JP4878191B2 - 光学レンズの屈折特性を測定するための測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学レンズ、特に眼鏡の屈折特性を測定するための測定装置に関する。

頂点屈折計(vertex refractometer)として知られている装置は先行技術から公知である。一般的に、複数の光線を生成する測定光グリッドがこれら頂点屈折計に備えられている。測定光グリッドは例えば４つの発光ダイオードから形成することができる。測定光グリッドによって生成される光線は、光屈折の結果として検査対象のレンズによって反射され、光線が測定光検出器の上に投射され、そこで電気的に記録される。測定光グリッドはレンズの屈折特性に従って測定光検出器の上に投射され、レンズの屈折特性は測定光検出器の測定信号から決定することができる。一般の測定装置においては、上述した屈折特性の決定は、評価装置において行われ、評価装置は例えば測定光検出器を使用して記録された照射パターンが適切な画像処理によって評価される。

公知の頂点屈折計の問題点は、レンズの屈折特性が常に１点において検査されるだけである。この目的のために、例えば、検査対象のレンズの部分が、測定装置の基準測定軸の上に位置するように置かなければならない。レンズの屈折特性はこの特別な領域において決定される。正規の円筒状のレンズの場合は、屈折特性はレンズの異なる領域で変化しないので、１点において屈折特性を決定するだけで十分である。

しかし、不正規なレンズの測定は、例えば、不規則レンズにおいては、屈折特性はレンズの部分によって変わるので、プログレッシブレンズは問題がある。これら不正規なレンズの測定をするときは、測定装置における個々の測定プロセス間を操作者が手で動かす必要があり、このようにして、レンズの異なる領域に対して連続した測定値が決定される。この形式の測定は非常に労力を要し、不正確でコストが高くなる。

先行技術から考えて、この発明の目的は、光学レンズの屈折特性を測定するための新しい測定装置を提供することにある。

発明の目的は請求項１の教示による測定装置によって達成される。この発明の好ましい態様は従属請求項に記載されている。
この発明の測定装置は次の基本的な考え方に基づいている。即ち、検査対象のレンズと測定光検出器の間に配置された複数の光通過開口部を有するスクリーンを配置して、測定光検出器の測定結果の正確性の評価を強化する。スクリーンにおけるこれら光通過開口部はレンズにおける屈折光によって反射される各種光線は、増加して異なる光路に沿って測定光検出器に投射される効果を有している。測定光グリッドの単一光源の操作間、複数の光点が測定光検出器の上に光通過開口部の数に従って投射され、各光点は評価装置における屈折特性に関して、評価される。
更に、測定光検出器の上の光パターンの評価は、光通過開口部がデカルトまたは極グリッドに従って配置されていると、特に簡単になる。合計３６光通過開口部のデカルト６×６グリッドは、特に適していることが判明した。

更に、スクリーンの１つの光通過開口部は、異なる断面積、特に他の光通過開口部よりも大きな断面積を有しているのが好ましく、測定光検出器における測定信号の画像分析間の照射パターンにおけるインデックスマーキングとして機能する。
それによって生成される測定光検出器の上の円形光投射は、特に正確かつ簡単印評価できるので、スクリーンにおける光通過開口部は好ましくは円形の断面を備えている。
光通過開口部のスクリーンにおける形成方法は任意である。好ましい態様においては、不透明なスクリーンが使用され、光通過開口部は不透明スクリーンにおける窪みによって形成される。こられの窪みは、例えばレーザビームを使用するドリルによって正確に生成することができる。

これらの代わりに、透明なスクリーンを使用することができ、光通過開口部は透明スクリーン上の不透明コーティングにおける窪みによって形成する。例えば、ガラスの透明なスクリーンに適切な印刷画像を簡単に且つ低コストで適用することができる。

