JPH0213728B2 - - 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、そのときの光
線セクター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。

さらに、円形マスクパターンを透過した投影光
束が被検レンズにより楕円形に変形されるか、或
いは円形のままその直径に変化を生ずることを検
出して、該被検レンズの屈折特性を検出する試み
もすでになされている。たとえば、米国特許第
4007990号明細書には、投影光束を円形に回転さ
せ、それと同期して回転するセンサーにより、そ
の半径方向位置の変化を検知することにより、被
検レンズの屈折特性を検出する装置が開示されて
いる。しかし、この提案された装置においては、
投影光束とセンサーとの対応関係が重要であり、
投影マスクの回転とセンサーの回転との間を正確
に同期させねばならない。

本発明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
ことのできる新しい光学系の光学特性測定装置を
提供することにある。

すなわち、本発明の構成上の特徴は被検光学系
を保持する被検光学系保持手段と、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円環状パターンを検出して
なりかつ前記光源と前記被検光学系との間に配置
されて成るマスク手段と、このマスク手段で選択
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束
を検知する検知手段と、この検知手段が前記開口
手段を前記光線が通過したことを検知したときの
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
された光学系の光学特性測定装置にある。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の原理を説
明する。円環状マスクを使用する場合、第１図に
おいて、光学系は、検知素子DTとピンホール
PHと装置光軸Ｏ上に有し、またこのピンホール
PHの位置にその焦点を有し、光軸Ｏとそれ自身
の光軸を一致させてなる集光レンズCLが設けら
れ、この集光レンズCLによる平行光束の光路内
には、被検レンズTLが装置光軸Ｏ外に、光軸
O′を有するように配置された場合を考える。そ
して、この２つの光軸のズレ量E_H、E_Vによりプ
リズム量P_H、P_Vが得られる。被検レンズTLは、
２つの異なる頂点屈折力D₁、D₂を有する主径線
r₁，r₂を有し、そのうちの一つは、X_O−Y_O座標
系の、X_O座標軸と角度θの角度を有する。被検
レンズTLの前方には、距離△ｌをおいて直径φ
の円環状開口パターンCPを有するマスクＭが配
置されている。

またマスクＭの前方で、かつマスクＭから距離
ｌの位置にＸ−Ｙ座標系を考え、このＸ−Ｙ座標
系内に光源面Ｓをおく。光源面Ｓ上の稠密的な発
光単位S₁，S₂，S₃………S_oからの発散光束Ｌが、
マスクＭに照射されている。これら多数の発光単
位S₁，S₂，S₃………S_oからの光束Ｌのうちの光線
のあるものすなわち光線LBは、マスクＭに形成
された円環状開口パターンCPを通過し、被検レ
ンズＴの光学作用を受けて平行光線とされ、さら
に集光レンズの屈折作用を受けてピンホールPH
を有する面に到達する。そしてさらに、被検レン
ズTLの第１主径線r₁及び第２主径線r₂の焦線F₁，
F₂とマスクＭ上の円環状パターンとを結ぶ直線
と一致する光線LB₀を有する光束L₀を発する発光
単位S_pがある。この発光単位S_pが発した光束L₀
中の光線LB₀だけが円環状パターンCPを通過し、
被検レンズTLの光学作用をうけて平行光線とさ
れた後、集光レンズCLの屈折作用で、その焦点
位置に配置されたピンホールPHを通過し、検知
素子DTに到達できる。すなわち、平行光線が、
被検レンズTLに第１図において集光レンズLC側
から入射したとき被検レンズTLの光学作用を受
け偏向された光束がマスクＭの円環状パターン
CPで選択され、光源面Ｓ上に円環状パターンCP
の投影像すなわち楕円CP′を作る。このことは逆
に、光源面Ｓ上の楕円CP′上にある発光単位から
射出される光束には、前述の光線LB₀と同じくピ
ンホールPHを通過できる光線が存在し、かつそ
れのみがピンホールPHを通過できることを意味
している。本発明の基本原理は光源面Ｓ上に稠密
的に実質的に存在するかもしくは後に詳細する構
成によつて仮想的に存在する発光単位のうちか
ら、前記光線LB₀すなわちピンホールPHを通過
し検知手段DTで検知できる光線を射出した発光
単位の位置を知り、もつて楕円CP′の形状を決定
し、この楕円CP′の形状及びＸ−Ｙ座標系上の位
置から被検レンズTLの光学特性、主に球面屈折
力、円柱屈折力、円柱軸角度、及びプリズム屈折
力とそのベース方向を測定しようとするものであ
る。

