JP4683465B2

JP4683465B2 - レンズメータ

Info

Publication number: JP4683465B2
Application number: JP2005038512A
Authority: JP
Inventors: 智今泉
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: JP2006226736A

Description

本発明は、累進多焦点レンズ等の眼鏡レンズの度数分布を測定するレンズメータに関する。

近年、被検レンズに測定光を投光し、被検レンズを通過した測定光束を複数の指標像からなるパターン像として二次元受光素子により受光することにより、被検レンズ（例えば、累進多焦点レンズ）の広範囲における複数位置での度数の変化をレンズを動かさずに測定し、測定結果をマッピング表示する装置が提案されている。このような装置において、レンズ後面が強い曲面を持つレンズ（例えば、マイナス度数の強い眼鏡レンズ）の度数分布を測定するような場合、被検レンズの複数の度数測定箇所とパターン像を得る測定基準面（スクリーンや二次元受光素子の受光面）との各々の受光距離が異なるため度数分布を精度よく求めることが難しいという問題がある。

このような問題を改善する構成として、被検レンズの後面にプローブを当接し、これをレンズの中心部から周縁部までトレースすることによりレンズ後面の曲面形状を求め、これに基づいてレンズ中心部から周辺部までの屈折力の測定値の補正を行う装置が提案されている。また、被検レンズ後面に対して高さ検出用の光束を投影し、その反射光を検出することにより、レンズ後面の高さを検出する装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−２５７６４４号公報

しかしながら、レンズ後面にプローブをトレースさせる構成の場合、モータによる駆動機構や位置検出機構が必要となるため、装置構成が複雑になると共に、コストアップの要因となる。また、レンズ後面に高さ検出用の光束を投影し、その反射光を検出する構成の場合、測定光軸付近の一部の高さしか検出することができないため、レンズ中央から周辺部までの測定値の補正を行うことは困難であり、高さが検出できなかった領域では依然として測定誤差が生じてしまう。

本発明は、上記問題点を鑑み、簡単な構成で精度良く、眼鏡レンズの広範囲の度数分布特性を得ることができるレンズメータを提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）光軸上に配置された第１光源と、前記第１光源から発せられた第１測定光を平行光束とするコリメータレンズと、を有し、被検レンズの広範囲に第１測定光を投光する第１投光光学系と、前記光軸の軸外に配置された第２光源を有し、前記第２光源から発せられた第２測定光を前記コリメータレンズにより平行光束とし、前記光軸に対して所定の傾きをもった第２測定光を被検レンズの広範囲に投光する第２投光光学系と、被検レンズを通過した前記第１測定光及び第２測定光を複数の指標像からなるパターン像として二次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記二次元受光素子にて受光する前記第１測定光及び第２測定光の前記パターン像の検出結果に基づいて，前記被検レンズの複数の度数測定箇所と前記パターン像を得る測定基準面との各々の受光距離を考慮した補正情報を求める補正情報取得手段と、前記二次元受光素子にて得られる前記第１測定光又は前記第２測定光のどちらかの前記パターン像の検出結果と前記補正情報とを考慮して被検レンズの度数分布を求める度数分布取得手段と、を備える。
（２）（１）のレンズメータにおいて、被検レンズが強度のマイナスレンズであるかを自動又は手動にて判定する判定手段を備え、
前記度数分布取得手段は、前記判定手段にて強度のマイナスレンズと判定された場合には、前記二次元受光素子にて得られる前記パターン像の検出結果と前記補正情報とを考慮して被検レンズの度数分布を求め、弱度のマイナスレンズ若しくはプラスレンズと判定された場合には、前記補正情報を考慮せず前記被検レンズの度数分布を求めることを特徴とする。
（３）（２）のレンズメータにおいて、前記判定手段は、前記第１測定光又は第２測定光による前記パターン像の検出結果に基づいて被検レンズが強度のマイナスレンズであるかを判定することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で精度良く、眼鏡レンズの広範囲の度数分布特性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態のレンズメータの光学図及び制御図を示す図である。