レンズ表表面および／または裏表面の配置を電子的に測定するための別の測定システムを測定装置に備えれば特に好ましい。換言すると、検査対象のレンズのトポグラフィを、この発明の別の測定システムを使用して決定することができる。その結果、別の測定システムは測定結果としてレンズ表面の幾何学的なデータを提供する。この幾何学的データは評価装置におけるレンズの屈折特性の決定に考慮される。その結果、適切な測定光グリッドを挿入することによって、レンズの屈折特性を、測定装置において動かすことなく全ての領域において決定することができる。測定装置におけてレンズの測定点を配置する代わりに、別のレンスシステムを使用してレンズ全体のトポグラフィを決定し、レンズのいろいろな領域における屈折特性を決定する際に考慮する。

検出対象のレンズが測定装置の特定の位置に配置されると、レンズおよび測定装置間の相対的位置は、測定の予め設定された境界条件として考慮することができる、しかし、多くの場合、測定装置におけてレンズを特定の状態に配置することは、難しいか不可能である、それに起因して位置のずれが測定誤差として現われる。レンズと測定装置との間の相対的位置を別の測定システムを使用して決定することができると、特に好ましい。この追加の測定結果を、評価装置におけるレンズの屈折特性を決定する際にも使用することができる。

レンズの幾何学的形状およびトポグラフィ、および／またはレンズと測定装置の相対的位置を決定するために、別の測定システムは任意に形成される。好ましい実施態様によると、反射光測定システムはレンズの幾何学的形状またはレンズ位置を測定するために使用される。反射光測定システムは少なくとも１つの反射測定光源および反射測定光検出器を備えている。反射測定光源によって生成される光線は、レンズ前表面および／または裏表面で少なくとも部分的に反射され、光線の反射の一部が反射測定光検出器の上に投射され、そこで電気的に記録される。反射測定光検出器によって記録された測定信号は、評価装置において評価され、それによって、レンズ表面および測定装置におけるレンズの位置が決定される。

レンズトポグラフィまたはレンズ位置を決定する他に、レンズ表面の反射防止膜の程度が、反射測定光検知器の測定信号から決定され、レンズの膜を予測する。
更に、反射測定光検出器または測定光検出器の各種測定信号を評価することによって、レンズを作製する材料の屈折率ｎを決定することができる。

更に、測定光グリッドの少なくとも２つの光源または少なくとも２つの反射測定光源が、異なる色の光を有する光線を生成すると特に好ましい。異なる色の光によって検査対象のレンズを作成する材料の、反射測定光検出器の測定信号または測定光検出器の測定信号から得られる材料特性としての、スペクトル透過率を決定することができる。

基本的には、測定光グリッド及び反射測定光に対して各種光源を使用することができる。しかし、この発明による測定装置は、測定光グリッドの光源を別の測定システムの反射測定光源として機能させることができれば、低コストで製造することができる。このように、別の反射測定光源を省略できるので、別の反射測定光検出器を組み込むだけで別の測定システムが得られる。

反射測定光検出器が装置内に組み込まれる点は基本的に任意である。好ましい態様によると、反射測定光検出器は測定光グリッドの中心に配置される。
更に、反射測定光検出器が測定装置の基準光軸上の測定光検出器の反対側に配置され、測定装置の基準光軸に関して、軸対称の測定システムが得られるのが特に好ましい。

測定光グリッドまたは反射測定光グリッドを形成するために使用される光源の形は任意である。例えば、この目的のために、適切に形成されたスリットまたは点ダイヤフラムと組み合わされて、ランプを使用することができる。点光源、特に発光ダイオードを使用して測定光または反射測定光を生成すると、測定装置は特に低コストで単純に得られる。発光ダイオードは特に白色光を発することが好ましい。

反射測定光源または測定光グリッドの光源をデカルトまたは極グリッドに従って配置すれば、反射測定光検出器または測定光検出器の測定信号の評価は非常に単純化される。１６の線と４つの同心円の極グリッドに６４個の光源を配置するのが特に好ましい。

反射測定光検出器および／または測定光検出器は、好ましくはビデオセンサで形成する。特にＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップの形状で使用することができる。
多点支持、好ましくは３点支持を、測定装置にレンズを搭載するために設ける。多点支持の支持点間の距離は、好ましくは調整可能で、異なるサイズのレンズが測定装置に最適に搭載される。

