JPH0213727B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学系の球面屈折力、円柱屈折力及
びその軸方向、プリズム屈折力及びその基底方向
等、光学系の諸特性を自動的に測定する装置に関
する。本発明の以下に説明する原理及び実施例
は、主に眼鏡レンズの上記諸特性の測定方法及び
装置に関してのものであるが、これは本発明が眼
鏡レンズの諸特性を測定する、いわゆるレンズメ
ーターにおいてのみ適応されることを意味するも
のでなく、広く光学機器に使用されるレンズ光学
系の光学諸特性の測定にも利用できるものであ
る。

近年、眼鏡レンズの球面屈折力、円柱屈折力及
びその軸方向等、眼鏡レンズの光学的諸特性を自
動的に測定する、いわゆる自動式レンズメーター
に関し、その測定原理及び装置が種々提案されて
いる。その一つとして、米国特許第3880525号が
ある。この米国特許による装置は、平行光を被検
レンズに対し測定光軸に平行に入射させ、射出光
の偏りから被検レンズの光学的特性を決定しよう
とするもので、被検レンズの直後に、点開口を有
するマスクを、該点開口が被検レンズの光軸から
外れて位置するように配置し、該マスクから光軸
方向に所定距離だけ離して検出面を設け、マスク
の開口を通過した光束が検出面上に到達する点の
座標を検出して、この検出座標と、マスク上の開
口の座標との比較から、被検レンズ射出光の偏り
方向及び偏り量を計算して、被検レンズの光学的
特性を知るように構成されている。この場合、必
要な情報を得るためには、マスクの開口は、最低
３個以上必要である。

この米国特許による装置では、マスク上の開口
と検出面上の到達点との間の点対点の対応関係を
正確に検出する必要があり、かつ各開口は必ず平
面的配置にして、射出光束が非共面光束となるよ
うにせねばならない。このために２次元平面の走
査を行なわねばならず、装置が全体として高価に
ならざるを得ない。また、最低３点の座標情報に
より５元連立方程式を解く必要があり、演算機構
も複雑かつ高価になる。

このような２次元平面検出に伴なう膨大な情報
処理の問題を解決できるものとしては、米国特許
第4180325号に記載された装置がある。

この装置は、点光源からの光を被検レンズ近傍
に結像しこの光束のうち光軸と平行となる光線を
特殊なパターンを有する回転円板で選択し、その
ときの回転円板の回転角から被検レンズの屈折特
性を測定するものである。しかし、この装置にお
いては、回転円板上のパターンは非常に複雑であ
り、かつその回転位置の検出が非常に重要な意味
を持ち、回転円板上のパターン精度及び回転位置
検出精度等、測定上及び製作上大きな問題を有す
る。

本出願人は、従来の装置における上述の欠点を
解決し、検出及びその後の演算が比較的簡単に行
なうことができる新しい光学特性測定装置を、す
でに特願昭55−56581号（特公昭63−41017号公報
参照）、特願昭55−71736号（特公平１−17093号
公報参照）で提案している。それらの発明は傾き
角θ、長さｌの直線開口によつてできる平面光束
をある光学系に通過させてもその傾き角θ、長さ
ｌは変化しても、直線性自身は変化しない物理的
原理を利用したもので、光源からの光束を平行光
束とするコリメータ手段とこのコリメーターレン
ズの後方に少なくとも１点で交差する少なくとも
２本の直線開口を有するマスク手段を配置し、前
記コリメーター手段を、前記マスク手段の間に屈
折特性を測定したい被検光学系を配置し、この被
検光学系の屈折特性により偏向された光束の一部
を前記マスク手段で直線性の保存された２つの水
平光束として選択し、この選択され、かつ被検光
学系の、屈折特性情報のすべてを含む光束の投影
像である直線投影像中の少なく２点を平面型セン
サー、あるいは回転する１本のリニアセンサ、も
しくは交差する２本のリニアセンサで検出し、こ
の検出された２点の座標から直線投影像の方程式
を演算し、この直線像の方程式と、マスク手段上
の直線開口の方程式との変化から被検光学系の屈
折特性を測定するものであつた。

本発明は、この原理を利用した別形式の光学系
の光学特性測定装置を提供することをその目的と
する。

本発明の構成上の特徴は、被検光学系を保持す
る保持手段と、この被検光学系に光束を投影する
多数の発光単位を実質的にもしくは仮想的に二次
元平面内にもち、その内の一つの発光単位を選択
的に発光させる光源と、この光源からの光束を選
択する少なくとも２本で構成されかつ少なくとも
１つの実質的にもしくは仮想的に交点を有する直
線パターンを形成してなり、かつ前記光源と前記
被検光学系との間に配置されたマスク手段と、こ
のマスク手段で選択され被検光学系を通過し被検
光学系によつて平行光線とされた光線のみを開口
手段に導びくための集光手段と、この開口手段を
通過した光束を検知する検知手段と、この検知手
段が開口手段を通過した光線を検知したときの前
記光源の発光単位の発光位置情報から被検光学系
の屈折特性を演算する演算手段とを有する光学系
の光学特性測定装置にある。

本発明の構成上の第２の特徴は、前記マスク手
段に少なくとも３点で交差する少なくとも３本の
直線パターンを形成し、かつ前記光源を多数の発
光単位を直線状に配列したリニア発光素子アレイ
を、少なくとも２本仮想的に交差するようにし、
検知及び演算時間が短く、よりコストダウンした
光学系の光学特性測定装置にある。

