JPH0820334B2

JPH0820334B2 - 自動レンズメータ

Info

Publication number: JPH0820334B2
Application number: JP63052459A
Authority: JP
Inventors: 久則秋山; 俊雄杉山; 康行富島
Original assignee: ホーヤ株式会社
Priority date: 1988-03-05
Filing date: 1988-03-05
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH02216428A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、眼鏡レンズまたはコンタクトレンズを測定
するレンズメータに関する。

〔従来の技術〕

手動式レンズメータでレンズを測定する場合、被検レ
ンズを含む光学系の光軸上における相互間の関係位置を
変え、または光源光学系の距離を変えて像ピント面を追
跡し、ピント面が得られる像の移動距離と送光光学系と
の関係から、肉眼または眼視装置によって観測し、焦点
距離を求めていた。しかし、視覚によるピント位置の決
定は、個人差による視覚誤差が生じ易いという欠点があ
った。

そこで、この手動式レンズメータの欠点を解消するた
めに、自動式レンズメータとして、特願昭48−32994号
公報、特開昭60−17335号公報が開示されている。前者
は、被検レンズを送光コリメータおよび受光コリメータ
の光軸上に光心を合わせて固定し、この光軸の延長線上
の焦点面に光電変換器を配置した撮像光学系と前記光電
変換器の捜査線によって分解されるターゲット像の輝度
信号を整理し、光源光学系の移動往路および復路におい
て輝度電気信号の時間幅面積が最小になる位置を計数す
る電気回路とこの電気回路と同期して光源光学系の往復
駆動をパルスモータおよびその駆動用送り信号発生器に
より自動的に制御する回路からなることを特徴としてお
り、ターゲット像が最小面積になる位置をディオプトリ
ー表示信号に変換するものである。

一方後者は、前者を含め自動式レンズメータの場合、
最良位置の検出手段とターゲット移動の機構とを設ける
必要があるため、その改良としてスリットパターンを移
動させずに結像レンズの焦点面に配置したイメージセン
サ上の信号を処理することにより、被検レンズの屈折
度、軸角度およびプリズム量を測定するようにしたもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前述の特開昭60−17335号公報では、受光対
物レンズの後方で測定光を二つに分けて２個のイメージ
センサにより測定光の被検レンズによる偏向を検出し、
そのデータをもとにして演算処理し屈折力を算出するも
のであるが、被検レンズを通過した測定光を二つに分割
して、Ｘ方向とＹ方向に分離して、イメージセンサに信
号を送るため、イメージセンサに送られる光信号は、も
との信号の半分以下になってしまうので、S/N比を向上
させるための特別な電気的処理が必要で電気回路が複雑
で高価なものとなる。

また、上述の２分割のためのビームスプリッタおよび
二つのイメージセンサの別々に配置しなければならない
ので、光路、二つのイメージセンサおよびその取付け部
分等が複雑で高価になることが不可避である。

本発明はこのような問題点を除去するためになされた
ものであり、その目的は、より簡便な構造をした自動レ
ンズメータを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はかかる目的を達成するためになされたもので
あり、プレンティスの公式を利用して、イメージセンサ
上に形成されるパターン像の偏位量及び方向から被験レ
ンズの光学特性を測定する自動レンズメータであって、
該レンズメータは、光軸を中心とする正方形の各頂点位
置に配置された４つの光源と、該正方形の各頂点位置に
配置された４つの光源の中心を焦点とする送光レンズ
と、被験レンズを載置する測定台と、該測定台に載置さ
れた被験レンズに前記４つの光源の各々を結像させるコ
リメータレンズと、前記被験レンズを通過した光をイメ
ージセンサに結像させる受光対物レンズと、該受光対物
レンズを介して前記パターン像の原点位置と共役な位置
にあって、前記パターン像の位置を検出する１本のイメ
ージセンサと、互いに平行でない少なくとも２つの直線
状スリット部を有し、前記送光レンズを介して前記４つ
の光源のいずれかによって照射されたときに、前記イメ
ージセンサ領域で前記直線状スリット部が互いに交差す
ることなく該イメージセンサと少なくとも２箇所で交差
するイメージ像を形成し、かつ、光軸方向に移動可能な
スリット状パターンと、によって構成された光学系を備
えていることを特徴とする自動レンズメータを提供する
ものである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を説明する。