評価装置の評価結果の表示は、基本的に任意に行われる。好ましくは、表示装置例えばスクリーンまたはプリンタを評価装置に接続する。評価結果、特にレンズの前表面、裏表面の配置、またはレンズの屈折特性は、表示装置に２次元で図示される。
この発明の１つの態様が図面に示され、例として以下に説明される。

この発明によると、光学レンズの屈折特性を測定するための新しい測定装置が提供される。

図１は光学レンズの屈折特性を測定するための測定装置０１を示す斜視図である。適切な大きさの貫通孔を備えた支持部材０２が、レンズ０７を搭載するために、測定装置０１に設けられている。レンズ０７は、測定間、上方からこの支持部材０２の上に配置される。

２つの電子プレート０４、０５は、固定ボルトを使用してベースプレート０３に固定される。電子プレート０４は複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を搭載しており、ＬＥＤは白色光を発光し、極グリッドに従って４つの同心円と１６の線の交差点に配置されている。ＬＥＤ０６の配置のグリッド構造を図４に示す。

更に、電子プレート０４はＬＥＤ０６を制御する電子制御部品を搭載している。ＬＥＤ０６は測定光グリッドを形成し、レンズ０７の屈折特性を決定するために使用される。同時に、ＬＥＤ０６は反射測定光源として機能し、検討対象のレンズ０７の幾何学的配列および測定装置０１における相対位置を決定するために使用される。

更に、搭載プレート０９はスタンド０８に固定され、スタンド０８は支持部材０２をその高さが調整可能に保持する。搭載プレート０９の窪みに、グリッドに配置された３６個の光通過開口部２３およびインデックス光通過開口部２４からなっているスクリーン１０が位置している。スクリーン１０の上方には、別の電子プレート１１が搭載プレート０９上に固定されており、スクリーン１０に面した搭載プレートの下側には、例えばＣＭＯＳチップまたはＣＣＤチップの形式で組み立てられた測定光検出器１２が位置している。電子プレート０４における窪み１３の下方の電子プレート０５上に、反射測定光検出器１４が位置しており、そこでレンズ０７で反射した光が記録される。

電子プレート０４，０５および１１は図１および図２に図示されていないケーブルによって、別の電子プレート１５に接続され、別の電子プレートは、測定装置０１を操作するに必要な評価装置およびパワーエレクトロニクスとして機能するマイクロエレクトロニクスを備えている。

測定装置０１の測定原理を、図３を参照して以下に詳細に説明する。レンズ０７の屈折特性を決定するために、支持部材０２の上に第１の位置がある。図１に示す硬い支持部材０２の代わりに、指示点間の距離が相互に調整可能な三点支持部材を使用することができる。

レンズ０７上での測定を行うときに、ＬＥＤ０６、個別に連続的に切り替えられて、白色光線１６が伝達される。光線１６はレンズの光特性の結果として屈折され、レンズ０７の反対側から、対応点におけるレンズ０７の屈折特性を示すある屈折角で測定光検出器１２に向かって放出される。

スクリーン１０は、測定光検出器１２に面して位置する３７個の光通過開口部のグリッドを備えているので、屈折された光線１６は、３７の異なる光行路に沿って測定光検出器１２の上に投射されて、光通過点におけるレンズ０７の屈折特性の光点グリッド特性を形成する。即ち、換言すると、ＬＥＤ０６の切り替え時に放射される光線１６は、レンズ０７およびスクリーン１０を通過後、測定光検出器１２の上に３７光点の光点グリッドを形成する。この光点グリッドは測定光検出器１２によって電気的に記録され、評価エレクトロニクスにおいて、対応するＬＥＤ０６をレンズ０７を使用しないで操作したときに得られる光点グリッドと比較される。対応する点におけるレンズ０７の屈折特性が２つの光点グリッド間の相違（差）から決定される。

