JP2005291900A

JP2005291900A - レンズメータ

Info

Publication number: JP2005291900A
Application number: JP2004106804A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Imaizumi; 智今泉
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Also published as: KR101126150B1; KR20060045055A; US20050219514A1; US7230693B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、精度良く被検レンズの光学特性を測定できるレンズメータを提供すること。
【解決手段】少なくとも３個の測定光源と、前記測定光源からの測定光束を被検レンズへ投光する投光レンズと、前記測定光源と投光レンズとの間に配置され、且つ前記投光レンズの像側焦点位置に配置された絞りと、前記絞り及びと投光レンズを介して被検レンズを透過した各測定光源からの測定光束を、結像光学系を介さずに受光する２次元受光素子とを備え、前記２次元受光素子の出力に基づいて被検レンズの光学特性を測定するレンズメータであって、前記投光レンズは、０Ｄ付近の度数もしくは使用頻度の高い度数を持つ被検レンズが光路に配置された場合に、前記測定光源と前記２次元受光素子とが共役関係となるように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検レンズの光学特性を測定するレンズメータに関する。

レンズメータとしては、光源からの測定光束をコリメータレンズで平行光束として被検レンズに投光し、被検レンズを通過した後の光束を少なくとも３個の開口及びこの開口にそれぞれ配設した収束レンズを介して２次元受光素子に投影し、受光素子に投影された開口のスポット像の位置を検出することにより、被検レンズの光学特性を測定するものが知られている（特許文献１参照）。

また、被検レンズ上の汚れやキズによる測定光の局所的な波面の乱れやスポット像の崩れによる検出誤差を抑制するために、各開口に配設する収束レンズとして回折レンズ・アレイを設けたレンズメータが非特許文献１にて提案されている。
特開平１１−２５５５８１号堀信男、外２名「回折型光学素子の計測への応用」、光アライアンス、日本工業出版、１９９８年１１月号、ｐ．３６−３９

しかしながら、各開口に設ける回折レンズ・アレイは、加工が難しく高価であるとう問題がある。また、被検レンズに大きなキズがある場合には、測定スポット像の崩れを抑えきれない可能性がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、簡単な構成で、精度良く被検レンズの光学特性を測定できるレンズメータを提供することを技術課題とする。

（１）少なくとも３個の測定光源と、前記測定光源からの測定光束を被検レンズへ投光する投光レンズと、前記測定光源と投光レンズとの間に配置され、且つ前記投光レンズの像側焦点位置に配置された絞りと、前記絞り及びと投光レンズを介して被検レンズを透過した各測定光源からの測定光束を、結像光学系を介さずに受光する２次元受光素子とを備え、前記２次元受光素子の出力に基づいて被検レンズの光学特性を測定するレンズメータであって、前記投光レンズは、０Ｄ付近の度数もしくは使用頻度の高い度数を持つ被検レンズが光路に配置された場合に、前記測定光源と前記２次元受光素子とが共役関係となるように配置されていることを特徴とする。
（２）（１）のレンズメータにおいて、前記絞りの径は前記２次元受光素子４上で各測定光束によるスポット像が分離して検出できる大きさまで広げられていることを特徴とする。
（３）（１）のレンズメータにおいて、前記絞りの径を変化させる絞り径可変手段と、前記２次元受光素子の出力に基づいて前記絞り径可変手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
（４）（３）のレンズメータにおいて、前記制御手段は前記二次元受光素子により検出された測定光束による受光光量が所定のレベルに満たない時、あるいは測定光束の数が所定数を満たさない時に、前記絞り径可変手段を制御することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、精度良く被検レンズの光学特性を測定できるレンズメータを提供することができた。

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、本実施例におけるレンズメータの光学系及び制御系を示す概略構成図である。

１は白色ＬＥＤからなる測定光源であり、測定光軸Ｌ１から等距離の位置に９０度間隔で４つ配置されている。２は絞りの径が変えられる可変絞りであり、光軸Ｌ１を中心とした円形の開口により光源１からの測定光束を制限する。３は被検レンズＬＥに測定光束を投光する投光レンズである。５は被検レンズＬＥを載置するためのノーズピースである。６は、ｅ線（546.07ｎｍ）付近のみのを通過させるバンドパスフィルタである。４は、2次元受光素子である。可変絞り２は測定光源１と投光レンズ３との間に配置され、且つ投光レンズ３の物側焦点位置に配置されており、可変絞り２と投光レンズ３は像側テレセントリック光学系を構成している。また、投光レンズ３は、０Ｄ付近の度数もしくは使用頻度の高い特定の度数（−１Ｄ〜−２Ｄ付近）を持つ被検レンズＬＥが光路中に配置された場合に、光源１と２次元受光素子４とが共役関係となるように配置されている（必要な精度との関係で略共役となれば良い）。

