JP2001021449A - 光学物体の光学特性の自動非接触測定のための方法およびシステム - Google Patents
光学物体の光学特性の自動非接触測定のための方法およびシステムInfo
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- JP2001021449A JP2001021449A JP2000177485A JP2000177485A JP2001021449A JP 2001021449 A JP2001021449 A JP 2001021449A JP 2000177485 A JP2000177485 A JP 2000177485A JP 2000177485 A JP2000177485 A JP 2000177485A JP 2001021449 A JP2001021449 A JP 2001021449A
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- G01M11/02—Testing optical properties
- G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
- G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学物体の光学特性の自動非接触測定のため
の新規の方法およびシステムを提供する。 【解決手段】 光源が、異なる角度で前記パターンの各
地点から到来する複数の照明光の光線を生成するよう
に、パターンに照射光を方向付けることができ、画像化
および検出手段が、各画像化光線がただ1つの照明光線
と結合するように光学物体を通して前記パターンの画像
を得ることができるとともに前記画像を記録することが
でき、前記画像処理手段が、画像を処理して測定出力を
生成する光学物体の光学特性の自動非接触測定をするた
めのシステム。
の新規の方法およびシステムを提供する。 【解決手段】 光源が、異なる角度で前記パターンの各
地点から到来する複数の照明光の光線を生成するよう
に、パターンに照射光を方向付けることができ、画像化
および検出手段が、各画像化光線がただ1つの照明光線
と結合するように光学物体を通して前記パターンの画像
を得ることができるとともに前記画像を記録することが
でき、前記画像処理手段が、画像を処理して測定出力を
生成する光学物体の光学特性の自動非接触測定をするた
めのシステム。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学物体(optica
l objects)の光学特性の自動非接触測定に関し、とく
に光学物体のマッピングに関する。
l objects)の光学特性の自動非接触測定に関し、とく
に光学物体のマッピングに関する。
【0002】
【従来の技術】本発明はとくに、その光学的パワーのよ
うな眼科用要素の光学特性が当該要素の全表面に沿って
同時に測定される、眼科用要素をマッピングするための
方法およびシステムに関する。米国特許第4,810,
895号明細書、同第5,825,476号明細書およ
び同第5,896,194号明細書は、異なる種類のこ
うした方法およびシステムを説明している。
うな眼科用要素の光学特性が当該要素の全表面に沿って
同時に測定される、眼科用要素をマッピングするための
方法およびシステムに関する。米国特許第4,810,
895号明細書、同第5,825,476号明細書およ
び同第5,896,194号明細書は、異なる種類のこ
うした方法およびシステムを説明している。
【0003】米国特許第4,810,895号明細書
は、モアレ偏光マッピングのための方法および装置を開
示しており、この場合の物体の特性は、点放射源からの
直接光の発散光線を生成し、被検査物体を含む第1の光
学システムにこの光線を通過させることによって決定さ
れる。この第1のシステムは、被検査物体から点光源へ
と戻る反射光の発散光線の形式である光を辿る。この反
射光の発散光線は点光源に到達する前に遮られ、第2の
光学システムへと通されて当該システムが反射光の光線
を平行にする。ついで平行にされた光線は、あらかじめ
選定された角度で互いに配向された第1および第2の格
子へと導かれ、被検査物体の特性の兆候を呈するモアレ
縞パターンが生成される。
は、モアレ偏光マッピングのための方法および装置を開
示しており、この場合の物体の特性は、点放射源からの
直接光の発散光線を生成し、被検査物体を含む第1の光
学システムにこの光線を通過させることによって決定さ
れる。この第1のシステムは、被検査物体から点光源へ
と戻る反射光の発散光線の形式である光を辿る。この反
射光の発散光線は点光源に到達する前に遮られ、第2の
光学システムへと通されて当該システムが反射光の光線
を平行にする。ついで平行にされた光線は、あらかじめ
選定された角度で互いに配向された第1および第2の格
子へと導かれ、被検査物体の特性の兆候を呈するモアレ
縞パターンが生成される。
【0004】米国特許第5,825,476号明細書
は、光線を光学物体へと方向付けする光源と、光学物体
を通過した光線を少なくとも幾つかは互いに相違する複
数の光線に分割し、拡散スクリーン上に対応する複数の
光源画像を形成するマイクロレンズのアレイと、これら
の画像を記録するためのカメラと、多数の画像を処理し
て基準パターンと比較するためのコンピュータとを含
む、光学物体をマッピングするための装置を開示してい
る。
は、光線を光学物体へと方向付けする光源と、光学物体
を通過した光線を少なくとも幾つかは互いに相違する複
数の光線に分割し、拡散スクリーン上に対応する複数の
光源画像を形成するマイクロレンズのアレイと、これら
の画像を記録するためのカメラと、多数の画像を処理し
て基準パターンと比較するためのコンピュータとを含
む、光学物体をマッピングするための装置を開示してい
る。
【0005】米国特許第5,896,194号明細書
は、レンズ特性を測定する光線を発生させるための第1
の光源と、位置を指定する光線を発生させるための第2
の光源と、レンズ特性測定用パターンおよび位置指定用
パターンを有するパターンプレートとを含み、光源から
の光線は検査対象である光学物体を介して当該プレート
上に投影され、当該パターンの画像が拡散スクリーン上
に受像される装置を開示している。受像された画像は解
析され、被検査レンズのレンズ特性のマッピング表示が
実行される。
は、レンズ特性を測定する光線を発生させるための第1
の光源と、位置を指定する光線を発生させるための第2
