(57)【要約】【課題】微小レンズ又はピンホールを備えるターゲット板を有する測定光学系により披検レンズの測定を行い、より簡易な構成の機器でスピーディーに度数分布表示を行うことを可能にするレンズ測定器を提供する。【解決手段】披検レンズを透過しターゲット板に備えられた微小レンズを透過した光束の像を撮影し、各光束像とターゲット板に備えられた各微小レンズとの対応関係をとることにより各微小レンズを透過した光束の方向ベクトルを算出し、披検レンズの任意に設定された領域ごとに、当該領域内の近接する複数箇所の微小レンズに対応する光束の方向ベクトルを用い補完演算を行い、披検レンズの任意の位置に対応する度数を算出する。【選択図】  図９
2004205438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
披検レンズの複数位置を透過した光を検出する測定部と、前記測定部により検出した結果から前記複数位置におけるレンズ特性を求める演算部を備えたレンズ測定器であって、前記演算部は披検レンズの前記複数位置以外の任意の位置におけるレンズ特性を、前記複数位置のうち所定数の位置におけるレンズ特性から補間演算により算出することを特徴とするレンズ測定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源部からの光束を被検レンズに入射させ、この被検レンズ透過後の光束の変位量を検出素子により検出し、この検出結果に基づいて被検レンズの各位置における度数を測定することにより度数分布を測定可能としたレンズ測定器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、累進多焦点レンズの需要が増加している。このレンズは、遠近両用の眼鏡レンズとして、特に老眼の補正のために用いられるもので、遠くを見るための遠用部、近くを見るための近用部、及び、度数（１／焦点距離）が連続的に変化する中間部から構成されている。このような複雑なレンズ構成であるため、眼鏡利用者は累進多焦点レンズの使用に慣れまでには時間がかかることとなる。一方、各レンズメーカーごとに累進多焦点レンズの度数分布の様子は異なり、破損などによるレンズの取り替え時、取り替え前のレンズとは度数分布が異なる累進多焦点レンズにするとそれに馴染まず、また使用感が悪く、さらには階段の昇降時に足元がふらつくなどの危険性がある。したがって、レンズの取替えを行う眼鏡店としては肉眼でレンズの種類がわからない場合でも、測定からそのレンズ特性を把握して、取替え前と同じタイプの累進多焦点レンズを選んでお客に提供する必要性が生じる。
【０００３】
従来、レンズの種類を特定することを目的とした度数分布測定に関しては、様々な手法の測定器が提案されている。それらの多くは光源から射出された光束をレンズに入射させ、その光束を受光センサにより捉える構成となっている。その中でもレンズの測定位置を手動または自動で変えながらレンズ全体の度数を測定していくもの、多数のピンホールを備えるターゲット板を使用し、その投影像からレンズ全体の度数を測定するもの、及び、ターゲット板に多数のシャッターを設け所定の順番で開閉させることで受光センサ上での像と各ピンホールの対応関係をつける測定器等がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３３３９６号公報（第５、６頁、第４−６図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、度数分布を求める際、測定ポイントを変えながら測定を繰り返すことでレンズ全体のすべての位置において測定する手法では、測定に時間がかかる。また、多数のピンホールを備えるターゲット板を用いる手法では、ピンホールの数が多いと像が交差し、それにより受光センサ上で得られた光点像群の各像がどのピンホールを通過した光束の像なのか対応関係が取れなくなるという不都合が生じることにもなる。また、ターゲット板に多数のシャッターを設けピンホールと像の対応関係をとることでは、機器が複雑になり機器の構成にコストがかかることにもなり、また、測定した多数のデータを測定点と対応させて記録して集計するという作業も煩雑となる。
