(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検レンズに測定光を投光する投光手段と、
前記測定光の光軸中心と同心に配置されて前記光軸中心の近傍にのみ環状に開口する開口部を有する狭域測定用パターンマスクと、
前記測定光の広い範囲に亘ってグリッド状に配列されたピンホールを有し、前記ピンホールの１つが前記測定光の光軸中心に配置された広域測定用パターンマスクと、
前記測定光を受光して画像データを生成する撮像手段と、
前記画像データを解析して前記被検レンズの特性を算出する演算手段とを有し、
前記演算手段は、前記狭域測定用パターンマスクおよび前記被検レンズを通過した前記測定光を受光して前記撮像手段が生成した狭域画像における前記開口部に対応する環状の画像の中心座標および倍率を算出し、
前記広域測定用パターンマスクおよび前記被検レンズを通過した前記測定光を受光して前記撮像手段が生成した広域画像における前記測定光の光軸中心にある光点の座標が前記狭域画像における前記開口部の中心座標に一致すると予測し、前記光軸中心にある光点の周囲の８つの光点の座標を前記ピンホールのピッチと前記開口部の前記中心座標および前記倍率とを基に予測して、予測したそれぞれの座標を中心とする所定の範囲内にある画像から前記光軸中心にある光点および前記周囲の８つの光点の座標をそれぞれ算出し、
先に算出した互いに隣接し合う２つの前記光点に隣接するさらなる光点の座標を、先に算出した互いに隣接し合う２つの前記光点の座標と等間隔に並んでいるものと予測し、予測した座標を中心とする所定の範囲内にある画像から当該さらなる光点の座標を算出することを繰り返して、前記広域測定用パターンマスクの前記ピンホールに対応する全ての光点の座標を算出することを特徴とするレンズメータ。
【請求項２】
前記互いに隣接し合う２つの前記光点の座標の差を前記さらなる光点に隣接する前記光点の座標に加算した座標を、前記さらなる光点の座標と予測することを特徴とする請求項１に記載のレンズメータ。
【請求項３】
測定光を前記測定光の光軸中心と同心に配置されて前記光軸中心の近傍にのみ環状に開口する開口部を有する狭域測定用パターンマスクおよび被検レンズを通して結像させた狭域画像を取得し、
前記狭域画像における前記開口部に対応する環状の画像の中心座標および倍率を算出し、
前記測定光を前記測定光の広い範囲に亘ってグリッド状に配列されたピンホールを有し、前記ピンホールの１つが前記測定光の光軸中心に配置された広域測定用パターンマスクおよび前記被検レンズを通して結像させて複数の光点を含む広域画像を取得し、
前記広域画像における前記測定光の光軸中心にある光点の座標が前記狭域画像における前記開口部の中心座標に一致すると予測し、前記光軸中心にある光点の周囲の８つの光点の座標を前記ピンホールのピッチと前記開口部の前記中心座標および前記倍率とを基に予測して、予測したそれぞれの座標を中心とする所定の範囲内にある画像から前記光軸中心にある光点および前記周囲の８つの光点の座標をそれぞれ算出し、
先に算出した互いに隣接し合う２つの前記光点に隣接するさらなる光点の座標を、先に算出した互いに隣接し合う２つの前記光点の座標と等間隔に並んでいるものと予測し、予測した座標を中心とする所定の範囲内にある画像から当該さらなる光点の座標を算出することを繰り返して、前記広域測定用パターンマスクの前記ピンホールに対応する全ての光点の座標を算出することを特徴とするレンズ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼鏡レンズの特性を測定するレンズメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ特性の測定には、測定光の光軸中心に位置するレンズの狭い範囲を測定する狭域測定と、レンズの広い範囲を測定する広域測定とがある。広域測定では、縦横に規則正しく配列した開口を有するパターンマスクを通過した光が結像した測定画像を取得し、測定画像において、光点の座標を特定する処理を行う必要がある。
【０００３】
従来のレンズメータにおいては、測定画像の隅の原点から、Ｘ−Ｙ方向に走査することで光点を検索している。この光点の検索は演算量が多く、従来のレンズメータでは、レンズの測定を開始してから測定結果が表示されるまでに、遅れがあった。
