JPH0225131B2 - - 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
うことのできる新しい光学特性測定装置を、すで
に特願昭56−30222号（特開昭57−144434号公報
参照）、特願昭56−85490号（特開昭57−199933号
公報参照）で提案している。それらの発明は傾き
角θで、ピツチＰの２組の平行直線開口によつて
できる平面光束をある光学系に通過させたとき、
その傾き角θとピツチＰは変化しても、直線性自
身は変化しないという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互いに
配列方向を異にする２組の平行直線群からなる開
口パターンを形成したマスク手段を配置し、この
マスク手段と前記コリメータ手段との間に被検レ
ンズを配置して、被検レンズの屈折特性によつて
偏向され、前記マスク手段によつて選択された光
束を、前記被検レンズの焦点距離内に配置した互
いに交差するリニアセンサーで検出し、マスク上
の直線開口パターンの投影像の変化から被検レン
ズの屈折特性を測定する装置であつた。

本発明は、この測定原理を利用した別の構成に
よる新規の光学系の光学特性測定装置を提供する
ことを第１の目的とする。

本発明の第２の目的は、前記原理を特に自動レ
ンズメーターに利用し、測定時間が短かく、しか
も測定精度の高い自動レンズメーターを提供する
ことにある。

本発明の第３の目的は、さらに、装置内部に機
械的に可動する部分を一切有せず、ために装置製
作上簡単でかつ精度調整を必要としない光学系の
光学特性測定装置、特に自動レンズメーターを提
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
の平行な直線パターンからなる第１直線パターン
群と該第１直線パターン群とその配列方向を異に
する少なくとも２本の平行な直線パターンからな
る第２直線パターン群とを本質的に同一平面内に
有する光束制限手段を前記光源と前記被検光学系
との間に有し、 該第１及び第２直線パターン群で選択され前記
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、 前記検知手段が該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第１及び第
２直線パターン群に対応する前記平面上で前記発
光単位が作る直線軌跡をもとにして前記被検光学
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。

球面レンズ、円柱レンズ又は乱視レンズに平行
光線を入射させると光線はレンズの屈折特性に従
つて屈折される。ここに球面レンズとは２つの球
面よりなるレンズであり、円柱レンズとは、少な
くとも一面が円柱面よりなつているレンズであ
り、また乱視レンズとは少なくとも一面がトロイ
ダル面からなつているレンズであることはよく知
られている。さてトロイダル面とは、相直交する
最大の曲率半径をもつ主径線と、最小の曲率半径
をもつ主径線とよりなつている。球面はトロイダ
ル面における相直交する２つの主径線の曲率半径
が同一の場合と考えられ、また円柱面とは一方の
主径線の曲率半径が無限大の場合と考えられる。
従つてトロイダル面において特別な場合として、
球面、円柱面を考えることができる。以下、本発
明の原理の説明には、トロイダル面からなる乱視
レンズを例にとり、特別な場合として球面レン
ズ、円柱レンズを取扱うものとする。

乱視レンズである被検レンズに平行光線を入射
させ、その屈折後の光線を考える場合、入射光線
を円形光線束とすると、射出光線は楕円光線束と
なることが知られているが、入射光線を直線光線
束とする場合は、射出光線束は平面状光束（円柱
屈折力がある場合には、“ねじれた”平面状光束
となる）となり、その光束の進行方向及び傾きは
光学系の光学特性によつて変化するが、前記入射
平行光線に直角な面への投影像は常に直線である
という基本的な性質を有している。

また光線逆進の原理から前記投影像に対応する
場所に発散光束を射出する光源を考えると、この
光源から射出する光束の中には前記平面状光束が
たどつたと同じ経路を逆に進む光線がかならず存
在する。すなわち被検レンズからある所定距離後
方に平面を考え、その平面に発散光束を射出する
多数の発光点を考えると、この発光点からの光束
中のある光線は被検レンズ通過後、この被検レン
ズの光学特性によつて変化され、被検レンズ射出
後、被検レンズ光軸に対し平行光線となる。そし
て、このような光線は発する多数の発光点を結ん
で形成された幾何学的軌跡は、前記投影像と一致
し、かならず直線である。本発明は、かかる原理
を利用して被検光学系の光学特性を測定するもの
である。ここで屈折特性とは、被検レンズにおけ
るトロイダル面を形成している最大及び最小の曲
率半径を有する二つの主径線の屈折力と、この二
つの主径線のある予め定めた基準線からの傾き
角、及び被検レンズの幾何学中心と光学中心との
ズレ量もしくは被検レンズのセツテイングズレ量
を表わすプリズム量である。

しかしながら、被検レンズの直後にマスクを配
置して種々の発散光線束を被検レンズに入射さ
せ、その射出光線束を前記マスクで制限した光束
が平行光線束となるか否かをみる場合において
は、さらに他の屈折特性、すなわち両屈折方向の
２つのシエイプフアクターが追加される。

この新たな屈折特性の追加は、被検レンズの第
１面曲率半径、中心厚、屈折率の少なくともひと
つが異なることにより、入射光線束と、射出光線
束の関係が変化することを意味している。このシ
エイプフアクターは、本発明で測定しようとする
屈折特性の測定に対し不必要な不確定性をあたえ
るものである。このシエイプフアクターの追加は
被検レンズ通過前の光源からの発散光線束に対し
て制限を行なうということにより避することがで
きる。すなわち被検レンズには、一般的な発散光
線束をある種の開口パターンを通過させることに
より制限した状態で入射させ、被検レンズによ
り、その屈折特性に応じて屈折された被検レンズ
光軸に平行な光線束を検出することによりシエイ
プフアクターの関与しない屈折特性を知ることが
できる。このように、本発明においては、開口パ
ターンを有するマスク手段は、被検レンズ前方に
配する必要がある。

第１図に示すように、まず、ｘ−ｙ座標系内に
発散光束flを照射する多数の発光単位点S₁，S₂，
S₃…S_oが稠密に分布されている光源面Ｓを考え
る。また、この光源面Ｓの後方（第１図の左側方
向）に、距離ｄ離れたx₀−y₀座標系を考える。こ
のx₀−y₀座標系には、マスクMAがその中心を装
置光軸Ｏに合致させて配置されている。

このマスクMAには、ピツチＰの少なくとも２
本の直線からなる平行直線群Ｌがx₀軸に対し、傾
きｍで交差するように開口として形成されてい
る。

また、マスクMAの後方には、距離△ｄ離なし
て最小曲率半径を有する第１主径線R₁と最大の
曲率半径を有する第２主径線R₂とをもつ被検レ
ンズＴが、その光軸O′を測定光軸Ｏから測定光
軸に垂直なＸ−Ｙ平面上に、その平面内でＹ軸方
向にEv、Ｘ軸方向にE_Hだけずらし、かつ経線R₂
がＸ軸とθ傾斜して配置されている。

さらに、被検レンズＴの後方には、光軸Ｏ上に
位置するピンホールPHにその焦点位置をもつ集
光レンズCLが配置されており、かつピンホール
PHの後方には、このピンホールPHを通過する
光線を検知する光検知素子DTが配置されてい
る。光源面Ｓ上の多数の発光単位点S₁，S₂，S₃…
S_oから射出した光束flに包含された多数の光線の
うちあるものは、マスクMAの直線開口パターン
Ｌを通過し、被検レンズＴに入射される。この被
検レンズＴに入射される光線のうちさらにあるも
のは、この被検レンズＴの光学特性の作用を受
け、被検レンズを射出後、光軸Ｏに対し平行とな
る平行光線PLとなる。この平行光線PLは、そし
てそれのみが集光レンズCLによつてピンホール
PHを通過できるようになり、検知手段DTに検
知される。この平行光線PLは、被検レンズＴの
第１主径線R₁の焦線F₁と第２主径線R₂の焦線F₂
から射出し、マスクMAの平行直線群Ｌを通過し
た光線と同一の光線となつている。この原理から
逆に光線PLを射出した発光点S_iを光源面Ｓ上で
幾何学的に結んでできる直線軌跡群L′を知れば被
検レンズＴの光学特性を知ることができる。そし
てこの直線軌跡L′は、そのピツチがP′に、またそ
のＸ軸からの傾きがＭになつている。

ここでZ₁をマスクMAから第１直線F₁までの距
離、Z₂を第２焦線F₂までの距離とすると、その
傾きＭは、次式で表わされる。

Ｍ＝ｍ｛１−ｄ（sin²θ／Z₁＋cos²θ／Z₂）｝
＋ｄ（１／Z₂−１／Z₁）sinθcosθ／md（１／Z₂−１／
Z₁）sinθcosθ−ｄ（cos²θ／Z₂＋sin²θ／Z₁）＋１…
…(1) また、ピツチP′は として表される。