【０００６】
本発明の目的は、微小レンズ又はピンホールを備えるターゲット板を有する測定光学系により披検レンズの測定を行い、より簡易な構成の機器でスピーディーに度数分布表示を行うことを可能にするレンズ測定器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１の発明は、披検レンズの複数位置を透過した光を検出する測定部と、前記測定部により検出した結果から前記複数位置におけるレンズ特性を求める演算部を備えたレンズ測定器であって、前記演算部は披検レンズの前記複数位置以外の任意の位置におけるレンズ特性を、前記複数位置のうち所定数の位置におけるレンズ特性から補間演算により算出することを特徴とするレンズ測定器であることを特徴とする。
【０００８】
ここで、レンズ特性とは、例えば、度数、屈折率等の披検レンズが有する特性の他、披検レンズの各位置を透過した光を直線として捉えた場合における当該直線の方向ベクトル等であってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図９を用いて説明する。なお、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本発明によるレンズ測定器の全体の構成の一実施例を示すブロック図である。図１において、レンズ測定器１０は、測定対象である披検レンズのレンズ特性を求めるための測定を行う測定部２０と、その測定結果である検出画像等を記憶する記憶部３０と、レンズ測定器１０の制御を行う制御部４０と、算出したレンズ全面の位置における度数を度数分布としてユーザに表示する表示部５０とを備えて構成されている。
【００１１】
制御部４０には演算部４１が備えられており、この演算部４１では記憶部３０に記憶されている結像画像を解析し各像を形成した光束の方向ベクトルを求め、さらに補完演算を行いレンズ全面の各位置における度数を求めている。
【００１２】
図２は、本発明による測定部における測定光学系の一実施例を示す図である。ＬＥＤ（発光ダイオード）、もしくはハロゲンランプ、もしくはレーザー等からなる光源１から射出された光束をレンズ２により光軸８に対し平行光とする。そして平行光束が被検レンズ３に投射される。この投射された平行光束は測定対象である被検レンズ３の屈折特性に応じて屈折透過され、この透過した光束は披検レンズ３の直後に近接して配置されたターゲット板４に投射される。そして、この投射された光束は、ターゲット板４に備えられた複数の微小レンズ６（後述する）に応じて一部が選択透過され、 エリアＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等からなる検出素子５に投影される。ここで、ターゲット板４は披検レンズ３より光源１に対して前方、例えば、レンズ２と披検レンズ３の間で披検レンズ３の直前に配置するような構成としてもよい。
【００１３】
次に、ターゲット板４について説明する。図３は、本発明によるターゲット板の一実施例を示す図である。ターゲット板４は、図３に示すように複数の微小レンズ６を備えている。この微小レンズ６は、光を収束させ、検出素子５上でエリアＣＣＤがはっきりと光束の点像を読み取れるようにする役割を果たしている。ターゲット板４は、例えば、隣り合う微小レンズ６の中心間の距離は２ｍｍ、微小レンズ６の直径は０．５ｍｍとして構成される。なお、微小レンズでなくとも、レンズを有さない単なる光の通過穴であるピンホールをターゲット板に備えるような構成としてもよい。
【００１４】
図４は、本発明による検出素子上に形成される複数の光束の点像の一実施例を示す図である。本発明の測定光学系の検出素子５であるエリアＣＣＤにより撮影された検出画像は、例えば、図４のようになる。披検レンズ３を設置しないで測定を行った場合、光束は光源の光軸８に平行のまま検出素子５に達するため、検出画像は図４（ａ）のように、ターゲット板４に備えられた微小レンズ６の配置と同じ間隔で光点像群が形成される。一方、披検レンズ３として累進多焦点レンズを置いた場合には、前記累進多焦点レンズの屈折特性に応じて図４（ｂ）のような光点像群が形成される。累進多焦点レンズの近用部１３に対応する光点像群を形成する微小レンズ６を透過した光束は、図４（ｂ）に示すように遠用部１１に対応する光点像群、中間部１２に対応する光点像群をそれぞれ形成する光束に比べ互いに接近し密接した光点像群を形成する。