の光源と、レンズ特性測定用パターンおよび位置指定用
パターンを有するパターンプレートとを含み、光源から
の光線は検査対象である光学物体を介して当該プレート
上に投影され、当該パターンの画像が拡散スクリーン上
に受像される装置を開示している。受像された画像は解
析され、被検査レンズのレンズ特性のマッピング表示が
実行される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
物体の光学特性の自動非接触測定のための新規の方法お
よびシステムを提供することにある。
物体の光学特性の自動非接触測定のための新規の方法お
よびシステムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のある態様によれ
ば、光源と、基準パターンと、画像化および検出手段
と、画像処理手段とを備え、少なくとも基準パターンと
画像化および検出手段とがシステムの光軸上に配置され
ているシステムによって、光学物体の光学特性の自動非
接触測定を行なうための方法が提供されている。
ば、光源と、基準パターンと、画像化および検出手段
と、画像処理手段とを備え、少なくとも基準パターンと
画像化および検出手段とがシステムの光軸上に配置され
ているシステムによって、光学物体の光学特性の自動非
接触測定を行なうための方法が提供されている。
【0008】本発明の方法は、(a)前記光学物体を前
記基準パターンと前記画像化および検出手段とのあいだ
に同軸に配置するステップと、(b)前記光源からの照
明光を、パターンの各地点から異なる角度で到来する複
数の照明光線が生成されるような方法で前記パターンへ
と方向付けるステップと、(c)前記画像化および検出
手段によって、前記光学物体を通した前記パターンを各
々がただ1つの前記照明光線のみと結合する画像化光線
によって画像化し、かつ当該画像を検出するステップ
と、(d)前記画像処理手段によって前記画像を処理
し、好ましくは当該画像を前記画像化および検出手段に
よって前記光学物体なしに取得される前記パターンの画
像と比較することによって、測定出力を生成するステッ
プとを含んでいる。
記基準パターンと前記画像化および検出手段とのあいだ
に同軸に配置するステップと、(b)前記光源からの照
明光を、パターンの各地点から異なる角度で到来する複
数の照明光線が生成されるような方法で前記パターンへ
と方向付けるステップと、(c)前記画像化および検出
手段によって、前記光学物体を通した前記パターンを各
々がただ1つの前記照明光線のみと結合する画像化光線
によって画像化し、かつ当該画像を検出するステップ
と、(d)前記画像処理手段によって前記画像を処理
し、好ましくは当該画像を前記画像化および検出手段に
よって前記光学物体なしに取得される前記パターンの画
像と比較することによって、測定出力を生成するステッ
プとを含んでいる。
【0009】本発明の他の態様によれば、光源と、基準
パターンと、画像化および検出手段とを備え、少なくと
も基準パターンと画像化および検出手段とはシステムの
光軸上に配置され、光学物体を前記パターンと前記画像
化および検出手段と同軸に配置するために、前記基準パ
ターンと前記画像化および検出手段とのあいだに配置さ
れた光学物体のための支持体を備え、前記光源は、パタ
ーンの各地点から異なる角度で到来する複数の照明光線
が生成されるような方法で照明光を前記パターンへと方
向付けることができ、前記画像化および検出手段は、各
画像化光線がただ1つの前記照明光線のみと結合するよ
うに前記光学物体を通した前記パターンの画像を得るこ
とができ、かつ前記画像を記録することができ、さらに
前記画像を処理して測定出力を生成するための画像処理
手段を備えた、光学物体の光学特性の自動非接触測定を
行なうためのシステムが提供される。
パターンと、画像化および検出手段とを備え、少なくと
も基準パターンと画像化および検出手段とはシステムの
光軸上に配置され、光学物体を前記パターンと前記画像
化および検出手段と同軸に配置するために、前記基準パ
ターンと前記画像化および検出手段とのあいだに配置さ
れた光学物体のための支持体を備え、前記光源は、パタ
ーンの各地点から異なる角度で到来する複数の照明光線
が生成されるような方法で照明光を前記パターンへと方
向付けることができ、前記画像化および検出手段は、各
画像化光線がただ1つの前記照明光線のみと結合するよ
うに前記光学物体を通した前記パターンの画像を得るこ
とができ、かつ前記画像を記録することができ、さらに
前記画像を処理して測定出力を生成するための画像処理
手段を備えた、光学物体の光学特性の自動非接触測定を
行なうためのシステムが提供される。
【0010】本発明の方法およびシステムにおいては、
パターンおよび該パターンを照らす光源は、照明される
基準パターンから到来する光が散乱され、これによって
パターンの各地点から到来する前記複数の照明光線が供
給されることを確実にするように設計されている。各画
像化光線と前記複数の照明光線のうちのただ1つとの結
合は、その入射瞳孔が極めて幅狭の光線しか通過させな
いカメラレンズを有する検出用カメラを含む前記画像化
および検出手段によって達成される。これにより本検出
用カメラは事実上、複数の照明光線から、検査される光
学物体上のその入射角が画像化および検出手段のセット
アップに適合するものだけを選出し、これらの光線を使
用して基準パターンの画像を形成する。
パターンおよび該パターンを照らす光源は、照明される
基準パターンから到来する光が散乱され、これによって
パターンの各地点から到来する前記複数の照明光線が供
給されることを確実にするように設計されている。各画
像化光線と前記複数の照明光線のうちのただ1つとの結
合は、その入射瞳孔が極めて幅狭の光線しか通過させな
いカメラレンズを有する検出用カメラを含む前記画像化
および検出手段によって達成される。これにより本検出
用カメラは事実上、複数の照明光線から、検査される光
学物体上のその入射角が画像化および検出手段のセット
アップに適合するものだけを選出し、これらの光線を使
用して基準パターンの画像を形成する。
【0011】基準パターンから到来する散乱光を供給す
るため、光源は、発散型照明装置の形式であることが可
能であり、またはとくに基準パターンに影響を及ぼす前
にその光が発散される任意の単色光源であることが可能
である。この場合の基準パターンは、鉱物ガラスなどの
透明な物質上に形成されることが可能であり、またはコ
ーティングされたプレート上に形成されて全体的な内反
射を供給することが可能である。代替として、パターン