光源１からの光は、可変絞り２、投光レンズ３を介して４本の収束光束となって、被検レンズＬＥに投光される。そして、被検レンズＬＥを透過した４本の測定光束は、レンズ等の結像光学系を介さずに二次元受光素子４に受光され、二次元受光素子４上には４個の測定光源によるスポット像が投影される。二次元受光素子４からの出力信号は制御部１０に入力され、制御部１０は所定の演算を行って被検レンズＬＥの光学特性を得る。また、制御部１０には、可変絞り２の絞りの径を変えるための絞り駆動部１１、メモリ１２、測定結果等を表示するモニタ１３、スイッチ部１４が接続されている。

このような測定光学系による被検レンズＬＥの光学特性の測定方法を説明する。各光源１１の点灯により可変絞り２が個別に照明される。そして、光源１からの光が像側テレセントリック光学系を構成する可変絞り２と投光レンズ３を通過すると、測定光束の主光線が光軸Ｌ１に対して平行となり被検レンズＬＥに向かう。ここで、光源１からの投射された測定光束は投光レンズ３により集光されて被検レンズＬＥを通過する。被検レンズＬＥを通過した測定光束は、バンドパスフィルタ６を介して二次元受光素子４にて検出される。

図２（ａ）は、ある度数の被検レンズＬＥを測定した時の二次元受光素子４上に投影されたスポット像Ｓ１〜Ｓ４を示す図である。図２（ａ）のようにスポット像が二次元受光素子４により検出される場合、被検レンズＬＥがない時には、直進した測定光束によるスポット像が二次元受光素子４上に結像する。これに対し、プラス度数を持った被検レンズＬＥが置かれると、スポット像同士の間隔が被検レンズＬＥの無い場合に比べて小さくなって二次元受光素子４に投影される。逆に、マイナス度数を持った被検レンズが置かれると、スポット像同士の間隔が被検レンズＬＥの無い場合に比べて大きくなって二次元受光素子４上に投影される。また、乱視度数を持った被検レンズＬＥが置かれると、所定の乱視軸角度に応じて傾斜したスポット像が投影される。

制御部１０は二次元受光素子４によって検出されたスポット像の位置を算出する。図２（ｂ）は、スポット像が受光素子に検出された時の受光光量の変化を示す図である。まず、制御部１０は、受光光量の立ち上がり位置Ｓminを求め、次に、立ち上がり位置Ｓminから所定レベル増加した光量Ｋｓにおける二次元受光素子４上の変位Ｐaを求める。さらに、制御部１０は、受光光量のピークＳmaxを過ぎて、再び光量Ｋｓとなった時の二次元受光素子４上の変位Ｐｂを求める。そして、変位Ｐａと変位Ｐｂの中間点が二次元受光素子４上のスポット像の位置Ｐｓとなる。この時、二次元受光素子４上のスポット像は投光レンズ３により集光された光束であるため、被検レンズＬＥ上の測定光束がかかる部分に傷や汚れがあっても、二次元受光素子４上に投影されるスポット像の光強度のムラが生じにくくなり、スポット像の受光光量が大きくなる。このため、Ｓ／Ｎ比が向上し、スポット像の位置検出精度が安定する。

本実施例では、上記の投光レンズ３の配置構成により、０Ｄ付近の度数もしくは使用頻度の高い度数（−１Ｄ〜−２Ｄ付近）の被検レンズを測定したときに、二次元受光素子４上に投影されるスポット像が最も小さくなり、スポット像の位置検出精度が高くなる。すなわち、０Ｄ付近もしくは使用頻度の高い度数の被検レンズについての信頼性が高くなる。

また、上記のように、被検レンズＬＥに傷や汚れがある場合の検出誤差を抑えるためには、被検レンズＬＥを通過する測定光束径を大きくすることが好ましい。測定光束径は絞り２の径で制限される。したがって、絞り２の径としては、測定可能な高度数の正パワーのレンズを測定したときに、二次元受光素子４上の４つのスポット像が分離して検出できる大きさまで広げておくことが好ましい。

制御部１０は、二次元受光素子４で検出されるスポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置を算出した後、スポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置関係に基づいて球面屈折力、柱面屈折力、乱視軸角度等の光学特性を求める。よって、以上のような構成とすれば、測定光学系に高価な回折レンズを用いるような構成としなくとも、簡単な構成で被検レンズに傷や汚れがあった時の測定誤差を抑制及び防止することができる。また、異なる度数の被検レンズＬＥを測定する場合も、測定光束が被検レンズＬＥに入射する位置が同じであるので、度数によらず常に同じ位置で測定が可能である。このため、受光素子４上におけるスポット像の度数当たりの変位量は、度数によらず一定なので、測定精度のバラツキを抑え、安定した測定が可能になる。