なお被検レンズが、球面屈折力のみをもついわ
ゆる球面レンズの場合は楕円CP′は円形になるこ
とは言うまでもない。該被検レンズから光軸方向
に△ｌだけ離れた位置に直径φの円環状パターン
を有するマスクを配置し、さらに被検レンズから
光軸方向にその最短焦点距離より短かい距離ｌ＋
△ｌだけ離して光源面を設けた場合、被検レンズ
の２つの頂点屈折力をD₁、D₂、円柱軸の角度θ、
水平行方向プリズム量P_H、垂直方向プリズム量
P_Vとすると、光源面における検知素子DTで検知
できる光線を射出した発光単位を結ぶ発光単位軌
跡パターン（第１図の光源面Ｓ上の楕円CP′に相
当する）の形状は次式で表わされる。

｛〔１−（ｌ＋△ｌ）・D₁／１−△ｌ・D₁〕²tan²θ＋
〔１＋（ｌ＋△ｌ）・D₂／１−△ｌ×D₂〕²｝（ｘ−ｌ
・P_H／100）²＋｛〔１−（ｌ＋△ｌ） ・D₁１−△ｌ・D₁〕²＋〔１−（ｌ＋△ｌ）・D₂／１
−△ｌ・D₂〕²・tan²θ｝（ｙ−ｌ・P_V／100）²−２ ・tanθ｛〔１−（ｌ＋△ｌ）・D₁／１−△ｌ・D₁〕²
−〔１−（ｌ＋△ｌ）・D₂／１−△ｌ・D₂〕²｝（ｘ−
ｌ・P_H／100（ｙ−ｌ・P_V／100） −（１＋tan²θ）〔１−（ｌ＋△ｌ）・D₁／１−△ｌ
・D₁〕²〔１−（ｌ＋△ｌ）D₂／１−△ｌ・D₂〕²・（φ
／２）²＝０………(1) 上式には、５個の未知量D₁、D₂、θ、P_V、P_H
が含まれているため、測定によつて少なくとも
（X₁、Y₁）〜（X₅、Y₅）の任意の５点が検出さ
れれば、この方程式を解くことができる。この５
点の測定は、軌跡パターンの一部に集中して行な
わず、周方向に離れた位置で行なうことが、測定
精度上好ましいことは勿論である。

第１図のマスクＭに円環状パターンCPと交差
する直線パターンをさらに設け、かつＸ−Ｙ座標
系に光源面Ｓのかわりに、多数の発光単位を直線
状に連続的に配置した直線状光源を用いた場合の
測定原理を第２図に示す。尚、第１図と同様の構
成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

マスクＭには、円環状開口パターンCPと交差
する１本の直線開口パターンLPが形成されてい
る。また、Ｘ−Ｙ座標系内には、多数発光単位を
連続的に直線状に配列した直線状光源SLがＸ−
Ｙ座標系の中心O_XYを中心に回転可能に配置され
ているものとする。この第２図の原理構成におい
て、第１図の場合と同様に被検レンズTLにより
平行光線とされ集光レンズCLの作用によりピン
ホールPHを通過でき、検知素子DTで検知され
る光線LB₀を含む光束を射出する発光単位の軌跡
パターン、すなわちマスクＭの円環状パターン
CPに対応する軌路パターンCP′（以下単に楕円軌
跡という）とマスクＭの直線パターンLPに対応
する軌跡パターンLP′（以下単に直線軌跡という）
が存在する。

