专利名称：透镜测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量被检查透镜的光学特性的透镜测量仪。
技术背景传统上，已知具有测量光学系统的透镜测量仪，该测量光学系统 将测量光束投射到被检查透镜上，通过光电检测器来检测透过透镜的测量光束，以及根据检测结果来获取透镜的光学特性(球面度数S、 柱面度数C、和像散轴角度A)。这样的传统透镜测量仪被配置成根 据围绕测量光轴布置的一组4个测量目标(原则上3个测量目标)的 偏差来测量透镜的光学特性，该偏差通过光电检测器来检测(参见待 审曰本专利申请公布第Sho60-17335号和与待审日本专利申请公布第 Sho50-145249号相对应的USP 3，880，525 )。另外，还提出了使用布 置在换镜旋座内的多个测量目标，以便于测量透镜的光学特性分布和 渐变度数透镜的远部和近部的透镜测量仪(参见与待审日本专利申请 第2003-75296号相对应的USP 6,972,837)。对于任何透镜测量仪， 单视觉透镜的测量基本上通过利用布置在围绕测量光轴直径为2到3 mm的圆周上的测量目标来进行，因为测量目标布置得离测量光轴越 远，像差的影响就越大。但是，在基于测量光轴附近的测量目标的测量中，根据透镜的度 数和透镜表面的状态，光学特性的测量变得不稳定，这可能对测量精 度的可靠性不利。换句话说，当透镜的屈光力弱时，光轴附近的测量 目标的偏差小，从而测量值趋向于不稳定。具体地说，当柱面度数弱 时，受此影响的像散轴角度极大变化，使测量结果不稳定和测量精度 低。另外，在利用测量光轴附近的测量目标的测量中，当在测量区中 存在划痕或尘土时，测量值也变得不稳定，对测量精度的可靠性不利。发明内容本发明的目的是，提供一种能够高度稳定和精确地获取透镜的光 学特性的透镜测量仪。为了达到所述目标并按照本发明的目的， 一种测量透镜的光学特性的透镜测量仪具有测量光学系统，该测量光学系统包括具有以 预定图案围绕测量光轴布置的多个测量目标的目标面板，所述测量目 标至少具有在测量光轴附近的第一区域中的第一测量目标、和在第一 区域之外的第二区域中的第二测量目标；和光电接收经过透镜的测量 光束的光电检测器；计算光学特性的计算装置，该计算装置包括根据 光电检测器对第一测量目标的检测结果来计算透镜的第一光学特性 的第一计算装置、和根据第一测量目标的检测结果和第二测量目标的 检测结果来计算透镜的第二光学特性的第二计算装置；以及显示控制 装置，如果第一计算装置的计算结果和光电检测器的检测结果之一满 足预定条件，则显示第二光学特性作为透镜的光学特性，以及如果未 满足预定条件，则显示第一光学特性作为透镜的光学特性。本发明的其它目的和优点在如下的描述中给出，并且从该描述中 明显看出，或可以通过实践本发明获知。本发明的目的和优点可以通 过权利要求书中的透镜测量仪来实现和达到。
插入本说明书中构成本说明书一部分的附图例示了本发明的实 施例，并且与说明书一起用于说明本发明的目的、优点和原理。在附 图中，图1是例示根据本发明优选实施例的透镜测量仪的外表图； 图2是例示根据本发明优选实施例的透镜测量仪的光学系统和 控制系统的图；图3是例示测量目标的目标图案的图；图4是示出根据本发明优选实施例的操作例子的流程图；以及图5A、 5B和5C是例示用于对准的显示屏的图。
具体实施方式