式(1)、(2)より、これら直線軌跡群の変化をその
傾きとピツチのみに着目して追跡してみると、そ
れらの変化に関係するのは、２つの経線の屈折力
と、その傾き角のみであり、ズレ量E_H、E_Vに係
わるプリズム量は何ら関与しないことがわかる。
このことは、プリズム量の演算が、被検レンズの
屈折力とまつたく別の演算手段で演算処理できる
ことを示しており、演算処理の簡素化、演算時間
の短縮化を意味している。

実際の測定に際して、第(1)、(2)式により直線軌
跡群L′の平行直線群Ｌに対するその傾きとピツチ
の変化から被検レンズＴの屈折特性を測定するに
は、第(1)、(2)式の未知数がZ₁、Z₂、θの３つであ
るため、１つの平行直線群の変化だけでは、第
(1)、(2)式の解は得られないことがわかる。このた
め、実際には、他の１つの平面直線群と合せ、２
つの平行直線群を通過し、被検レンズＴにより光
軸Ｏと、平行になる光線PLを照射する発光単位
の直線軌跡群の傾きとピツチの変化を知る必要が
ある。この構成を第２図に示す。第２図のマスク
MAには、傾きm₁、ピツチP₁の２本の平行直線
群L₁と、傾きm₂、ピツチP₂の２本の平行直線群
L₂からなる開口パターンが形成されており、こ
の開口を通過し被検レンズ射出後、平行光線PL
を射出した発光単位が作る軌跡は光源面Ｓ上で傾
きm₁′、ピツチP₁′の２本の平行直線軌跡群L₁′と
傾きm₂′、ピツチP₂′の２本の平行直線軌跡群
L₂′を形成する。この２組の軌跡直線群から第(1)、
(2)式がそれぞれ２組、合計４式得られるため、第
(1)、(2)式の未知数θ、Z₁、Z₂を求めることができ
る。二次方程式第(1)、(2)式を解いてZ₁、Z₂、θを
求めることが演算処理上、複雑で処理機構のコス
トアツプ、処理時間の増大をまねくようであれ
ば、以下の中間的演算処理をほどこせばよい。

第３ａ図は第２図のマスクMAに形成されたパ
ターン開口L₁，L₂を示している。L₁の傾きはm₁
でピツチP₁、L₂の傾きはm₂でピツチはP₂である
ことは第２図と同様である。今、平行直線群L₁
のうちの１本L₁₁からピツチP₁のｅ倍の距離eP₁
へだてて平行線と、距離fP₁の平行線を考
える。

また平行直線群L₂のうちの１本L₂₁から距離
gP₂の平行線と距離hP₂の平行線を考え
る。これら平行線，，，から仮想
平行四辺形UVWQが形成され、これら四頂点の
x₀−y₀座標系の仮想座標を、Ｕ（_px₁、_py₁）、Ｖ（_p
x₂、_py₂）、Ｗ（_px₃、_py₃）、Ｑ（_px₄、_py₄）とする。

第３ｂ図は、第３ａ図の開口パターンである平
行直線群L₁，L₂に対応した光源面における平行
直線軌跡群L₁′，L₂′を示す図で、このL₁′は傾き
m′ピツチP₁′に、L₂′は傾きm₂′、ピツチP₂′に変化
していることは第２図と同様である。この直線軌
跡群が、ｘ−ｙ座標の原点O′からｘ軸方向にξ、
ｙ軸方向にηだけ平行移動された点に原点O″を
有し交差角γで交差するx′−y′座標上に多数の発
光単位素子を直線状に配列してなるリニア発光素
子アレイS₁，S₂上の発光単位から検出されるもの
とすると、リニア発光素子アレイS₁の発光単位点
イ，ロ，ハ，ニと、リニア発光素子アレイS₂の発
光単位点ホ，ヘ，ト，チの各点を結んで平行直線
軌跡群を形成する。これは発光単位点ロ，ヘから
直線軌跡群のうちの１本L₁₁′の方程式を演算し、
また発光単位点ハ，トからL₂₁′の方程式を演算し
て求める。また同様に発光単位点イ，ホから直線
軌跡群のうちの他の１本L₁₂′の、発光点ニ，チか
らL₂₂′のそれぞれの方程式を演算して求め、これ
よりL₁₁′、L₁₂′のピツチP₁′と、L₂₁′、L₂₂′のピツ
チP₂′が演算できる。そしてL₁₁′からピツチP₁′に
第３ａ図でかけた倍率と同じ倍率ｅをかけて
eP₁′のピツチの平行線′′を考えることができ、
同様にfP₁′ピツチの平行線′′を、L₂₁′から
gP₂′ピツチの平行線′′をhP₂′ピツチの平行線
U′Q′を考えることができ、これら平行線′′，
Q′W′，′′，′′から仮想平行四辺形
U′V′W′Q′をもとめることができる。この仮想平
行四辺形の四頂点のｘ−ｙ座標系における仮想座
標をU′（x₁、y₁）、V′（x₂、y₂）、W′（x₃、y₃）、
Q′（x₄、y₄）とすると、第３ａ図の仮想平行四辺
形UVWQと第３ｂ図の仮想平行四辺形
U′V′W′Q′は対応しており、この変化はまさに被
検レンズの屈折特性にかかわるものである。

さてここで仮想４点に対し以下の係数と式を定
義する。

A_ij＝（_px_i−x_i）−（_px_j−x_j） A_ik＝（_px_i−x_i）−（_px_k−x_k） B_ij＝（_py_i−y_i）−（_py_j−y_j） B_ik＝（_py_i−y_i）−（_py_k−y_k） C_ij＝_px_i−_py_j C_ik＝_px_i−_py_k D_ij＝_py_i−_py_j D_ik＝_py_i−_py_k （3a） ここにｉ、ｊ、ｋはｉを基準としてｊもしくは
ｋをとるものとする。仮想４点より、12通りの組
合せが考えられる。

上記第（3a）式を用いれば、２つの主径線の
屈折力に関するZ₁、Z₂は以下の２次方程式で表示
できる。

（C_ikD_ij−C_ijD_ik）（ｄ／ｚ）²＋（A_ijD_ik＋B_ikC_ij−A
_ikD_ij−B_ijC_ik）（ｄ／ｚ）＋（A_ikB_ij−A_ijB_ik）＝０
……（3b） ここで上記係数のカツコ式を以下のもので定義
する。

〔ｐ、ｑ〕≡p_ijq_ik−q_ijp_ik 〔ｐ、ｑ〕＝−〔ｑ、ｐ〕 ここでｐ、ｑはそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのいず
れかをとるものとすると、第（3b）式は 〔Ｃ，Ｄ〕（ｄ／ｚ）²＋｛〔Ｂ，Ｃ〕−〔Ａ，Ｄ〕｝
（ｄ／ｚ）＋〔Ａ，Ｂ〕＝０……（3c） として表わされる。

ｄは第２図で示すように被検レンズＴとマスク
MA間の距離、ｚはマスクMAと、その焦線まで
の距離をいう。

従つて、第２図のように２組の平行直線軌跡群
L₁′、L₂′のピツチP₁′、P₂′と傾きm₁′、m₂′を決定
し、第３ｂ図のように仮想平行四辺形を作り、そ
の平行四辺形を形成する４頂点より、(3)式の二次
方程式を解くことにより、２根z₁、z₂を求めるこ
とができる。この２根z₁、z₂から被検レンズＴの
第１主径線R₁及び第２主径線R₂の屈折力D₁，D₂
はそれぞれ D₁＝１／z₁／△ｄ／z₁−１ D₂＝１／z₂／△ｄ／z₂−
１…(4) として求めることができる。

また円柱軸の角度（第１図の第１主径線R₁
がｘ軸となす角度θとは＝θ＋90゜の関係があ
る。）は ＝１／２tan^-1｛〔Ｂ，Ｄ〕−〔Ａ，Ｃ〕／〔Ａ，Ｄ
〕＋〔Ｂ，Ｃ〕｝＋90゜……(5) として求めることができる。

上述した第３ａ図、第３ｂ図では、仮想平行四
辺形をもとめるのに、ピツチP₁，P₂，P₁′及び
P₂′に任意の倍率ｅ、ｆ、ｇ、ｈをそれぞれ掛け
たが実際にはｅ＝１、ｇ＝１として仮想平行四辺
形U₀V₀W₀Q、及びU₀′V₀′W₀′Q′を使つて演算し
た方が、処理はその分簡略化できる。