以下本発明の原理と実施例を図をもとに説明す
る。

まず第１図において、被検レンズＴは、直交座
標Ｘ−Ｙを有する平面に配置され、第１主径線r₁
と第２主径線r₂とを有し、その光学中心Ｏが直交
座標Ｘ−Ｙの座標原点O₀上にあり、第１主径線r₁
がＸ軸に対しθr₁だけ傾斜しているものとする。
被検レンズＴから光軸方向に△ｄだけ離れた位置
に、原点が測定光軸O_A上に置かれた直交座標X₀
−Y₀を有するX₀−Y₀面があり、このX₀−Y₀面に
マスクＭが配置される。マスクＭには、互に交差
する２本の直線Ａ、Ｂからなるパターンが形成さ
れ、直線Ａ、Ｂの交点をｉ、直線Ａ、Ｂのそれぞ
れの端点をｊ、ｋとする。直線ＡとX₀軸とのな
る角を、θ₁とし、直線ＢとX₀軸とのなす角をθ₂、
線分すなわち直線Ａの長さをl_A、線分の長さ
すなわち直線Ｂの長さをl_Bとする。

X₀−Y₀面から光軸にそつて距離ｄだけ離れた
位置に、原点を光軸上に置いた直交座標X′−
Y′を有する光源面Ｓを想定する。一方、被検レ
ンズＴの後方には、集光レンズCLが配置され、
その焦点位置にピンホールPHが配置されてお
り、さらにその後方に光検知素子Ｄが配置されて
いる。

今、光源面Ｓの任意の位置から光束Ｌがマスク
Ｍに向けて照射された場合、その光束Ｌ中のある
光線例えば光線LBはマスクＢの直線パターンを
通過し被検レンズＴに入射し、このうちさらにあ
るものは、集光レンズCLを通ることもできる。
そして光源面Ｓから照射されるさらに限られた光
線、すなわち光源面Ｓにおいて交差角θ′で交差す
る直線A′及び直線B′上の限られた位置にある発
光単位より照射され、マスクＭの直線パターン
Ａ、Ｂを通過する光線例えば図示する光線LB₀の
みが被検レンズＴを通過後光軸O_Aと平行光線と
なり集光レンズCLの焦点位置に配置されたピン
ホールPHを通過することができる。別の言い方
をすれば、これは、被検レンズＴの焦点ないし焦
線F₁、F₂からマスクＭ上の直線パターンＡ、Ｂ
を通過するような光線のみがピンホールPHを通
過できることを意味する。

この原理から、光源面Ｓ上の発光単位のうち、
発する光線がピンホールPHを通り検知素子Ｄで
検知できる発光単位の集合、すなわち直線A′、
B′が決定できれば、被検レンズＴの光学特性す
なわち球面屈折力、や円柱屈折力及びその軸方向
あるいは、プリズム屈折力をもとめることができ
る。

マスクＭ上の交点ｉ、端点ｊ、ｋに対応する発
光単位をi′、j′、k′とし、直線A′、B′がX′軸とな
す角をそれぞれθ₁′、θ₂′とし、線分′′の長さ
すな
わち直線A′の長さをl_A′、線分′′の長さすなわ
ち
直線B′の長さをl_B′とする。またtanθ₁＝m_A、
tanθ₂＝m_B、tanθ₁′＝m_A′、tanθ₂′＝m_B′とし前記
焦線F₁、F₂のマスクＭからの距離をそれぞれZ₁、
Z₂とする被検レンズＴの屈折力は、次の二次方程
式として得られる。_A ・_B（m_A−m_B）（ｄ／ｚ＋１）²−〔_A（m_A −m_B′）＋_B（m_A′＋m_B）〕（ｄ／ｚ＋１） ＋（m_A′−m_B′）＝０ ……(1) 但し したがつて(1)式の２根１／z₁及び１／z₂をもと
め、これより被検レンズＴの頂点屈折力１／fr₁、
１／fr₂を、被検レンズＴとマスクＭとの距離△
ｄをつかつて次の方程式 １／fr₁＝１／z₁／△ｄ／z₁−１ ……(2) １／fr₂＝１／z₂／△ｄ／z₂−１ ……(3) でもとめる。

また、円柱軸の角度θr₁およびθr²は、次式で表
わされる。

θr₂＝θr₁＋90゜ ……(4) θr₁＝tan^-1［m_A・_A・（１＋ｄ／Z₁）−m_A′／_A（
１＋ｄ／z₁）−１］ ……(5) θr₁＝θr₂＋90゜ ……(6) θr₂＝tan^-1［m_A・_A（１＋ｄ／z₂）−m_A′／_A（１
＋ｄ／z₂）−１〕 ……(7) 本発明においては、光源として、第１図に示す
ように、多数の発光単位、例えば発光ダイオード
からなる発光素子S₁，S₂，……S_oを二次元に、す
なわち平面状に配列して、これら発光素子を順次
スキヤン発光する平面型発光素子アレイを使用し
てもよいし、あるいは第２図に示すように発光素
子を直線状に配列してなるリニア型発光素子アレ
イ１０，１１を、ハーフミラー１２とリレーレン
ズ１３を介して仮想的光源面S′のX′軸とY′軸の
それぞれの軸上に配置されたと光学的に等価にな
るようにマスクM′の前方に配置した構成のもの
を使用してもよい。

このときマスクM′には、少なくとも３つの交
点ｉ、ｊ、ｋで交差する少なくとも３本の直線パ
ターンＡ、Ｂ、Ｃを形成し、直線Ａは第１図と同
様にX₀軸と角θ₁をなし、また直線ＢはY₀軸と角
θ₂をなしている。