自体が乳白ガラス、すりガラスまたは紙などの発散(散
乱)材料(反射性または透過性)で生成される、または
こうしたものの上に形成されることが可能である。
るため、光源は、発散型照明装置の形式であることが可
能であり、またはとくに基準パターンに影響を及ぼす前
にその光が発散される任意の単色光源であることが可能
である。この場合の基準パターンは、鉱物ガラスなどの
透明な物質上に形成されることが可能であり、またはコ
ーティングされたプレート上に形成されて全体的な内反
射を供給することが可能である。代替として、パターン
自体が乳白ガラス、すりガラスまたは紙などの発散(散
乱)材料(反射性または透過性)で生成される、または
こうしたものの上に形成されることが可能である。
【0012】基準パターンは、好ましくは、周知の寸法
および形状と周知の相互配列とを有する多数の規則的に
配置されたパターン要素の形式である。たとえばこれら
の要素は、複数の点、線、円、同心円状および放射状の
線、斜置正方形、正格子およびこれらに類似するもので
あることが可能である。当該パターンは、強調された原
線(Original lines)を有することができる。これは、
明るい背景に黒色パターンとして、または暗い背景に白
色パターンとして設計されることが可能である。これ
は、複数の開口またはスリットの形式であることが可能
である。
および形状と周知の相互配列とを有する多数の規則的に
配置されたパターン要素の形式である。たとえばこれら
の要素は、複数の点、線、円、同心円状および放射状の
線、斜置正方形、正格子およびこれらに類似するもので
あることが可能である。当該パターンは、強調された原
線(Original lines)を有することができる。これは、
明るい背景に黒色パターンとして、または暗い背景に白
色パターンとして設計されることが可能である。これ
は、複数の開口またはスリットの形式であることが可能
である。
【0013】本発明の方法およびシステムを使用すれ
ば、検査される光学物体は、その屈折特性によって、画
像化されるパターン要素の寸法、形状および/または位
置に変形をもたらす。したがって球状パワーは、画像化
されるパターン要素を拡大させることになる。円筒形の
光学パワーはその変形につながり、変形の方向は円筒軸
の配向を指示している。プリズム状パワーは、パターン
画像要素のその基準位置に対する平行変位につながり、
変位の方向はプリズム軸の配向を指示している。これら
の変形の測定は、任意の地点における光学物体の屈折特
性の計算を可能にし、また所望により、その被検査領域
全体にわたる光学物体マップの形式によるその表示を可
能にする。このマップは球状光学パワーのマップ、円筒
形光学パワーのマップまたはプリズム状光学パワーのマ
ップであることが可能であり、後者の2つのマップには
各々、検査される光学物体の異なる部分における各円筒
軸またはプリズム軸の方向を特徴づける対応のベクトル
場が添付されている。代替として、マップは、光学物体
の被検査表面の逐点高度を表す地形図の形式にすること
も可能である。
ば、検査される光学物体は、その屈折特性によって、画
像化されるパターン要素の寸法、形状および/または位
置に変形をもたらす。したがって球状パワーは、画像化
されるパターン要素を拡大させることになる。円筒形の
光学パワーはその変形につながり、変形の方向は円筒軸
の配向を指示している。プリズム状パワーは、パターン
画像要素のその基準位置に対する平行変位につながり、
変位の方向はプリズム軸の配向を指示している。これら
の変形の測定は、任意の地点における光学物体の屈折特
性の計算を可能にし、また所望により、その被検査領域
全体にわたる光学物体マップの形式によるその表示を可
能にする。このマップは球状光学パワーのマップ、円筒
形光学パワーのマップまたはプリズム状光学パワーのマ
ップであることが可能であり、後者の2つのマップには
各々、検査される光学物体の異なる部分における各円筒
軸またはプリズム軸の方向を特徴づける対応のベクトル
場が添付されている。代替として、マップは、光学物体
の被検査表面の逐点高度を表す地形図の形式にすること
も可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】つぎに、発明を理解し、かつそれ
が実際に実行され得る方法を理解するため、限定される
ことのない単なる例として、添付図面を参照しつつ好ま
しい実施形態について説明する。
が実際に実行され得る方法を理解するため、限定される
ことのない単なる例として、添付図面を参照しつつ好ま
しい実施形態について説明する。
【0015】図1は、本発明の一実施の形態にかかわ
る、光学物体A1の光学特性の自動非接触測定のための
システムを示している。図1に示されるシステムは、単
色光源1aまたは1bと、光学物体A1が上に搭載され
る支持体2と、拡散プレート4上に形成され、周知の寸
法および形状と周知の相互配列により規則正しく配置さ
れた要素を有する精密基準パターン3と、画像化および
検出手段5と、画像処理手段8とを備えている。
る、光学物体A1の光学特性の自動非接触測定のための
システムを示している。図1に示されるシステムは、単
色光源1aまたは1bと、光学物体A1が上に搭載され
る支持体2と、拡散プレート4上に形成され、周知の寸
法および形状と周知の相互配列により規則正しく配置さ
れた要素を有する精密基準パターン3と、画像化および
検出手段5と、画像処理手段8とを備えている。
【0016】基準パターン3、光学物体A1および画像
化および検出手段は全て、共通の光軸Oに沿って配置さ
れ、物体A1は基準パターン3から所定の距離に配置さ
れている。光源1aもまた光軸上に配置され、上にパタ
ーン3が形成される拡散プレート4が透過性である場合
に使用が見込まれる。ただし、拡散プレート4が反射プ
レートであれば、光源1bが拡散プレート4およびその
パターン3を光軸に対してある角度で照明するように光
軸Oのわきに配置される。
化および検出手段は全て、共通の光軸Oに沿って配置さ
れ、物体A1は基準パターン3から所定の距離に配置さ
れている。光源1aもまた光軸上に配置され、上にパタ
ーン3が形成される拡散プレート4が透過性である場合
に使用が見込まれる。ただし、拡散プレート4が反射プ
レートであれば、光源1bが拡散プレート4およびその
パターン3を光軸に対してある角度で照明するように光
軸Oのわきに配置される。
【0017】画像化および検出手段5は、この場合は高
焦点深度を有するテレセントリック(telecentric)タ
イプまたは望遠鏡タイプである焦点調節用光学素子6