また、仮想平行四辺形の各頂点の座標をx₀−y₀
直交座標系、ｘ−ｙ直交座標系を使つて説明した
が、リニア発光素子アレイS₁，S₂の配置にそつて
斜交座標系x′−y′座標系を考えると、ｘ−ｙ直交
座標系とx′−y′斜交座標系間の座標変換は第４図
に示すようにｘ軸とx′軸が角度αで交差し、ｙ軸
とy′軸が角度βで交差し、かつx′−y′座標系の原
点O″はｘ−ｙ座標系の原点O′からｘ軸方向にξ、
ｙ軸方向にηずれている。このときx′−y′座標系
からｘ−ｙ座標系への座標変換は ｘ＝x′sinα＋y′sinβ＋ζ ｙ＝y′cosβ−x′cosα＋η ……(6) 前記(3)式から A_ij＝（_px_i−x_i）−（_px_j−x_j） これに第(6)式を代入して A_ij＝｛（_px′_isinα＋_py′_isinβ＋ζ）−（x′_isinα
＋y′sinβ＋ζ）｝−｛（_px′_ysinα ＋_py′_jsinβ＋ζ）−（x′_jsinα−y′_jsinβ＋ζ）
｝ ＝sinα｛（_px_i−x′_i）−（_px′_j−x′_j）｝＋sinβ
｛_py_i−y′_i）−（_py′_j−y′_j）｝ ＝A′_ijsinα＋B′_ijsinβ ……（7a） またB_ij＝（_py_i−y_i）−（_py_j−y_i）で 上記同様の計算で B_ij＝cosβ｛_py′_i−y′_i）−（_py′_j−y′_j）｝−cos
α｛（_px′_i−x′_i）−（_px′_j−x′_j）｝ ＝B′_ijcosβ−A′_ijcosα ……（7b） 以下同様に C_ij＝C′_ijsinα＋D′_ijsinβ ……（7c） D_ij＝D′_ijcosβ−C_ijcosα ……（7d） となる。

ここで〔Ｃ，Ｄ〕、〔Ｂ，Ｃ〕、〔Ａ，Ｄ〕、〔Ａ，
Ｂ〕を求めると、第（7a）〜（7d）式から 〔Ｃ，Ｄ〕＝C_ijD_ik−D_ijC_ik＝（C′_ijsinα＋D′_ijsin
β）（D′_ikcosβ −C′_ikcosα）−（D′_ijcosβ−C′_ijcosα）（C′_i
ksinα＋D′_iksinβ） ＝（sinαsinβ＋cosαsinβ）〔C′，D′〕 同様に 〔Ｂ，Ｃ〕＝（sinαsinβ＋sinβcosα）〔A′，B′
〕 〔Ａ，Ｄ〕＝sinαcosβ〔A′，D′〕−sinαcosα〔
A′，C′〕＋sinβcosβ〔B′，D′〕−sinβcosα〔B
′，C′〕 〔Ａ，Ｂ〕＝（sinαcosβ＋cosαsinβ）〔A′，B′
〕 また 〔Ｂ，Ｃ〕−〔Ａ，Ｄ〕＝（sinαcosβ＋cosαsinβ
）｛〔B′，C′〕−〔A′，D′〕｝ 従つて第（3c）式は sin（α＋β）×｛（C′，D′〕（ｄ／ｚ）²（〔
B′，C′〕−〔A′，D′〕） −（ｄ／ｚ）＋〔A′，B′〕｝＝０……(8)
となり、｛ ｝内は（3c）式と同一形式の二次方
程式となり、このことから（3c）式の二次方程式
は、座標系の取り方に無関係な不変方程式である
ことがわかる。このことは、光源としての２本の
リニア発光素子アレイの配置において、その配置
の自由度が非常に大きいことを示す。すなわち、
２本のリニア発光素子アレイをｘ−ｙ座標系から
なる直交座標軸上におく必要はなく、斜交座標系
であるx′−y′座標系においてもよいことを意味す
るもので、リニア発光素子アレイの直交精度及び
光軸合せはまつたく考えなくとも、測定精度に無
関係にすることができる。そして測定に際しては
被検レンズを測定光学系に挿入しない状態での平
行直線群パターンL₁，L₂を通過する斜交座標系
x′−y′座標のx′軸、y′軸に配したリニア発光素子
アレイS₁，S₂上の発光点位置を検出しておき、こ
の検出からつくられる仮想平行四辺形UVWQを
基準仮想平行四辺形とし、つぎに測定したい被検
レンズを測定光学系に挿入し、このときの測定仮
想平行四辺形U′V′W′Q′をつくり、基準仮想平行
四辺形と測定仮想平行四辺形とから被検レンズの
屈折特性を求めるものである。そしてこのとき両
平行四辺形は任意に選択できる斜交座標系x′−
y′座標系に対してのみ座標系を考えていることと
なり、かつこの斜交座標系x′−y′は、上述したよ
うにその選択は被検レンズの屈折特性演算の内屈
折力計算のための二次方程式に対し、無関係な不
変式であり、本発明によればリニア発光素子アレ
イS₁，S₂の配置に対して、何ら組立上も、メンテ
ナンス上も調整を必要としないという非常に有効
な効果をもつ。

被検レンズの円柱軸方向は、第(5)式で与えられ
る。第(5)式は直交座標系時の式であるが、斜交座
標系x′−y′に発光素子アレイがある場合は、以下
の式を使つて、斜交座標系で求めた結果を直交座
標系を使用したときの円柱軸として計算すること
ができる。

θ＝１／２tan^-1×｛cos2β〔B′，D′〕−cos（α−β
）・（〔A′，D′〕＋〔B′，C′〕＋cos2α〔A′，C′
〕／sin2α〔B′，D′〕＋sin（α−β）（〔A′，D′
〕＋〔B′，C′〕）−sin2α〔A′，C′〕｝ ……(9) 円柱軸は上記第(9)式のθより ＝θ＋90゜ としてもとめられる。

次に、プリズム屈折力の測定原理を第５図をも
とに説明する。

x₀−y₀、ｘ−ｙ直交座標系によるプリズム値の
算定は、y₀軸に対し、同じ角度γで対称に配置さ
れたピツチP₁の平行直線群L₁とピツチP₂の平行
直線群L₂のそれぞれいずれか１本の直線L₁₁、L₂₁
からe′P₁にある直線、を、同様にf′P₁で
を、g′P₂でを、n′P₂で、を抜き、仮想平
行四辺形の四頂点がx₀軸、y₀軸に一致す
るようにとるとよい。すなわち測定光軸Ｏに対
し、仮想平行四辺形が対称になるように作れば、
この仮想平行四辺形の中心は、測定光軸Ｏと一致
している。次に、被検レンズを測定して、平行直
線軌跡群L′₁，L′₂を決定し、平行直線軌跡L₁₁′か
らe′P′₁にある直線′′を引く。同様にf′P′₁で
直
線′′、gP′₂で′′、h′P′₂で′′を引
き仮想平
行四辺形′′′′をつくる。この仮想平行四
辺形の四頂点は、ｘ−ｙ座標系で′（x₁，y₁）、
Ｖ′（x₂，y₂）、′（x₃，y₃）、′（x₄，y₄）と
なり、この四頂点の座標から水平プリズム量P_H、
及び垂直プリズム量P_Vは次式で表わされる。

ここで、ｄは被検レンズとマスク面との距離で
ある。

斜交座標系x′−y′で測定した場合は、直交座標
系の場合と同様に、対称性の原理から、初期仮想
点を（_px₁，_py₁）（_px₂，_py₂）（_px₃，_py₃）、（_px₄，_p
y₄）
とおき _px₁＋_px₂＋_px₃＋_px₄＝０_p y₁＋_py₂＋_py₃＋_py₄＝０ ……(12) を満たすように仮想点を設定すればよい。そし
て、水平方向プリズム量P_H、垂直方向プリズム
量P_Vは、それぞれ第(10)式で与えられるから第
（12）式を第(6)式により変換すれば、 となり、第(10)式を同様に第(6)式で変換すれば となる。プリズム量P_H、P_Vは、被検レンズを入
れないときの初期仮想点（_px₁，_py₁）の斜交座標
系での座標（_px′₁，_py′₁）と、被検レンズを測定系
に挿入したときの測定座標の斜交座標系における
座標（x′₁，y′₁）との差であるから第（13）、（14）
式から次式が得られる。

この式がプリズム値を表わすものである。

以上のべたように本発明では、被検レンズの屈
折力測定には、座標系の取り方に無関係な不変方
程式で算出できるが、円柱軸、プリズム値におい
て斜交−直交座標変換が必要となり、（12）式、
（15）式の変換が必要であるが、演算機構上複雑
であれば、斜交座標系での測定座標（x′，y′）か
ら第(6)式で直交座標変換したのち、直交座標系に
よる算出式第(5)、(10)式を使つて乱視軸、プリズム
値を算出してもよい。