今、直線Ａ、Ｂ、ＣのそれぞれがマスクM′の
X₀軸及びY₀軸と交差する軸上座標点X₁、X₂、X₃
及びY₁、Y₂、Y₃にそれぞれ対応する仮想的光源
面S′のX′軸、Y′軸上の点X′₁、X′₂、X′₃及びY′₁
、
Y′₂、Y′₃を考えると、第１図の原理からわかるよ
うに、X′₁、X′₂、X′₃にそれぞれ対応するリニア
発光素子アレイ１１上の発光単位１１₃，１１₂，
１１₁が発光射出した光線のみが、マスクM′の軸
上点X₁、X₂、X₃を通り被検レンズＴの屈折作用
を受けて平行光線となり、集光レンズCLにより
ピンホールPHに入射でき、検知素子Ｄで検知で
きる。同様に、Y′₁、Y′₂、Y′₃にそれぞれ対応す
るリニア発光素子アレイ１０上の発光単位１０₃，
１０₂，１０₁が発光し射出した光線のみがマスク
M′の軸上点Y₁，Y₂，Y₃を通り被検レンズＴの屈
折作用を受けて平行光線となり、集光レンズCL
によりピンホールPHに入射でき、検知素子Ｄで
検知できる。そしてX′₂点とY′₂点とから直線
A′の、X′₁点とY′₃点から直線B′の、Y′₁点と
X₃′点とから直線C′のそれぞれの方程式を求める
ことができ、次いでこれら直線A′、B′、C′の方
程式から、直線A′、B′、C′のそれぞれの交点i′、
j′、k′を決定でき、次に線分i′、j′の長さl_A′、線
分
i′k′の長さl_B′が決定できる。また、直線A′、B′の
方程式からそれぞれのX′軸との交差角θ₁′、θ₂′が
決定でき、第１図と同様に、第(1)〜第(7)式を使つ
て被検レンズＴの屈折特性を求めることが出来
る。

このことは、ピンホールPHを通る集光レンズ
CLからの光線を検知素子Ｄで検知できたときの
リニア発光素子アレイ１０及び１１上の発光単位
の発光位置を知れば、被検レンズＴの屈折特性を
測定できることを意味している。

さらに本発明は、リニア発光素子アレイ１０，
１１の配置が第２図の配置に限定されるものでな
く、第３図に示すように発光素子アレイ１０，１
１を平面Ｓ内に平行に間隔εへだててY₁′軸と
Y₂′軸上にそれぞれ配置してもよい。そして上述
の原理と同様に検知素子Ｄが集光レンズCLから
の光線を検知したときの発光素子アレイ１０，１
１の発光単位Y₁₁′、Y₁₂′、Y₁₃′及びY₂₁′、Y₂₂′、
Y₂₃′の発光位置から被検レンズＴの屈折特性を測
定できる。すなわちY′₁₂、Y′₂₁から直線A′の方程
式が、Y′₁₃とY′₂₃から直線B′の方程式が、Y′₁₁と
Y′₂₂から直線C′の方程式がそれぞれ決定され、以
下前述の第１図、第２図で説明した手順により
l′_A、l′_B、m_A′、m_B′をもとめ第(1)〜第(7)式により
被検レンズＴの屈折特性をもとめることができ
る。

プリズム屈折力の計算のためには、３本の直線
からなるマスクパターンにおいて、Xi＋Xj＋Xk
＝０、Yi＋Yj＋Yk＝０を満足するように交点を
とり、これら交点に対応する光源面上の発光位
置、座標をもとめればよい。

第４及び第５図は、第２図に示す仮想光源面
S′において角度γで交差する斜交座標系X′−
Y′を考え、このX′軸、Y′軸上に第２図のリレー
レンズ１３及びハーフミラー１２を介してリニア
発光素子アレイ１０，１１が仮想的に配置された
場合の例を、発光素子アレイ１０，１１を省略し
て原理的に示す図である。この場合、第５図に示
すように発光素子アレイ１０，１１の発光単位位
置に対応するX′軸、Y′軸上の点x₃′点とy₂′点とか
ら直線A′の方程式が、x₁′点とy₁′点からとから直
線B′の方程式が、x₂′点とy₃′点とから直線C′の方
程式がそれぞれ得られる。ここで仮想光源面S′上
の斜交座標系X′−Y′とマスク面上の座標系X₀−
Y₀との間に第６図に示すような関係があるとき、
斜交座標系X′−Y′から直交座標系Ｘ−Ｙへは、
次式 ｘ＝x′sinα＋y′sinβ＋ξ ｙ＝−x′cosα＋y′cosβ＋η｝ ……(8) を使つて変換でき、その後(1)〜(7)式を使つて計算
することにより被検レンズＴの屈折特性を計算で
きる。

あるいは第１主径線γ₁、第２主径線γ₂における
屈折力及び乱視軸の算出においては、あらかじめ
被検レンズＴを測定光路中に挿入しないときマス
クM′の直線パターンを通過し検知素子Ｄで検知
される光線を発する斜交座標系X′−Y′における
発光素子アレイの発光単位位置を検出し、直線
A′、B′、C′を算出し、この値を初期値としてお
き、つぎに被検レンズＴを測定光路中に挿入し、
同様に検出・算出し、前記初期値との差をとれば
被検レンズの屈折特性を測定できる。このよう
に、本発明は座標系の取り方に無関係な装置であ
り、発光素子アレイはマスクM′のX₀−Y₀座標系
とまつたく、無関係に任意の座標系X′−Y′に配
置できるため装置製作上、及びその保守管理上非
常にすぐれた特徴となる。

また本発明においては、マスクM′上の直線パ
ターンＡ、Ｂ、Ｃは、第７図に示すようにマスク
M′上に実質的な交点を必要とせず、仮想交点、
ｊ、を有すればよい。このことは本発明の原理
がマスク面上の直線パターンＡ、Ｂ、Ｃと、光源
面上でのX′−Y′座標系の各軸に対応する発光素
子アレイの発光位置から直線の方程式をもとめ、
この方程式をもとに交点i′、j′、k′の位置を計算
により算出するものであるので、交点ｉ、ｊ、ｋ
は現実にパターンとして存在する必要がないから
である。また、直線パターンＡ、Ｂ、Ｃは、第９
図に示すようにマスクM′上で三角形を形成する
必要もなく、直線パターンＡ、Ｂ、Ｃをそれぞれ
延長することにより仮想的に三角形ｉ、ｊ、ｋを
形成すればよい。