下面参照附图提供根据本发明优选实施例的详细描述。图l是例 示根据本发明优选实施例的透镜测量仪的外表图。标号1是透镜测量仪的主体。显示器2是液晶显示器等，在显示 器2上显示测量结果和测量用于对准的目标和其它对象所需的信息。 通过按下与显示器2上的开关显示相对应的用于输入的开关3之一， 输入诸如切换测量模式的必要指令。在其上安装被检查透镜LE的换 镜旋座4是测量的基准点。向下移动透镜支架5，以便稳定地保持安 装在换镜旋座4上的透镜LE。当测量镜架内的透镜时，使可在前后方向上移动的架板6与镜架 的下部(戴上眼镜时的下部)接触，以便增加稳定性，从而提供测量 像散轴角度的基准。标记机构7用于在透镜LE上做标记。READ (读 取)开关8用于读取透镜LE的光学特性的数据。当按下READ开关 8时，测量值在显示器2上保持静止并存储在透镜测量仪中。图2是例示透镜测量仪的光学系统和控制系统的图形。标号L1 是测量光学系统20的测量光轴。测量光学系统20具有布置在光轴 Ll上的诸如LED的测量光源21、准直透镜22、在其上形成测量目 标的网格面板23、和作为光电检测器的二维图像传感器24。光轴L1 经过换镜旋座4的孔隙4a的中心并被布置成与孔隙4a的平面垂直。 网格面板23被布置在换镜旋座4的孔隙4a附近。图像传感器24与 换镜旋座4的上端(透镜LE的后顶点)之间的距离被设计成短于透 镜LE的测量区域中的最短焦距。网格面板23可以布置在安装在换镜旋座4上的透镜LE的光源 21这一侧上。另外，可以二维地布置光源21，使得可以获得与经过 网格面板23的那些等效的测量光束。图3是例示网格面板23上的测量目标的目标图案的图。在本例 中，作为测量目标的多个圆形针孔23 (点状目标)以格状配置间隔0.5 mm几何排列。针孔25被布置成9行9列。但是，大量针孔25 也可以布置在测量光穿过换镜旋座4的孔隙4a的区域内。另外，针 孔25也可以在针孔25的中心之间均匀地相隔0.5 mm。但是，本发明 不局限于上述布置，只要采用预定几何排列即可。在针孔25当中， 光轴Ll上的针孔H5和位于围绕针孔H5的2 mm正方形的角上的针 孔Hl、 H2、 H3和H4具有0.5 mm的直径。除针孔Hl到H5之外的 其它针孔25具有0.2 mm的直径。与具有不同尺寸的其它针孔25有 区别地检测处在中心的针孔H5和布置成与针孔H5存在预定关系的 针孔Hl到H4。处在中心的针孔H5用于检测针孔25的偏差的基准 位置，所述偏差在图像传感器24上光电接收。如果由于透镜LE上的 划痕或尘土而未适当地检测到处在中心的针孔H5，则将针孔Hl到 H4用作替代物。另外， 一组针孔H1到H4位于即使使用用于接触透 镜的小直径换镜旋座也可以进行测量的区域中。来自光源21的光束由准直透镜22变成平行光束，并投射到透镜 LE上。在透过透镜LE的光束中，穿过网格面板23上的针孔25的光 束到达图像传感器24。来自图像传感器24的输出信号被输入控制部 分40中。控制部分40与用于存储计算结果的存储器41、和用于在显 示器2上显示诸如计算结果的信息的显示电路42连接。控制部分40根据相对于未安装透镜LE时经由网格面板23到达 图像传感器24的针孔25 (测量目标)的图像的位置，安装具有屈光 力的透镜LE时获得的测量目标的位置偏差，来计算透镜LE的光学 特性(球面度数S、柱面度数C、像散轴角度A、棱镜屈光度)。基 本上，在安装只具有球面度数S的透镜LE的情况下，与未安装透镜 LE的情况相比，针孔25的图像相对于透镜LE的光学中心环形地向 外或向内偏离。根据图像的向外或向内偏差来获取球面度数S。当安 装只具有柱面度数C的透镜LE时，针孔25的图像位置相对于透镜 LE的柱面轴向中心向外或向内偏离。根据图像的向外或向内偏差来获 取柱面度数C。获取像散轴角度A作为偏差的中心轴。另外，根据针 孔H5的图像或它附近的针孔的图像的平移量来获取棱镜度数。