このように本発明では、被検レンズを測定光学
系に挿入しない状態でマスク上の平行直線群L₁，
L₂から光軸Ｏに対し、対称な基準仮想平行四辺
形を作つておき、次に被検レンズを測定光学系に
挿入し、平行直線軌跡群から相似的な測定仮想平
行四辺形を作れば、プリズム量が算出でき、この
算出に際しては被検レンズの第１、第２主径線の
屈折力やその傾き角は何ら知らなくとも単独に測
定できることを意味している。これは、従来のレ
ンズメーターでは、プリズム値の算出は、まず、
その測定しようとする被検レンズの屈折特性を知
つた上でなければ算出できなかつた点を考えれば
非常に有利であり、被検レンズの屈折特性算出ス
テツプとプリズム値算出ステツプが独立に平行し
て進めることができるため演算時間を大幅に短縮
できる。

また、本発明は、眼鏡レンズを測定するいわゆ
るレンズメーターに限定されるものでなく、広く
光学系の光学特性を測定する装置に応用しうるも
のである。

また、仮想平行四辺形を作成するとき、直線
L₁₁，L₂₁にそれら直線の属する直線群のピツチを
ｎ倍して、直線L₁₁，L₂₁の傾きに平行に仮想直線
を引くことにより仮想平行四辺形を作成したが、
仮想平行四辺形の作成方法はこれに限定されるも
のでなく、第３ｃ図のように直線L₁₁に対し、角
度βの傾きをもつ仮想直線l₁₁を、また、直線L₂₁
に対し角度αの傾きをもつ仮想直線l₂₁を作り、
この作られた仮想直線l₁₁，l₂₁をもとにして仮想
平行四辺形uvwqを作成してもよいことは言うま
でもなく、これにより、本願の測定原理が変更を
うけるものではない。

以下に前述した測定原理に基づいた光学レンズ
の屈折測定装置の実施例を図に従つて詳細に説明
する。

第６図は本発明に係る装置の光学系配置を示す
図である。図において、リニア発光素子アレイ
２，３は、後述する駆動−演算回路１によりそれ
ぞれ交互に発光走査される。リニア発光素子アレ
イ２，３は、多数の微少な発光ダイオードを直線
状に配列してなるアレイ素子で、例えば幅が10〜
20μの発光ダイオードを1000〜2000素子直線状に
配列してなるものが使用される。リニア発光素子
アレイ２から射出した光束は、ハーフミラー５の
半透過半反射面５ａでその一部が透過されマスク
４ａに照射され、また残部が半透過半反射面５ａ
で反射されてマスク４ｂに照射される。

マスク４ａ，４ｂには、それぞれ第７ａ図、第
７ｂ図に示すようなマスクパターンが形成されて
いる。すなわち、マスク４ａには、傾きm₂でピ
ツチｐの複数の直線開口パターンからなる平行直
線群２０が形成されており、その内の少なくとも
１本の直線パターン２２は他の直線パターンと区
別するため、太い開口パターンとなつている。マ
スク４ｂには傾きm₁でピツチｐの複数の直線開
口パターンからなる平行直線群２１がマスク４ａ
の直線群２０と、その配列方向を角度θだけ傾け
て形成されており、その内の少なくとも１本の直
線パターン２３はマスク４ａと同様に他の直線パ
ターンと区別するために太い開口パターンとして
形成されている。他方、リニア発光素子アレイ３
から射出した光束も同様にその一部がハーフミラ
ー５の半透過半反射面５ａで反射されてマスク４
ａに、残部が半透過半反射面５ａを透過してマス
ク４ｂに照射される。

マスク４ａは、シヤツター１７が開、シヤツタ
ー１６が閉のときミラー６、ハーフミラー７を介
して、リレーレンズ８により、その光学的共役像
が仮想マスク面MAに結像されるようになつてい
る。また同様に、マク４ｂも、シヤツター１６が
開、シヤツター１７が閉のときミラー９ハーフミ
ラー７を介してリレーレンズ８により、その光学
的共役像が仮想マスク面MAに結像されるように
なつている。一方、リニア発光素子アレイ２，３
はこのリレーレンズ８により仮想光源面Ｓ上に、
その光学的共役像が互いに角度γで交差するよう
に結像されるようになつている。そして、これら
仮想マスク面MAと仮想光源面Ｓは第１図と同様
に装置光軸Ｏ上で距離ｄだけ離れている。仮想マ
スク面MAから距離△ｄ後方に、被検レンズ１０
が被検レンズ保持手段１１により保持されてい
る。被検レンズ１０の後方には、ミラー１２と、
ピンホール１４と、このピンホール１４の位置に
その後側焦点を有する集光レンズ１３が配置され
ている。ピンホール１４の後方には、受光素子１
５が配置されている。

ここで受光素子１５は例えば高感度のアバラン
シエフオトダイオードや光電子倍増管等からな
り、シヤツター１６，１７と共に駆動−演算回路
１に接続されている。まずシヤツター１７が開、
１６が閉の時リニア発光素子アレイ２を射出し、
ハーフミラー５を透過した光束は、マスク４ａ、
ミラー６、ハーフミラー７、リレーレンズ８、ミ
ラー１９、被検レンズ１０、ミラー１２、集光レ
ンズ１３およびピンホール１４からなる第１光路
１５２の光路を通り、受光素子１５で検知され
る。これにより発光素子アレイ２の発光単位点の
うち、マスク４ａの開口パターン２０で選択さ
れ、被検レンズ１０の屈折特性により平行光線と
された光線を射出した発光単位点が検出される。
次に、リニア発光素子３を発光走査するとリニア
発光素子３を射出し、ハーフミラー５で反射され
た光束は、マスク４ａ、ミラー６、ハーフミラー
７、リレーレンズ８、ミラー１９、被検レンズ１
０、ミラー１２、集光レンズ１３そしてピンホー
ル１４を通り、受光素子１５で検知さる。これに
よりマスク４ａをリニア発光素子２，３で走査し
た事となる。次にシヤツター１６を開、１７を閉
とし第２光路１５３に対して同様にリニア発光素
子２，３を順次発光走査する事でマスク４ｂにつ
いての情報が検出素子１５で検知される。

ここで、本実施例では基準直線パターン２２，
２３は太さに差をもたせることで他の直線パター
ンと区別させたが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、光の透過率や透過波長特性に差をもた
せることにより区別させてもよく、或いは直線群
はすべて同一とし、その特定箇所のピツチを変え
て基準直線の代りとしてもよい。

マスク４ａ，４ｂのそれぞれの平行直線群２
０，２１は第６図のリレーレンズ８によるマスク
４ａ，４ｂの共通共役面MA上で互いの交差角が
θでかつ、その２等分線２４がある基準軸２５と
交わる角度がεとなるように構成されている。本
実施ではθ＝90゜ ε＝90゜にしてある。このよう
に多数の直線パターンを使つて平行直線群を形成
しているので、それぞれの直線パターンに対応す
る直線軌跡を多数得ることが出来、それぞれの直
線軌跡の方程式の傾きとピツチを平均化すること
により、より高精度な測定ができる。

また、基準直線パターン２２，２３を形成した
のは、発光単位点を結んで直線軌跡を作るとき、
どの発光単位点とどの発光単位点を結べばよいか
を知るための基準とするためである。

なお、平行直線群２０，２１のそれぞれのピツ
チを同じ値ｐに選んでいるが、これはマスク４
ａ，４ｂの製作を容易にするためだけであり、従
つて、互いに異なるピツチの平行直線群を使用し
てもよいし、また１つの平行直線群の各々の直線
パターンのピツチもそれぞれ同一にする必要はな
い。

また、角度θ及びεを任意に選択しうるもので
ある。

第８図は、発光素子アレイの発光走査により発
光する発光単位点からの発散光束のうち、マスク
の直線開口パターンで選択透過され、被検レンズ
により平行光線とされた光線、すなわち、受光素
子１６で検知された光線を射出した発光単位点を
幾何学的に結んでできるマスクの直線開口パター
ンと被検レンズの屈折特性に応じて対応付けられ
る直線軌跡の関係を示す図である。

第８図に示すように、第６図のリニア発光素子
アレイ２，３はそれぞれリレーレンズ８により共
通の共役面すなわち仮想光源面Ｓ上で交差角γを
有するような関係で配置されている。