と、焦点調節用光学素子6の焦点に配置された幅狭の入
射瞳孔(指示されていない)を有するカメラレンズを備
え、図示されていない感光要素を有する検出用カメラ7
とを含んでいる。好ましくは、検出用カメラ7は、CC
D TVまたはスチールカメラ、CIDまたはCMOS
カメラなどの高解像度カメラの形式である。
焦点深度を有するテレセントリック(telecentric)タ
イプまたは望遠鏡タイプである焦点調節用光学素子6
と、焦点調節用光学素子6の焦点に配置された幅狭の入
射瞳孔(指示されていない)を有するカメラレンズを備
え、図示されていない感光要素を有する検出用カメラ7
とを含んでいる。好ましくは、検出用カメラ7は、CC
D TVまたはスチールカメラ、CIDまたはCMOS
カメラなどの高解像度カメラの形式である。
【0018】検出器7の出力は、フレームグラバー(fr
ame grabber)9を介して画像処理手段8に接続されて
いる。画像処理手段8は、基準パターンの画像を処理す
ることによって被検査物体A1の光学パラメータを決定
するためのプログラムを有するコンピュータの形式であ
る。ただし、異なる監視システムおよび解析システムを
使用することもできる。
ame grabber)9を介して画像処理手段8に接続されて
いる。画像処理手段8は、基準パターンの画像を処理す
ることによって被検査物体A1の光学パラメータを決定
するためのプログラムを有するコンピュータの形式であ
る。ただし、異なる監視システムおよび解析システムを
使用することもできる。
【0019】検査される光学物体のタイプに依存して、
本発明の装置は、被検査物体の各正または負の光学パワ
ーを部分的に補正するための周知の光学特性を有する正
または負の補助的な補正レンズ10をさらに含むことが
可能である。補正レンズ10の使用は、本装置によって
検査されるレンズ領域の拡大を可能にする。これと同じ
目的で、基準パターン3は上下可動式ユニットの形式に
構築することが可能である。検査される光学物体が高い
パワーであれば、低いパワーの場合よりも基準パターン
を光学物体に近づけて配置する必要があるであろう。
本発明の装置は、被検査物体の各正または負の光学パワ
ーを部分的に補正するための周知の光学特性を有する正
または負の補助的な補正レンズ10をさらに含むことが
可能である。補正レンズ10の使用は、本装置によって
検査されるレンズ領域の拡大を可能にする。これと同じ
目的で、基準パターン3は上下可動式ユニットの形式に
構築することが可能である。検査される光学物体が高い
パワーであれば、低いパワーの場合よりも基準パターン
を光学物体に近づけて配置する必要があるであろう。
【0020】作動中、照明装置1aまたは1bからの光
線は、拡散プレート4を通して基準パターン3へと導か
れ、これにより、基準パターン3の各地点から到来する
光は散乱されること、すなわちパターンの各地点から到
来する複数の照明光線が形成されることが規定される。
これについては、図2においてより詳細に示されてい
る。照明光線は光学物体A1を通過するが、そのうち、
焦点調節用光学素子6に実質的に平行な光線として進入
するもの、したがって検出用カメラ7の入射瞳孔を通過
するもののみが基準パターン3の画像を形成する。この
場合のレイトレーシング(ray tracing)は、カメラレ
ンズ7の入射瞳孔の位置に配置された点光源および基準
パターン3の位置に配置された投影スクリーンを有する
システムにおけるレイトレーシングと数学的に等価であ
る。レンズの屈折特性の測定に関する光学的セットアッ
プは、平行化された光線による測定のためのセットアッ
プに相当するため、パワー測定のためのハルトマン法の
ために開発された数学を適用することにより、ハルトマ
ン法による結果に近似した結果を与えることができる。
線は、拡散プレート4を通して基準パターン3へと導か
れ、これにより、基準パターン3の各地点から到来する
光は散乱されること、すなわちパターンの各地点から到
来する複数の照明光線が形成されることが規定される。
これについては、図2においてより詳細に示されてい
る。照明光線は光学物体A1を通過するが、そのうち、
焦点調節用光学素子6に実質的に平行な光線として進入
するもの、したがって検出用カメラ7の入射瞳孔を通過
するもののみが基準パターン3の画像を形成する。この
場合のレイトレーシング(ray tracing)は、カメラレ
ンズ7の入射瞳孔の位置に配置された点光源および基準
パターン3の位置に配置された投影スクリーンを有する
システムにおけるレイトレーシングと数学的に等価であ
る。レンズの屈折特性の測定に関する光学的セットアッ
プは、平行化された光線による測定のためのセットアッ
プに相当するため、パワー測定のためのハルトマン法の
ために開発された数学を適用することにより、ハルトマ
ン法による結果に近似した結果を与えることができる。
【0021】こうして取得された基準パターンの画像
は、検出用カメラ7によって検出され、記録される。図
10および11には、異なる眼科用レンズの試験におい
てCCDカメラによって記録された、規則的な正方形格
子であるパターンの画像例が示されている。図10は、
二重焦点レンズを介してその基本的な球状および円筒状
パワーおよび追加パワーの1セグメントによって取得さ
れた基準パターンの画像を示し、図11は、多重焦点レ
ンズを介して取得された基準パターンの画像を示してい
る。
は、検出用カメラ7によって検出され、記録される。図
10および11には、異なる眼科用レンズの試験におい
てCCDカメラによって記録された、規則的な正方形格
子であるパターンの画像例が示されている。図10は、
二重焦点レンズを介してその基本的な球状および円筒状
パワーおよび追加パワーの1セグメントによって取得さ
れた基準パターンの画像を示し、図11は、多重焦点レ
ンズを介して取得された基準パターンの画像を示してい
る。
【0022】検出用カメラ7によって記録された画像は
フレームグラバー9を介してコンピュータ8に転送さ
れ、専用のソフトウェアによって基準パターン制御要素
(点および/または線、またはこれらに類似する物な
ど)が識別され、かつ被検査物体によって基準パターン
の画像に導入された変形が解析される。本解析は、基準
パターンの画像におけるパターン要素の座標および形状
の測定値を、画像化および検出手段5によって光学物体
なしに取得された、すなわちコンピュータのメモリに記
憶されている基準パターンの画像のものと比較すること
によって実行される。この比較に基づいて、検査される
光学物体に起因するパターン画像の変形が決定される。
