈, 예를 들면, 렌즈 전면(12a) 및/또는 후면(12b)이 각각 소정의 곡률로 오목 또는 볼록한 경우, 예를 들면, 렌즈 전면(12a)이 평평하고, 후면(12b)이 소정의 곡률로 오목 또는 볼록한 경우에는, 렌즈(12)의 각 위치마다 두께가 다르다. 이와 같이, 위치에 따라 적어도 2개 이상의 두께를 가지는 렌즈(12)에 대하여, 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 두께 측정 방법을 사용할 경우에는, 상기 점 광원(10)으로부터 출사된 측정광의 입사각(a)뿐 만 아니라, 입사 방향에 따라서도, 다른 위치의 렌즈(12) 두께가 얻어지므로, 렌즈(12)의 전체 두께, 즉, 렌즈(12)의 형상을 산출하기 위해서는, 상기 점 광원(10)을 평면(즉, 렌즈(12)의 면) 상에서 매우 정밀하게 이동시켜야 하고, 렌즈(12)의 전체 형상 산출에 장시간이 소요되거나, 점 광원(10)의 각도 및 위치에 따라, 잘못된 형상 데이터를 얻게 쉬운 문제가 있다. 따라서, 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 있어서는, 광원으로서, 렌즈(12)의 폭보다 큰 길이를 가지는 선(line) 형상의 측정광을 출사하는 선 광원(20)을 이용하여, 도수가 있는 렌즈(12)의 두께를 효율적으로 산출한다.
도 4는, 도 3에 도시된 렌즈 두께 측정 장치로 검출한, 도수가 있는 렌즈(12)의 전면(12a) 및 후면(12b)에 각각 형성된 측정광의 이미지(C, D)를 보여주는 도면이다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 선 광원(20)으로부터 단면이 선(line) 형상인 측정광이 소정의 입사각(a)으로 도수가 있는 렌즈(12)로 입사되면, 측정광은 렌즈 전면(12a)에 선 형상의 입사광 이미지(C)를 형성하고, 렌즈(12) 내부에서 굴절각(b)로 굴절되고, 렌즈(12)를 통과한 후, 렌즈 후면(12b)에 곡선 형상의 출사광 이미지(D)를 형성한 다음, 렌즈(12) 외부로 진행한다. 여기서, 상기 출사광 이미지(D)가 형성되는 위치는 렌즈(12)의 굴절률 및 렌즈(12)의 두께, 즉, 측정광이 통과하는 경로(길이)에 따라 달라지므로, 렌즈 전면(12a) 및/또는 후면(12a)이 소정의 곡률을 가지는, 도수가 있는 안경 렌즈의 경우에는, 곡선 형상의 출사광 이미지(D)가 형성된다. 즉, 상기 출사광 이미지(D)와 입사광 이미지(C) 사이의 거리들(L1, L2 등)은 렌즈(12)의 굴절률 및 렌즈(12)의 위치별 두께(d)에 따라 달라진다. 따라서, 상기 렌즈(12)의 굴절률을 알고 있으면, 상기 출사광 이미지(D)와 입사광 이미지(C) 사이의 거리들(L1, L2 등)로부터 렌즈(12)의 두께를 산출할 수 있다. 구체적으로, 상기 렌즈 전면(12a)이 평평하고, 후면(12a)이 소정의 곡률을 가지는 경우, 상기 곡선 형상의 출사광 이미지(D)와 직선 형상의 입사광 이미지(C)로부터, 출사광 이미지(D) 상의 렌즈 두께를 산출할 수 있다. 또한, 상기 직선 형상의 입사광 이미지(C)에 대하여 직각으로, 상기 선 광원(20)을 소정 간격으로 평행 이동시키면서, 즉, 스캔(scan)하면서, 입사광 이미지(C)와 출사광 이미지(D)를 얻고, 동일한 두께 산출 과정을 반복하면, 도수가 있는 렌즈(12) 전체에 대하여, 렌즈(12) 두께를 산출할 수 있다.
다음으로, 도 1 내지 4를 참조하여, 본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 방법을 간단히 설명한다. 본 발명에 따라 렌즈의 두께를 측정하기 위해서는, 먼저, 두께가 측정되는 렌즈(12)를 향하여, 점 또는 선 형상의 측정광을 출사하여, 렌즈(12)의 전면(12a) 및 후면(12b)에 측정광의 이미지를 형성하고, 상기 렌즈 전면(12a) 및 후면(12b)에 형성된 상기 측정광의 입사광 이미지(A) 및 출사광 이미지(B)를 검출한다. 다음으로, 상기 렌즈(12)의 굴절률과 상기 측정광의 입사각(a)으로부터, 상기 측정광의 굴절각(b)을 산출하고, 산출된 굴절각(b)과 상기 입사광 이미지(A) 및 출사광 이미지(B) 사이의 수평 거리(L)로부터, 렌즈(12)의 두께(d)를 산출한다. 여기서, 상기 렌즈(12)의 두께가 위치별로 다른 경우에는, 상기 점 또는 선 형상의 측정광의 조사 위치를 변경하면서, 위치에 따른 렌즈(12) 두께를 측정한다.