今、シヤツター１７を開、シヤツター１６を閉
とし、リニア発光素子アレイ２を発光走査すると
このリニアアレイ２の各発光点からの発散光束の
うち、ハーフミラー５の半透過半反射面５ａを透
過した光はマスク４ａの平行直線群２０で選択透
過されたのちミラー６で反射され、ハーフミラー
７で反射されリレーレンズ８に入射する。このリ
レーレンズ８の作用により、リニア発光素子アレ
イ２は仮想光源面Ｓ上で仮想マスク面MAにてマ
スク４ａを発光走査する。マスク４ａを透過して
きた光束は、被検レンズ１０に入射し、この被検
レンズの光学特性により、その光学の一部の光線
は装置光軸Ｏと平行な光線とされ、集光レンズ１
３の作用によりピンホール１４を通過する。この
ピンホール通過光線は受光素子１５で受光され
る。これにより、第８図に示すようにリニア発光
素子アレイ２の発光単位点のうちe₁₁、e₁₂、e₁₃…
e₁₇の発光単位点が決定される。次に発光素子ア
レイ３を発光走査すると、マスク４ａで選択され
た光線は光路１５２を通り、上記と同様に受光素
子１５で検出され、リニア発光素子アレイ３の発
光素子の内f₁₁、c₁₂…f₁₅、f₁₉の発光単位点が決定
される。

次にシヤツタ１６，１７を切換え、上記と同様
にリニア発光素子アレイ２，３を順次発光走査す
る事によりe₂₁、e₂₂…e₂₀の発光単位点及びf₂₁、
f₂₂…f₂₆の発光単位点がそれぞれ受光素子１５に
よつて決定される。以上の操作によつて被検レン
ズ１０の屈折特性情報を有するマスクの直線パタ
ーン２０，２１に対応した光源面上での直線軌跡
を得ることができる。すなわち図示するように、
発光単位点e₁₁とf₁₂からマスク４ａの直線開口パ
ターン２０の内の１本の直線パターンに対応した
直線軌跡２０′ｂが、e₁₂とf₁₃とから直線軌跡２
０′ｃが求められる。また発光単位点f₂₁ととe₂₃と
からマスク４ｂの直線開口パターン２１の内の１
本の直線パターンに対応する直線軌跡２１′ｃが、
f₂₂とe₂₄から直線軌跡２１′ｄがそれぞれ求められ
る。以下同様に、直線軌跡２０′ｄ，２０′ｅ…２
２′…２０′ｇ及び２３′，２１′ｅ…２１′ｇがそ
れぞれもとめられる。

そのピツチがそれぞれp′、p″に変化し、また配
列方向の交差角はε′に変化している。

なお、実際の測定においては、例えばマスク４
ａの直線パターン２０ｄで選択され、受光素子で
検知される光線を射出する発光単位点は、リニア
発光素子アレイの配列方向に沿つてある幅内で連
続して複数個存在している。上記第８図における
発光単位点の位置eij，fij例えば、e₁₃、f₁₄とは、
この複数の発光単位点の中央に現実に位置する
か、あるいはこの複数の発光ダイオードの位置情
報からは計算上もとめる中央点位置を表わしてい
ることに注意されたい。

ゆえに上述の各直線軌跡も、このような発光単
位点eij，fijを結んで得られる、仮想的な軌跡で
あることに注意されたい。

次に第９図、第１０図をもとに具体的に発光単
位点eij，fij及び直線軌跡の求め方を説明する。

第９図Ａ〜Ｍは、リニア発光素子アレイを発光
走査したときの受光素子からの検知出力及びその
後の演算をタイミングチヤートで示した図であ
る。

第９図Ａは、リニア発光素子アレイ２又は３の
発光走査駆動用及びこれに同期した受光素子１５
の検知出力読み出し用のパルス列である。リニア
発光素子アレイにこのパルスが入力されると、そ
れにともなつてリニア発光素子アレイを構成する
発光ダイオードである各発光単位点は、順次発光
走査される。またこれに同期して受光素子の検知
出力がこのパルス列にしたがつて時系列的に読み
出される。

第９図Ｂ〜Ｅは、リニア発光素子アレイ２又は
３の発光走査により射出された光束がマスク４ａ
又は４ｂで選択され被検レンズ１０で平行光線と
された光線を受光素子が検知したときの、受光素
子からの検知出力波形（包絡線）を示すもので、
Ｂは、リニア発光素子アレイ２が発光走査された
ときのマスク４ａによる受光素子１５の検知出力
波形を示すもので、発光単位点e₁₁，e₁₂…e₁₇を有
する発光ダイオード群からの光線を受光したとき
の受光光量に応じた検知出力レベルの立上りを有
する出力波形となつている。同様に第９図ｃは、
リニア発光素子アレイ３の発光走査時の受光素子
１５のマスク４ａによる検知出力波形を、Ｄはリ
ニア発光素子アレイ２の発光走査時のマスク４ｂ
による受光素子１５の検知出力波形を、Ｅはリニ
ア発光素子アレイ３の発光走査時のマスク４ｂに
よる受光素子１５の検知出力波形をそれぞれ示し
ている。

第９図Ｆ〜Ｉは、上述の検出出力波形Ｂ〜Ｅを
シユミツト・トリガー回路で矩形波に波形成形し
た矩形波出力波形であり、出力波形Ｆ〜Ｉはそれ
ぞれ出力波形Ｂ〜Ｅに対応している。つぎにこの
得られた矩形波出力波形Ｆ〜Ｉの各矩形波の中心
位置をもとめ、この中心位置をリニア発光素子ア
レイの発光ダイオード素子番号すなわち発光単位
点番号を目盛として位置付ける。

すなわち、第１０図に示すようにE₁、E₂、…
E_N-1、E_N番までのＮ個の発光素子からなるリニ
ア発光素子アレイLNSの第E_p番からE_p+o番号の
発光素子の発光により、矩形波出力e_Aが出力さ
れ、また第E_l番からE_l+n番の発光素子により矩形
波出力e_Bが出力されているとき矩形波出力e_Aの幅
△Ａは発光素子個数ｎ個に、矩形波出力e_Bの幅△
Ｂは発光素子個数ｍ個にそれぞれ対応しているの
で矩形波出力e_Aの中心位置O₁はE_p番素子からn/2
個づれたE_p＋n/2＝E_c1番目の素子に対応している
ことがわかる。同様に矩形波出力e_Bの中心位置
O₂はE_1+n/2＝E_C2番目素子に対応している。又、
更に検出精度を上げる為には発光素子ピツチ間の
内挿が必要であるが、これは出力信号の立上り、
立下り部を正確に包絡線検波した後に適当なスラ
イスレベルで波形整形しリニア発光素子アレイを
駆動するパルス列より充分周波数の高いクロツク
パルスを用いて中心位置を検出する事によつて達
成される。

このように発光単位の発光位置は受光素子から
得られる発光素子アレイの発光走査に同期した矩
形波出力波形の中心位置をもとめることによりリ
ニア発光素子アレイの素子番号によつて位置付け
すなわちリニア発光素子アレイを座標軸とする座
標値として得られる。

第９図Ｊ〜Ｍは、上記の方法で各々の発光単位
点をリニア発光素子アレイ上の座標値として示し
た図であり、座標値e′₁₁、e′₁₂…e′₁₇は発光単位点
e₁₁，e₁A₂…e₁₇にそれぞれ対応している。また以
下座標値f′₁₁〜f′₁₉は発光単位点f₁₁〜f₁₉に、座標
値e′₂₁〜e′₂₀は発光単位点e₂₁〜e₂₀に、座標値f′₂₁
〜f′₂₆は発光点f₂₁〜f₂₆にそれぞれ対応している。

また第１０図に示したように矩形波出力e_Bを出
力するセンサ素子数ｍは他の矩形波出力e_Aを出力
するセンサ素子数ｎと異なつており、かつｍ＞ｎ
であることからこの矩形波出力e_Bが第７ａ図、第
７ｂ図に示したような他の直線パターンより太い
直線パターン２２，２３からなる基準直線パター
ンに対応した受光素子からの検出出力であること
がわかる。本実施例においては第８図、第９図の
発光単位点e₁₅，e₁₆，e₂₅，f₂₃がそれぞれ基準直線
パターンに対応した基準発光点であり、e′₁₅、
f′₁₆、e′₂₅、f′₂₃がそれぞれの基準座標値であるこ
とがわかる。