具有球面度数S和柱面度数C两者的透镜LE可以看作上面的透镜的组合 (其度数可以以与描述在如下文献中的那些相似的方式获得待审曰 本专利申请公布第Sho60-17335号和与待审日本专利申请公布第 Sho50-145249号相对应的USP 3，880，525 )。当使用多个测量目标时，可以通过利用诸如围绕光轴L1布置在 2到3 mm直径内的5行5列25个测量目标、或7行7列49个测量 目标的测量目标，使3或4个目标为一组，这些目标被布置在相同圆 周上并最好彼此相邻，并且计算所有组的光学特性的平均值，来精确 获取单视觉透镜的光学特性。也可以通过应用最小二乘法和通过根据 诸如5行5列25个测量目标和7 4亍7列49个测量目标的测量目标的 偏差的检测结果来使用射线跟踪法，获取球面度数S、柱面度数C、 和像散轴角度A的最佳拟合回归面，来计算光学特性。可以使用比只 根据一组3或4个测量目标来计算光学特性的传统计算中的那些多的 大量测量目标，来精确地获取单视觉透镜的光学特性。当测量渐变度数透镜时，可以通过计算一组4个(至少3个)相 邻测量目标(针孔25 )的光学特性，来获取渐变度数透镜的微小区域 内的光学特性分布。换句话说，可以获取换镜旋座4的换镜旋座孔隙 4a内的光学特性分布。因此，在渐变度数透镜的测量中，可以有效地 确定当前测量位置是否处在远部中。类似地，可以有效地确定当前测 量位置是否处在近部中。在单视觉透镜的光学特性的测量中，定义测量目标的针孔25布 置得离测量光轴L1越远，像差的影响就越大。因此，基本上利用布 置在测量光轴所在的中心的针孔H5附近的小区域(直径2到3 mm 的区域)内的至少3个测量目标，来计算透镜LE的光学特性(第一 计算)。例如，根据基于围绕针孔H5的5行5列25个测量目标或7 行7列49个测量目标的检测结果，来计算光学特性。但是，在利用 测量光轴Ll附近的测量目标的测量中，当透镜LE的屈光力弱时， 测量目标的偏差就小，并因此测量值趋向于不稳定，从而对测量精度 的可靠性不利。尤其是，当柱面度数C弱时，像散轴角度的计算结果变得不稳定，从而对测量精度的可靠性不利。因此，如果柱面度数c是预定的弱屈光度或更小，则根据本发 明优选实施例的透镜测量仪通过相对于测量光轴Ll附近的小区域 (直径2到3 mm的区域)来扩大测量区域并增加测量目标的数量， 来计算光学特性(第二计算)。如果柱面度数C弱，即使相对于测量 光轴Ll扩大测量区域，像差的影响也是小的。因此，通过增加测量 目标的数量，可以提高和稳定像散轴角度的测量精度。在下文中，参 照图4中的流程图来描述描述操作例子。透镜测量仪具有测量单视觉透镜的模式和测量渐变度数透镜的 模式，在如下的描述中选择测量单视觉透镜的模式。检查者通过按下 指定显示在显示器2上的右或左透镜的开关，来选择要测量的右或左 透镜。当将透镜LE安装在换镜旋座4上时，控制部分40根据图像检 测器24所检测的测量目标的多个图像(针孔25的图像)当中，围绕 光轴Ll布置的7行7列49个测量目标的图像的偏差，来计算各种测 量值(球面度数S、柱面度数C、像散轴角度A、和棱镜屈光度)(S-l )。 图5A是例示此时显示在显示器2上的用于对准的显示屏的图。标号 50是用于对准的刻度盘，以及测量值显示部分51和52分别显示左右 透镜的测量值。标记53指示当前测量右透镜。在右边的测量值显示 部分51中显示此时获得的各种测量值。另外，根据透镜LE的光学中 心相对于光轴Ll的偏离方向和定义棱镜屈光度的偏离量，在显示器 2上显示环状目标54。可替代地，可以通过根据针孔Hl到H5的检 测结果获取环状目标54的显示位置来进行对准。当移动透镜LE并且棱镜屈光度变成小于0.5A时，环状目标54 变成十字线目标55 (参见图5B)。当只测量屈光度时，通过在此状 态下按下READ开关8，测量结果在显示器2上保持静止。