JP4819366B2

JP4819366B2 - レンズメータ

Info

Publication number: JP4819366B2
Application number: JP2005002823A
Authority: JP
Inventors: 智今泉
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: EP1679499A2; JP2006189386A; US20060152709A1; EP1679499B1; EP1679499A3; US7486389B2

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。

近年、被検レンズ（例えば、累進多焦点レンズなど）の広い範囲の光学特性を１度に測定することにより、簡単な操作で被検レンズの屈折度数分布を求めることができるレンズメータが提案されている。例えば、１つの測定光源と被検レンズとの間に配置された多数の微小レンズを有するマイクロレンズアレイにより、多数の集光光束を被検レンズに投光し、被検レンズ透過後の光束の変位量を元に度数分布を測定する装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−３３３９６号公報

しかしながら、マイクロレンズアレイは、高価であるという問題がある。また、マイクロレンズアレイを用いた光学系では、微小レンズから射出する光束を選択的に被検レンズに向けて照射したり、光量不足を補うためには、複雑な構成が必要となる。

本発明は、上記問題点を鑑み、安価で装置構成を複雑にさせず、被検レンズの度数分布を広い範囲にて測定することが可能な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）被検レンズに測定光を照射し、被検レンズを透過した測定光を受光する二次元受光素子を持つ測定光学系を備え、前記二次元受光素子からの出力信号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において、測定光路に配置された指標パネルであって、電気的な制御により任意の指標パターンを形成可能な指標パネルと、前記指標パネルを制御し、被検レンズの屈折度数分布を測定するための多数の指標からなる指標パターンを形成させると共に、前記二次元受光素子で受光される前記指標パターンの指標像の重なりが生じないように、指標を選択的に時分割にて形成させ、前記二次元受光素子で受光された各指標像の位置に基づいて被検レンズの屈折度数分布を求める制御手段であって、前記二次元受光素子で検出された指標像の受光信号に基づき、各指標像の受光信号が所定の基準より低下しているか、又は各指標像の受光信号の波形が非対称になっているときに、被検レンズを通過する測定光束が太くなるように前記指標パターンの各指標を大きくさせて屈折度数分布を求める制御手段と、を備えることを特徴とする。
（２）被検レンズに測定光を照射し、被検レンズを透過した測定光を受光する二次元受光素子を持つ測定光学系を備え、前記二次元受光素子からの出力信号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において、測定光路に配置された指標パネルであって、電気的な制御により任意の指標パターンを形成可能な指標パネルと、前記指標パネルを制御し、被検レンズの屈折度数分布を測定するための多数の指標からなる指標パターンを形成させると共に、前記二次元受光素子からの出力信号に基づいて前記指標パターンの形状を変更し、前記二次元受光素子で受光された各指標像の位置に基づいて被検レンズの屈折度数分布を求める制御手段であって、前記二次元受光素子で検出された指標像の受光信号に基づき、各指標像の受光信号が所定の基準より低下しているか、又は各指標像の受光信号の波形が非対称になっているときに、被検レンズを通過する測定光束が太くなるように前記指標パターンの各指標を大きくさせて屈折度数分布を求める制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、安価で装置構成を複雑にさせず、被検レンズの度数分布を広い範囲にて測定することができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態におけるレンズメータの光学系及び制御系の構成を説明する図である。

１は被検レンズＬＥに測定光束を投光する投光光学系であり、順に、測定光照射部２、フィールドレンズ９、絞り３、投光レンズ４により構成されている。測定光照射部２は、光源部２ａ、および光源部２ａの前に置かれ、光源部２ａから出射する測定光を例えば図２に示すような複数の指標パターンとして選択的に透過するための液晶パネル２ｂとからなる。本実施形態において、光源部２ａは、単体或いは複数個からなるＬＥＤや蛍光ランプ等の種々の光源と、光源からの光を拡散反射するための拡散部材により構成される。なお、光源部２ａとしては、２次元的に拡散光を出射する構成であって、面発光型の光源（例えば、面発光型ＬＥＤ）やスクリーン板を背後から照明するような構成であってもよい。また、、本実施形態では光源部と液晶パネルとを用いて測定光照射部としているが、これに限るものではなく、電気的な制御により任意の指標パターンを形成し、該指標パターンを測定光として照射可能な構成を有していればよい。例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイや電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）等の有機発光体を利用した表示パネルを用いることもできる。