そして、検知素子DTによる光線LB₀の検知に
より、上記円形軌跡CP′又は直線軌跡LP′を形づ
くる発光単位の座標（X_o、Y_o）を決定できる。

今、直線状光源Ｓが第２図の位置（SL）にあ
るとすれば楕円軌跡上の２点の発光単位座標
（X₁、Y₁）、（X₄，Y₄）を決定できる。そして直
線状光源SLを回転してSL′の位置にあれば、同様
に座標（X₂，Y₂）、（X₃、Y₃）が決定される。ま
たマスクＭの直線パターンLPに対応する直線軌
跡LP′は被検レンズTLの屈折特性に応じて傾斜
が変り、直線状光源SL及びSL′の位置にあると
き、（X₅、Y₅）、（X₆、Y₆）を決定することがで
きる。

第１図の場合と同様に円形軌跡の形状は第(1)式
で表わすことができる。

他方、マスクＭの直線パターンLPのマスク面
上の傾き（設計による定まる値）ａと光源面のＸ
−Ｙ座標系上の直線軌跡LP′の傾きa′の関係は次
式で表わされる。

｛１−（ｌ＋△ｌ）D₁／１−△ｌ・D₁・ａ−１−（ｌ＋
△ｌ）・D₂／１−△ｌ・D₂・a′｝tan²θ＋〔１−（ｌ
＋△ｌ）・D₁／１−△ｌ・D₁ −１−（ｌ＋△ｌ）・D₂／１−△ｌ・D₂〕（１−ａ・
a′）tanθ＋〔１−（ｌ＋△ｌ）・D₂／１−△ｌ・D₂ −１−（ｌ＋△ｌ）・D₁／１−△ｌ・D₁ａ〕＝０……
…(2) 従つて、第(1)式に円形軌跡CP′の４個の座標値
（X₁、Y₁）、（X₂、Y₂）、（X₃、Y₃）、（X₄、Y₄）
を代入し、さらに第(2)式に直線パターンLPのマ
スク面上の傾きａと直線軌跡LP′の光源面のＸ−
Ｙ座標系上の座標値（X₅、Y₅）、（X₆、Y₆）から
求められる傾きa′とを代入することにより、前記
方程式第(1)、(2)式を解いて未知量D₁、D₂、θ、
P_V、P_Hを求めることができる。ここで円形軌跡
CP′の４個の座標値は、該軌跡の一部に集中しな
いように、同方向に離れた位置に直線状光源SL
を配置することが測定精度上好ましい。

以下本発明の実施例を説明する。

本発明の第１の実施例は、すでに第１図の原理
説明のところで述べたようにＸ−Ｙ座標系内に多
数の発光単位、例えば高輝度の微小発光ダイオー
ド素子を平面的に配列した平面発光素子アレイを
配置し、これを順次発光走査し、このとき例えば
高感度のアバランシエホトダイオードからなる受
光素子や光電子倍増管等の検知手段によつて検知
できた光線を含む光束を照射した発光ダイオード
の座標位置を、走査発光信号から続み取ればよ
い。そして、この方法により、最低５カ所の座標
位置を知り、第(1)式をもとに５元連立方程式を解
けば被検レンズの第１及び第２主径線屈折力
D₁D₂、第１主径線の軸角度θ、プリズム屈折力
P_H、P_Vをそれぞれ計算で求めることができ、こ
れより、周知の眼鏡レンズ屈折特性表示方法すな
わち球面屈折力Ｓ＝D₁（D₁＜D₂の場合）、円柱屈
折力Ｃ＝D₂−D₁、乱視軸角度A_x＝θ、及びプリ
ズム屈折力P_H、P_Vを得ることが出来る。