第1a図は本発明の実施例によるレンズメータ１のシス
テムブロック図である。先ず光学系２から説明すると、
３は４個の超高輝度の発光ダイオード（LED）で、この
レンズメータ１の光源として使用している。これら４個
のLED3は後述の演算を簡単にするために第1b図のように
等間隔に配置されている必要がある。４は送光レンズ
で、各々のLEDから出た光を平行光にしている。すなわ
ち、LED3は送光レンズ４の焦点位置に配置されている。
５はスリット状パターンで、第1c図のようにＮ字形のス
リットを形成しており、送光レンズ４と後述のコリメー
ターレンズ６の間を移動可能に配置されている。６はコ
リメーターレンズで、二つの役目を果たしている。一つ
は被検レンズ７上に光源像を作り出すことで、もう一つ
はスリット状パターン５のイメージ像を形成する光束を
被検レンズ７と協働して平行光束にすることである。８
は測定台で、光源像の真上に被検レンズ７が設定される
ように調整されている。９は対物レンズで、コリメータ
ーレンズ６と被検レンズ７によって平行光束にさせられ
たスリット状パターン５のイメージ像を結像させてい
る。10はイメージセンサ（CCD）で、対物レンズ９の焦
点位置に配置されており、後述の如くパターン５の位置
を検出している。

従って、４個のLED3からなる光源から発せられた光
は、送光レンズ４を通り、スリット状パターン５を照明
し、コリメーターレンズ６を通過し、被検レンズ７に入
射した後、対物レンズ９を介してイメージセンサ10に至
るわけであるが、各々の配置は、光源の位置と被検レン
ズ７の裏面位置が光学的に共役に設置されている。すな
わち、光源は被検レンズ裏面位置で各々４個が一旦結像
することになる（第２図参照）。ここで、スリット状パ
ターン５はイメージセンサ10の位置に対しほぼ共役な関
係に保つ。すなわち、被検レンズの等価球面値Seに対応
させ、スリット状パターン７を光軸方向にパルスモータ
5aによりサーボコントロールさせて移動させることによ
り、スリット状パターン５とイメージセンサ10との共役
関係を保つようにして、測定するものである。

また、これらの光学系と関連して、制御、検出、演算
処理を行う電気系統の処理システムとして、AC入力をDC
入力に変換し制御部30に供給する電源部11、CPU12、ROM
13、RAM14からなる制御基板15、クロック発生回路16とC
CD駆動回路17とピークホールド回路18とオートゲイン回
路19と微分回路20とラッチ回路21とカウンタ回路22とア
ドレス設定／書き込みパルス作成回路23とからなる信号
処理回路24、表示駆動回路25、光源（LED）駆動回路2
6、パルスモータ駆動回路27、数値演算回路28、プリン
タ駆動回路29の各回路から構成される制御部30、LED表
示またはモニタ表示を行う表示部31、操作パネルとして
本体に表出し、操作を行う操作スイッチ部32がある。な
お、制御部30の電気系統のシステムについては後述す
る。

次に、被検レンズ上の４つの光点を（Xi,Yi）、ｉ＝
１〜４とし、その各々のプリズム量で、被検レンズの光
学特性としての球面値Ｓ、乱視度数Ｃ、その軸方向（AX
＝θ）、測定光軸に対する偏心量（被検レンズとしての
プリズム値）を算出する方法について説明する。

ここで、D₁〜D₄の各点におけるプリズム量を、球面に
よるものと円柱によるものに分解して考えると、第５図
から、球面によるプリズムPS_i（P_sxi，P_sYi）はPRENTIC
Eの式（プリズム値＝偏心量（mm）×D/10）からすなわち、ここでｉ＝１〜４、X_i，Y_iは各点（パターン像）の中心
座標である。

円柱によるプリズムP_ci（P_xci，P_cYi）は第６図から
判断すると、すなわち、Ｘ方向は、そしてＹ方向は、Ｘ方向のプリズム合成は、Ｙ方向のプリズム合成は、Ｘ方向、Ｙ方向のプリズム合成値はセンサ上の移動量
に比例する。すなわち、比例定数をｋとし、プリズム量
をセンサ上の移動量として表すと、 P_xi＝kx_i P_Yi＝ky_i ただし、x_i，y_iはセンサ上の移動量とする。