当在透镜 LE上做标记时，为了更精确地对准，移动透镜LE，使得十字线目标 55朝刻度盘50的中心移动，并且当棱镜屈光度变成小于O.IA时，十 字线目标55变成大十字线目标57，其通知检查者已经完成精确对准。在前面的单视觉透镜的测量中，控制部分40以固定时间间隔连 续计算光学特性。在根据围绕光轴Ll布置的7行7列49个测量目标 的图像的偏差获得的光学特性当中，控制部分40确定柱面度数是否 是预定的弱屈光度5cD(以及球面度数是否是预定的弱屈光度esD， D: 屈光度)或更小(S-2)。例如，将-0.5D的弱屈光度(将负号放在柱 面度数的前面)或更小设置成预定的弱屈光度ScD。当柱面度数是预定的弱屈光度ScD (以及球面度数是预定的弱屈 光度ssD或更小时，即使扩大测量区域和增加测量目标的数量，像差 的影响也是小的，并因此，通过扩大测量区域和相对于正常使用的7 行7列49个目标增加测量目标的数量来计算光学特性，以便稳定测 量值和提高像散轴角度的精度。除了根据7行7列49个针孔25来计 算光学特性之外，控制部分40扩大测量区域并增加测量目标的数量， 以便根据围绕针孔H5的9行9列81个测量目标的图像来计算光学特 性(S-3 )。最好如下所述提供用于确定的进一步条件(可替代地，如下确定 条件可以用作单个条件)。控制部分40比较根据7行7列49个测量 目标计算的测量值与根据9行9列81个测量目标计算的测量值。在 比较了测量值之后，确定上述测量值之间的各自差值是否在允许范围 内(S-4)。在本发明的优选实施例中，如果球面度数之间和柱面度数 之间的差值在土0.06 D的允许范围内，则认为扩大测量区域和增加测 量目标数量所引起的像差的影响是小的，并且，通过根据9行9列81 个测量目标的图像来计算测量值，可以获得更可靠的测量值。因此， 控制部分40根据9行9列81个测量目标的图像，将计算结果显示在 显示器2上(S-5)。在按下READ开关8时，控制部分40将测量值 保持静止在显示器2上并将它们存储在存储器41中(S-6)。如果在比较基于7行7列49个测量目标的图像的测量值与基于 9行9列81个测量目标的图像的测量值之后，球面度数之间或柱面度 数之间的差值在土0.06 D的允许范围之外，则认为不能提高测量值的 稳定性，因此，控制部分40将基于7行7列49个测量目标的图像的计算结果显示成测量值(S-7)。如果在上述步骤S-2中柱面度数强于预定的弱屈光度5cD，则当 进行基于围绕光轴Ll布置的9行9列81个测量目标的图像的计算时， 像差的影响变大，以及基于7行7列49个测量目标的图像的计算结 果可以保证精度的可靠性。因此，简单地将基于7行7列49个测量 目标的图像的计算结果显示成测量值(S-7)。在上述步骤S-4中的确定中，基于7行7列49个测量目标的图 像的计算结果与基于9行9列81个测量目标的图像的计算结果之间 的切换的确定可以根据通过执行两个计算不止一次(例如，三次)而 获得的结果作出。如果两个计算之间的各自测量值的差值在土0.06 D 的允许范围内，以及在三次相继计算中获得的各自测量值的离差也在 ±0.06 D的允许范围内，则认为测量值的稳定性和像散轴角度的精度 是可达到的，并因此在此后显示根据9行9列81个测量目标的图像 计算的测量结果。如果上面的条件未得到满足，则维持简单地将基于 7行7列49个测量目标的图像的计算结果显示成测量结果的过程。该 过程继续，直到透镜LE被大大移动(这可以通过棱镜屈光度的变化 识别出)或直到将新透镜被安装在换镜旋座4上。但是，即使透镜 LE未被移动，也可以每隔几秒钟进行一次重新检验和确定。本发明不局限于上述的优选实施例。