絞り３は、投光レンズ４の光軸Ｌ１を中心とした円形の開口により測定光照射部２からの測定光束を制限する。また、絞り３は、投光レンズ４の物側焦点位置に配置され、投光レンズ４と絞り３は、像側テレセントリック光学系を構成する。また、投光光学系に配置される絞り３の位置を像側焦点位置として、測定光照射部２と絞り３との間にフィールドレンズ９が配置されている。なお、フィールドレンズ９は、測定光照射部２から出射される測定光を効率よく絞り３に導くために、測定光照射部２にできるだけ近い位置に配置されていることが好ましい。

５は被検レンズＬＥを載置するレンズ載置部である。６はｅ線（546.07ｎｍ）付近のみを通過させるバンドパスフィルターである。７はエリアＣＣＤ等の二次元受光素子である。ここで、測定光照射部２の液晶パネル２ｂに度数分布測定用の画像が表示されると、測定光束が被検レンズＬＥに向けて発せられる。測定光束は、フィールドレンズ９を介して、像側テレセントリック光学系を構成する可変絞り３と投光レンズ４を通過すると、測定光束の主光線が光軸Ｌ１に対して平行になり被検レンズＬＥに向かう。ここで、測定光照射部２から出射された測定光束は、投光レンズ４により集光されて被検レンズＬＥを通過する。このようにして、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７にて検出される。これにより、二次元受光素子７には所定のパターン像が投影される。制御部２０は、二次元受光素子７からの出力信号に基づいてパターン像の像位置を検出し、検出結果に基づいて被検レンズＬＥの度数分布特性を得る。また、制御部２０は、求められた度数分布データを元に、これを表現するグラフィックをモニタ１３にマッピング表示する（図３参照）。なお、制御部２０は、レンズメータ全体の装置制御等も行う。

例えば、液晶パネル２ｂに図２に示すような画像（図示するドット部分は光を透過し、その他の領域は遮光している）を表示した場合、液晶パネル２ｂの背後から照明する光源部２ａにより、その表示画面は、各ドット表示により微小な光源が二次元的に多数配置されているような状態となる。すなわち、各ドット表示から測定光束が出射され、被検レンズＬＥの複数位置で測定光束が通過した後、二次元受光素子７に液晶パネル２ｂの各ドット表示によるドットパターン像が投影されることとなる。なお、本実施形態において、ドット像とは二次元受光素子７に投影された１つの指標像（例えば、円形状の像）のことを指し、ドットパターン像とは二次元受光素子７に投影された各ドット像の二次元的な集合を指すものとする。

図４（ａ）はレンズ載置部５に被検レンズＬＥが載置されていないときのドットパターン像である。一方、図４（ｂ）はプラス度数を持つ球面レンズを載置したときのドットパターン像であり、被検レンズＬＥが載置されていないときに比較して、円形状に各ドット像の間隔は小さくなる。図４（ｃ）はマイナス度数を持つ球面レンズを載置したときのドットパターン像であり、被検レンズＬＥが載置されていないときに比較して、円形状に各ドット像の間隔は大きくなる。また、図４（ｄ）は乱視レンズを載置したときのドットパターン像であり、被検レンズＬＥが載置されていないときに比較して、楕円状に拡大、縮小する。また、図４（ｅ）は累進レンズを載置したときのドットパターン像であり、遠点から近点付近に近づくにつれて各ドット像の間隔が小さくなる。

まず、制御部２０は二次元受光素子７に投影された各ドット像毎の位置を検出する。そして、被検レンズＬＥが無い時のドット像の位置を基準として、各ドット像の位置偏位を求める。ここで、制御部２０は、少なくとも同心円上の４つ（最低３つ）のドット像（例えば、Ｈ１〜Ｈ４）の位置変化から光学特性（球面度数、柱面度数、乱視軸角度等）を求めることができるため、隣接する４つのドット像を１組として各位置での光学特性をそれぞれ求めることにより、被検レンズＬＥの度数分布を求めることができる。