本発明の第２の実施例は、第２図で説明した原
理構成すなわち、マスクＭには、円環状パターン
CPとこれに交わる直線パターンLPを形成し、ま
たＸ−Ｙ座標内すなわち光源面Ｓには多数の微少
発光ダイオード素子を直線状に連続配列して成る
リニア発光素子アレイを一本、装置光軸を回転中
心として回転可能に配置し、このリニア発光素子
アレイを順次発光走査するとともに、パルスモー
タ等によつて、一発光走査毎に、リニア発光素子
アレイを所定角度回転し、この状態で受光素子に
よつて光線LB₀を検知したときの発光ダイオード
のＸ−Ｙ座標系における座標位置を知る。こうし
て得られた円形軌跡CP′上の少なくとも４点の座
標と、直線軌跡LP′上の少なくとも２点の座標を
もとに第(1)、(2)式の方程式を解けば被検レンズの
屈折特性を測定できる。

第３図は、本発明の第３の実施例を示す光学系
配置図である。この実施例は、２本の発光波長が
互いに異なるリニア発光素子アレイ１，２が仮想
光源面S′内で交差するように図示しない装置筐体
に固定的に取付けられている。すなわちリニア発
光素子アレイ１からの光は、波長選択的に反射又
は透過するダイクロイツクプリズム３のダイクロ
イツク面３を透過し、リレーレンズ４により、第
５図に示すように仮想光源面S′のＹ軸上に一旦結
像されリニア発光素子アレイ１の二次光源１′を
形成する。同様に、リニア発光素子アレイ２から
の光は、ダイクロイツクプリズム３のダイクロイ
ツク面3aで反射されリレーレンズ４により、仮
想光源面S′のＸ軸上にリニア発光素子アレイ２の
二次光源２′を形成する。この様にプリズムをダ
イクロイツクにする事で光量の1/2の減衰をさけ
る事ができる。

本実施例では二次光源１′，２′が直交座標系Ｘ
−ＹのＸ軸上およびＹ軸上に位置し、互いに直交
するようにリニア発光素子アレイ１，２を配置し
ているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、斜交するようにリニア発光素子アレイ１，２
を配置してもよい。この場合は、第(1)、(2)式が斜
交座標系として計算されるだけである。換言すれ
ば、マスクＭの座標系X′−Y′と、仮想光源面
S′の座標系Ｘ−ＹそれぞれのX′、Y′軸、及びＸ、
Ｙ軸の交差角が同じになるように斜交座標系をと
ればよく、本発明は座標系の取り方に何ら限定を
受けるものではない。また、マスクＭのX′−
Y′座標系が、直交座標系で、仮想光源面S′の座標
系が斜交座標系の場合は、周知の直交−斜交座標
変換をほどこして、第(1)式、第(2)式を適用すれば
よい。

仮想光源面S′の後方（第３図の右方向）には、
マスクＭが配置される。マスクＭには、第４図に
示すように円環状開口パターン６ａと２本の互い
に平行な直線開口パターン７ａ，７ｂが、互いに
交わるように形成されている。ここで直線開口パ
ターン７ａ，７ｂを２本もうけた理由は、第５図
に示すように、一方の直線パターン例えば７ａに
対応する直線軌跡７a′が仮想光源１′，２′の交点
と一致したとき、この直線軌跡７a′上に位置する
発光単位の座標が仮想光源１′，２′の交点１つし
か決定できないため、直線軌跡７a′の傾きa′が決
定できない欠点を解決するためである。

また、決定された発光単位の座標が円形軌跡上
のものか、あるいは直線軌跡上のものかを判別す
るために、円環状開口パターン６ａの幅Ｗと直線
開口パターン７ａ，７ｂのそれぞれの幅Ｗを相異
させておくか円環状パターン６ａと直線パターン
７ａ，７ｂの透過率に変化をもたせておくとよ
い。または円形パターン６ａと直線パターン７
ａ，７ｂを同じ幅にする場合は、円環状パターン
６ａを近接した複数の円環状開口とするか、また
は逆に直線パターン７ａ，７ｂをそれぞれ、近接
した複数の直線開口を一組とする直線パターンで
形成することにより判別するようにしてもよい。