フレームグラバー9を介してコンピュータ8に転送さ
れ、専用のソフトウェアによって基準パターン制御要素
(点および/または線、またはこれらに類似する物な
ど)が識別され、かつ被検査物体によって基準パターン
の画像に導入された変形が解析される。本解析は、基準
パターンの画像におけるパターン要素の座標および形状
の測定値を、画像化および検出手段5によって光学物体
なしに取得された、すなわちコンピュータのメモリに記
憶されている基準パターンの画像のものと比較すること
によって実行される。この比較に基づいて、検査される
光学物体に起因するパターン画像の変形が決定される。
【0023】コンピュータ8はさらに、パターン画像の
この変形測定値を使用して被検査物体の屈折特性を計算
する。図2を参照すると、検査される光学物体A1が球
状レンズである場合、その光学パワーはつぎの式を使用
して計算することができる。
この変形測定値を使用して被検査物体の屈折特性を計算
する。図2を参照すると、検査される光学物体A1が球
状レンズである場合、その光学パワーはつぎの式を使用
して計算することができる。
【0024】
【数1】
【0025】であり、x1およびx2は光線R1およびR
2が基準パターン3から角度θ1およびθ2で到来する基
点の放射座標、X1およびX2はR1およびR2が検査さ
れる光学物体A1から到来する点の放射座標、Bは光学
物体A1と基準パターン3との距離である。
2が基準パターン3から角度θ1およびθ2で到来する基
点の放射座標、X1およびX2はR1およびR2が検査さ
れる光学物体A1から到来する点の放射座標、Bは光学
物体A1と基準パターン3との距離である。
【0026】検査される光学物体A1が理論上のレンズ
であれば、その光学パワー(球状および円筒状)は球状
レンズの場合と同じ方法で計算されるが、座標X1、
X2、x 1およびx2はレンズの主断面(円筒軸に沿って
得られる断面)において測定される。
であれば、その光学パワー(球状および円筒状)は球状
レンズの場合と同じ方法で計算されるが、座標X1、
X2、x 1およびx2はレンズの主断面(円筒軸に沿って
得られる断面)において測定される。
【0027】レンズのプリズム状パワーZは、つぎの式
を使用して計算される。
を使用して計算される。
【0028】
【数2】
【0029】x−X=0である場合のレンズ表面上の1
点は、z=0でその光学的中心をなす。
点は、z=0でその光学的中心をなす。
【0030】マッピングモードで作動するシステムの出
力は、球状、円筒状およびプリズム状のパワーマップに
なる。図12および13には、本発明のシステムによっ
て取得されたこうしたマップの例が示されている。図1
2は眼科用多重焦点レンズの球状パワーマップを示し、
図13はその円筒状パワーマップを示している。また、
基準点におけるレンズパワーを計算すること、ならびに
レンズの光学中心を発見することおよび各レンズポイン
トについて円筒およびプリズムの各領域の軸(local ax
is)を発見することも可能である。
力は、球状、円筒状およびプリズム状のパワーマップに
なる。図12および13には、本発明のシステムによっ
て取得されたこうしたマップの例が示されている。図1
2は眼科用多重焦点レンズの球状パワーマップを示し、
図13はその円筒状パワーマップを示している。また、
基準点におけるレンズパワーを計算すること、ならびに
レンズの光学中心を発見することおよび各レンズポイン
トについて円筒およびプリズムの各領域の軸(local ax
is)を発見することも可能である。
【0031】図3は本発明の他の実施の形態にかかわる
システムを示しており、この場合の測定は、検査される
光学物体と基準パターンとのあいだの距離をあらかじめ
正確に決定する必要なしに行うことができる。
システムを示しており、この場合の測定は、検査される
光学物体と基準パターンとのあいだの距離をあらかじめ
正確に決定する必要なしに行うことができる。
【0032】図3のシステムは、検査される予定の光学
物体A3を搭載するための支持体11と、透過性の拡散
プレート13上に形成された精密な基準パターン12
と、LEDマトリックス形式の光源15と、カメラレン
ズ17付きの高解像度TVカメラ16および本システム
の光軸O上に配置された補助的な焦点レンズ18を含む
画像化および検出手段と、コンピュータ8とを備えてい
る。この実施の形態では、パターン12および拡散性の
支持プレート13は、入力/出力ボード21を介してコ
ンピュータ8によって制御されるステッピングモータま
たはサーボモータ形式のドライバ20を備えた移動式ス
ライド19上に固定されている。こうした装置は、拡散
性プレート13を伴うパターン12の本システムの光軸
Oに沿った移動を可能にする。
物体A3を搭載するための支持体11と、透過性の拡散
プレート13上に形成された精密な基準パターン12
と、LEDマトリックス形式の光源15と、カメラレン
ズ17付きの高解像度TVカメラ16および本システム
の光軸O上に配置された補助的な焦点レンズ18を含む
画像化および検出手段と、コンピュータ8とを備えてい
る。この実施の形態では、パターン12および拡散性の
支持プレート13は、入力/出力ボード21を介してコ
ンピュータ8によって制御されるステッピングモータま
たはサーボモータ形式のドライバ20を備えた移動式ス
ライド19上に固定されている。こうした装置は、拡散
性プレート13を伴うパターン12の本システムの光軸
Oに沿った移動を可能にする。
【0033】作動中は、検査される光学物体A3は支持
体11の上に置かれ、TVカメラ16は、パターン12
の2つの位置「a」および「b」において光学物体A3
を通して取得されたパターン12の少なくとも2つの画
像を検出、記録してコンピュータ8に転送する。この場
合、前記式(1)および(2)における光学パワーの計
算の基礎である角度θ1およびθ2を規定する前記式
(2)および(3)は、つぎのような形式をとる。
体11の上に置かれ、TVカメラ16は、パターン12
の2つの位置「a」および「b」において光学物体A3
を通して取得されたパターン12の少なくとも2つの画
像を検出、記録してコンピュータ8に転送する。この場
合、前記式(1)および(2)における光学パワーの計
算の基礎である角度θ1およびθ2を規定する前記式
(2)および(3)は、つぎのような形式をとる。
【0034】
【数3】
【0035】ただし、xa1およびxb1、xa2およびxb2
は、パターン12の「a」および「b」の各位置におけ
る各光線R1およびR2のパターン12からの発生ポイ