以上のような構成によれば、高価なマイクロレンズアレイ等を用いずに、安価な液晶パネル及び光源を用いて簡単な構成で被検レンズの度数分布特性を得ることができる。また、液晶パネルではなく、有機ＥＬディスプレイのような自発光型のディスプレイを用いれば、さらにコントラストのよいパターン像を得ることができる。

なお、液晶パネル２ｂに表示する度数分布測定用の画像は、任意に設定することは可能なため、本実施形態のようなドットパターン表示に限るものではなく、多重のリングパターンや格子パターンを表示して度数分布測定を行うことが可能である。

また、Ｓ／Ｎ比を向上させるべく、二次元受光素子７で十分な受光光量を得るには、絞り３の径を大きくしたり、測定光照射部２の光源部２ａに用いる光源の数を増やせばよいので、簡単に光量を増加させることができる。これに対し、１つの測定光源と被検レンズとの間に配置された多数の微小レンズを有するマイクロレンズアレイを用いて度数分布を測定する装置の場合、１つの測定光源に高価な高輝度光源を用いたり、高感度の高価な受光素子を用いるしかなく、装置のコストアップにつながる。

また、測定光照射部２の周辺部から発せられた測定光束は、光軸Ｌ１付近の測定光束に比べ絞り３に達する光量が低下しやすいが、本実施形態のように、測定光照射部２と絞り３の間に、フィールドレンズ９を配置すれば、測定光照射部２の周辺部から発せられた測定光束であっても、ほとんど減光されることなく絞り３に到達する。これにより、測定光照射部２の周辺部からの測定光束によるパターン像であっても、十分な受光光量が得られるため、像の位置検出精度が向上する。なお、効率よく周辺部からの光を得るためには、測定光照射部２の表示画面の直近にフィールドレンズ９を配置することが好ましい。

なお、測定光照射部２において、本実施形態においては、指標パターンを形成するための構成として液晶パネル２ｂを用いたが、これに限るものではなく、任意の指標パターンを施したパターン形成板（例えば、多数の円孔が空けられたグリット板）を配置するような構成としてもよい。この場合においても、光源部２ａと同様の構成により、パターン形成板にむけて測定光を出射させればよい。

なお、本実施形態においては、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、液晶パネル２ｂと二次元受光素子７とが共役関係となるように配置されている。これにより、二次元受光素子７上のパターン像は、投光レンズ３により集光された光束となる。そのため、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、パターン像の光強度のムラが生じにくくなり受光光量が大きくなる。よって、Ｓ／Ｎ比が向上し、指標像の位置検出精度が安定する。なお、投光レンズ３の配置位置としては、これに限るものではなく、例えば、液晶パネル２ｂと被検レンズＬＥが共役関係となるように配置してもよい。また、液晶パネル２ｂの表示画面のサイズは、少なくとも一般的な累進多焦点レンズの遠点・近点を含む広い範囲に測定光束が投光される程度の大きさであることが好ましい。

次に、大きな傷又は汚れのついた被検レンズＬＥの度数分布を測定する場合について説明する。図５（ａ）は、被検レンズＬＥ上に大きな傷又は汚れがあって、測定光束にけられが生じた時の受光光量の低下を説明するための図である。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７上のドット像が崩れてしまい、受光光量が低下する。このため、ド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２０では、２次元受光素子７で検出された各ドット像ごとの受光信号が低下してるかどうかで、測定光束にけられが生じたか否かを判定する。例えば、図５（ａ）のようにドット像による受光信号の立ち上がり位置Ｓminからドット像の受光信号のピーク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、このドット像に対応する測定光照射部２のドット表示を大きくする。ドット表示を大きくすると、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７上で投影されるドット像サイズが大きくなる。図５（ｂ）はドット表示を大きくした時のドット像による受光光量の変化を示す図である。