【特許文献１】特許第３６８５８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、レンズ特性を瞬時に測定できるレンズメータおよびレンズ測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明によるレンズメータは、被検レンズに測定光を投光する投光手段と、前記測定光の光軸中心と同心に配置されて前記光軸中心の近傍にのみ環状に開口する開口部を有する狭域測定用パターンマスクと、前記測定光の広い範囲に亘ってグリッド状に配列されたピンホールを有し、前記ピンホールの１つが前記測定光の光軸中心に配置された広域測定用パターンマスクと、前記測定光を受光して画像データを生成する撮像手段と、前記画像データを解析して前記被検レンズの特性を算出する演算手段とを有し、前記演算手段は、前記狭域測定用パターンマスクおよび前記被検レンズを通過した前記測定光を受光して前記撮像手段が生成した狭域画像における前記開口部に対応する環状の画像の中心座標および倍率を算出し、前記広域測定用パターンマスクおよび前記被検レンズを通過した前記測定光を受光して前記撮像手段が生成した広域画像における前記測定光の光軸中心にある光点の座標が前記狭域画像における前記開口部の中心座標に一致すると予測し、前記光軸中心にある光点の周囲の８つの光点の座標を前記ピンホールのピッチと前記開口部の前記中心座標および前記倍率とを基に予測して、予測したそれぞれの座標を中心とする所定の範囲内にある画像から前記光軸中心にある光点および前記周囲の８つの光点の座標をそれぞれ算出し、先に算出した互いに隣接し合う２つの前記光点に隣接するさらなる光点の座標を、先に算出した互いに隣接し合う２つの前記光点の座標と等間隔に並んでいるものと予測し、予測した座標を中心とする所定の範囲内にある画像から当該さらなる光点の座標を算出することを繰り返して、前記広域測定用パターンマスクの前記ピンホールに対応する全ての光点の座標を算出するものとする。
【０００８】
この構成によれば、狭域測定によって中央部の光点の位置を予測して演算範囲を限定して中央部の光点座標を算出し、周囲の光点の座標の算出に際しては、既に算出している光点の座標を基に位置を予測して演算範囲を限定することで、光点座標の演算に使用する画像範囲を小さく限定することができ、高速な演算が可能になる。
【００１０】
被検レンズの光学特性は連続的に変化するので、中央部の光点座標から周囲の光点座標へと順番に予測してゆくことで、予測した座標と実際の座標とが大きくずれることがなく、光点座標の演算に使用する画像範囲を小さく限定することができ、高速な演算が可能になる。
【００１１】
また、本発明によるレンズメータにおいて、前記互いに隣接し合う２つの前記光点の座標の差分を前記さらなる光点に隣接する前記光点の座標に加算した座標を、前記さらなる光点の座標と予測してもよい。
【００１３】
また、本発明によるレンズメータ測定方法は、測定光を前記測定光の光軸中心と同心に配置されて前記光軸中心の近傍にのみ環状に開口する開口部を有する狭域測定用パターンマスクおよび被検レンズを通して結像させた狭域画像を取得し、前記狭域画像における前記開口部の画像の位置および大きさに基づいて前記測定光の光軸中心に位置する中心座標および前記狭域画像の倍率を算出し、前記測定光を前記測定光の広い範囲に亘ってグリッド状に配列されたピンホールを有し、前記ピンホールの１つが前記測定光の光軸中心に配置された広域測定用パターンマスクおよび前記被検レンズを通して結像させて複数の光点を含む広域画像を取得し、前記広域画像における前記測定光の光軸中心にある光点の座標が前記狭域画像における前記開口部の中心座標に一致すると予測し、前記光軸中心にある光点の周囲の８つの光点の座標を前記ピンホールのピッチと前記開口部の前記中心座標および前記倍率とを基に予測して、予測したそれぞれの座標を中心とする所定の範囲内にある画像から前記光軸中心にある光点および前記周囲の８つの光点の座標をそれぞれ算出し、先に算出した互いに隣接し合う２つの前記光点に隣接するさらなる光点の座標を、先に算出した互いに隣接し合う２つの前記光点の座標と等間隔に並んでいるものと予測し、予測した座標を中心とする所定の範囲内にある画像から当該さらなる光点の座標を算出することを繰り返して、前記広域測定用パターンマスクの前記ピンホールに対応する全ての光点の座標を算出する方法とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のレンズメータは、狭域測定によって、広域測定の光点座標の位置を予測して、光点座標を算出する演算に使用する画像の範囲を小さく絞り込むので、演算負荷が小さく、瞬時に被検レンズの光学特性を算出して表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１および図２に、本発明の一実施形態のレンズメータ１を示す。