Ｘ方向のプリズム合成Ｙ方向のプリズム合成ここで、各点（ｉ＝１〜４）を代入して式を作成する
と、（１）式により、（２）式により、となる。

（１）式により、（２）式により、被検レンズ上における光源像の各ピッチ距離を第７図
のように定めて、OP（被検レンズの光学中心）を（0,
0）とする座標で表現すると下記のようになる。

X₁−X₃＝Ｋ Y₁−Y₃＝０ X₂−X₄＝０ Y₂−Y₄＝Ｋ従って、前式を利用すると、（３）、（４）、
（５）、（６）式は下記の如く簡単になる。

（７）、（８）、（９）、（10）式によって、（11）、
（12）、（13）が求まる。

（11）、（12）、（13）式から、球面度数Ｓ、乱視度数
Ｃ、軸度Axを下記のごとく求めることができる。

Ax＝45° （但しβ＝０、γ＞０） Ax＝135° （但しβ＝０、γ＜０）又、被検レンズのレンズレイアウトでの偏心量として
のプリズム値も下記の如く求めることができる。その値
のｘ成分、ｙ成分をそれぞれPx,Pyとすると、 σ＝90° （但しPx＝０、Py＞０） σ＝270° （但しPx＝０、Py＜０）で与えられる。従って、被検レンズの上を通過する４つ
の光束から被検レンズの光学特性を算出することができ
る。

次にイメージセンサとしての１本のラインセンサを使
用してパターン像の中心座標（Xi,Yi）を求める方法に
ついて説明する。第２図において、被検レンズ上に集光
した四つの光源像をそれぞれD1、D2、D3、D4とする。

第3a図は１個のLEDが点灯したときのパターン像で横
線はセンサを意味している。

データはD1点灯時、第3a図のようにP1からP6まで６個
のデータが存在する。同様に、D2、D3、D4が点灯したと
きも、各々６個のデータが存在することになる。

これら６個のデータを利用してＮ字パターン像の中心
のＸ座標とＹ座標を求めると、次式のようになる（第3b
図参照）。

上式のｘはセンサの何ビット目に横方向の中心があるか
を示し、ｙはセンサを中心に上が＋、下が−でセンサ上
に置換した場合の何ビット目に縦方向の中心があるかを
示している。

被検レンズを挿入しないときの座標を（X0,Y0）と
し、被検レンズを挿入したときの座標を（X1,Y1）とす
ると、X1−X0をＸ軸に、Y1−Y0をＹ軸にとる新しい座標
系を描けば、それは被検レンズの測定点におけるプリズ
ム量（偏位量）そのものを表すことになる。

しかるに、前記の原理説明で述べた（11）、（12）、
（13）式、およびプリズム量の式は下記のようになる。

ここでα、β、γを前述のＳ（球面度数）、Ｃ（乱視度
数）、Ax（軸度）の式に代入することにより求めること
ができる。従って、１本のラインセンサとパターン像か
ら被検レンズの光学特性を検出することができる。この
ように、理論的には、上述の説明のように、本発明によ
る構成（１本のラインセンサ、４つの点光源、パター
ン）で、検出することができるが、本発明では更に、前
述のようにパターンをサーボコントロールで移動させて
いる。

そのパターンの移動について説明すると、パターンを
移動する理由は二つある。一つは精度的問題、もう一つ
はセンサの有効長とプリズム量に関する問題である。精
度的問題では、被検レンズ上に集光した光源像は、少な
からずとも面積を持っているため被検レンズが強度にな
ると、その屈折作用によりセンサ上にあるパターン像に
ぼけを生じる。すなわち、センサ上の信号の波形がシャ
ープにならず、信号をとりにくい状態が発生する。そこ
で、その欠点を補うために、パルスモータを使用してサ
ーボコントロールすることによりパターンを移動させ、
球面補正を行うようにした。パターンの移動はあらかじ
め移動量（距離）と屈折力（Ｄ）が一定の規則正をもつ
ように光学設計されている。従って、パルスモータの１
パルスで、パターンの移動量をコントロールできるの
で、これらの３者の一定関係式が成立する。