また、本実施例においては、直線パターン７
ａ，７ｂを同一の幅Ｗで互いに平行になるように
形成したが、これはマスク製作及び測定に際して
の計算処理を簡単にするためのもので、本発明は
これに限定されるものでなく、直線パターン７
ａ，７ｂを互いに判別できるようにし、かつ、互
いに予め定めた角度で傾斜もしくは交差させて形
成してもよい。

マスクＭの後方には、被検レンズTLを、仮想
光源面S′から距離ｌ＋△ｌ、マスクＭから距離△
ｌそれぞれ離れた位置に保持するための中空部を
持つ被検レンズ保持部材５が、図示しない装置筐
体に取付けられている。この被検レンズ保持部材
５に被検レンズTLを、その光軸又はプリズムレ
ンズにあつてはその幾何学中心が装置光軸Ｏと一
致するように設置する。

被検レンズ保持部材５のさらに後方には、ピン
ホール９が配置されている。またピンホール９の
後方にはピンホール９を通過してくる光線を検知
する例えば高感度のアバランシエフオトダイオー
ドからなる受光素子１１が配置されている。

さらにピンホール９と被検レンズ保持部材５の
間には、装置光軸Ｏとその光軸を一致させてピン
ホール９の位置に焦点を有する集光レンズ１３が
配置されている。

今、リニア発光素子アレイ１を発光走査する
と、このリニア発光素子アレイ１を構成する各発
光ダイオードからの５の光束は、ダイクロイツク
プリズム３のダイクロイツク面3aを通過し、リ
レーレンズ４により仮想光源面S′のＹ軸上を走査
するかのようにしてマスクＭに向けて照射され
る。この照射光束ＬのうちマスクＭで選択され、
かつ被検レンズTLの屈折作用により装置光軸Ｏ
と平行となる平行光線LB₀だけが、集光レンズ１
３により屈折されピンホール９を通過し受光素子
１１で検知される。

光束Ｌの内の点線で示す被検レンズTLの屈折
作用により平行光線とならなかつた光線LBはピ
ンホール９を有する開口手段の壁面で遮断され受
光素子１１には検知されない。

次にリニア発光素子アレイ２の発光走査に切換
えると、このリニア発光素子アレイ２からの光束
はダイクロイツクプリズム３のダイクロイツク面
3aで反射されリレーレンズ４に入射する。その
後は前述のリニア発光単位アレイ１の場合と同様
である。

次に第６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１と２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３
３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が第２駆動
回路３４には、発光素子アレイ２がそれぞれ接続
されている。発光素子アレイ１及び２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a₁，a₂，a₃……a_o-1、a_oを1000〜2000個直線状
に配列して構成したものである。そして発光素子
アレイ１，２は、クロツク回路３１から駆動回路
３３及び３４に入力れるクロツクパルス７０３に
よつて順次発光ダイオードa₁、a₂、a₃……a_o-1、
a_oが走査発光される。

発光素子アレイ１又は２から射出された光は第
３図に示した光学系を通つて受光素子１１で検知
される。受光素子１１の出力は増幅器８６により
増幅されてサンプルホールド回路３７に与えられ
る。サンプルホールド回路３７の出力は比較器３
８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３１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３
１からのクロツクパルス７０３に従つて駆動回路
３３，３４を駆動させる。第７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の出力のそれぞれ示す。

第６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１１
で検出できたかを知る必要がある。そのためには
円環状及び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。

例えば発光素子の時系列出力パルスの立上りと
立下りの中央位置までを、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６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７０３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。この時のラツチ回路４４の出
力はたとえば第７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７０
２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８
図ｇで示す。