このような直線Ａ、Ｂ、Ｃを通る光線は上述の
原理と同様に光源面に直線A′、B′、C′を作るよ
うな発光位置からの光線のみが被検レンズの屈折
特性により検知手段Ｄに検知される。すなわち、
第８図に示すように仮想三角形ｉ、ｊ、ｋを作る
直線パターンＡ、Ｂ、Ｃは光源面上のX′−Y′斜
交座標系でX′₁、X′₂、X′₃及びY′₁、Y′₂、Y′₃とし
て発光位置が対応づけられ、第５図と同様の原理
で直線A′、B′、C′の方程式がそれぞれ算出でき、
ゆえにこの算出された直線A′、B′、C′の方程式
から仮想三角形i′j′k′を算出できる。そして、仮
想三角形ijkと仮想三角形i′j′k′とから第(1)〜第７
式により同様に被検レンズの屈折特性を算出でき
る。

プリズム屈折力の算出は、直線パターンＡ、
Ｂ、Ｃで形づくられる三角形ijkよりあらかじめ Ｘ＝x_i＋x_j＋x_k Ｙ＝y_i＋y_j＋y_k｝ ……(9) を計算しておき、直線A′、B′、C′よりi′、j′、
k′を算出し X′＝x′_i＋x′_j＋x′_k Y′＝y′_i＋y′_j＋y′_k｝ ……(10) を求めることにより水平、垂直方向のプリズム屈
折力P_H、P_Vが次式により求めることができる。

P_H＝Ａ・cosθ_r1ｄ／z₂＋Ｂ・sin
θ_r1ｄ／z₂＋（X′−Ｘ）／3d×10² P_V＝Ａ・sinθ_r1ｄ／z₁−Ｂ・cos
θ_r1ｄ／z₁＋（Y′−Ｙ）／3d×10²……(11) ここに Ａ＝Xcosθ_r1＋Ysinθ_r1 Ｂ＝Xsinθ_r1−Ycosθ_r1 ……(12) これは第６図のような座標においては(8)式の変
換を行なつて計算すればそれぞれP_H、P_Vを求め
ることが可能であることを示すものである。

以下、本発明の上述の原理を例として、より具
体的な装置の実施例を説明する。

第１０図は、第２図の原理を利用したレンズメ
ーターの光学概略図である。多数の微少発光単
位、例えば発光ダイオードを直線状に配列したリ
ニア発光素子アレイ１０および１１が、互いにそ
れを含む面が直交し、かつ発光素子アレイ自身が
仮想的光源面Ｓ内で交差するように配置されてい
る。発光素子アレイ１０，１１の間には、光合成
手段として作用するハーフミラー面１２ａを有す
るプリズム１２が配置されている。このプリズム
１２の後方には、発光素子アレイ１０，１１の像
を仮想光源面Ｓに縮小投影するリレーレンズ１３
が配置されている。この仮想光源面Ｓの後方に近
接して、マスクＭが配置されている。マスクＭの
後方には、被検レンズＴを設置するための被検レ
ンズ保持部材１４が配置されている。この被検レ
ンズ保持部材１４の後方には、被検レンズからの
平行光線をピンホールPH₁に入射させるため、ピ
ンホールPH₁の位置にその焦点を有するコリメー
ターレンズ１５が配置されている。コリメーター
レンズ１５の後方には、反射鏡１６が配置され
る。マスクＭの後方には、発光素子アレイ１０，
１１からマスクＭを介してピンホールPH₁を通過
してくる光線を検知する受光素子１８が配置され
ている。この受光素子１８としては、高感度のも
のが望ましく、例えばアバランシエフオトダイオ
ードや光電子倍増管を利用するのがよい。

第１０図のマスクＭには、第１１図ａに示すよ
うに第１組の平行直線パターン２５，２６と、こ
れに交差する第２組の平行直線群パターン２７，
２８からなる直線パターンが形成されている。

直線群パターン２７，２８の各々は、比較的細
い３本の直線パターンからなり、直線パターン２
５，２６の各々には比較的太い直線からなる。ま
た各直線パターン２５，２６，２７および２８の
交差部は、各直線パターンが明瞭に識別できるよ
うに、第１１図ｂに示すように細線からなる直線
群パターン２７及び２８が交差部で切断され太線
からなる直線パターン２５及び２６と直接重なら
ないようにして構成されているのが望ましい。ま
たマスクＭ上のパターンは、直線パターン部を透
明とし、残部を不透明にしても、逆に直線パター
ン部を不透明とし、残部を透明にしても、いずれ
でもよいが、以下直線パターン部が透明であると
して説明する。

また、マスクＭと仮想光源面Ｓは、本発明の原
理からもわかるように測定しようとする被検レン
ズＴの最短焦点距離以内に配置する必要があり、
例えば被検レンズＴが（＋）25デイオプターのレ
ンズであれば被検レンズから４cm以内に配置する
必要がある。

発光素子アレイ１０，１１を射出した光束は、
マスクＭの透明部からなる直線パターンで選択さ
れ、被検レンズＴ、集光レンズ１５、反射鏡１６
を通りピンホールPH₁に向う。そして、例えば、
第１２図に示すようにX′₁、X′₂、X′₃、X′₄、Y′₁、
Y′₂、Y′₃、Y′₄の位置の発光素子アレイ１０，１
１の発光単位が発光したときのみ、被検レンズＴ
を通過した光線が平行光線となり、集光レンズ１
６によりピンホールPH₁を通過し受光素子１８で
検知できたとすると、この発光単位の位置x′₁、
x′₂、x′₃、x′₄、及びy′₁、y′₂、y′₃、y′₄を求め
、所
要の演算を施こすことにより被検レンズＴの屈折
特性を得ることができる。