可以适当地改变用于步骤 S-2中的确定的柱面度数和用在步骤S-4中的条件。在上面的描述中， 在围绕光轴Ll的7行7列49个测量目标与9行9列81个测量目标 之间切换要测量的测量目标的图像的数量。但是，不局限于那些数量。 例如，可以正常地测量围绕测量光轴Ll上的针孔H5的5行5列25 个测量目标，并且当柱面度数是预定的弱屈光度5cD或更小时，可以 通过扩大测量区域来测量更多数量的测量目标。可替代地，可以正常 地测量围绕测量光轴L1在直径为2mm的圃周上的测量目标，并且， 当柱面度数是预定的弱屈光度ScD或更小时，可以测量布置在更大直 径内的测量目标。还可替代地，可以根据柱面度数，以步进方式在5 行5列25个测量目标、7行7列49个测量目标、和9行9列81个测量目标之间切换测量目标的数量。在前面的描述中使用了通过按照透镜LE的度数扩大测量区域并 增加测量目标的数量来进行的光学特性的测量(第二测量)。如果在 透镜LE上存在划痕或尘土，则使用第二计算也是有效的。在围绕测 量光轴L1的小区域内的测量目标(7行7列49个测量目标)的图像 当中，如果由于透镜LE上的划痕或尘土所引起的测量目标的图像的 光强不足或形状缺陷，被适当检测的测量目标的图像的数量小于预定 数量或固定比率(40%、 50%或其它百分比)，测量结果趋向于变化， 从而对测量精度的可靠性不利。在这种情况下，控制部分40将在显 示器2上显示通过基于9行9列81个测量目标的第二计算获得的测 量结果。通过增加被适当检测的测量目标的图像的数量，可以提高测 量结果的稳定性。另外，测量精度的提高是可达到的。当被适当检测 的测量目标的图像的数量满足预定数量或固定比率时，控制部分40 简单地在显示器2上显示根据7行7列49个测量目标的图像计算的 测量结果。另外，通过在计算测量值时获取各自测量值的标准偏差，可以只 选捧具有均匀值的目标。因为可以在比测量目标的图^f象的检测过程短 的时间内进行光学特性的计算，所以在测量目标的各自检测之后进行 要采用的测量目标或要拒绝的测量目标的选择，这个过程重复，直到 标准偏差达到所需水平。因此，可以获取稳定测量结果而不延长测量 时间。当透镜制造者等使用透镜测量仪时，未必可应用从基于7行7 列49个测量目标的测量结果到基于9行9列81个测量目标的测量结 果的切换。因此，最好可以通过配备在显示器2上的选择开关，来进 行应用开关功能和以传统方式使用基于7行7列49个测量目标的测 量结果之间的选择。在根据优选实施例的第二计算中，通过扩大测量区域和增加测量 目标数量来计算光学特性。但是，只能扩大或增加它们中的任一个。 例如，在第一计算中可以测量测量光轴Ll附近的小区域内的7行7列49个测量目标，以及在第二计算中，即使将测量区域扩大成9行9 列81个测量目标的区域，通过计算交替的目标而不是所有81个测量 目标，可以对数量与第一计算相同的49个测量目标进行光学特性的 计算，以避免延长计算时间。描述了只增加测量目标数量的例子。可 以对7行7列49个测量目标的测量区域中的25个交替测量目标进行 第一计算，以及在第二计算中，可以计算7行7列49个测量目标的 测量区域内的所有测量目标。尽管与优选实施例类似，在第二计算中 最好扩大测量区域并增加测量目标的数量，但只扩大或增加它们中的 任一个仍然可以使结果比传统第一计算的那些更稳定。前面为了例示和描述起见给出了本发明优选实施例的描述。但并 不意味着无遗漏或使本发明局限于所公开的确切形式，并且可以根据 上述教义作出修改和改变或可以从本发明的实践中获得修改和改变。 选择和描述实施例是为了说明本发明的原理和它的实际应用，使本领 域的普通技术人员能够将本发明应用在各种实施例中和作出适合所 设想的具体使用的各种修改。意图是通过所附权利要求书及其等效物 来定义本发明的范围。