そして、基準座標値e′₁₅、f′₁₆から基準直線パタ
ーンに対応した直線軌跡２２′の方程式が決定で
き、基準座標値e′₂₅、f′₂₃から基準直線パターンに
対応した直線軌跡２３′の方程式が決定できる。
また基準座標値e′₁₅、f′₁₆、e′₂₅、f′₂₃を基準とし
て
順序づけられる各座標値から他の直線パターンに
対応した直線軌跡の方程式が決定できる。例えば
基準座標値e′₁₅の次の座標値e′₁₆と基準座標値f′₁₆
の次の座標値f′₁₇とから直線軌跡２０′ｆの方程式
が決定できる。このように各々の座標値から多数
の直線軌跡の方程式が決定でき、かつこれら直線
軌跡は同じ平行直線群に属するものはその平行性
をくずすことはないので、これら多数の直線方程
式を平均化することにより、より正確な精密な検
出結果が得られる。また、求めた多数の方程式の
それぞれのピツチp′も多数の値を求めることがで
き、これらを平均化して正確な、精密なピツチ
p′を求めることができる。このことは、本発明の
大きな特徴である。

次に第１１図から第１３図までを参照しなが
ら、発光点座標より算出された直線軌跡の方程式
から仮想直線を生成し、この直線をもとに直線軌
跡を有する光源面と同一平面上に任意の４点を決
定し、この４点の変化から被検レンズの屈折特性
を測定する方法について述べる。第１１図は、被
検レンズ８を測定光路に挿入しないときのリニア
発光素子アレイ２，３上に得られる直線軌跡の関
係を示している。このとき直線軌跡２０″及び２
１″（第１１図では、基準直線軌跡２２″，２３″
及び直線軌跡２０″ｅ，２０″ｆ，２１″ｄ，２
１″ｅのみを選択して示した）は、前述の方法に
よりその直線の方程式及びピツチＰが決定され
る。そして次に例えば直線軌跡２０″ｅを基準と
してexPだけ離れた位置に傾きfxm₂の仮想直線
３０を生成でき、又、その反対側にgxPだけ離れ
た位置に傾きfxm₂の仮想直線３１を生成するこ
とができる。同様な方法により、例えば直線軌跡
２１″ｄを基準として、ｈ×Ｐだけ離れた位置に
傾きfxm₁の仮想直線３２を、ixPだけ離れた位置
に傾きfxm₁の仮想直線３３をそれぞれ生成でき
る。ここで係数ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ、は任意に選
択できる係数であり、普通ｆ＝１すなわち直線軌
跡の方程式の傾きm₁及びm₂と同じ傾きの仮想直
線を生成させる。また、係数ｅ，ｇ，ｈ，ｉは、
生成される仮想直線の交点３６，３７，３８、及
び３９がマスクの中心２４に対し対称となるよう
に選ばれる。第１１図は、このように仮想直線が
生成された状態を示している。このように仮想直
線を生成すると被検レンズのプリズム屈折力の算
出が容易になることは、すでに原理説明で述べた
通りである。

次に測定光路中に被検レンズを挿入し、その被
検レンズの屈折特性によつて変化された光線を受
光素子で検知したときの発光点座標から直線軌跡
を算出し、この直線軌跡から仮想直線をもとめる
方法を第１２図に示す。

まず、被検レンズの屈折特性により、ピツチ
P′P″、傾きm₁′、m₂′にそれぞれ変化された直線
軌跡２０′，２１′を決定する。その方程式を算出
することは上述したとおりである。次に第１１図
で基準とした直線軌跡２０″ｅに対応する直線軌
跡２０′ｅを基準として第１１図で仮想直線３０
を生成するために利用したと同じ量の係数ｅをも
つてexP″の位置に仮想直線３０′を生成する。な
おこの仮想直線３０′の傾きは第１１図で仮想直
線３０′の傾きfxm₂の係数ｆをｆ＝１とおいてい
るので仮想直線３０′の傾きfxm₂′の係数ｆも同
様にｆ＝１としている。同様の方法で、直線軌跡
２０′ｅを基準としてgxP″の位置に仮想直線３
１′を、直線軌跡２１′ｄを基準としてhxP′の位
置に仮想直線３２′を、ixP′の位置に仮想直線３
３′をそれぞれ生成する。そしてこれらの仮想直
線３０′，３１′，３２′，３３′から交点３６′，
３７′，３８′，３９′を得られるし、これら４交
点からその中心３４′を得ることができる。

このようにして、もとめられた４点３６′〜３
９′は、被検レンズ８を測定光路内に配置しない
時に得られる４点３６〜３９に対応する。この様
子を示すのが第１３図である。そしてこの変位量
をもとに上述の第(3)〜(5)式によつて被検レンズの
屈折特性を算出することができる。本実施例のよ
うに被検レンズを測定光路内に挿入しないときの
仮想直線の４交点を基準点とし、被検レンズを測
定光路内に挿入したときの上記４交点の変位量を
もとめる方法を使用すると、上述の第(3)式は２本
のリニア発光素子アレイが作る座標系に対して全
く不変となる為、組立時にリニア発光素子アレイ
の交差角及び交差位置の管理を一切行なう必要が
なくなるという大きな利点がある。

第１４図は、以上のごとき演算処理を行なう為
の第６図における駆動−演算回路１の一例をブロ
ツク図で示すものである。符号１０００は、第６
図で示した光学系である。リニア発光素子アレイ
２及び３は、リニア発光素子アレイ駆動制御回路
１００及び１０１にそれぞれ接続され、これら駆
動制御回路の発光走査駆動パルス１０２，１０３
で発光走査される。

まず、マイクロプロセツサ１０５から駆動制御
回路１００に駆動開始パルス１１８が入力される
と、駆動制御回路１００は、走査開始パルス１０
６を出力するとともにリニア発光素子アレイ２の
発光走査を開始する。受光素子１５からの検出出
力は増幅器１０４にて適当なレベルまで増幅され
たのちA/D変換器１０７に入力される様にする。
A/D変換器１０７は、第９図Ａに示すようなリ
ニア発光素子アレイの発光走査駆動パルス１０２
に同期したパルスでリニア発光素子アレイの１発
光素子毎の発光に同期した受光素子１５の検出出
力をアナログ−デジタル変換し、このようにして
変換されたデジタル値をマイクロプロセツサに供
給する。

ここでA/D変換器１０７は、８ビツト(1/256)
程度の分解能を有し、かつリニア発光素子アレイ
の走査周波数より速い変換時間を有するものが選
ばれる。マイクロプロセツサ１０５は、リニア発
光素子アレイの１発光素子毎に対応した受光素子
１５からのデジタル値に変換された出力を読み込
み、RAM（ランダム・アクセス・メモリー）等
で構成されるデータメモリー１０９に逐次記憶す
る。

従つて、データメモリー１０９には、あらかじ
め定められた番地よりリニア発光素子アレイの最
初の発光素子に対応する受光素子１５からの検出
出力が順次デジタル値として記憶される。例え
ば、リニア発光素子アレイが1728素子のものであ
れば、1728個のデータ取り込みが終了すると、マ
イクロプロセツサ１０５はそれ以上のデータ取り
込みをやめると同時にリニア発光素子アレイ２の
発光走査を停止させ、次に駆動開始パルス１１９
を駆動制御回路１０１に入力する。回路１０１
は、パルス１１９の入力を受けると、走査開始パ
ルス１１０を出力するとともに発光走査駆動パル
ス１０３によりリニア発光素子アレイ３を発光走
査する。この発光走査によるリニア発光素子アレ
イ３からの光は、再び受光素子１５で検出され、
Ａ／Ｄ変換器１０７でアナログ−デジタル変換さ
れたのち、マイクロプロセツサ１０５に取り込ま
れ、データメモリ１０９の別の番地に検出出力が
デジタル値として記憶される。次にマイクロプロ
セツサ１０５は図示しないシヤツターコントロー
ル回路によりシヤツターを切替え、リニア発光素
子アレイ２，３について同様の処理を行なう。こ
れによりすべてのデータの記憶が終了し、以後マ
イクロプロセツサ１０５内の演算回路１１２はデ
ータメモリ１０９に書き込まれたデータを基にし
て以下の処理を行なう。

(1) 光束制限マスクの直線開口パターンで選択さ
れ被検レンズで平行光線となり、各受光素子で
検出された検出出力波形の中心位置から、発光
点を求め、これがリニア発光素子アレイの素子
の何番目に位置するかを検出する。

(2) ２本のリニア発光素子アレイが作る座標系に
於いて、各直線軌跡を決定し、その方程式を求
める。

(3) すでに述べた方法により、第１２図の３０′
〜３３′のごとき仮想直線の方程式を生成し、
それらの交点として、第１３図に示す４点３
６′〜３９′の座標位置を求め、それより、その
中心位置３４′を求める。

(4) あらかじめ、被検レンズを挿入しない場合の
４点の基準位置、３６〜３９及びその中心３４
の座標位置と前項(3)で求められた各点３６′〜
３９′及び３４′の座標位置より前記(3)〜(5)式に
したがつて演算し被検レンズの球面度数Ｓ、円
柱度数Ｃ、乱視軸方向Ax及びプリズム屈折力
Px、Pyを求める。