このようにして、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、測定光束にけられが生じたドット像の位置検出精度が向上することができる。したがって、被検レンズＬＥに傷等があっても、安定した度数分布の測定結果を得ることができる。なお、本実施形態では、測定光の光束径を変えるために液晶パネル２ｂに形成されるドットの大きさを変えるものとしているが、これに限るものではなく、絞り３の径を変えることによっても測定光の光束径を変化させてもよい。また、測定光束にけられが生じたか否かを判定する基準としては、本実施形態では、受光光量が低下しているか否かを判定したが、各ドット像の受光信号の波形が対称か非対称かにより判定するようにしてもよい。

また、ドット表示を大きくすることに伴い、サイズが大きくなったドット像と、隣接する他のドット像との重なりや交差が生じる可能性が考えられるが、このような場合、液晶パネル２ｂに形成されるドットパターン上のドット像を重なりや交差が生じない程度に時分割にて交互に表示／非表示させることもできる。なお、小サイズのドット像の形成時においても、各ドット像を時分割にて交互に表示／非表示させてもよい。なお、液晶パネル２ｂに表示する度数分布測定用の画像として、多重のリングパターンを表示した場合には、測定光束にけられが生じた部分に対応するリングの幅を大きくすればよい。格子パターンを表示した場合には、測定光束にけられが生じた部分に対応する格子の幅を大きくすればよい。すなわち、被検レンズＬＥの傷等によって測定光束がけられても、被検レンズを通過する測定光束の一部分、或いは全体が太くなるように、液晶パネル２ｂに表示する画像を表示制御することもできる。

本実施形態におけるレンズメータの光学系及び制御系の構成を説明する図である。液晶パネルに表示された指標パターンについて説明する図である。被検レンズの度数分布データをモニタにマッピング表示するときの例である。二次元受光素子に投影されたドットパターン像を示す図である。二次元受光素子に受光した測定光束の受光光量について説明する図である。

符号の説明

１投光光学系
２測定光照射部
２ａ光源部
２ｂ液晶パネル
３絞り
４投光レンズ
ＬＥ被検レンズ
５レンズ載置部
７二次元受光素子
９フィールドレンズ
２０制御部

Claims

被検レンズに測定光を照射し、被検レンズを透過した測定光を受光する二次元受光素子を持つ測定光学系を備え、前記二次元受光素子からの出力信号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において、測定光路に配置された指標パネルであって、電気的な制御により任意の指標パターンを形成可能な指標パネルと、前記指標パネルを制御し、被検レンズの屈折度数分布を測定するための多数の指標からなる指標パターンを形成させると共に、前記二次元受光素子で受光される前記指標パターンの指標像の重なりが生じないように、指標を選択的に時分割にて形成させ、前記二次元受光素子で受光された各指標像の位置に基づいて被検レンズの屈折度数分布を求める制御手段であって、前記二次元受光素子で検出された指標像の受光信号に基づき、各指標像の受光信号が所定の基準より低下しているか、又は各指標像の受光信号の波形が非対称になっているときに、被検レンズを通過する測定光束が太くなるように前記指標パターンの各指標を大きくさせて屈折度数分布を求める制御手段と、を備えることを特徴とするレンズメータ。
被検レンズに測定光を照射し、被検レンズを透過した測定光を受光する二次元受光素子を持つ測定光学系を備え、前記二次元受光素子からの出力信号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において、測定光路に配置された指標パネルであって、電気的な制御により任意の指標パターンを形成可能な指標パネルと、前記指標パネルを制御し、被検レンズの屈折度数分布を測定するための多数の指標からなる指標パターンを形成させると共に、前記二次元受光素子からの出力信号に基づいて前記指標パターンの形状を変更し、前記二次元受光素子で受光された各指標像の位置に基づいて被検レンズの屈折度数分布を求める制御手段であって、前記二次元受光素子で検出された指標像の受光信号に基づき、各指標像の受光信号が所定の基準より低下しているか、又は各指標像の受光信号の波形が非対称になっているときに、被検レンズを通過する測定光束が太くなるように前記指標パターンの各指標を大きくさせて屈折度数分布を求める制御手段と、を備えることを特徴とするレンズメータ。