レンズメータ１は、装置本体２の上部に測定光を投光する光学系（投光手段）を収容し、表面に表示装置３を備える投光部４が設けられ、投光部４の下方に被検レンズ５（図２では眼鏡フレームに装着されている）を載置して保持する保持部６および測定データを記憶させるためのメモリースイッチ７を備え、被検レンズ５を通過した測定光を受光する光学系を収容した受光部８が設けられている。また、レンズメータ１は、被検レンズ５の保持部６上での位置決めを助ける当接板９および押さえ部材１０を有し、さらに、保持部６上に位置決めした被検レンズ５に光学中心を印点する印点装置１１を有している。
【００１７】
図３に、レンズメータ１の光学構成を示す。レンズメータ１は、投光部４の内部に点光源である発光素子１２と、発光素子１２が発した拡散光を平行な測定光にして被検レンズ５に投光する投光レンズ１３とを有し、受光部８の内部に、測定光を通過させる測定用パターンマスク１４と、測定光が投影されるスクリーン１５と、スクリーン１５に投影された画像を撮影レンズ１６によって結像して電気信号に変換して画像データを生成するための撮像素子１７とを有している。
【００１８】
レンズメータ１において、パターンマスク１４は、図４に示す狭域測定用パターンマスク１４ａと、図５に示す広域測定用パターンマスク１４ｂとが自動で置き換えられるようになっている。狭域測定用パターンマスク１４ａは、一般に被検レンズ５の光学中心を印点する際に用いられるものであり、測定光の光軸中心近傍に小さな環状の開口１８ａが形成されており、開口１８ａが測定光の光軸に同心に配置されるようになっている。広域測定用パターンマスク１４ｂは、被検レンズ５の広範囲の光学特性（球面度や円柱度などの）を解析して表示装置３にマッピング表示するために用いられるものであり、測定光の広い範囲に亘って複数（例えば９×９＝８１個）のピンホール１８ｂが縦横のグリッド状に規則正しく配列して形成されている。広域測定用パターンマスク１４ｂの中央のピンホール１８ｂは、測定光の光軸上に配置されるようになっている。
【００１９】
狭域測定用パターンマスク１４ａを光路中に配置したとき、被検レンズ５および狭域測定用パターンマスク１４ａを通過してスクリーン１５に投影された測定光は、撮像素子１７によって、図６に示すような狭域画像のデータに変換される。この狭域画像は、撮像素子の解像度（例えば６４０×４８０画素）のそれぞれ点の色を示すデータの集合である。狭域画像には、測定光が投影された部分に対応する環状の輝度の高い像が含まれるが、被検レンズ５の光学中心が測定光の光軸からずれていると環状の画像が狭域画像の中央から位置ずれし、被検レンズ５の度数に応じて環状の画像の縦横の大きさ（倍率）が異なったものになる。
【００２０】
広域測定用パターンマスク１４ｂを光路中に配置したとき、図７に示すような広域画像が得られる。この広域画像において、ピンホール１８ｂを通過した測定光による光点が縦横に配列しているが、被検レンズ５の光学特性によって、光点が位置ずれしたり、配列ピッチが不揃いになったりする。
【００２１】
図８に、レンズメータ１において、被検レンズ５の光学特性を解析する手順を示す。レンズメータ１では、被検レンズ５の広い範囲の光学特性を測定する広域測定が開始されると、先ず、ステップＳ１において、狭域パターンマスク１４ａを用いて狭域画像を取得する。そして、ステップＳ２において、内蔵するマイコン（演算手段）によって狭域画像を解析して、環状の画像の中心座標Ｃ（０，０）＝（Ｃｘ０，Ｃｙ０）を算出し、環状の画像の縦横（ｘ／ｙ方向）の径から画像の縦横の倍率Ｒｘ，Ｒｙを算出する。
【００２２】
続いて、レンズメータ１は、ステップＳ３において、広域測定用パターンマスク１４ｂを光路中に配置して、広域画像を取得する。
【００２３】
レンズメータ１は、ステップＳ４からステップＳ７までのループにより、取得した広域画像から、広域測定用パターンマスク１４ｂの中央の３行×３列の計９箇所のピンホール１８ｂに対応する光点の中心である光点座標を算出する。こここでは、中央のピンホール１８ｂによる光点の中心の座標を光点座標Ｇ（０，０）＝（Ｇｘ０，Ｇｙ０）とし、ｉ列、ｊ行目の光点の座標をＧ（ｉ，ｊ）として示す。つまり、このループでは、ｉ＝−１，０，１、ｊ＝−１，０，１の組み合わせについて光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）＝（Ｇｘｉ，Ｇｙｊ）を算出する。