次に第１３図は、本実施例の発光素子アレイの
駆動及び検知手段を示す電気回路のブロツク図で
ある。

測定開始信号S₁又は切換信号S₂で駆動され、発
光素子アレイ１０及び１１のいずれを駆動させる
か選択するためのスイツチング回路３０は、第１
駆動回路３３及び第２駆動回路３４に接続されて
いる。第１駆動回路３３には、発光素子アレイ１
０が、第２駆動回路３４には、発光素子アレイ１
１がそれぞれ接続されている。発光素子アレイ１
０及び１１は、例えば10〜20μ程度の大きさの多
数の微少発光ダイオード１０₁，１０₂，１０₃…
…１０_o-1，１０_oを1000〜2000個直線状に配列し
て構成されたものである。そして発光素子アレイ
１０，１１は、クロツク回路３１から駆動回路３
３及び３４に入力されるクロツクパルス７０３に
よつて順次発光ダイオード１０₁，１０₂，１０₃
……１０_o-1、１０_oが走査発光される。

発光素子アレイ１０又は１１から射出された光
は、第１０図に示した光学系を通つて、受光素子
１８で検知される。受光素子１８の出力は、増幅
器３６により増幅されてサンプルホールド回路３
７に与えられる。サンプルホールド回路３７の出
力は、比較器３８に与えられ、この比較器３８に
おいて基準設定器３９からの基準値と比較されて
２値化され出力７０１を生じる。クロツク回路３
１は、測定開始信号S₁又は切換信号S₂を入力して
スイツチング回路３０を介して、第１又は第２駆
動回路３３，３４に走査開始パルス７０２を出力
し、クロツク回路３１からのクロツクパルス７０
３に従つて駆動回路３３，３４を駆動させる。第
１４図は、各種パルスを示すものでａは走査開始
パルス、ｂはクロツクパルス、ｃはサンプルホー
ルド回路３７の出力パルス、ｄは比較器３８の出
力をそれぞれ示す。

第１３図に示した配置において、発光素子アレ
イの発光ダイオードを順次走査発光する場合、ど
の発光ダイオードが射出した光がマスクパターン
のどの直線パターンを通過し、しかも被検レンズ
通過後、平行光線となり集光レンズにより、受光
素子１８で検出できたかを知る必要がある。その
ためには、直線パターンの幅に相当する受光素子
からの時系列出力パルスの中心から、発光素子ア
レイ上のどの発光ダイオードかを知ればよい。

例えば、受光素子の時系列出力パルスの立上り
と立下りの中央の位置までを、発光ダイオードの
発光走査駆動と同期しているクロツクパルスによ
り計数することにより目的が達成される。第１３
図において、比較器３８からの出力７０１は立上
り検出器４０ａ及び立下り検出器４０ｂに与えら
れ、走査開始パルス７０２及びクロツクパルス７
０３は計数器４１に与えられる。計数器４１はま
ず走査開始パルス７０２によつてクリアされたの
ちクロツクパルス７０３を計数する。計数器４１
の出力はラツチ回路４４に入力されており、この
ラツチ回路４４は立上り検出出力１０１で計数器
４１の出力をラツチする。この時ラツチ回路４４
の出力は、例えば第１４図のパルスL₁の前端に
対応する発光素子アレイ上の発光ダイオードの位
置を表わす。

ゲート回路４２は、出力パルス７０１が“１”
の期間中、あらかじめ走査開始パルス７０２によ
りクリアされている計数器４３にクロツクパルス
を供給する。ゲート回路４２の出力を第１５図ｇ
で示す。したがつて、計数器４３の出力は、受光
素子１８で検知された光線を射出した複数個の発
光ダイオードのマスクＭ上の直線パターンの幅に
対応した個数を示す。計数器４３が２進計数器で
あるなら、この計数器４３の出力の最下位ビツト
を切り捨てて１ビツト分下位ビツト方向にシフト
した値とラツチ回路４４の出力とを加算器４７に
入力することにより、受光素子１８によつて検知
された光線を射出した直線パターンの幅に対応し
たある個数の発光ダイオード群の中心に位置する
発光ダイオードの位置を求めることができる。

符号４６は遅延回路であり、これは立下り検出
器４０ｂの出力１０２を△ｔだけ遅延させる作用
をなすものである。この様子を第１５図にｆとし
て示す。遅延回路４６の出力は、カウンタデコー
ダ４８に与えられる。このカウンタデコーダ４８
は、加算器４７の出力をシーケンシヤルにラツチ
１９１，１９２……１９８までラツチさせる為の
ものである。尚、遅延回路４６の出力は、計数器
４３のリセツトにも用いられる。

以上の回路により、発光素子アレイ１０の一走
査が終了するとラツチ１９１にはマスクＭ上の直
線パターンのいずれかの直線パターンのパターン
幅に対応した発光素子アレイ上のある発光ダイオ
ード群からの光線のうち一番最初に受光素子１８
が検知した発光ダイオード群のその中心に位置す
る発光ダイオードの位置、すなわち言い換えるな
らば発光素子アレイの各々の発光ダイオードに対
する順次の発光走査の時系列の中でその時間軸に
そつて配列された被検レンズの屈折測定に関与出
来たある複数個の発光ダイオード群列のうち一番
最初の発光ダイオード群のその中心に位置する発
光ダイオードの位置が保持される。同様にラツチ
１９２には、上記発光ダイオード群の時系列配列
の２番目の発光ダイオード群のその中心に位置す
る発光ダイオードの位置が保持される。例えば発
光素子アレイ１０が第１６図のY′軸に沿つて発
光走査すると、受光素子１８は、第１４図ｃの様
にマスクＭ上の８本の直線パターンに対応した検
知出力信号を出力する。すなわち発光素子アレイ
の発光走査により被検レンズの屈折特性測定に関
与出来た８群の発光ダイオード群に対応した検知
出力信号を得たことになる。従つてラツチ回路は
１９１〜１９８までの８回路が必要である。