図３に示すように、ＬＥＤ０６の光線１６は測定装置０１の基準の光軸１７の通過点には位置しない点においてレンズ０７を通過する。反射測定光検出器１４が使用されて、通過点、および、レンズ前表面１８ならびにレンズ裏表面１９の配置の相対位置を決定することができる。レンズ表面１８、１９における光通過点で反射される光線の光成分が反射測定光検出器１４によって捕捉されて、次いで評価エレクトロニクスにおいて評価される。

上述した測定光検出器１２および反射測定光検出器１４を使用して透過光または反射光が、合計６４ＬＥＤ０６の切り替えによって連続的に測定される。それぞれ３７光点を有する合計６４光点グリッドが評価エレクトロニクスにおいて使用可能であり、レンズ０７の屈折特性を決定する。同時に、レンズ０７の配置および測定装置０１におけるその位置は、反射測定光検出器１４の測定値から決定され、屈折特性を決定するときに、追加の測定システムの評価結果が考慮される。その結果、測定装置０１の色々な位置において変化する屈折特性を正確に決定するために、レンズ０７を動かす必要はない。

ＬＥＤ０６が同時に反射測定光源として機能する測定光グリッド２０の概略構造を図４に示す。複数のＬＥＤ０６が極（ポーラー）グリッドに配置されて測定光グリッド２０を形成する。これは４つの同心円２２と均一に分布したグリッド線２１との交点から求められる。測定光グリッド２０の中央に窪み１３が設けられ、反射測定光検出器１４がその下方に位置する。

図５は光通過開口部２３および２４を備えたスクリーン１０の構造を上からみた図である。光通過開口部２３は小さな円形断面を備えデカルト６×６グリッドの３６個の交点に配置されている。上述したデカルトグリッドの中心に大きな断面を有している光通過開口部２４が設けられ、かくして、測定光検出器１２上に投射されるインデックスマーキングとして機能する。金属プレートをレーザ光で処理して光通過開口部２３および２４を生成する窪みを形成する。その代わりに、対応する位置に窪みを備えた不透明な印刷画像層をガラスプレートに適用することができる。

図１は光レンズの屈折特性を測定するための測定装置の斜視図である。 図２は図１の測定装置の側面図である。 図３は図１の測定装置の機能原理を説明する側面図である。 図４は図１の測定装置の測定光グリッドの構造を示す図である。 図５は図１の測定装置の測定光検出器の前面に配置されるスクリーンの構造を示す図である。

符号の説明

０１ 測定装置
０２ 支持部材
０３ ベースプレート
０４ 電子プレート
０５ 電子プレート
０６ 発光ダイオード
０７ レンズ
０８ スタンド
０９ 搭載プレート
１０ スクリーン
１１ 別の電子プレート
１２ 測定光検出器
１３ 窪み
１４ 反射測定光検出器

Claims (23)