【００２４】
レンズメータ１では、狭域測定用パターンマスク１４ａの環状の開口１８ａと、広域測定用パターンマスク１４ｂの中央のピンホール１８ｂとは、測定光の光軸上に配置されるようになっているので、被検レンズ５の位置を動かさなければ、広域画像における中央のピンホール１８ｂによる光点の光点座標Ｇ（０，０）は、狭域画像の環状の画像の中心座標Ｃ（０，０）と略同じ位置である。
【００２５】
ステップＳ６では、図９に示すように、例えば、中心座標Ｃ（０，０）から８近傍距離で７画素以下の範囲（１５×１５＝２２５画素）を近傍範囲Ｓ（０，０）として、この範囲内の画像を解析することで、広域画像の中央の光点の光点座標Ｇ（０，０）を算出する。
【００２６】
また、広域画像の中央部の光点のピッチの倍率は、狭域画像の環状の画像の倍率と略同じであるから、広域画像の中央の光点に隣接する８つの光点の位置Ｃ（ｉ，ｊ）は、広域測定用パターンマスク１４ａの環状の開口１８ａの径と広域測定用パターンマスク１４ｂのピンホール１８ｂのピッチとの比によって予想できる。つまり、ステップＳ５において、広域画像の中央の９つの光点は、予測座標Ｃ（ｉ，ｊ）＝（Ｃｘ０＋ｉ×Ａ×Ｒｘ，Ｃｙ０＋ｉ×Ａ×Ｒｙ）に存在すると予測される。
【００２７】
ステップＳ６における、光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）は、広域画像の中の、近傍範囲Ｓ（ｉ，ｊ）、つまり、予測座標Ｃ（ｉ，ｊ）および周囲の所定範囲の、例えば、各画素の輝度の重心として求めることができる。このとき、輝度の分布範囲（最大値と最小値）を調べて、所定の範囲のデータ、例えば、最小値から最大値までの２０％以下のデータを除外して重心を算出してもよい。
【００２８】
ステップＳ４からＳ７のループで中央の９つの光点の中心である光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）（ｉ＝−１，０，１、ｊ＝−１，０，１）が算出されたなら、ステップＳ８からステップＳ１１のループにおいて、残りの光点の光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）を算出する。
【００２９】
ステップＳ９では、図１１に示すように、先に中心座標を算出した光点に隣接する光点は、先に中心座標を算出した光点と等間隔で並んでいるものとして、予測座標Ｃ（ｉ，ｊ）＝（Ｃｘｉ，Ｃｙｊ）を予測する。ｘ方向に隣接する光点であれば、予測座標Ｃ（ｉ，ｊ）＝（（Ｇｘｉ−１）＋（Ｇｘｉ−１−Ｇｘｉ−２）（Ｇｙｉ−１）＋（Ｇｙｉ−１−Ｇｙｉ−２））として算出される。
【００３０】
ステップＳ１０では、ステップＳ６と同様に、予測座標Ｃ（ｉ，ｊ）から所定の範囲内（例えば８近傍距離で７画素以内）を近傍範囲Ｓ（ｉ，ｊ）として、この範囲内の広域画像の光点座標Ｇ（（ｉ，ｊ）（例えば輝度の重心）を算出する。近傍範囲Ｓ（ｉ，ｊ）の大きさは、必ずしもステップＳ６と同じでなくてもよい。
【００３１】
図１２に示すように、中央の９つの光点の中心座標にｘ方向に隣接する光点の光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）を求めたならば、さらに、図１３に示すように、既に算出されている光点座標Ｇ（ｉ，ｊ−１）および光点座標Ｇ（ｉ，ｊ−２）を基にしてｙ方向に隣接する光点の光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）を算出する。
【００３２】
このようにして、ステップＳ８からステップＳ１１のループでは、広域測定用パターンマスク１４ｂのピンホール１８ｂの全てに対応する光点の中心である光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）を算出する。
【００３３】
本実施形態の例示した条件では、９×９＝８１箇所の近傍範囲に、それぞれ、１５×１５＝２２５画素のデータが存在するので、合計１８２２５画素のデータを確認することになる。一方、広域画像全体では、６４０×４８０＝３０７２００画素のデータが存在し、実際に確認するデータの量は、広域画像全体の約１７分の１である。このため、本実施形態では、各光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）を特定する処理が非常に高速である。
【００３４】