第１３図において、符号４５はデジタル比較器
であり、基準値発生器５０の出力と計数器４３の
出力を比較して比較出力をラツチ１９１〜１９８
に供給する。これは、マスク上の直線パターンの
うち、太い直線パターンに対応した発光ダイオー
ドの位置情報か、細い直線パターンに対応したも
のかを判別する為のものである。従つて、各ラツ
チの出力は、各発光ダイオード群の中心にある発
光ダイオードの位置情報とそれが太い直線パター
ンに対応するものか、細い直線パターンに対応す
るものかという情報も合せて判定回路５１に送り
込まれる。マスクパターンを一本の太い直線パタ
ーンと３本の細い直線パターンにより構成したの
は、すでに述べた通り、発光素子アレイ上のどの
発光ダイオードが射出した光がマスク上のどの直
線パターンを通過して受光素子に検知できたかを
容易に判別する為である。これを第１７図を用い
て詳しく説明する。

第１７図は直線の交差部を拡大したものであ
る。符号２５は、太い直線パターンを、符号２７
は太い直線パターン２５との判別を容易に行なう
ことのできる程度に細い３本の直線２７−１，２
７−２，２７−３からなる直線パターン群をそれ
ぞれ示す。今、発光素子アレイが、ａ又はｅの位
置でパターンを走査するように発光走査したとす
ると、太い直線２５の中心を該直線の位置と判定
し、３本の直線の内の中央の直線２７−２の中心
を直線群２７の位置と検出できる。パターンの走
査がｂの位置で行なわれると、受光素子１９に
は、直線２５，２７−２，２７−３に対応する発
光ダイオードの発光に対応した検知出力が得られ
る。同様にｃの位置では直線２７−１，２５，２
７−３に、ｄの位置では直線２７−１，２７−
２，２５の順に対応する検知出力を得る。従つ
て、発光素子アレイが細い直線パターンを２本し
か発光走査しなかつた時は、次の判定を行なうこ
とにより各直線及び直線群に対応する中心の発光
ダイオードの位置を検出かつ判定することができ
る。

(1) 常に太い直線に対応する発光ダイオード群の
中央の位置をもつて直線２５の位置とする。

(2) 細い直線に対応する出力が３本分出力信号と
して出力されているときは、中間の直線に対応
した出力から、その直線の中央の位置を算出
し、直線群２７の位置とする。

(3) 細い直線に対応する出力が２本分しか出力さ
れなかつた時は (a) 太、細、細の順ならば、最初の細い直線の
中央を、 (b) 細、太、細の順ならば、２本の細い直線で
はさまれた中央の位置を、 (c) 細、細、太の順ならば、２番目の細い直線
の中央の位置を、 それぞれ直線群２７の位置とする。

以上の判定は第１３図の判定回路５１で行なわ
れる。判定回路５１はランダムロジツクにて構成
することも可能であるが、好ましい構成例として
は、判定回路を含めて以降のデータ処理をマイク
ロプロセツサによつて行なうのが良い。マイクロ
プロセツサを用いて上記のごとき判定を行なうこ
とは、関係する業種のものにとつては容易であろ
う。以上の説明は、直線２５と直線群２７との交
差部についてのものであるが、他の交差部に於て
も同様の方法により判定できることはいうまでも
ない。

以上述べた測定原理及び実施例に基ずく、レン
ズメーターの全体の構成例を第１８図に示す。

第１８図において、符号１０００は、第１０図
で示した光学系および第１３図で示した回路から
構成され、マイクロプロセツサ５２に検出出力を
出力する。マイクロプロセツサ５２はデータメモ
リ部５３、プログラムメモリ部５４、表示器イン
ターフエース部５５、プリンタインターフエース
部５７及びマイクロプロセツサによる演算結果を
出力する出力レジスタ群２９１〜２９５により構
成されるが、これも又マイクロプロセツサを扱う
分野の者にとつては、このような構成とすること
は容易なことである。

最初の発光素子アレイ１０の一発光走査により
第１６図のようにy₁′、y₂′、y₃′、y₄′の位置が得ら
れると、次に切換信号S₂を入力しスイツチング回
路３０で第２駆動回路を作動させ発光素子アレイ
１１の発光走査に切り替えられる。これにより第
１６図のx′₁、x′₂、x′₃、x′₄の位置が求められる。

このx′₁〜x′₄及びy′₁〜y′₄の位置情報をもとに以
下の演算処理により、被検レンズの光学特性が計
算される。

(i) 直線２５，２６、直線群２７，２８の方程式
を求め直線群２７の勾配をm_A′、直線２６の勾
配をm′_Bとする。

(ii) 直線２５，２６に挾まれる直線群２７の長さ
を求めその長さl′_Aとする。

(iii) 直線２７，２８に挾まれる直線２６の長さを
求めその長さをl′_Bとする。

(iv) プリズム屈折力の計算においては、第１６図
ｉ、ｊ、ｋ、ｌのそれぞれの座標を（x′_i、
y′_i）、（x′_j、y′_j）、（x′_k、y′_k）、（x′_l、y
′_l）とする
とき、水平方向プリズム屈折力P_H（Ｘ軸方向）
及び垂直方向プリズム屈折力P_V（Ｙ軸方向）
は、(1)、(10)式を４点の場合に拡張し、 Ｘ＝x_i＋x_j＋x_k＋x_l Ｙ＝y_i＋y_j＋y_k＋y_l ……(9)′ とし、またその仮想光源面上の交点から X′＝x′_i＋x′_j＋x′_k＋x′_l Y′＝y′_i＋y′_j＋y′_k＋y′_l ……(10)′ を求め、ここでＸ＝Ｙ＝０となるようにマスク上
の直線パターンをあらかじめ形成することにより
(11)式を として計算する。ここで、ｄはマスクＭと仮想光
源面光源面Ｓとの間の距離である。