ントの放射状座標であり、ΔBは基準パターン12の位
置「a」および「b」間の距離である。
は、パターン12の「a」および「b」の各位置におけ
る各光線R1およびR2のパターン12からの発生ポイ
ントの放射状座標であり、ΔBは基準パターン12の位
置「a」および「b」間の距離である。
【0036】図4および5は、その後部表面Srが球状
である光学物体の非球状の前面Sfの透過におけるマッ
ピングのための、本発明のさらなる実施の形態にかかわ
るシステムを示している。
である光学物体の非球状の前面Sfの透過におけるマッ
ピングのための、本発明のさらなる実施の形態にかかわ
るシステムを示している。
【0037】とくに図4のシステムは、凸状の非球面形
状を有する前面Sfと凹状の球面形状を有する後部表面
Srとを有する半仕上げ多重焦点レンズA4を測定する
ように設計されている。図4のシステムは、照明手段4
0と、基準パターン41と、ピンホールカメラレンズ4
3を有するTVカメラ42の形式の画像および検出手段
と、コンピュータ8とを備えている。光学物体A4は、
ピンホールレンズ43から距離rを隔てて配置された支
持体(図示されていない)上に取り付けられている。こ
の場合のrは、球状の後部表面Srの曲率半径である。
基準パターン41は、図1の場合と同様の測定用として
所定の位置に固定されるか、図3の場合と同様の測定用
として駆動手段46を有するスライダ45の上に設置さ
れるかの何れかが可能である。作動中は、基準パターン
41から到来する光線は非球状の前面Sfによって屈折
され、後部表面Srによって屈折されることなくカメラ
42に至る。
状を有する前面Sfと凹状の球面形状を有する後部表面
Srとを有する半仕上げ多重焦点レンズA4を測定する
ように設計されている。図4のシステムは、照明手段4
0と、基準パターン41と、ピンホールカメラレンズ4
3を有するTVカメラ42の形式の画像および検出手段
と、コンピュータ8とを備えている。光学物体A4は、
ピンホールレンズ43から距離rを隔てて配置された支
持体(図示されていない)上に取り付けられている。こ
の場合のrは、球状の後部表面Srの曲率半径である。
基準パターン41は、図1の場合と同様の測定用として
所定の位置に固定されるか、図3の場合と同様の測定用
として駆動手段46を有するスライダ45の上に設置さ
れるかの何れかが可能である。作動中は、基準パターン
41から到来する光線は非球状の前面Sfによって屈折
され、後部表面Srによって屈折されることなくカメラ
42に至る。
【0038】図5のシステムは、凹状の非球面形状を有
する前面Sfと凸状の球面形状を有する後部表面Srと
を有し、図4の多重焦点レンズの製造を意図されたガラ
ス製モールドA5の屈折特性を測定するように設計され
ている。本システムは、照明手段50と、基準パターン
51と、カメラレンズ53付きの高解像度TVカメラ5
2および焦点調節用光学素子55を含む画像化および検
出手段と、コンピュータ8とを備えている。焦点調節用
光学素子55は、カメラレンズ53の入射瞳孔を画像化
および検出手段から遠ざかる方向にパターン51から隔
てられた点Mへと投影するように設計されている。検査
される光学物体A5は点Mから距離rを隔てて配置され
ている。この場合のrは、凸状球面である後部表面Sr
の曲率半径である。作動中、基準パターン51から到来
する光線は、非球状前面Sfによって屈折され、後部表
面Srによって屈折されることなくカメラ52に至る。
する前面Sfと凸状の球面形状を有する後部表面Srと
を有し、図4の多重焦点レンズの製造を意図されたガラ
ス製モールドA5の屈折特性を測定するように設計され
ている。本システムは、照明手段50と、基準パターン
51と、カメラレンズ53付きの高解像度TVカメラ5
2および焦点調節用光学素子55を含む画像化および検
出手段と、コンピュータ8とを備えている。焦点調節用
光学素子55は、カメラレンズ53の入射瞳孔を画像化
および検出手段から遠ざかる方向にパターン51から隔
てられた点Mへと投影するように設計されている。検査
される光学物体A5は点Mから距離rを隔てて配置され
ている。この場合のrは、凸状球面である後部表面Sr
の曲率半径である。作動中、基準パターン51から到来
する光線は、非球状前面Sfによって屈折され、後部表
面Srによって屈折されることなくカメラ52に至る。
【0039】図6および7は、多重焦点レンズ製造のた
めの金属製、セラミック製および/またはガラス製モー
ルド、非球面鏡、多重焦点レンズ他などの少なくとも1
つの反射表面を有する光学物体を試験するように設計さ
れた、本発明のさらなる実施形態によるシステムを示し
ている。
めの金属製、セラミック製および/またはガラス製モー
ルド、非球面鏡、多重焦点レンズ他などの少なくとも1
つの反射表面を有する光学物体を試験するように設計さ
れた、本発明のさらなる実施形態によるシステムを示し
ている。
【0040】図6および7に示されたシステムは、モー
タ62によって駆動される移動式スライダ61上に設置
された基準パターン60と、パターン60を照射するた
めの拡散光源64と、光線スプリッタ65と、視野調節
光学素子66と、カメラレンズ68の付いたCCDカメ
ラ67と、フレームグラバーおよびI/Oボードを有す
るコンピュータ70と、基準パターン60と光線スプリ
ッタ65のあいだでシステムの光軸上に配置された光学
物体A6用の支持体(図示されていない)とを備えてい
る。光学要素A6は、図6では凹形状を有し、図7では
凸形状を有する被検査表面Siを有している。被検査表
面Siの形状に依存して、視野調節用光学素子66は、
カメラレンズ68との組み合わせで、収束する照明光線
(図6)および発散する照明光線(図7)における画像
取得に適したセットアップを形成するような、適正に設
計されている。視野調節用光学素子66はまた平行光に
おいて作動するように設計されることも可能であり、ま
た特定形状の凹状表面が検査される場合には取り除かれ
ることも可能である。
タ62によって駆動される移動式スライダ61上に設置
された基準パターン60と、パターン60を照射するた
めの拡散光源64と、光線スプリッタ65と、視野調節
光学素子66と、カメラレンズ68の付いたCCDカメ
ラ67と、フレームグラバーおよびI/Oボードを有す
るコンピュータ70と、基準パターン60と光線スプリ
ッタ65のあいだでシステムの光軸上に配置された光学
物体A6用の支持体(図示されていない)とを備えてい
る。光学要素A6は、図6では凹形状を有し、図7では
凸形状を有する被検査表面Siを有している。被検査表