測定光学系１０は、被検レンズの広範囲に測定光束を投光する投光光学系２０と、被検レンズを通過した測定光束を受光する受光光学系３０を有する。光軸Ｌ１は、受光光学系３０の受光光軸である。投光光学系２０は、光軸Ｌ１上に配置されたＬＥＤ等の測定光源２１、コリメータレンズ２２を有する。また、受光光学系３０は、レンズの度数分布を求めるために必要な一定の規則性を持った指標パターンを持つ指標板３１、測定基準面としてのスクリーン３２、撮像レンズ３３、エリアＣＣＤ等の二次元受光素子３４を有する。なお、本実施形態では、指標板３１は図１及び図２に示すように、被検レンズＬＥの広い範囲の度数分布を一度に測定可能なように、広い範囲において規則正しく並んだ多数の細孔（ドット）により形成された指標パターンを有する遮光板を用いるものとしている。なお、他の指標パターンとしては、規則正しく並んだ格子パターン等が考えられる。

４０は被検レンズを載置するためのレンズ載置部（レンズ受け台）であり、被検レンズを載置する場合には、眼鏡を装着した際に眼側となるレンズ面（後面）が二次元受光素子３４側となるように載置する。なお、光軸Ｌ１はレンズ載置部４０が持つ開口４０ａの載置面に対して垂直である。また、測定範囲としては、必ずしも被検レンズ全体の度数分布が測定できる必要はなく、少なくとも被検レンズの近用部、遠用部及び累進帯が含まれる領域の度数分布が測定できる程度であれば足りる。

光源２１から発せられた測定光は、コリメータレンズ２２により光軸Ｌ１に対して平行光束となって、レンズ載置部４０に載置された被検レンズＬＥに投光される。被検レンズを通過した測定光束は、レンズ載置部４０の開口４０ａ、指標板３１に形成された開口部を介して、所定の指標パターン像をスクリーン３２上に投影する。そして、スクリーン３２に投影された指標パターン像は、撮像レンズ３３を介して二次元受光素子３４にて撮像される。

また、本実施形態の投光光学系２０においては、光軸Ｌ１の軸外に第２の光源２００を有する。第２の光源２００は、その点灯時において、被検レンズＬＥに向けて光源２１点灯時の測定光軸に対して所定の傾きをもった平行光束を投光する役割を有する（詳しくは、後述する）。第２の光源２００を点灯すると、光軸Ｌ１に対して所定の傾きを持った平行光束が被検レンズＬＥに投光され、被検レンズを通過した測定光束は、レンズ載置部４０の開口４０ａ、指標板３１に形成された開口部を介して、所定の指標パターン像をスクリーン３２上に投影する。そして、スクリーン３２に投影された指標パターン像は、撮像レンズ３３を介して二次元受光素子３４にて撮像される。

図３はスクリーンに投影された指標パターン像の例を示す図である。レンズ載置部５に被検レンズＬＥが載置されていないときには、図３（ａ）のように指標板３１に形成された円孔の間隔と各ドット像の間隔を同じくする指標パターン像（ドットパターン像）がスクリーン３２上に投影される。一方、図１に示すように、レンズ載置部４０に被検レンズＬＥを載置した状態では、測定光は、被検レンズの屈折力の影響を受けて、スクリーン３２に指標パターン像を形成することとなる。図３（ｂ）〜（ｅ）は、被検レンズの屈折力の影響を受けて、スクリーン３２に投影される指標パターン像の一例を示した図である。

図３（ｂ）は、プラス度数を持つ球面レンズを載置したときの状態であり、図３（ａ）のときよりも各ドットの間隔が小さくなった指標パターン像が投影される。図３（ｃ）は、マイナス度数を持つ球面レンズを載置したときの状態であり、図３（ａ）のときよりも各ドットの間隔が大きくなった指標パターン像が投影される。また、所定の乱視軸を持つ乱視レンズを載置したときには、図３（ｄ）に示すように、レンズの持つ乱視軸および乱視度数に応じて楕円状に歪んだ指標パターン像が投影される。また、累進レンズを載置した時には、図３（ｅ）に示すように、累進帯の度数分布特性に応じて変形した指標パターン像が投影される。