レンズメータ１では、光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）が特定されたなら、ステップＳ１２で、光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）から被検レンズ５の光学特性を算出して、表示装置３にマッピング表示する。光点座標Ｇ（ｉ，ｊ）から、被検レンズ５の光学特性を算出する方法は、従来のレンズメータと同じであり、公知であるので説明を省略する。
【００３５】
さらに、図１４に、本発明の第２実施形態のレンズメータの光学構成を示す。本実施形態のレンズメータ１は、光源１２および投光レンズ１３が、広域測定にのみ使用される第１の波長の測定光を投光し、狭域測定にのみ使用される第２の波長の測定光を投光するために第２の光源１９および第２の投光レンズ２０が設けられ、ハーフミラー２１によって、第１の測定光と第２の測定光とが略同軸に重ね合わせて被検レンズ５に投光されるようになっている。
【００３６】
狭域測定用パターンマスク１４ａは、第２の光源と第２の投光レンズ２０との間に配置されている。広域測定用パターンマスク１４ｂは、狭域測定用の第１の測定光を遮光する材質であって、第２の測定光を透過させる材質で形成されており、第２の測定光は全面的に透過させるが、第１の測定光はピンホール１８ｂを通してのみ透過させる。
【００３７】
本実施形態の他の構成および被検レンズ５の光学特性を算出する方法は第１実施形態と同じであるので説明を省略する。
【００３８】
本実施形態のように、異なる光源１２，１９を用いて異なる波長の測定光を投光しても、各測定光の光軸が被検レンズ５の同じ位置に入射するように構成されていれば、被検レンズ５の光学特性のみによって、各測定光の光軸の偏芯量（ずれ量）および光軸近傍の倍率が決まる。これにより、狭域画像から広域画像の解析範囲を限定して光点の座標を算出することが可能である。
【００３９】
レンズメータに、狭域測定および広域測定のそれぞれに専用の投光手段および撮像手段を設けても、各測定光の基準となる光束が被検レンズの同じ位置に入射するのであれば、狭域画像の中心の位置ずれと倍率から、広域画像の中央の光点の位置を予測でき、そのような構成も、本発明に含まれる。
【００４０】
また、上記実施形態において、広域測定用パターンマスクの中央のピンホールが測定光の光軸上に配置されるようになっているが、本発明では、測定光の光軸がピンホールの間に位置してもよく、狭域画像の中心座標および倍率から、広域画像の光点の中で例えば中央の４つの光点の座標を予測するようにしてもよい。
【００４１】
また、光点の解析を行う近傍範囲を大きくすれば、狭域画像の中心座標および倍率を基にして、広域画像における全ての光点の座標を予測するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態のレンズメータの斜視図。
【図２】図１のレンズメータの側面図。
【図３】図１のレンズメータの光学構成を示す概略図。
【図４】図１のレンズメータの狭域測定用パターンマスクの平面図。
【図５】図１のレンズメータの広域測定用パターンマスクの平面図。
【図６】図４の狭域測定用パターンマスクを用いて得られる狭域画像を例示する図。
【図７】図５の広域測定用パターンマスクを用いて得られる広域画像を例示する図。
【図８】図１のレンズメータの被検レンズの光学特性算出手順を示す流れ図。
【図９】広域画像の中央の光点の中心座標算出の演算範囲を示す図。
【図１０】広域画像の中央の９つの光点の中心座標の算出を示す図。
【図１１】広域画像の周囲の光点の中心座標算出の演算範囲を示す図。
【図１２】広域画像の周囲のｘ方向の光点の中心座標の算出を示す図。
【図１３】広域画像の周囲のｙ方向の光点の中心座標の算出を示す図。
【図１４】本発明の第２実施形態のレンズメータの光学構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００４３】
１  レンズメータ
５  被検レンズ
１２  発光素子
１３  投光レンズ
１４ａ  狭域測定用パターンマスク
１４ｂ  広域測定用パターンマスク
１７  撮像素子（撮像手段）
Ｃ（ｉ，ｊ）  予測座標
Ｓ（ｉ，ｊ）  近傍範囲
Ｇ（ｉ，ｊ）  中心座標
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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