面Siの形状に依存して、視野調節用光学素子66は、
カメラレンズ68との組み合わせで、収束する照明光線
(図6)および発散する照明光線(図7)における画像
取得に適したセットアップを形成するような、適正に設
計されている。視野調節用光学素子66はまた平行光に
おいて作動するように設計されることも可能であり、ま
た特定形状の凹状表面が検査される場合には取り除かれ
ることも可能である。
【0041】作動中、パターン60は拡散性光源64に
よって照射され、これによって取得されたパターンの各
地点から到来する複数の照明光線は光線スプリッタ65
によって検査される光学要素A6の反射面へと導かれ、
その表面から反射されて光線スプリッタ65を通過し、
さらに光学素子66を通ってカメラレンズ68に至る。
カメラレンズ68の入射瞳孔を通過する光線だけが、C
CDカメラ67の検出要素上での基準パターン60の画
像の形成に関与する。取得されたひとつの画像、または
測定が基準パターン60の2つの位置で行われる場合に
は2つの画像、はコンピュータ70のメモリーに記憶さ
れ、前述の実施の形態において述べられたものと同様の
方法で分析される。
よって照射され、これによって取得されたパターンの各
地点から到来する複数の照明光線は光線スプリッタ65
によって検査される光学要素A6の反射面へと導かれ、
その表面から反射されて光線スプリッタ65を通過し、
さらに光学素子66を通ってカメラレンズ68に至る。
カメラレンズ68の入射瞳孔を通過する光線だけが、C
CDカメラ67の検出要素上での基準パターン60の画
像の形成に関与する。取得されたひとつの画像、または
測定が基準パターン60の2つの位置で行われる場合に
は2つの画像、はコンピュータ70のメモリーに記憶さ
れ、前述の実施の形態において述べられたものと同様の
方法で分析される。
【0042】反射において作動する前記システムの出力
は、光学物体の被検査表面上の各地点に関して表面の実
際の高さを与える物理的な地形図の形式、または図12
および13に示されるような、等価の光学的球状、円筒
状およびプリズム状パワーマップの形式のいずれかにな
る。
は、光学物体の被検査表面上の各地点に関して表面の実
際の高さを与える物理的な地形図の形式、または図12
および13に示されるような、等価の光学的球状、円筒
状およびプリズム状パワーマップの形式のいずれかにな
る。
【0043】図8および9は、凹状および凸状表面を反
射光において光線スプリット要素なしに検査するように
設計された、図6および7の場合に類似するセットアッ
プを示している。
射光において光線スプリット要素なしに検査するように
設計された、図6および7の場合に類似するセットアッ
プを示している。
【0044】これまでに説明され、かつ図面によって示
された方法およびシステムは本発明の限定されない実施
の形態と見なされるべきものであり、特許請求の範囲内
で本発明の異なる修正および変更が存在し得ることは留
意されなければならない。
された方法およびシステムは本発明の限定されない実施
の形態と見なされるべきものであり、特許請求の範囲内
で本発明の異なる修正および変更が存在し得ることは留
意されなければならない。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、光学物体の光学特性の
自動非接触測定が可能になり、とくに眼科用要素などの
光学物体の自動非接触測定が可能になる。
自動非接触測定が可能になり、とくに眼科用要素などの
光学物体の自動非接触測定が可能になる。
【図1】本発明の一実施の形態にかかわる光学物体の光
学特性の自動非接触測定システムの概略説明図である。
学特性の自動非接触測定システムの概略説明図である。
【図2】図1のシステムの作動中における概略説明図で
ある。
ある。
【図3】光学セットアップは図1の場合と同様であるが
移動式の基準パターン支持体を有する、本発明の他の実
施の形態にかかわる光学物体の光学特性の自動非接触測
定システムの概略説明図である。
移動式の基準パターン支持体を有する、本発明の他の実
施の形態にかかわる光学物体の光学特性の自動非接触測
定システムの概略説明図である。
【図4】半仕上げ多重焦点レンズの非球面の試験にとく
に適する、本発明のさらに他の実施の形態にかかわる光
学物体の光学特性の自動非接触測定システムの概略説明
図である。
に適する、本発明のさらに他の実施の形態にかかわる光
学物体の光学特性の自動非接触測定システムの概略説明
図である。
【図5】多重焦点レンズの製造用として設計されたモー
ルドの非球面の試験にとくに適する、本発明のさらに他
の実施の形態にかかわる光学物体の光学特性の自動非接
触測定システムの概略説明図である。
ルドの非球面の試験にとくに適する、本発明のさらに他
の実施の形態にかかわる光学物体の光学特性の自動非接
触測定システムの概略説明図である。
【図6】光学物体の反射面の試験用に設計された、本発
明のさらに他の実施の形態にかかわる異なる光学物体の
光学特性の自動非接触測定システムの概略説明図であ
る。
明のさらに他の実施の形態にかかわる異なる光学物体の
光学特性の自動非接触測定システムの概略説明図であ
る。
【図7】光学物体の反射面の試験用に設計された、本発
明のさらに他の実施の形態にかかわる異なる光学物体の
光学特性の自動非接触測定システムの概略説明図であ
る。
明のさらに他の実施の形態にかかわる異なる光学物体の
光学特性の自動非接触測定システムの概略説明図であ
る。
【図8】光学物体の反射面の試験用に設計された、本発
明のさらに他の実施の形態にかかわる異なる光学物体の
光学特性の自動非接触測定システムの概略説明図であ
る。
明のさらに他の実施の形態にかかわる異なる光学物体の
光学特性の自動非接触測定システムの概略説明図であ
る。
【図9】光学物体の反射面の試験用に設計された、本発
明のさらに他の実施の形態にかかわる異なる光学物体の
光学特性の自動非接触測定システムの概略説明図であ
る。
明のさらに他の実施の形態にかかわる異なる光学物体の
光学特性の自動非接触測定システムの概略説明図であ
る。
【図10】本発明の光学物体の光学特性の自動非接触測
定システムによって、二重焦点レンズを通じて得られた
基準パターン画像の例を示す図である。
定システムによって、二重焦点レンズを通じて得られた
基準パターン画像の例を示す図である。
【図11】本発明の光学物体の光学特性の自動非接触測
定システムによって、多重焦点レンズを通じて得られ基
準パターン画像の例を示す図である。
定システムによって、多重焦点レンズを通じて得られ基