５０は制御部である。制御部５０は図３に示したようなスクリーン３２に投影された指標パターン像を二次元受光素子３４にて撮像し、二次元受光素子３４の出力信号（指標パターンの状態）から被検レンズの複数箇所での度数を求めていき、被検レンズＬＥの度数分布特性を求める。また、制御部５０はこのようにして求められた度数分布特性を元に、これを表現するグラフィックをモニタ５１にマッピング表示する。なお、本実施形態においては、被検レンズの後面側に指標板３１を設ける構成としたが、被検レンズの前面側に指標板３１を配置するような構成であってもよい。

次に、本実施形態における度数分布を求めるための測定原理を以下に説明する。なお、理解を助けるために、図４及び図５に簡単な光学系の模式図を示す。

被検レンズＬＥがない状態で、平行光束を指標板１００に入射させ、測定基準面であるスクリーン１０１に投影されるｎ個の指標像の位置（ｘ_0i,ｙ_0i）（ｉ＝１,２…ｎ）を測定する。次に、被検レンズＬＥを置いたときに投影されるｎ個の指標像の位置（ｘ_i,ｙ_i）を測定する。プレンティスの式より、図４及び図５の座標系、及び（ｘ_0i,ｙ_0i）、（ｘ_i,ｙ_i）には、以下の関係が成立する。

なお、ｅ１は被検レンズＬＥの像側主点位置から指標板１００までの光軸Ｌ１方向における距離であり、ｅ２は指標板１００からスクリーン１０１（測定基準面）までの光軸Ｌ１方向における距離である。また、ｅｊは、ｅｊ＝ｅ₁＋ｅ₂であり、被検レンズＬＥの像側主点位置からスクリーン３２（測定基準面）までの受光距離を表す。

式１において、平行光束による測定により、少なくとも３個以上の指標像に関する位置情報が得られればＡ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃について連立１次方程式が得られ、これを解くことにより、Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃を求めることができる。なお、ｎ個の点についての位置情報より最小２乗法で求めることもできる。

次に、前述した測定光束とは異なる角度（異なる画角）を持つ平行光束にて同様の測定を行い、それぞれの場合における前述のＡ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃を求める。各測定光束を光束ａ、光束ｂとして、得られたＡ₁、Ｂ₁に添え字をつけて表すと、式２及び式３と表される。

αｘａ、αｙａ、αｘｂ、αｙｂ、ｅ２は設計上より既知であるため、式２及び式３より、ｅ₁が以下の式４にて求まる。

式４にて求めたｅ１を前述のＡ₂、Ｂ₃に代入し、Ａ₂、Ａ₃、Ｂ₂、Ｂ₃を解くことにより、ｄｘ、ｄｙ、Ｓ、Ｃ、θを求める。

このような原理により、被検レンズＬＥの複数の度数測定箇所とパターン像を得る測定基準面との各々の受光距離を考慮した補正情報を求めることができる。また、この補正情報と二次元受光素子にて得られる指標パターン像の検出結果とから、被検レンズＬＥの各測定点での度数等（Ｓ、Ｃ、θ）を求めることができる。なお、本実施形態においては、測定基準面をスクリーン３２としたが、被検レンズＬＥを通過した測定光によって投影される指標パターン像の位置を得るための部材を測定基準面とすればよい。例えば、スクリーン３２に代えて二次元受光素子を配置したような場合には、測定基準面は二次元受光素子の受光面とすることができる。

図６は、二次元受光素子３４に受光した指標パターン像の拡大図である。ここで、被検レンズＬＥの各度数測定点における度数を求める場合には、被検レンズＬＥの各度数測定点に対応する測定点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…）を二次元受光素子３４上に予め設定しておき、被検レンズＬＥをレンズ載置部に置いていない状態にて測定光を照射することにより、二次元受光素子３４上に設定した各測定点近傍に投影される少なくとも３つの指標像を一組とする。この少なくとも３つの指標像からなる組を用いて各測定点における度数測定を各々行うようにする。例えば、測定点Ｐ１における度数を求める場合には、３つの指標像（Ｄ_1b、Ｄ_2a、Ｄ_2b）を一組とする。測定点Ｐ２における度数を求める場合には、４つの指標像（Ｄ_2a、Ｄ_2b、Ｄ_3a、Ｄ_3b）を一組とする。測定点Ｐ３における度数を求める場合には、４つの指標像（Ｄ_3a、Ｄ_3b、Ｄ_4a、Ｄ_4b）を一組とするような方法が考えられる。