したがつて計数器４３の出力は、受光素子１１
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上の円形及び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１１によつて検知された
光線を射出したマスクＭ上の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、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８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１９１，１
９２………１９４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４８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上のい
ずれかのパターンのパターン幅に対応した発光素
子アレイ上に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１１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の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二番目の発光ダイ
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１が
第５図のY′軸に沿つて発光走査すると、受光素
子１１は、第７図ｃの様にマスクＭ上の２本の直
線パターンと１つの円環状パターンに対応した４
つの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４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１９１〜１９４までの４回路が必要であ
る。

第６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の被
検を比較して比較出力をラツチ１９１〜１９４に
供給する。これは、マスク上の直線パターンのう
ち太い円環状パターンに対応した発光ダイオード
の位置情報が、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生ダ
イオードの位置情報とそれが太い円環状パターン
に対応するものが細い直線パターンに対応するの
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１本の太い円形パターンと
２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円環状又
は直線パターンを通過して受光素子で検知できた
かを容易に判別する為である。

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９図に示す。

第９図において１０００は、第３図で示した光
学系および第６図で示した回路から構成されたマ
イクロプロセツサ５２に検出値を入力する。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
れら構成はマイクロプロセツサを扱う分野の者に
於ては周知の技術であり容易なことである。最初
の発光素子アレイ１の一発光走査により第５図の
ように（X₂、Y₂、）、（X₈、Y₈）、（X₇、Y₇）、
（X₄、Y₄）の位置が得られると、次に切換信号S₂
がクロツク回路３１に入力され、これによつてス
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２の発光走査に切り替えられる。

そして同様の方法により、第５図の（X₃、
Y₃）、（X₉、Y₉）、（X₇、Y₇）、（X₁、Y₁）の位置
が得られる。次いで、（X₈、Y₈）と（X₉、Y₉）
から直線軌跡７b′の傾きa′を求め、第(2)式に代入
し、また（X₁、Y₁）〜（X₄、Y₄）の４つの座標
値を第(1)式に代入して、未知数D₁、D₂、θ、P_H、
P_Vを求め、これより被検レンズTLの球面屈折
力、円柱屈折力、乱視軸角度、プリズム屈折力を
求めることができ、これら測定結果は入出力イン
ターフエイス５５，５７を介して例えばブラウン
管等のデイスプレー装置５６上に表示され、ある
いはプリンタ５８でプリントアウトされる。又、
必要なら出力レジスタ２９１〜２９５を介して外
部装置に測定値が出力される。

第１０図は、本発明の第４の実施例を示す図で
ある。本実施例は、マスクＭとリニア発光素子ア
レイ間の光路を２つに分けその内の１つの光路に
像回転光学部材を配することにより１つのリニア
発光素子アレイだけで測定できる装置の例であ
る。

尚、以下の説明にあたつては第３図と同一もし
くは等価な構成要素には同一の符号を付して説明
を省略する。

リニア発光素子アレイ１とマスクＭの間には、
ハーフミラー２０、ミラー２１、リレーレンズ
４、及びハーフミラー２２とからなる第１光路２
８と、ハーフミラー２０、ミラー２４、リレーレ
ンズ２５、及びハーフミラー２２とからなる第２
光路２９との二つの光路が形成されている。第２
光路２９には、さらにリニア発光素子アレイ１の
発光走査光束を90゜回転するための公知のイメー
ジローテータ等からなる像回転手段２３が配置さ
れている。また第１光路２８、第２光路２９に
は、シヤツター手段２６，２７がそれぞれ配置さ
れている。