(v) 前述した(1)〜(8)式の方程式にもとずく演算を
マイクロプロセツサにより行つて所要の光学特
性を求める。

このようにして得られた結果は、球面度数、円
柱度数、円柱軸角度、及びプリズム屈折力として
第１８図に示す表示器５６、プリンタ５８、出力
レジスタ２９１〜２９５に出力される。尚、表示
器５６に、２次元表示の可能な装置（例えば
CRTデスプレイ装置等）を用いることによりプ
リズム屈折力、及び円柱軸角度は２次元のパター
ンとして表示する事ができる。これを行なうこと
により、被検レンズとレンズメーターとのアライ
メントを容易にかつ素早く行なえる利点がある。

第１９図は本発明の第２の実施例を示す図であ
る本実施例は上述の第１の実施例が２本のリニア
発光素子アレイを使用したかわりに１本のリニア
発光素子アレイのみで測定できるレンズメーター
の実施例である。図中上記第１の実施例と同一も
しくは均等な構成要素には同一の符号を付して説
明を省略する。発光素子アレイ１０を射出した光
は、ハーフミラー３０３で２分され一方はミラー
３０６、リレーレンズ３０１、ハーフミラー３０
４、マスクＭ、被検レンズＴ、コリメータレンズ
１５，ミラー１６、ピンホールPHに向う第１光
路を形成する。他方はミラー３０５、リレーレン
ズ３００、ハーフミラー３０４、マスクＭを経て
以下は前記第１光路と同様な第２光路を形成す
る。第１光路及び第２光路の切換はシヤツタ手段
３０８，３０９を使用する。第２光路のハーフミ
ラー３０３とミラー３０５の間には、イメージロ
ーテータ３０７が配置されている。このイメージ
ローテータ３０７は、第１光路のリレーレンズ３
０１によつて仮想光源面Ｓ上に出来る発光素子ア
レイ１０の共役像に対し、第２光路のリレーレン
ズ３００で出来る発光素子アレイ１０の共役像を
交差させるために配置される。本実施例の他の構
成要素すなわち発光素子アレイの駆動及び検知手
段の電気回路並びに光学特性の演算構成は第１の
実施例と同様である。ただ切換信号S₂によつてシ
ヤツター手段３０８，３０９の開閉状態が逆にな
ることと再び発光素子アレイを発光走査する点、
及び受光素子が１個でよい点のみ相異する。

第２０図は、本発明の発光素子アレイの構成配
置に係る第３の実施例である。なお、光学系は第
１の実施例と同様である。発光素子アレイ１０
は、パルスモータ３５０により発光素子アレイの
一回の発光走査が終わると所定角度、発光素子ア
レイ１０を回転させる。パルスモータ３５０の回
転量はパルス発信器３５１からのパルスで所定角
回転される。このパルス発信器からの回転角は計
算器３５２に入力される。この計算器３５２に
は、すでに第１実施例で説明した検出データが入
力され、前記角度情報と合成され、座標値情報と
してマイクロプロセツサ５２に出力される。ま
た、発光素子アレイ１０を回転させるかわりに公
知のイメージローテタを使用して、発光素子アレ
イからの射出光を回転させてもよい。

第２１図は、前記第３図の実施例のように発光
素子アレイを２本平行に配置するかわりに、発光
素子アレイを一本使用し、そのかわりに平行平面
ガラス３５３で代表される公知の像シフト手段を
利用して発光素子アレイ１０からの光を平行にシ
フトする実施例を示すものである。

なお、本発明においては、光源は発光ダイオー
ドを平面状あるいは、直線状に配列したものに限
定されるものではなく、上述の原理や多数の実施
例からもわかるように、本質的すなわち実質的、
仮想的を問わず２次元平面面に配置される光源で
あればよい。光源の他の実施例として、第２２図
に示すように、レーザ発振器４００からの光線を
駆動回路４０１で駆動される。公知のスキヤン手
段４０２でスキヤンし、このスキヤンされた光線
を裏面に集光レンズを接合した多数の微細な光線
拡散ロツド４０３の集合体４０４を使用してもよ
い。