実際には、パターンを静止した状態で検出された光学特
性データをもとに、あらかじめ或る一定のパターン移動
量を決定し、それに基づき移動させる。移動後のパター
ン像の検出による光学特性データでは、現在何Ｄ分補正
されているかが判っていればよいのである。このように
パターンの移動は、センサ上のパターン像のぼけを少な
くし、センサにて各６個のデータをより正確にとれるよ
うにするための手段として用いられる。

センサの有効長とプリズム量に関する問題について述べ
ると、一般にレンズメータの測定範囲は、＋／−25D、
５プリズムまで測定できるようになっている。

本実施例では、第８図に示すように、測定点ピッチを
４ミリ、POからの偏位量を２ミリ、被検レンズを25Dの
球面レンズとすると、測定点におけるプリズム量は５プ
リズムとなる。すなわち、パターンを動かさなければ最
大10プリズム分パターン像が動くので、それをカバーで
きるだけのセンサ長が必要となる P_MAX＝５^Δ＋５^Δ＝10^Δ パターンをあらかじめパターン移動前での検出データ
等から球面度数分動かしてやれば、パターン像は一つに
なり、最大５プリズム分動くので、その分のセンサ長だ
けでよいことになる。すなわち、パターンを動かせば、
その分センサを短くでき、設計上コンパクトになる。

上記のような理由により、パターンを動かしているが
その時の球面度数Ｓを求める式は2.の原理説明の式と若
干異なるので下記に示す。

（ただしSEはパターンを動かした分の球面度数であ
る。） SE＝（パルスモータ１パルス分の球面度数） ×（パルスモータに送ったパルス数）パターンのスリットの形状において、本実施例ではＮ
字型を使用しているが、１本のラインセンサの関係にお
いて、ラインセンサ上でのライン方向をｘとし、ｘに垂
直な方向をｙとすると、センサ上での像の位置（中心）
のｘ成分およびｙ成分を検出するため、互いに平行でな
い少なくとも２つの直線状スリット部を有し、前述した
送光レンズを介して４つの光源のいずれかによって照明
されたときに、イメージセンサ領域で前記の直線状スリ
ット部が互いに交差することなく当該イメージセンサと
少なくとも２箇所で交差するイメージ像を形成し、その
交差部をN₁、N₂とし、あらかじめ設定されたパターンの
図形の中心のＸ座標をN₃とすると、N₁からN₃までの距離
Z₁と、N₂からN₃までの距離Z₂とが仮にラインセンサをｙ
軸方向に走査すると仮定するとき（実際はパターンの方
が移動するのでこの逆である）常にZ₁≠Z₂でｙ方向の移
動に対してZ₁とZ₂が比例関係であればよく、この距離の
比率により、ｘ軸成分、距離によりｙ軸成分が求めら
れ、このセンサがスリット図形のどの位置を走査してい
るかを検出することができ、更にこの検出位置によりこ
のスリットの中心位置を知ることができる。このスリッ
ト形状は例えば第9a図乃至第9j図に示すように、Ｎ字型
およびまたはＶ字型スリットの一部または変型形状が好
ましい。

次に、第10図により本発明にかかる制御部30の電気系
統の信号処理について説明する。

信号処理回路24ではクロック発生回路16からのパルス
をカウンタにおいて分周し、LED駆動用信号33を作り、L
ED（光源）駆動回路24を通して４つのLED光源30（D₁、D
₂、D₃、D₄）を交互に20ms毎に点灯させる。すなわち、
クロック発生回路16により発生した基準パルス（800KH
z）により、カウンタ回路22およびCCD駆動回路17が動作
し、LED3の点灯とその他の回路との周期がとられてお
り、LED駆動回路26によりD₁からD₄までの４つのLED3が
各々、時系列的に20ms点灯、60ms消灯という動作を繰り
返すわけである。

４つのLED3からの光はパターンを照射した後、CCD10
に達する。CCD10に達した光は時系列的に４つに分けら
れる。すなわち、D₁用信号、D₂用信号、D₃用信号および
D₄用信号である。