次に前述した測定原理を用いた本実施形態のレンズメータの動作を以下に説明する。まず、制御部５０は、測定光源２１の点灯により第１の測定光束を投光し、その時二次元受光素子３４に検出された指標パターン像の位置から被検レンズが強度のマイナスレンズであるかを判定する。判定の際には、所定の許容レベルを設定しておき、所定量を超えた時に強度のマイナスレンズと判定するようにすればよい。なお、判定結果より弱度のマイナスレンズもしくはプラスレンズと判定された場合には、測定光源２１により二次元受光素子３４に検出されたドットパターン像に基づいてそのまま被検レンズの度数分布特性の測定を行えばよい。なお、このような判定を検者に委ね、所定のスイッチ入力により装置に対して被検レンズが強度のマイナスレンズであることを操作入力するような構成としてもよい。

一方、制御部５０により強度のマイナスレンズであると判定された場合には、被検レンズＬＥの複数の度数測定箇所と指標パターン像を得るスクリーン３２との各々の受光距離を考慮した補正情報の取得に移行する。ここで、制御部５０は、測定光源２１を点灯した際に二次元受光素子３４に検出された指標パターン像の位置情報をメモリ５２に記憶しておく。

次に、制御部５０は、光軸Ｌ１の軸外に配置された第２の測定光源２００を点灯し、第１の測定光束の測定光軸に対して所定の傾きをもった平行光束を被検レンズに投光し、二次元受光素子３４に検出された指標パターン像の位置情報を得る。

そして、制御部５０は、上記のように、第１の測定光束及び第２の測定光束を投光したときの指標パターン像の検出結果に基づいて補正情報を求め、この補正情報と二次元受光素子にて得られる指標パターン像の検出結果とから、被検レンズＬＥの各測定点での度数等（Ｓ、Ｃ、θ）を求める。

なお、本実施形態において求めたｅ_jは、被検レンズＬＥの像側主点位置から二次元受光素子１０１の受光面までの受光距離であるため、像側主点位置がレンズ後面に近いマイナスレンズの場合は精度よく測定できるが、像側主点位置がレンズ前面に近くになるプラスレンズを測定する場合には、かえって測定誤差が生じ易くなる。なお、本実施形態のように、測定する被検レンズがプラスレンズであるかを制御部５０にて自動的に判定するようにすれば、検者が被検レンズをプラスかマイナスかを判断する場合と比較して、検者の手間を省くことができる。また、判断ミスを減らすことができ、不要な測定誤差の発生を防止できる。また、不要な測定時間の長期化を未然に防止することができる。

また、以上のような構成によれば、被検レンズの主点屈折力を求めることができるので、主に、主点屈折力を求めることを前提とする眼内レンズの度数分布測定を求める場合にも有用である。

なお、本実施形態においては、制御部５０により測定光源２１、第二の光源２００の順に点灯させていき、前記被検レンズの複数の度数測定箇所と前記二次元受光素子の受光面との各々の受光距離を考慮した補正情報を得る構成としたが、これに限るものではなく、光軸Ｌ１に平行な平行光束を被検レンズに投光した際の指標パターン像と、第１の測定光軸（光軸Ｌ１）に対して傾きを持った平行光束を被検レンズに投光した際の指標パターン像が検出できればよい。

また、第１の測定光軸に対して所定の傾きを持った平行光束を被検レンズに投光するための構成として、本実施形態においては測定光軸Ｌ１の軸外に第二の光源２００を設けたが、コリメータレンズ２２と被検レンズＬＥとの間に、第１の測定光束の測定光を、第１の測定光の測定光軸に対して所定の傾きを持った平行光束に変換可能な光学部材（例えば、プリズム）を配置するような構成としてもよい。