以上の処理により求められた各値は、第１４図
に示す表示器１１３、プリンター装置１１４に出
力される。以上の処理は、全てプログラムメモリ
ー１１５に記録されているプログラムに従つて行
なわれる。マイクロプロセツサによつて以上の様
な処理を行なう事は特殊なものでなく、関連する
技術分野に属する当業者にとつては容易に達成で
きるものである。

本発明は以上に説明した実施例に限定されるも
のでなく、種々の変形例を有するものである。以
下にその２、３の例を開示する。

第１５図はリニア発光素子アレイの配置に関す
る別の実施例である。第６図の第１実施例におい
て、発光素子アレイ２，３はリレーレンズ８によ
る光学的に共役な仮想光源面Ｓ上で互いに交差す
るように配置したが、本発明はこれに限られるも
のではない。また、その交差もリニア発光素子ア
レイの延長線が仮想的に交差する配置でもよく、
さらに本発明の原理から理解出来るように、本発
明は、光束分割マスク上に形成された直線パター
ンに対応する直線軌跡の直線方程式を求めること
が測定の第１ステツプである。直線の方程式を求
めるには、直線の少なくとも２点を特定できれば
決定できるので、直線軌跡を作定するリニア発光
素子アレイの配置は、それが作定しようとする直
線軌跡と平行にならない限り自由に配置できる。
第１５図はその一例を開示するもので仮想光源面
Ｓで２本のリニア発光素子アレイ１６０，１６１
が平行になるように配置した例である。より具体
的に言うならば、リニア発光素子アレイ１６０は
第６図の発光素子アレイ２が配置されている面内
に、リニア発光素子アレイ１６１は、第６図のリ
ニア発光素子アレイ３が配置されている面内にそ
れぞれ光源面Ｓ上で互いにこれら２本のリニア発
光素子アレイが平行になるように配置すればよ
い。

第１６図は上述の２本の平行なリニア発光素子
アレイを使用するかわりに１本のリニア発光素子
アレイを使用し、これと像シフト用光学手段を組
み合せ、実質的に２本の平行なリニア発光素子ア
レイを使用したと同じ効果をもたせた実施例の開
示である。第１６図においてリレーレンズ８より
前方の光学配置は第６図と同様の光学配置を有す
るものとして、図示を省略してある。また第６図
の第１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。１本のリニ
ア発光素子アレイ１６２の前方には、入射光軸に
垂直で、かつリニア発光素子アレイの発光素子の
配列方向と平行な軸を回動軸とするプレンパラレ
ル等の像フト光学手段１７０が配置されている。
プレンパラレル１７０はドライブ回路１７２によ
つて互いに同期して前記回転軸を軸として角度
だけ矢印１７３の方向に回動される。

今プレンパラレル１７０が実線で図示したよう
に出射光軸１７５に対し、垂直に位置していると
き、今第２測定光路のマスク４ｂを通過しハーフ
ミラー７の半透過半反射面７ａを透過した光束は
出射光軸１７５と同軸の投影光軸１７６を有する
投影光束としてリレーレンズ８を介して被検レン
ズに投影される。次にドライバ回路１７２の駆動
により、プレンパラレル１７０を角度だけ回動
し、１７０′の位置に移動させると、投影光束は
プレンパラレルの屈折作用によりシフトされ、投
影光軸１７６から平行ズレした第２の投影光軸１
７７を投影光軸とする投影光束として、リレーレ
ンズ８を介して被検レンズに投影される。なお第
１測定光路のマスク４ａを通過した光束について
もハーフミラー７で反射後同様の作用をさせるこ
とは言うまでもない。なお第１５図、１６図のリ
ニア発光素子アレイのかわりに２次元発光素子ア
レイをもちいれば検出点数を増大できる。

以上の各実施例においては、投影光路を２つに
分割し、それぞれの投影光路に１枚づつ計２枚の
光束制限マスクを配した構成について説明した
が、以下第１７図および第１８図を参照して１枚
のマスクのみで測定を行なう装置についての実施
例を説明する。

第１７図に本実施例の装置の光学系の配置例を
示すが前述の第６図の装置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は省略す
る。

マスク５００には、第１８図に示すように平行
直線開口パターン群５０３と５０４が互いにその
配列方向を異にして形成されている。各平行直線
群５０３，５０４には、前述の実施例と同様それ
ぞれの直線群の他の直線パターンと左別するた
め、その太さが異なつた直線開口パターン５０
１，５０２が形成されている。

第１９図は、リニア発光素子アレイ２，３と発
光点及び直線軌跡の関係を示す概略図である。
今、リニア発光素子アレイ２の発光走査によりそ
の各発光ダイオードからの光は、ハーフミラー５
を通過し、リレーレンズ８、ミラー１９を介して
仮想光源面Ｓで発光走査されるように作用し、そ
の光束は、マスク５００で選択され、被検レンズ
の屈折作用を受け装置光軸Ｏと平行な光線が、ミ
ラー１２、リレーレンズ１３を介してピンホール
１４に入射し、リレーレンズ１８で受光素子１５
で検出され増幅器１０４により検出出力が増幅さ
れる。以下、第１４図とほぼ同様の駆動一演算回
路で処理される。そして発光点座標ｂ，ｄ，ｅ，
ｇが決定される。次にリニア発光素子アレイ３を
発光走査し、ハーフミラー５で反射されたリニア
発光素子アレイ３からの光束は上述の光路をたど
つたのち再び受光素子１５で検出され、発光点座
標ａ，ｃ，ｆ，ｈが決定される。そして発光点座
標ａ，ｂから直線軌跡５１１が、発光点座標ｃ，
ｄから直線軌跡５１２が、発光点座標ｅ，ｆから
直線軌跡５２１が、発光点座標ｇ，ｈから直線軌
跡５２２がそれぞれ作定され、その方程式が算出
され、以下前述の実施例と同様の演算処理により
被検レンズ１０の屈折特性が得られる。

第２０図は、上述の多くの実施例が少なくとも
２本の固定的に配置されたリニア発光素子アレイ
を使用したのに対し、１本のリニア発光素子アレ
イを光源面内で移動させることによつて測定する
実施例を示す図である。尚、前述の実施例と同一
もしくは均等な構成要素には、同一の符号を附し
て説明を省略する。

リニア発光素子アレイ２１２は、リニア発光素
子アレイ回転角制御回路２１３の制御で回転する
パルスモータ２１４に取付けられており装置光軸
を回転軸として所定角回動される。今、図示する
ように第１光路１５２のシヤツター１５３ｂを光
路外に退避させ、第２光路１５３のシヤツター１
５３ａをその光路中に挿入した状態で、まずリニ
アアレイ２１２を第１の位置にセツトし、発光走
査する。リニアアレイ２１２から光束はハーフミ
ラー５を透過し、マスク４ａで選択される。そし
て受光素子１５の検出出力から第８図の発光点
e₁₁，e₁₂…e₁₇が決定される。次に駆動し演算回路
１のマイクロプロセツサ１０５の制御のもとにリ
ニア発光素子アレイ回転制御回路２１３からのパ
ルス信号によりパルスモータ２１４を回転し、リ
ニア発光素子アレイ２１２を回転し、第８図のリ
ニア発光素子アレイ３の位置まで回転移動し、再
びこの位置で発光走査し、受光素子１５の検出出
力からf₁₁，f₁₂…f₁₉の発光点を決定する。次にシ
ヤツター１５３ａ，１５３ｂを切換えて第２光路
を開け、再びリニア発光素子アレイ２１２を発光
走査し、マスク４ｂで選択された光束から、発光
点f₂₁，f₂₂…f₂₄を決定し、次にリニア発光素子ア
レイ２１２をパルスモータ２１４で回転し、再度
発光走査し、発光点e₂₁，e₂₂…e₂₉，e₂₀を決定す
る。そして以下決定されたこれら発光点からその
座標を決定し、直線軌跡を作定し、その方程式を
もとに被検レンズを屈折特性を算出する方法は前
述の実施例と同様である。

なお１本のラインセンサを回転するかわりに平
面内を連続的もしくは多段階的に平行移動させて
もよく、また１本のライン発光素子センサを固定
し、公知の光学的イメージローテーターを回転し
たり、プレンパラレルを連続回転することによつ
て投影光束を連続的もしくは多段階的に回転もし
くは平行移動させてもよい。この場合イメージロ
ーテーターやプレンパラレルはマスクとラインセ
ンサの間に配置すべきことは言うまでもない。