CCD10からの出力信号はCCD駆動回路17を通ってアンプ
34を経てピークホールド回路18とオートゲイン回路19に
達する。ピークホールド回路18では、D₁点灯時のダミー
信号（5ms分の光信号）をホールドし、オートゲイン回
路19へ出力する。光量が少ないときにはピーク値が小さ
く、光量が多いときはピーク値が大きい。

オートゲイン回路19に入力されたダミー信号により、
オートゲイン回路19の増幅率をコントロールする。光量
が少ないときは増幅率を大きく、光量が多いときは増幅
率を小さくする。オートゲイン回路19の出力は光量の如
何にかかわらず、一定振幅の信号となってコンパレータ
35に入力される。コンパレータ35からの出力は微分回路
20に入力され、光量の変化がある一定値を越えるたびに
パルスが生じる。微分回路20からのパルスはアドレス設
定／書き込みパルス作成回路23に入力され、カウンタの
値と組み合わされてアドレス番地となる。また、書き込
みパルスとなってRAM14に入力される。

ラッチ回路に21入力されたパルスにより、CCD10の光
の当たった位置がラッチされ、ラッチ回路21からRAM14
へ出力される。前記の処理によりRAM14の中にはD₁〜D₄
点灯時のCCD上での光の当たった位置が規則正しくメモ
リーされる。

CPU12は必要なときにRAM14の内容を読み取り、そのデ
ータ９を適切に演算処理することによってＳ、Ｃ、Axを
計算することができ、パルスモータ5aの位置を適正な所
へ駆動させるためのデータを作成することができる。

このようにRAM19に書き込まれたデータ列はCPU12およ
びROM13、RAM14aによって必要な時に読み出され、数値
演算回路28により眼鏡レンズの各諸元が計算される。計
算結果は所望により表示駆動回路25を経てCRTディスプ
レイ上に表示され、またはプリンター駆動回路を経てプ
リンタにより印字することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、イメージセンサの構成を簡略にしているた
め、特別な電気処理が必要でなく、電気回路が簡単であ
るので、より簡便なレンズメータを提供でき、コストの
面の効果も多大である。

【図面の簡単な説明】

第1a図は、実施例によるレンズメータのシステムブロッ
ク図、第1b図は光源の正面図、第1c図はスリット状パタ
ーンの正面図、第２図は、被検レンズ上に結像した光源
像を示す図、第3a図はンサ上に結像したパターン像を示
す図、第3b図は第3a図のパターン像を座標系で示した
図、第4a図と第4b図はセンサからの信号の状態を示す
図、第５図は、球面によるプリズムの分析図、第６図
は、乱視によるプリズムの分析図、第７図と第８図は、
被検レンズ上に結像した光源像のピッチを示す図、第9a
図、第9b図、第9c図、第9d図、第9e図、第9f図、第9g
図、第9h図、第9i図、第9j図はパターンの変形例を示す
図、第10図は実施例による電気回路図である。１……レンズメータ、３……LED、４……送光レンズ、
５……スリット状パターン、5a……パルスモータ、６…
…コリメータレンズ、７……被検レンズ、８……測定
台、９……対物レンズ、10……イメージセンサ、30……
制御部、31……表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プレンティスの公式を利用して、イメージ
センサ上に形成されるパターン像の偏位量及び方向から
被験レンズの光学特性を測定する自動レンズメータであ
って、該レンズメータは、光軸を中心とする正方形の各頂点位置に配置された４つ
の光源と、該正方形の各頂点位置に配置された４つの光源の中心を
焦点とする送光レンズと、被験レンズを載置する測定台と、該測定台に載置された被験レンズに前記４つの光源の各
々を結像させるコリメータレンズと、前記被験レンズを通過した光をイメージセンサに結像さ
せる受光対物レンズと、該受光対物レンズを介して前記パターン像の原点位置と
共役な位置にあって、前記パターン像の位置を検出する
１本のイメージセンサと、互いに平行でない少なくとも２つの直線状スリット部を
有し、前記送光レンズを介して前記４つの光源のいずれ
かによって照明されたときに、前記イメージセンサ領域
で前記直線状スリット部が互いに交差することなく該イ
メージセンサと少なくとも２箇所で交差するイメージ像
を形成し、かつ、光軸方向に移動可能なスリット状パタ
ーンと、によって構成された光学系を備えていることを特徴とす
る自動レンズメータ。