【００１５】
ここで、図４（ｂ）に示したエリアＣＣＤで撮影した画像の各光点像の位置を画像処理により認識することで、ターゲット板４に備えられた各微小レンズ６を透過した光束の検出素子５上での位置がわかる。また、検出素子５に達し光点像を形成した光束がターゲット板４に備えられたどの微小レンズ６を透過した光束であるのか対応関係がとれれば、隣り合う各微小レンズ６の間隔は既知であり、披検レンズ３の直後にターゲット板４は配置されるので、当該光束の披検レンズ３上における透過点の位置がわかる。
【００１６】
次に、度数の求め方について説明する。図５は、本発明の一実施例の測定光学系の長さ、角度の定義を示す図である。披検レンズ３の各位置における度数Ｄ（単位：ディオプター）は、微小レンズ６を透過する光束のターゲット板４への入射高さをｈ、透過後の光束の光軸８に対する角度をθとすると、式（１）で表される。
【数１】
2004205438.tif 000003
【００１７】
また、透過後の光束の検出素子５上での高さをｈｋ、ターゲット板４から検出素子５までの距離をＬとすると、式（２）に示す関係が成り立つ。
【数２】
2004205438.tif 000004
【００１８】
ここで、ターゲット板４に備えられた各微小レンズ６同士の間隔から入射高さｈは求まり、上記の説明の通り、画像処理による認識で検出素子５上での高さｈｋは求まり、ターゲット板４から検出素子５までの距離Ｌは既知である。よって、式（２）より偏向角θが求められ、最終的に度数Ｄが式（１）より求まる。このようにして、各微小レンズ６の位置に対応する披検レンズ３の位置における度数は求まる。なお、式（１）及び式（２）に代わる任意の式又は手法（例えば、披検レンズ３の任意の位置を透過した光束の結像位置を像の形状から求め、焦点距離を求める。）を用いて度数を計算してもよい。以上の説明の通り、ターゲット板４を利用した検出画像の測定によりターゲット板４に備えられた各微小レンズ６に対応した位置における披検レンズ３の度数は求めることができる。
【００１９】
次に、微小レンズ６の設置位置に対応する位置以外の任意の位置における披検レンズ３の度数を測定結果からの補完演算により求めるという本発明の手法を説明していく。披検レンズ３の各位置における度数は、実際に測定を行い、その測定点では測定結果から直接度数を求める。一方、測定点以外の任意の位置については度数を補完演算により求める。図３に示すターゲット板４が、例えば、５００個の微小レンズ６を備えているとすると、披検レンズ３の５００地点での測定結果が得られる。そして、この５００地点での測定結果に基づき披検レンズ３の任意の位置における度数の補間演算を行う。
【００２０】
図６は、本発明によるターゲット板に備えられた微小レンズの選択領域の一実施例を示す図である。複数個ある微小レンズ６のうち、例えば、図６に示すように近接する縦５個、横５個の合計２５個の微小レンズ６を選択し、その２５個の微小レンズ６を含む領域を選択領域７とし、その選択領域７における任意の位置での度数を求めていく。具体的には、例えば、ターゲット板４に備えられた当該２５個の微小レンズ６透過後の光束の方向ベクトルをそれぞれ求め、選択領域７の任意の位置を透過する光束の方向ベクトルを当該２５地点における光束の方向ベクトルから補完演算で求めることにより、最終的に披検レンズ３の任意の位置における度数を求める処理を演算部４１で行うこととする。
【００２１】
図７は、本発明による座標系の一実施例を示す図である。方向ベクトルは、測定光学系の空間を三次元直交座標系として捉え、図７に示すように光軸８の方向をＺ軸方向、光軸８に垂直な平面をＸＹ座標平面と捉えた上で、光束をその空間上の直線として捉えた場合における当該直線として求める。ターゲット板４に備えられた各微小レンズ６と、それに対応した検出素子５上の光点像の位置から、当該微小レンズ６透過後の光束の方向ベクトルが求まる。さらに、その方向ベクトルを有する直線をＸＹ平面に投影した時の直線の傾きの大きさＺ１、ＸＺ平面に投影した時の直線の傾きの大きさＺ２が求まる。つまり、図８の選択領域７内の１〜２５の各地点（ターゲット板４上の各微小レンズ６位置）において、それぞれＺ１という値とＺ２という値を有していることになる。