またマスクＭは、光束を選択的に透過させる開
口型の直線パターンを形成しているが、マスクＭ
を光束を選択的に反射する反射型の直線パターン
としても本発明は成立することは言及するまでも
ないことであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の原理及び基本的な
光源配置構成の実施例を示す図、第４図及び第５
図は斜交座標系における本発明の原理を示すため
の図、第６図は斜交座標系と直交座標系との関係
を示す図、第７図は直線パターンが仮想的に交る
一例を示す図、第９図は仮想的な交差の他の例を
示す斜視図、第８図はその正面図、第１０図は本
発明の一実施例を示す光学系の概略図、第１１図
ａ，ｂはマスクパターン及びその交点の例を示す
図。第１２図はその仮想光源面における斜交座標
系とマスクパターンに対応する直線との関係を示
す図。第１３図は第１実施例の駆動及び検知手段
の電気回路を示すブロツク図、第１４図は受光素
子からの検知出力より得られる信号を示し、第１
５図は信号処理過程のパルスを示し、第１６図は
発光素子アレイの走査とマスクパターンに対応す
る直線との関係を示す図、第１７図は交差部の走
査を示す概略図、第１８図は本発明の第１３図に
次ぐ電気回路を示すブロツク図、第１９図は本発
明の第２の実施例の光学系を示す図、第２０図は
本発明の第３の実施例を示す、１部省略した型の
概略図、第２１図は本発明の第４の実施例を示
す、一部省略した型で示す概略図、第２２図は本
発明の光源の他の実施例を示す図。 １０，１１……リニア発光素子アレイ、１３…
…リレーレンズ、１４……被検レンズ保持手段、
１５……集光レンズ、PH，PH₁……ピンホール、
１８，１９……受光素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検光学系を保持する保持手段と、 該被検光学系に光束を投影する多数の発光単位
   を実質的にもしくは仮想的に二次元平面内にも
   ち、その内の一つの発光単位を選択的に発光させ
   る光源と、 前記光源からの光束を選択する少なくとも２本
   で構成され、かつ少なくとも１つの実質的にもし
   くは仮想的に交点を有する直線パターンを形成し
   てなり、かつ前記光源と前記被検光学系との間に
   配置されてなるマスク手段と、 該マスク手段で選択され、前記被検光学系を通
   過し被検光学系によつて平行光線とされた光線の
   みを開口手段に導びくための集光手段と、 前記開口手段を通過した光線を検知する検知手
   段と、 前記検知手段が前記開口手段を通過した光線を
   検知したときの前記光源の発光単位の発光位置情
   報から前記被検光学系の光学特性を演算する演算
   手段とから、構成されてなることを特徴とする、
   光学系の光学特性測定装置。 ２ 前記直線パターンは、前記光束を選択的に透
   過する開口パターンであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の光学系の光学特性測定装
   置。 ３ 前記マスク手段は、少なくとも３本の直線で
   少なくとも３つの交点を有する直線パターンが形
   成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光学系の光学特性測定装置。 ４ 前記マスク手段は、互いに交差する２組の平
   行直線群からなる直線パターンが形成されてなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光
   学系の光学特性測定装置。 ５ 前記２組の平行直線群の内の一組の平行直線
   群を構成する直線パターンの数が、他の組の平行
   直線群の直線パターンの数と異なることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の光学系の光学特
   性測定装置。 ６ 前記マスク手段は、少なくとも３本の直線で
   構成され、少なくとも３つの仮想的交点を有する
   直線パターンが形成されてなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の光学系の光学特性測
   定装置。 ７ 前記光源は、多数の発光単位素子を二次元平
   面内にもち、前記発光単位素子を順次発光走査す
   る平面型発光素子アレイであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに
   記載の光学系の光学特性測定装置。 ８ 前記光源は、多数の発光単位素子を直線状に
   配列してなり、前記発光単位素子を順次発光走査
   し、かつ装置光軸を回転軸として回転するリニア
   型発光素子アレイであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の
   光学系の光学特性測定装置。 ９ 前記光源は、多数の発光単位素子を直線状に
   配列してなり、前記発光単位素子を順次発光走査
   し、かつ固定的に配置されたリニア発光素子アレ
   イであり、該リニア発光素子アレイと前記マスク
   手段との間に該リニア発光素子アレイからの光束
   を回転する光束回転手段を配置してなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のい
   ずれかに記載の光学系の光学特性測定装置。 １０ 前記光源は、多数の発光単位素子を直線状
   に配列し、前記発光単位素子を順次発光走査する
   リニア型発光素子アレイを少なくとも２本平行に
   配列してなることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項ないし第６項のいずれかに記載の光学系の光
   学特性測定装置。 １１ 前記光源は、多数の発光単位素子を直線状
   に配列してなり、前記発光単位素子を順次発光走
   査し、かつ固定的に配置されたリニア発光素子ア
   レイであり、該リニア発光素子アレイと前記マス
   ク手段との間に該リニア発光素子アレイからの光
   束をシフトする光束シフト手段を有してなること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項ないし第６項
   のいずれかに記載の光学系の光学特性測定装置。 １２ 前記光源は、多数の発光単位素子を直線状
   に配列し、前記発光単位素子を順次発光走査する
   リニア型発光素子アレイを少なくとも２本実質的
   にもしくは仮想的に交差させてなることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項ないし第６項のいずれ
   かに記載の光学系の光学特性測定装置。 １３ 前記光源の１つのリニア型発光素子アレイ
   からの光を透過し他のリニア型発光素子アレイか
   らの光を反射する光学手段を用いて、２本のリニ
   ア型発光素子アレイを仮想平面内で仮想的に交差
   させることを特徴とする特許請求の範囲第１２項
   記載の光学系の光学特性測定装置。 １４ 前記光源は、リレー光学手段を介して前記
   マスク手段近傍にその像がリレーされてなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１３
   項のいずれかに記載の光学系の光学特性測定装
   置。 １５ 前記演算手段は、前記検知手段が検知した
   ときの前記光源の発光単位の位置情報から発光単
   位間を結ぶ直線の方程式を少なくとも２つ算出す
   る第１算出部と該直線の方程式から、その直線の
   端点および交点の双方または一方の座標を算出す
   る第２算出部と、 前記第１算出部からの算出結果から、その直線
   の方程式の傾き角を演算する第１演算部と、 前記第２算出部からの座標値から、該直線の長
   さを演算する第２演算部と、 前記第１及び第２の演算部の演算結果から前記
   被検レンズの光学特性を演算する第３の演算部と
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第１４項のいずれかに記載の光学特性測定
   装置。 １６ 前記発光単位素子は、発光ダイオードであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第７項ないし
   第１５項のいずれかに記載の光学特性測定装置。 １７ 前記発光単位素子は、レーザ光源からの光
   を拡散させる多数の拡散光学単位素子であること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項ないし第１５
   項のいずれかに記載の光学特性測定装置。