1. レンズ（０７）によって光が屈折されて、複数の光線（１６）が生成される測定光グリッド（２０）を備え、そして、屈折された光線が投射され電気的に記録される測定光検出器（１２）を備え、そして、測定光検出器（１２）の測定信号からレンズ（０７）の屈折特性が決定される評価装置を備えた光学レンズ特に眼鏡の屈折特性を測定する測定装置（０１）であって、
   複数の光通過開口部（２３、２４）を備えたスクリーン（１０）が、検査対象のレンズ（０７）と測定光検出器（１２）の間に配置されており、
   測定光グリッド（２０）によって生成され、レンズ（０７）で屈折された光線（１６）は、スクリーン（１０）の各種光通過開口部（２３，２４）を通って異なる光路に沿って測定光検出器（１２）の上に投射され、
   前記複数の光通過開口部の１つの光通過開口部（２４）はインデックスマーキングとして機能し、異なる断面、特に他の全ての光通過開口部（２３）よりも大きい断面積を有している
   ことを特徴とする測定装置。
2. スクリーン（１０）における光通過開口部（２３，２４）は円形の断面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. スクリーン（１０）における光通過開口部（２３，２４）はデカルトまたは極グリッドに配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
4. ３６個の光通過開口部（２３）はデカルト６×６グリッドに配置されていることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 光通過開口部（２３，２４）は不透明なスクリーンにおける窪みとして形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の測定装置。
6. 光通過開口部は不透明な被覆における窪み、特に透明スクリーン上の印刷画像によって形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の測定装置。
7. レンズ前表面（１８）および／またはレンズ裏表面（１９）の配置を測定する電子測定のための別の測定システム（１４、２０）を備え、前記別の測定システム（１４）の測定結果が前記評価装置におけるレンズ（０７）の屈折特性の決定に組み入れられることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の測定装置。
8. 測定装置（０１）におけるレンズ（０７）の相対位置が別の測定システム（０６、１４、２０）を使用して測定され、別の測定システムの測定結果が前記評価装置におけるレンズ（０７）の屈折特性の決定に組み入れられることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
9. 前記別の測定システム（０６、１４、２０）は反射測定光源（０６、２０）および反射測定光検出器（１４）からなっており、前記反射測定光源（０６、２０）によって生成された光線（１６）はレンズ前表面（１８）および／またはレンズ裏表面（１９）で少なくとも部分的に反射され、反射光線が前記反射測定光検出器（１４）の上に投射され、そこで電気的に記録され、レンズの前表面（１８）および／またはレンズの裏表面（１９）および／または測定装置（０１）におけるレンズの相対位置が評価装置において前記反射測定光検出器（１４）の測定信号から決定される請求項７または８に記載の測定装置。
10. レンズ表面（１８、１９）の反射防止膜の範囲は、評価装置において前記反射測定光検出器（１４）の測定信号から決定される請求項９に記載の測定装置。
11. 検査対象のレンズ（０７）を形成する材料の特性としての屈折率ｎは、評価装置において、前記反射測定光検出器（１４）の測定信号および／または測定光検出器（１２）の測定信号から決定される請求項９または１０に記載の測定装置。
12. 測定装置の測定光グリッド（２０）の光源（０６）は、別の測定システムの反射測定光源としても機能することを特徴とする請求項９から１１の何れか１項に記載の測定装置。
13. 反射測定光検出器（１４）は測定光グリッド（２０）の中心に配置されることを特徴とする請求項９から１１の何れか１項に記載の測定装置。
14. 反射測定光検出器（１４）は、測定装置（０１）の基準光軸（１７）上の測定光検出器（１２）の反対側に配置されることを特徴とする請求項９から１３の何れか１項に記載の測定装置。
15. 複数の実質的に点光源（０６）は反射測定光源および／または測定光グリッドにおける光源として機能することを特徴とする請求項９から１４の何れか１項に記載の測定装置。
16. 点光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）（０６）特に白色光ＬＥＤによって形成されることを特徴とする請求項１５に記載の測定装置。
17. 測定光グリッド（２０）の少なくとも２つの光源（０６）および／または少なくとも２つの測定光源は異なる色の光の光線を生成し、検査対象のレンズ（０７）を形成する材料の材料特性としてのスペクトル透過率が、反射測定光検出器（１４）の測定信号および／または測定光検出器（１２）の測定信号から、評価装置において決定されることを特徴とする請求項１から１６の何れか１項に記載の測定装置。
18. 反射測定光源および／または光源（０６）はデカルトまたは極グリッドにおける測定光グリッド（２０）に配置されることを特徴とする請求項１から１７の何れか１項に記載の測定装置。
19. ６４個の光源（０６）が、極グリッドの４つの同心円と１６のグリッド線との交点に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。
20. 反射測定光検出器（１４）および／または測定光検出器（１２）はビデオセンサ、特にＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップの形で形成されることを特徴とする請求項１から１９の何れか１項に記載の測定装置。
21. レンズを搭載するために、多点支持特に３つの支持点が設けられていることを特徴とする請求項１から２０に記載の測定装置。
22. 多点支持の支持間の距離が調整可能であることを特徴とする請求項２１に記載の測定装置。
23. 評価装置が表示装置、特にスクリーンおよび／またはプリンタに接続され、評価装置の評価結果特にレンズ表面の配置および／またはレンズの屈折特性が表示装置上に図で表示されることを特徴とする請求項１から２２の何れか１項に記載の測定装置。

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