본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 장치 및 방법에 있어서, 렌즈(12)의 굴절률은, 렌즈(12)의 재질에 따라 미리 알려진 고유 굴절률을 이용하거나, 특정 위치에서 렌즈(12) 두께를 측정한 후, 측정된 두께로부터 굴절률을 산출할 수 있다. 도 5는 렌즈 두께로부터 렌즈의 굴절률을 산출하는 방법의 일 예를 보여주는 도면이다. 렌즈의 굴절률을 산출하기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈(12)를 소정 높이(h2)의 지지대(30)에 올려 놓고, 레이저 다이오드(laser diode) 등의 광을 이용하거나, 접촉자와 같은 물리적 수단을 포함하는 통상의 높이 측정 장치를 이용하여, 상기 지지대(30)에 올려진 렌즈(12)의 높이(h1)를 측정한다. 다음으로, 도 1에 도시된 것과 같은 점 광원(10)을 사용하여, 측정광을 렌즈(12)에 조사하여, 입사광 이미지(A) 및 출사광 이미지(B)를 형성하되, 출사광 이미지(B)가 높이 h2의 지지대(30) 선단에 형성되도록 하고, 상기 입사광 이미지(A) 및 출사광 이미지(B) 사이의 거리 "L"을 측정한다. 이와 같이, 출사광 이미지(B)가 형성된 위치에서, 입사광 이미지(A) 및 출사광 이미지(B) 사이의 거리 "L"과 렌즈(12)의 두께 d (= h1 - h2)를 구하면, 굴절각 "b"를 산출할 수 있고, 입사각 "a"는 미리 설정된 값이므로, 상기 굴절각 "b" 및 입사각 "a"로부터 렌즈(12)의 굴절률을 산출할 수 있다. 이와 같이 산출된 렌즈(12)의 굴절률은 렌즈(12)의 다른 위치에서 렌즈(12) 굴절률을 산출하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 장치 및 방법에 의하면, 간단한 점 또는 선 광원(10, 20) 및 촬상 소자 형태의 검출부(14)를 이용하여, 렌즈(12), 구체적으로 도수가 있는 안경 렌즈의 두께를 단시간에 측정할 수 있으며, 특히, 근시용 렌즈 부분과 원시용 렌즈 부분을 모두 포함하는 누진 다초점 렌즈와 같이, 위치에 따라 2개 이상의 굴절력(곡률)을 가지는 렌즈(12)에 대하여도, 렌즈(12) 전체의 두께를 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 장치 및 방법은, 통상의 렌즈미터에 구비된 광원, 검출부 및 연산부를 그대로 이용하여 구현되거나, 통상의 렌즈미터에 선 광원을 추가로 장착하여 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 렌즈 두께 측정 장치는, 기존의 렌즈미터나, 렌즈미터를 포함하는 자동 블로커 등에 추가로 설치되어, 렌즈의 형상 정보를 얻을 수 있고, 얻어진 형상 정보는 렌즈 가공 과정에 바로 이용될 수 있다.
이상, 구체적인 실시예를 이용하여, 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 하기 청구항에 기재된 범위 내에서, 자명한 변형, 변경, 개조 등이 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (7)

  1. 두께가 측정되는 렌즈를 향하여 소정의 입사각으로 측정광을 출사하여, 렌즈의 전면 및 후면에 측정광의 입사광 이미지 및 출사광 이미지를 형성하는 광원;
    상기 렌즈 전면 및 후면에 형성된 상기 측정광의 입사광 이미지 및 출사광 이미지를 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부에서 검출된 입사광 이미지와 출사광 이미지 사이의 수평 거리를 계산하고, 상기 측정광의 입사각 및 상기 렌즈의 굴절률로부터 렌즈의 두께를 연산하는 연산부를 포함하는 렌즈 두께 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 광원은 단면이 점(point) 형상인 측정광을 출사하는 점 광원인 것인, 렌즈 두께 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈의 굴절률과 측정광의 입사각으로부터 상기 측정광의 굴절각이 산출되고, 상기 출사광 이미지와 입사광 이미지 사이의 수평 거리와 상기 굴절각으로부터 렌즈의 두께가 산출되는 것인, 렌즈 두께 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 광원은 단면이 선(line) 형상인 측정광을 출사하는 선 광원인 것인, 렌즈 두께 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 렌즈는 위치에 따라 적어도 2개 이상의 두께를 가지는 도수가 있는 렌즈이고, 상기 측정광은 렌즈 전면에 선 형상의 입사광 이미지를 형성하고, 렌즈 후면에 곡선 형상의 출사광 이미지를 형성하는 것인, 렌즈 두께 측정 장치.
  6. 두께가 측정되는 렌즈를 향하여, 측정광을 조사하여, 렌즈의 전면 및 후면에 측정광의 이미지를 형성하는 단계;
    상기 렌즈 전면 및 후면에 형성된 상기 측정광의 입사광 이미지 및 출사광 이미지를 검출하는 단계; 및
    상기 렌즈의 굴절률과 상기 측정광의 입사각으로부터, 상기 측정광의 굴절각을 산출하고, 산출된 굴절각과 상기 입사광 이미지 및 출사광 이미지 사이의 수평 거리로부터, 렌즈의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 렌즈 두께 측정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 렌즈의 두께가 위치별로 다른 경우, 상기 측정광의 조사 위치를 변경하면서, 위치에 따른 렌즈 두께를 측정하는 단계를 더욱 포함하는 렌즈 두께 측정 방법.
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