今、シヤツター手段２７を開き、シヤツター手
段２６を閉じた状態でリニア発光素子アレイ１を
発光走査すると、その光束は、ハーフミラー２０
で反射され第１光路２８を通つて、前述の第３実
施例と同様仮想光源面S′上を第５図に示すように
Ｘ−Ｙ座標系のＹ軸にそつて走査される。そして
被検レンズTLで平行光線とされた光線はピンホ
ール９を通過し受光素子１１で検知される。次に
シヤツター２７を閉じ、シヤツター２６を開き、
再びリニア発光素子アレイ１を発光走査すると発
光素子アレイ１からの光束はハーフミラー２０を
透過し、像回転光学部材２３で発光走査方向が
90゜回転され、第２光路２９を通つて仮想光源面
S′上のＸ軸上を走査するようになる。そして被検
レンズTLで平行光線とされた光線は、ピンホー
ル９を通過し、前述したと同様受光素子１１で再
び検知される。この２回のリニア発光素子アレイ
の発光走査に基づき、Ｘ−Ｙ座標系上の発光ダイ
オードの座標決定がされ、第３実施例と同様の電
気回路で演算処理されて、被検レンズTLの屈折
特性が測定される。

第１１図は本発明の第５の実施例を示す光学系
の配置図である。本実施例は前記第４実施例の第
２光路の像回転光学部材２３の代りにリニア発光
素子アレイが射出した光束を光軸と垂直な方向に
シフトされる光束シフト手段を利用した装置の実
施例である。前述の第４実施例の構成要素と同一
もしくは均等な構成要素には同一の符号を附して
ある。第１１図の装置において第２光路２９のに
は公知プレンパラレル光学素子等からなる光束シ
フト部材７０が光軸と角度γで交差するように配
置されている。このため、リニア発光素子アレイ
２からの光束は、第１光路２８、及び第２光路２
９をシヤツター手段２６，２７の作用により選択
的に通過することにより、第１２図に示すよう
に、仮想光源面S′のＸ−Ｙ座標系のX₁軸とX₂軸
に発光素子アレイ２の共役光源２₁′，２₂′を作る。
そして第１光路２８における測定で受光素子１１
による光線の検知により座標（X₁、Y₁）、（X₂、
Y₂）、（X₃、Y₁）、（X₄、Y₁）を決定できまた第２
光路２９における測定で受光素子１１による光線
の検知により座標（X₅、Y₂）（X₆、Y₂）、（X₇、
Y₂）、（X₈、Y₂）をそれぞれ決定できる。以下の
演算処理は第３及び第４実施例と同様である。

前記各実施例においては、光源として、多数の
発光ダイオードを幾何学的に平面状もしくは直線
状に配列した平面型発光素子アレイや、リニア型
発光素子アレイをもちいたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、実質的もしくは仮想的な
平面に発散光束を出す多数の発光単位を稠密的に
有し、これを時系列的に発光走査できるものであ
ればいかなるものであつても光源として使用でき
る。

その例を第１３図に示す。この光源は、レーザ
光源３０１と、駆動制御回路３０２で駆動及び制
御され、レーザ光源３０１からのビーム３０７を
偏向する回転多面鏡や、ガルバノメーター振動
鏡、又は音響光学素子等を利用したビームスキヤ
ン装置３０３からなる。

偏向されたビーム３０７は、入射側にコリメー
タレンズ部３０４を、射出側にビームを発散光束
化する拡散もしくは発散光学素子３０５ａをそれ
ぞれ多数平面状もしくは直線状に配列した拡散光
学素子アレイ３０６に入射され、このアレイ３０
６を射出した拡散光はスキヤン装置３０３により
順次時系列的にスキヤンされる。