【００２２】
そして、ＸＹ平面上の各微小レンズ６位置の座標（Ｘ、Ｙ）に対して新たに（Ｘ、Ｙ、Ｚ１）空間及び（Ｘ、Ｙ、Ｚ２）空間を考え、選択領域７内の２５個の微小レンズ６位置（Ｘ、Ｙ）を透過する光束が有するＺ１又はＺ２という値の集まりに対してそれぞれ一番良く当てはまる曲面を求める。例えば、三次曲面により当てはめを行うのであれば、三次曲面を表す式（３）の各係数ａ０〜ａ１５を演算部４１により求める。
【数３】
2004205438.tif 000005
【００２３】
そして、この各係数が決定すると選択領域７内の２５個の各微小レンズ６位置（Ｘ、Ｙ）以外の任意の位置（Ｘ、Ｙ）においてもその位置を透過する光束が有する傾きの大きさＺ１及びＺ２が求まる。つまり、選択領域７内において２５地点におけるデータから任意の位置おけるデータが補間されることとなる。ここで、ターゲット板４から検出素子５までの距離Ｌは既知であるため、ターゲット板４の選択領域７内の任意の位置（Ｘ、Ｙ）を透過した光束の検出素子５上での位置座標がＺ１及びＺ２により定まる方向ベクトルにより求まる。これにより、上記説明の通り式（１）及び式（２）により披検レンズ３の特定の位置に対応した度数が最終的に求まることとなる。
【００２４】
ここで、式（３）の係数を決定する際、ターゲット板４に備えられた各微小レンズ６を透過した光束の方向ベクトル（傾きの大きさ）を用いるわけであるが、ターゲット板４に備えられた微小レンズ６すべての値を用いて一つの補間式を求めるよりも局所領域ごとに補間式を求めていった方が精度が良いと考えられる。そのため、本発明では図６に示す選択領域７のようにターゲット板４に備えられた複数個の微小レンズ６のうち近接する縦５個、横５個の合計２５個の微小レンズ６を選択し、その微小レンズ６の位置における光束が有する値（例えば、方向ベクトル）から式（３）の補間式を求め、当該選択領域７における任意の位置における度数を求めることとする。当該選択領域７の度数を求めたら、別の領域の２５個の微小レンズ６を選択し度数を求めていき、次々に近接する２５個の組み合わせを変え、同様の度数算出演算を繰り返していく。これにより、最終的には披検レンズ３全面の任意の位置に対応する度数が求まる。
【００２５】
なお、式（３）に代えて任意の関数を用いて披検レンズ３の任意の位置おける度数の補完演算をしてもよい。また、補間演算に用いる値は光束の方向ベクトルでなくとも別の値を用いて披検レンズ３の任意の位置おける度数の補完演算をしてもよい。さらにまた、選択される微小レンズ６の個数は２５個でなくとも、補間演算で度数を求める際に精度上必要な最低限の個数以上であれば何個でも良く、度数を求めたい披検レンズ３の位置に応じて選択の仕方を変えるようにしてもよい。
【００２６】
次に、本発明の披検レンズ３の測定から度数分布表示までの処理の流れを説明する。図９は、本発明の図1の制御部の動作の一実施例を示すフローチャートである。まず、測定部２０により得られた検出画像を記憶部３０に記憶する（ステップ１０１）。次に、記憶部３０から検出画像を読み出し、検出画像中の各光点像の位置を画像処理により認識し、ターゲット板４に備えられた各微小レンズ６に対応する光束の方向ベクトルを求める（ステップ１０２）。次に、ターゲット板４に備えられた微小レンズ６の中から度数の補完演算に用いる近接する２５個の微小レンズ６を選択する（ステップ１０３）。次に、その選択された２５個の微小レンズ６位置における光束が有する傾きの大きさを式（３）の補間式に当てはめる（ステップ１０４）。そして、選択された２５地点に対応する領域（選択領域７）における任意の位置での度数を求める（ステップ１０５）。次に、披検レンズ３すべての領域に対応する度数の計算が終了しているかを判別する（ステップ１０６）。まだ求めていない領域があれば、その領域に対応する微小レンズ６を２５個選択し同様に度数を計算する処理を繰り返す。そして、すべての領域で度数が求まったら結果を度数分布として表示部５０に表示させる（ステップ１０７）。表示は例えば、披検レンズ３の各位置に対応させて当該各位置における度数をその値に応じて色づけしてプロットし、全体としてグラデーション表示とすることで利用者に当該披検レンズ３の度数分布の様子をわかりやすく示すことができる。