準パターン画像の例を示す図である。
【図12】本発明の光学物体の光学特性の自動非接触測
定システムによって得られた多重焦点レンズの球状パワ
ーマップの例を示す図である。
定システムによって得られた多重焦点レンズの球状パワ
ーマップの例を示す図である。
【図13】本発明の光学物体の光学特性の自動非接触測
定システムによって得られた多重焦点レンズの円筒状パ
ワーマップの例を示す図である。
定システムによって得られた多重焦点レンズの円筒状パ
ワーマップの例を示す図である。
1a、1b 単色光源 2 支持体 3 基準パターン 5 画像化および検出手段 8 画像処理手段
Claims (15)
- 【請求項1】 光学物体の光学特性の自動非接触測定を
するためのシステムであって、光源と、基準パターン
と、画像化および検出手段と、前記光学物体のための支
持体と、画像処理手段とからなり、少なくとも前記基準
パターンと前記画像化および検出手段とが、前記システ
ムの光軸上に配置され、前記光学物体のための支持体
が、前記光学物体を前記基準パターンと前記画像化およ
び検出手段とともに同軸上に配置するために、前記基準
パターンと前記画像化および検出手段とのあいだに配置
され、前記光源が、異なる角度で前記パターンの各地点
から到来する複数の照明光の光線を生成するように、前
記パターンに照射光を方向付けることができ、前記画像
化および検出手段が、各画像化光線がただ1つの前記照
明光線と結合するように前記光学物体を通して前記パタ
ーンの画像を得ることができるとともに前記画像を記録
することができ、前記画像処理手段が、前記画像を処理
して測定出力を生成するシステム。 - 【請求項2】 前記光源が発散型照明器である請求項1
記載のシステム。 - 【請求項3】 前記基準パターンが、発散型プレート上
に形成されてなる請求項1記載のシステム。 - 【請求項4】 前記画像化および検出手段が、ピンホー
ル入射瞳孔を有するカメラレンズをもつカメラを含む請
求項1記載のシステム。 - 【請求項5】 前記画像化および検出手段が、前記光学
物体から前記入射瞳孔に到来する光線の一部を方向付け
るための焦点調整用光学素子を含む請求項5記載のシス
テム。 - 【請求項6】 前記焦点調整用光学素子が、前記光学物
体から実質的に互いに平行に到来する複数の光線を前記
入射瞳孔へ方向付ける請求項5記載のシステム。 - 【請求項7】 さらに、前記基準パターンを少なくとも
2つの位置に動かす手段を備え、かつ、前記画像処理手
段が、前記2つの位置に動かされた基準パターンの画像
に基づいて、前記測定出力を供給することができる請求
項1記載のシステム。 - 【請求項8】 前記測定出力が、あらゆる所定の地点に
おける前記物体の球状光学パワーである請求項1記載の
システム。 - 【請求項9】 前記測定出力が、あらゆる所定の地点に
おける前記物体の円筒状光学パワーおよび円筒状軸であ
る請求項1記載のシステム。 - 【請求項10】 前記測定出力が、あらゆる所定の地点
における前記物体のプリズム状光学パワーおよびプリズ
ム軸である請求項1記載のシステム。 - 【請求項11】 前記測定出力が、前記光学物体の光学
的中心の位置を示す請求項1記載のシステム。 - 【請求項12】 前記測定出力が、球状光学パワーのマ
ップである請求項1記載のシステム。 - 【請求項13】 前記測定出力が、円筒状光学パワーの
マップおよび円筒軸のベクトル場である請求項1記載の
システム。 - 【請求項14】 前記測定出力が、プリズム状光学パワ
ーマップ、プリズム軸のベクトル場、および前記光学物
体の光学中心である請求項1記載のシステム。 - 【請求項15】 前記測定出力が、地形図である請求項
1記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IL130465 | 1999-06-14 | ||
IL13046599A IL130465A0 (en) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | Method and apparatus for measuring power of an optical element for its mapping |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001021449A true JP2001021449A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=11072924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000177485A Pending JP2001021449A (ja) | 1999-06-14 | 2000-06-13 | 光学物体の光学特性の自動非接触測定のための方法およびシステム |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6496253B1 (ja) |
EP (1) | EP1061329A3 (ja) |
JP (1) | JP2001021449A (ja) |
AU (1) | AU3942700A (ja) |
CA (1) | CA2311050A1 (ja) |
IL (1) | IL130465A0 (ja) |
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KR20150080563A (ko) * | 2012-11-30 | 2015-07-09 | 퀘드 테크놀러지즈 인터내셔날, 인크. | 통합된 파면 센서 및 프로파일로미터 |
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US7176440B2 (en) * | 2001-01-19 | 2007-02-13 | Honeywell International Inc. | Method and apparatus for detecting objects using structured light patterns |
US6841780B2 (en) * | 2001-01-19 | 2005-01-11 | Honeywell International Inc. | Method and apparatus for detecting objects |
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