なお、本実施例の光学系において、光源１の数は４つとしたが、光軸Ｌ１を中心に少なくとも３つの光源を設ければ、球面度数の他、乱視度数等を測定することができる。

次に、可変絞り２の絞りの径を変える時の動作について説明する。図３（ａ）は、被検レンズＬＥ上で測定光束がかかる大きな傷又は汚れがあった場合の、スポット像が二次元受光素子４に検出された時の受光光量の低下を示す図である。このように被検レンズの傷や汚れがある部分を測定光束が通過すると、二次元受光素子４上のスポット像が崩れてしまい、受光光量が低下する。このため、スポット像の位置検出精度が下がり、測定精度が低下する。そこで、制御部１０では、スポット像による受光光量の立ち上がり位置Ｓminからスポット像の受光光量のピークＳmaxとの差を算出する。そして、ピークＳmaxと立ち上がり位置Ｓminとの光量差が予め設定された許容範囲Ｋａを満たさない時には、絞り駆動部１１を駆動させて可変絞り２の絞り径を大きくさせる。可変絞り２の絞り径を大きくすると、被検レンズＬＥを通過する光束径が大きくなり、二次元受光素子４上で投影されるスポット像サイズが大きくなる。図３（ｂ）は可変絞り２の絞り径を大きくした時のスポット像による受光光量の変化を示す図である。

許容範囲Ｋａを超え十分な受光光量が確保できるようになれば、スポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置検出精度が向上する。また、以上のような構成は、レンズに傷や汚れがある場合の他、高度数のレンズを測定した時のスポット像サイズの広がり及びボケにより受光光量の低下が低下する場合においても同様の効果がある。この場合も、上記同様に二次元受光素子４上のスポット像の受光光量を検出し、受光光量が許容範囲Ｋａを満たさない時に、可変絞り２の径を大きくする。

図４は、被検レンズＬＥが高度数のプラスレンズである場合の、二次元受光素子４上に形成されたスポット像Ｓ１〜Ｓ４を示す図である。高度数のプラスレンズの測定では、図４のようにスポット像同士が密集しすぎてスポット像同士が重なりあってしまうことがある。このような場合、二次元受光素子４上のスポット像Ｓ１及びＳ２による受光光量の変化は図５（ａ）のようになり、制御部１０では分離したスポット像として位置検出を行うことができずに測定精度が低下する。そこで、制御部１０では、光源１を点灯した時に二次元受光素子４からの出力信号に基づいてスポット像S１〜Ｓ４まで４つ全て検出されず、スポット像が３つ以下と検出された時には、可変絞り２の絞りの径を小さくする。可変絞り２の絞りの径が小さくなると、被検レンズＬＥを通過する光束径が小さくなり、スポット像サイズが小さくなる。よって、図５（ｂ）のように、各スポット像を分離させることができ、それぞれのスポット像の位置検出を行うことができるようになる。このように重なっていたスポット像が分離したら、制御部１０はスポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置を算出し、スポット像Ｓ１〜Ｓ４の位置関係に基づいて被検レンズＬＥの光学特性を測定する。このような構成とすれば、高度数のプラスレンズを測定した場合においても、測定精度を下げることなく測定を行うことができる。但し、スポット像が３つ以下と検出されてから可変絞り２の絞りの径を小さくしても、スポット像の分離が検出されなかった場合、制御部１０は傷や汚れによるものと判定すればよい。

本実施例におけるレンズメータの光学系及び制御系を示す概略構成図である。ある度数の被検レンズを測定した時の二次元受光素子上に投影されたスポット像を示す図、及びスポット像が受光素子に検出された時の受光光量の変化を示す図である。被検レンズ上で測定光束がかかる大きな傷又は汚れがあった場合の、スポット像が二次元受光素子に検出された時の受光光量の低下を示す図、及び可変絞りの絞り径を大きくした時のスポット像による受光光量の変化を示す図である。被検レンズが高度数のプラスレンズである場合の二次元受光素子上に形成されたスポット像を示す図である。スポット像同士が重なりあった時の二次元受光素子上のスポット像Ｓ１及びＳ２による受光光量の変化を示す図、及び各スポット像が分離された時のスポット像Ｓ１及びＳ２による受光光量の変化を示す図である。

符号の説明

１測定光源
２可変絞り
３投光レンズ
４２次元受光素子
５ノーズピース
１０制御部
１１絞り駆動部
ＬＥ被検レンズ
Ｓ１〜Ｓ４スポット像
Ｌ１光軸

Claims

少なくとも３個の測定光源と、前記測定光源からの測定光束を被検レンズへ投光する投光レンズと、前記測定光源と投光レンズとの間に配置され、且つ前記投光レンズの像側焦点位置に配置された絞りと、前記絞り及びと投光レンズを介して被検レンズを透過した各測定光源からの測定光束を、結像光学系を介さずに受光する２次元受光素子とを備え、前記２次元受光素子の出力に基づいて被検レンズの光学特性を測定するレンズメータであって、前記投光レンズは、０Ｄ付近の度数もしくは使用頻度の高い度数を持つ被検レンズが光路に配置された場合に、前記測定光源と前記２次元受光素子とが共役関係となるように配置されてい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、前記絞りの径は前記２次元受光素子４上で各測定光束によるスポット像が分離して検出できる大きさまで広げられてい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、前記絞りの径を変化させる絞り径可変手段と、前記２次元受光素子の出力に基づいて前記絞り径可変手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするレンズメータ。
請求項３のレンズメータにおいて、前記制御手段は前記二次元受光素子により検出された測定光束による受光光量が所定のレベルに満たない時、あるいは測定光束の数が所定数を満たさない時に、前記絞り径可変手段を制御することを特徴とするレンズメータ。