【００２７】
ここで、本発明におけるレンズ測定器１０では披検レンズ３任意の位置における度数を補完演算により求めることができ、理論上、披検レンズの何万点もの位置での度数がわかるので、ターゲット板に備えられている限られた個数の微小レンズ６位置に対応した度数のみからなるグラデーション表示に比べてより細かく繊細な変化を表現できる。
【００２８】
なお、本発明は、披検レンズ３としては眼鏡レンズに限らず、コンタクトレンズ等の各種レンズにも応用できる。
【００２９】
したがって、本発明は、披検レンズを透過しターゲット板に備えられた微小レンズを透過した光束の像を撮影し、各光束像とターゲット板に備えられた各微小レンズとの対応関係をとることにより各微小レンズを透過した光束の方向ベクトルを算出し、披検レンズの任意に設定された領域ごとに、当該領域内の近接する複数箇所の微小レンズに対応する光束の方向ベクトルを用い補完演算を行い、披検レンズの任意の位置に対応する度数を算出することができる。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲に限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明では、微小レンズ又はピンホールを備えるターゲット板を有する測定光学系により披検レンズの測定を行い、披検レンズの任意の位置における度数を補完演算により求めることにより、簡易な構成の機器でスピーディーに度数分布表示を行うことを可能にするレンズ測定器を提供することができる。
【００３２】
また、実際に測定を行わない地点においても周囲の測定データから補完演算を行うことで度数が求められるので、披検レンズすべての位置について測定をする方法に比べ処理時間は短縮され、さらに、ターゲット板が備える微小レンズの個数は補間演算で度数を求める際に精度上必要な最低限の個数で足りるので、より多数の微小レンズを備えるターゲット板を使用する測定方法に比べ微小レンズと光束の像との対応関係が取りやすく、機器が簡単な構成で実現できコストを低減できる。
【００３３】
さらにまた、測定と補完演算を組み合わせることで、理論上、披検レンズの何万点もの位置での度数がわかるので、度数分布についてより細かい変化のグラデーション表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレンズ測定器の全体の構成の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明による測定部における測定光学系の一実施例を示す図である。
【図３】本発明によるターゲット板の一実施例を示す図である。
【図４】本発明による検出素子上に形成される複数の光束の点像の一実施例を示す図である。
【図５】本発明の一実施例の測定光学系の長さ、角度の定義を示す図である。
【図６】本発明によるターゲット板に備えられた微小レンズの選択領域の一実施例を示す図である。
【図７】本発明による座標系の一実施例を示す図である。
【図８】本発明による選択領域内の各微小レンズの位置の一実施例を示す図である。
【図９】本発明の図1の制御部の動作の一実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  光源
２  レンズ
３  披検レンズ
４  ターゲット板
５  検出素子
６  微小レンズ
７  選択領域
８  光軸
【図１】
2004205438.tif 000006
【図２】
2004205438.tif 000007
【図３】
2004205438.tif 000008
【図４】
2004205438.tif 000009
【図５】
2004205438.tif 000010
【図６】
2004205438.tif 000011
【図７】
2004205438.tif 000012
【図８】
2004205438.tif 000013
【図９】
2004205438.tif 000014