权利要求
1.一种测量透镜的光学特性的透镜测量仪，包含测量光学系统，包括具有以预定图案围绕测量光轴布置的多个测量目标的目标面板，所述测量目标至少具有在测量光轴附近的第一区域内的第一测量目标、和在第一区域之外的第二区域内的第二测量目标；和光电接收穿过透镜的测量光束的光电检测器；计算光学特性的计算装置，包括第一计算装置，根据光电检测器对第一测量目标的检测结果来计算透镜的第一光学特性；和第二计算装置，根据第一测量目标的检测结果和第二测量目标的检测结果来计算透镜的第二光学特性；以及显示控制装置，如果第一计算装置的计算结果和光电检测器的检测结果之一满足预定条件，则显示第二光学特性作为透镜的光学特性，以及如果未满足所述预定条件，则显示第一光学特性作为透镜的光学特性。
2. 根据权利要求1所述的透镜测量仪，其中，所述显示控制装 置在第一计算装置所计算的柱面度数是预定的弱屈光度或更小的情 况和第一计算装置所计算的柱面度数和球面度数是预定的弱屈光度 或更小的情况之一下，在显示装置上显示第二计算装置的计算结果作 为透镜的光学特性。
3. 根据权利要求2所述的透镜测量仪，其中，所述显示控制装 置在第一计算装置所计算的柱面度数是预定的弱屈光度或更小的情 况和第一计算装置所计算的柱面度数和球面度数是预定的弱屈光度 或更小的情况之一下，以及如果在比较第一计算装置所计算的第一光 学特性和第二计算装置所计算的第二光学特性之后，第一计算装置所计算的第一光学特性和第二计算装置所计算的第二光学特性之间的 差值在允许范围内，在显示装置上显示第二计算装置的计算结果作为透镜的光学特性。
4. 根据权利要求1所述的透镜测量仪，其中，所述显示控制装 置比较第一计算装置所计算的第一光学特性和第二计算装置所计算 的第二光学特性，如果第一计算装置所计算的第一光学特性和第二计 算装置所计算的第二光学特性之间的差值在允许范围内，则显示第二 计算装置的计算结果作为透镜的光学特性。
5. 根据权利要求1所述的透镜测量仪，其中，所述显示控制装 置确定被光电检测器适当检测的第 一区域内的测量目标的数量是否 满足固定比率和预定数量之一，以及如果测量目标的数量未满足固定 比率和预定数量之一，则在显示装置上显示第二计算装置的计算结果 作为透镜的光学特性。
6. 根据权利要求1所述的透镜测量仪，其中，所述目标面板具 有形状与其它测量目标不同的第三测量目标，所述第三测量目标包含 测量光轴上的第四测量目标和与第四测量目标等距离布置的第五测 量目标。
7. 根据权利要求1所述的透镜测量仪，其中，所述目标面板具 有形状与其它测量目标不同的第三测量目标，所述第三测量目标还用作所述第一测量目标。
全文摘要
能够高度稳定和精确地获取透镜的光学特性的透镜测量仪具有测量光学系统，该测量光学系统包括具有测量目标的目标面板和光电接收测量光束的光电检测器，该测量目标具有第一测量目标和第二测量目标；计算光学特性的计算装置，该计算装置包括根据光电检测器对第一测量目标的检测结果来计算第一光学特性的第一计算装置、和根据第一和第二测量目标的检测结果来计算第二光学特性的第二计算装置；以及显示控制装置，如果第一计算装置的计算结果或光电检测器的检测结果满足预定条件，则显示第二光学特性作为透镜的光学特性，以及如果未满足预定条件，则显示第一光学特性。
文档编号G01M11/02GK101256114SQ20081008203
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月28日 优先权日2007年2月28日
发明者梶野正 申请人:株式会社尼德克