なお、被検レンズの前面側に指標板３１を配置したような場合には、上記の式において、ｅ₁＝０、ｅ₂＝ｅｊとして、補正情報を求めることができる。

以上のような構成によれば、指標板３１から被検レンズの像側主点位置までの光軸Ｌ１方向における距離を各度数測定箇所ごとに求めることができるので、これを利用すれば、測定に用いたレンズ載置部の開口と開口径が異なるレンズ載置部に被検レンズＬＥを載置したときの測定結果を補正処理により得ることができる。以下に、この補正処理を本実施形態に適用した場合について図７を用いて説明する。ここで、３００は測定に用いるレンズ載置部４０の開口４０ａとは開口径が異なるレンズ載置部であって、その開口径をＤ１（例えば、一般的なノーズピースの開口径であるφ＝７ｍｍ）とすると、レンズ載置部４０の開口４０ａとレンズ載置部３００の開口３００ａとの位置関係は図７のようになる。Ｓ₃₀₀は、レンズ載置部３００を用いたと仮定した場合のレンズ載置面である。

ここで、上述のように指標板３１から被検レンズＬＥの像側主点位置までの距離を各度数測定箇所ごとに求めることができるので、レンズ載置部３００の開口３００ａの開口径に対応した指標板３１から被検レンズの像側主点位置までの光軸Ｌ１方向における距離ｅ_s300を求められる。すなわち、指標板３１から載置面Ｓ₃₀₀までの距離をｅ_s300を求めることができる。そして、指標板３１から載置面Ｓ₃₀₀までの距離ｅ_S300をｅ１と仮定して、度数測定点毎の光学特性を求める。

このようにすれば、測定に用いたレンズ載置部の開口とはその開口径が異なるレンズ載置部を用いて度数分布測定を行ったときと同様の測定結果を補正処理により得ることができる。

本実施形態のレンズメータの光学図及び制御図を示す図である。本実施形態の指標板の指標パターンを説明する図である。スクリーンに投影された指標パターン像の例を示す図である。本実施形態における度数分布を求めるための簡単な光学系の模式図（斜視図）である。本実施形態における度数分布を求めるための簡単な光学系の模式図（側面図）である。二次元受光素子に受光した指標パターン像の拡大図である。測定に用いたレンズ載置部の開口と開口径が異なるレンズ載置部に被検レンズＬＥを載置したときの測定結果を得るための補正処理について説明する図である。

符号の説明

１０測定光学系
２０投光光学系
２１光源
２２コリメータレンズ
３０受光光学系
３１指標板
３２スクリーン
３４二次元受光素子
５０制御部
２００第２の光源
Ｌ１受光光軸

Claims

光軸上に配置された第１光源と、前記第１光源から発せられた第１測定光を平行光束とするコリメータレンズと、を有し、被検レンズの広範囲に第１測定光を投光する第１投光光学系と、前記光軸の軸外に配置された第２光源を有し、前記第２光源から発せられた第２測定光を前記コリメータレンズにより平行光束とし、前記光軸に対して所定の傾きをもった第２測定光を被検レンズの広範囲に投光する第２投光光学系と、被検レンズを通過した前記第１測定光及び第２測定光を複数の指標像からなるパターン像として二次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記二次元受光素子にて受光する前記第１測定光及び第２測定光の前記パターン像の検出結果に基づいて，前記被検レンズの複数の度数測定箇所と前記パターン像を得る測定基準面との各々の受光距離を考慮した補正情報を求める補正情報取得手段と、前記二次元受光素子にて得られる前記第１測定光又は前記第２測定光のどちらかの前記パターン像の検出結果と前記補正情報とを考慮して被検レンズの度数分布を求める度数分布取得手段と、を備えることを特徴とするレンズメータ。
請求項１のレンズメータにおいて、被検レンズが強度のマイナスレンズであるかを自動又は手動にて判定する判定手段を備え、
前記度数分布取得手段は、前記判定手段にて強度のマイナスレンズと判定された場合には、前記二次元受光素子にて得られる前記パターン像の検出結果と前記補正情報とを考慮して被検レンズの度数分布を求め、弱度のマイナスレンズ若しくはプラスレンズと判定された場合には、前記補正情報を考慮せず前記被検レンズの度数分布を求めることを特徴とするレンズメータ。
請求項２のレンズメータにおいて、前記判定手段は、前記第１測定光又は第２測定光による前記パターン像の検出結果に基づいて被検レンズが強度のマイナスレンズであるかを判定することを特徴とするレンズメータ。