またマスクＭの直線パターンを、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
が成立することは当業者に説明するまでもないこ
とであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一つの原理及び第１の実施例
を説明するための光学配置の概略斜視図、第２図
は本発明の他の原理と第２の実施例を説明するた
めの光学配置の概略斜視図、第３図は本発明の第
３の実施例の光学系を示す図、第４図はマスクパ
ターンを示す図、第５図は仮想光源面の共仮光源
とパターン軌跡との関係を示す図、第６図は発光
素子アレイの駆動及び受光素子の検知処理回路を
示すブロツク図、第７図は各パルス列の関係を示
す図、第８図は検知出力パルスの開係を示す図、
第９図は本発明に係るレンズメーターの全体の電
気処理系を示すブロツク図、第１０図は本発明の
第４の実施例の光学系を示す図、第１１図は本発
明の第５の実施例の光学系を示す図、第１２図は
前記第５実施例におけるパターン軌跡と共仮光源
との関係を示す図、第１３図は光源の第２の実施
例を示す図。 １，２……発光素子アレイ、４……リレーレン
ズ、５……被検レンズ保持手段、１３……集光レ
ンズ、９，１０……ピンホール、１１，１２……
受光素子、２３……像回転手段、７０……光束シ
フト手段、TL……被検レンズ、S′……仮想光源
図、Ｓ……光源面、Ｍ……227、CP……円環状開
口パターン、LP……直線開口パターン、CP′……
円形軌跡、LP′……直線軌跡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検光学系を保持する被検光学系保持手段
   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円環状パターン
   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源
   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、 前記光線が前記開口手段を通過したことを前記
   検知手段が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 前記マスク手段は、さらに前記円環状パター
   ンと実質的にもしくは仮想的に交わる少なくとも
   １本の直線パターンを有し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。 ３ 前記マスク手段は、前記円環状パターンと実
   質的もしくは仮想的に交わる少なくとも２本の平
   行直線パターンを有し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 前記円環状パターンと前記直線パターンは、
   互いにその幅若しくは透過率又はそれを構成する
   線の本数を異にしてなることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項又は第３項記載の光学系の光学特
   性測定装置。 ５ 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項記載の光学系の光学特性測定
   装置。 ６ 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
   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２項ないし第４項のいずれかに記載の光
   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
   しくは仮想的に同一平面内に配置してなることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項ないし第４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、２本のリニア発光素子アレイか
   らなり、これらの２本のリニア発光素子アレイが
   互いに前記平面内で直交してなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項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、前記発光単位素子を順次発光走査する１
   本のリニア発光素子アレイからなり、該リニア発
   光素子アレイと前記マスク手段の間に二つの光路
   を形成しその内の一つに該リニア発光素子アレイ
   からの光束を回転する像回転光学手段を配したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項ないし第４
   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
   １本のリニア発光素子アレイからなり、該リニア
   発光素子アレイと前記マスク手段の間に二つの光
   路を形成しその内の一つ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配し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２項ないし
   第４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、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いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし、第
   １０項いずれかに記載の光学系の光学特性測定装
   置。 １２ 前記演算手段は、前記検知手段が前記光線
   を検知したときの前記マスク手段の前記円環状パ
   ターンに対応する、円形もしくは楕円軌跡内に位
   置する少なくとも５つの前記発光単位の位置を決
   定する第１演算部と、該第１演算部からの該位置
   情報をもとに前記被検光学系の光学特性を演算し
   求める第２演算部とから構成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１１項
   のいずれかに記載の光学系の光学特性測定装置。 １３ 前記演算手段は、前記検知手段が前記光線
   を検知したときの前記マスク手段の前記円環状パ
   ターンに対応する円形もしくは楕円上軌跡内に位
   置する少なくとも４つの前記発光単位の位置及び
   前記直線パターンに対応する直線軌跡内に位置す
   る少なくとも２つの前記発光単位の位置を決定す
   る第１演算部と、該第１演算部からの該位置情報
   をもとに前記被検光学系の光学特性を演算しもと
   める第２演算部とから構成されてなることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項ないし、第１１項の
   いずれかに記載の光学系の光学特性測定装置。 １４ 前記発光単位は、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１項ないし第１
   ３項いずれかの光学系の光学特性測定装置。 １５ 前記発光単位は、レーザ光源からの光を拡
   散させる多数の拡散光学素子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１３項いずれ
   かの光学系の光学特性測定装置。