またラインセンサのかわりに２次元平面センサ
で検出してもよい。本実施例によれば前述の実施
例よりさらに多くの検出点が検出でき測定精度を
向上させることが出来る。

第２１図、第２２図は、本発明の第６、第７の
実施例を示す図で上述の実施例において複数の平
行な直線パターンからなる平行直線パターン群を
別々のマスク手段上か、あるいは１つのマスク手
段上に、その直線パターン群の配列方向が異なる
ようにしたが、そのかわりにただ１つの平行直線
パターン群を１つのマスク手段上に形成し、被検
レンズの前方に該マスク手段を配置し、マスクを
透過し、被検レンズに入射する光束の直線パター
ン群の配列方向がその被検レンズに対し相対的に
少なくとも１回異なるように構成し、前述の実施
例と同様の作用効果をもたせた実施例である。

第２１図はリニアアレイ射出光束に対しマスク
手段を回動させることにより被検レンズに異なる
配列のマスクパターンからの光束を入射させる構
成とした実施例を示す図である。

第２１図において、被検レンズ１０に入射する
光束はリレーレンズ８を介してマスク手段から選
択射出される。ここでマスク手段は、例えば第７
ａ図に示すマスク４ａのように複数の平行な直線
パターンがその配列方向を１方向のみ有している
マスクであり、このマスク４ａを予め定めた配列
方向になるように光路中に配置させておく。そし
てこのマスク４ａを射出してくる光束は、それぞ
れ前述の実施例同様ハーフミラー５を反射もしく
は透過してくるリニア発光素子アレイ２，３の発
光走査光束である。つぎにマスク４ａをモータ駆
動制御器２１５によつて制御する。パルスモータ
２１６で所定角だけ測定光軸Ｏを軸として回転さ
せたのち、再びこのマスク４ａにリニア発光素子
アレイからの光束を入射させ、以下同様に受光素
子１５で検出させる。

第２２図は、第２１図の実施例が被検レンズ１
０に入射する光束をマスク手段の回動により変更
したのに対し、マスク手段を固定しておき逆に被
検レンズ入射光束自身を測定光軸Ｏを回動軸とし
て回動させるように構成した実施例である。その
ためには、マスク射出光束を公知のイメージロー
テーター２２０等の光束回動手段に入射させ、こ
のイメージローテーターを回転させればよい。被
検レンズ１０に入射する光束はリレーレンズ８を
通過する前に予め定められた角度に配置されたイ
メージローテーターを通つて回転されており、す
なわち固定配置されているマスク４ａを通過した
光束は所定角回転されている。以下前述の実施例
と同様にリニア発光素子アレイ２，３の発光走査
は受光素子１５で検出される。つぎにイメージロ
ーテーターを所定角度だけ回転させ、再びマスク
通過光束を通過させ前回とは異なる角度に光束を
回転させて、被検レンズ１０に入射させ、これを
受光素子１５で検出させる。

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
ればいかなるタイプのものであつても光源として
使用できる。その例を第２３図に示す。この光源
はレーザ光源３０１と、それからのビーム３０７
を駆動制御回路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
リメーターレンズ部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３０６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図及び第２図は本発明の原理を示す投影系
の斜視図、第３図ａ，ｂ，ｃは本発明によつて光
学特性が測定できることを示す直線軌跡とリニア
アレイの関係を示す概略図、第４図は直交座標系
と斜交座標系の関係を示す図、第５図は直線軌跡
と仮想平行四辺形の関係を示す図、第６図は本発
明の一実施例を示す光学系の概略図、第７図ａ，
ｂはマスクパターンの一例を示す正面図、第８図
はリニアアレイ上の発光点の決定と直線軌跡の作
定関係を示す概略図、第９図Ａ〜Ｍは受光素子に
よる検出出力及び座標値との関係を示すタイミン
グチヤート図、第１０図はリニアアレイの発光点
から座標値を決定する方法を示すリニアアレイの
素子配列図、第１１図、第１２図及び第１３図は
本発明の原理による測定を説明するための概略
図、第１４図は演算回路の一例を示すブロツク
図、第１５図は本発明の第２の実施例によるリニ
アアレイの配列を示す図、第１６図は本発明の第
３の実施例を示す光学系の一部概略図、第１７図
は本発明の第４の実施例を示す光学系の概略図、
第１８図は第４の実施例のマスクパターンを示す
図、第１９図は第４の実施例における発光点と直
線軌跡の作定方法を示す図、第２０図は第５の実
施例を示す光学系の一部概略図、第２１図は第６
の実施例を示す光学配置図、第２２図は第７の実
施例を示す光学配置図、第２３図は本発明の光源
の他の実施例を示す図。 １…駆動−演算回路、２，３…リニア発光素子
アレイ、４ａ，４ｂ…マスク、８…リレーレン
ズ、１０…被検レンズ、１１…被検レンズ保持手
段、１３…集光レンズ、１５…受光素子、１６，
１７…シヤツター。

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、 前記光源と前記被検光学系の間に配され、互い
   にその配列方向を異にしそれぞれ前記光源からの
   光束を選択する少なくとも２本の平行な直線パタ
   ーンからなる第１直線パターン群及び第２直線パ
   ターン群と 該第１及び第２直線パターン群で選択され前記
   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、 該検知手段が該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第１及び第２
   直線パターン群に対応する前記平面上での前記発
   光単位が作る直線軌跡をもとにして前記被検光学
   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 前記第１及び第２直線パターン群は、前記光
   束を透過する透過型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 前記第１及び第２直線パターン群は、１枚の
   マスク手段に形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の光学系の光
   学特性測定装置。 ４ 前記光源と前記被検光学系の間の光路を２分
   割し前記第１直線パターン群を一方の分割光路
   に、前記第２直線パターン群を他方の分割光路に
   配してなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １、又は第２項記載の光学系の光学特性測定装
   置。 ５ 前記第１及び第２直線パターン群のそれぞれ
   には他の直線パターンとその太さ又は透過もしく
   は反射率を異にしてなる直線パターンを有してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第４項のいずれかに記載の光学系の光学特性測定
   装置。 ６ 前記第１及び第２直線パターン群双方もしく
   は一方の前方の光路を２分割し、それぞれの分割
   光路に前記光源を配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５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、多数の発光単位を二次元平面内
   に配列し該発光単位を時系列的に発光走査する平
   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、多数の発光単位を直線状に配列
   し該発光単位を時系列的に発光走査するリニア発
   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、２本のリニア発光素子アレイで
   構成され、前記発光素子を順次発光走査し、かつ
   これらのリニア発光素子アレイが前記二次元平面
   内で仮想的に交差していることを特徴とする特許
   請求の範囲第８項記載の光学系の光学特性測定装
   置。 １０ 前記交差は、直交であることを特徴とする
   特許請求の範囲第９項記載の光学系の光学特性測
   定装置。 １１ 前記光源は、前記二次元平面内に平行に配
   列された少なくとも２本のリニア発光素子アレイ
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第８項
   記載の光学系の光学特性測定装置。 １２ 前記光源は、前記二次元平面で回転する１
   本のリニア発光素子アレイからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第８項記載の光学系の光学特
   性測定装置。 １３ 前記リニア発光素子アレイと、前記第１及
   び第２直線パターン群の双方もしくは一方との間
   に光束回転手段を配してなることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項記載の光学系の光学特性測定
   装置。 １４ 前記リニア発光素子アレイと前記第１及び
   第２直線パターン群の双方もしくは一方との間に
   光束を装置光軸と垂直な方向にシフトする光束シ
   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８項記載の光学系の光学特性測定装置。 １５ 前記演算手段は、前記平面上の直線軌跡の
   ピツチと傾きの変化から前記被検光学系の光学特
   性を演算するように構成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１４項のいず
   れかに記載に光学系の光学特性測定装置。 １６ 前記演算手段は、少なくとも２つの前記発
   光位置情報をもとに前記直線パターンに対応した
   前記直線軌跡の方程式を作成し、該方程式をもと
   に前記直線軌跡のピツチと傾きの変化を求めるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１５項記載の光
   学系の光学特性測定装置。 １７ 前記演算装置は、前記直線軌跡の方程式か
   ら仮想平行四辺形を作り、前記被検光学系が装置
   光路内に存在する場合と存在しない場合の該仮想
   平行四辺形の変化から前記被検光学系の光学特性
   を測定することを特徴とする特許請求の範囲第１
   ５項又は第１６項記載の光学系の光学特性測定装
   置。 １８ 前記発光単位が、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
   ７項のいずれかに記載の光学系の光学特性測定装
   置。 １９ 前記発光単位が、レーザからの光を拡散す
   る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１７項のいずれかに記載の
   光学系の光学特性測定装置。