JPH0265833A - オートケラトメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被検対象物としての被検眼の角膜の曲率半径
、コンタクトレンズの曲率半径を自動的に測定するオー
トケラトメータの改良に関する。

（従来の技術） 従来から、対物レンズを介さずに被検対象物の球状面に
斜め方向から投影されたリングパターン光の反射に基づ
くリング像を前記対物レンズを介して受光素子に再結像
させる結像光学系を有するオートケラトメータが提案さ
れている。

この装置においては、たとえば、被検対象物としての被
検眼の角膜、コンタクトレンズの球状面の測定に際して
は、その被検対象物にリング状のパターン光を投影して
、その被検対象物の球面反射に基づきそのリング像をそ
の被検対象物の球状面に形成し、そのリング像を結像光
学系を介して受光素子に再結像させ、その受光素子に再
結像されたリングパターン像に基づき、被検対象物の曲
率半径を自動的に測定するようにしている。

ところで、この種の装置においては、被検対象物と装置
との距離調整の誤差が曲率半径の測定精度に影響を与え
ないようにするため、リングパタ−ンからの光束を球面
レンズあるいは円柱レンズにより平行光束にして無限遠
から被検対象物に投影するように構成している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この従来の装置においては１作動距離調
整の誤差が測定精度に影響を与えないという利点を有す
る反面、リングパターンからの光束を無限遠から投影さ
せるための特殊なレンズ系を必要とし、構造的に複雑で
あり、高価であるという欠点を有している。

また、レンズ系を用いるため、リングパターンとレンズ
系との相対的位置調整を正確に行なわなければならず、
組立調整の上でも困難であるという欠点を有していたも
のである。

（発明の目的） 本発明は、この従来技術の問題点を解決することを目的
としたものであり、リングパターンからの光束を有限距
離から投影するように構成しているにもかかわらず作動
距離調整誤差に影響せずに簡便な構成で高精度の曲率半
径の測定を行なうことができるオートケラトメータを提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明に係るオートケラトメータは、上記の目的を達成
するため、対物レンズを介さずに被検対象物の球状面に
有限距離から投影されたリングパターン光の反射に基づ
く一のリング像を前記対物レンズ及び第１の開口絞りを
介して受光素子に導くための第１の光路と前記対物レン
ズと前記受光素子との間に、前記リング像とは倍率の異
なる他のリング像が前記受光素子上に形成されるように
、第１光路内に光路分岐用光学部材と光路合成用光学部
材とを設けて前記反射光を迂廻させて第２の開口絞りを
介して前記受光素子に導く第２の光路を形成すると共に
、前記第１の開口絞りと第２の開口絞りの対物レンズに
関する各共役位置は互いに異なるように設定しである。

（作用） 本発明に係るオートケラトメータによれば、検出器上に
は２個のリングパターン像が形成され。

この２個のリングパターン像は作動距離の変化に伴い、
相互に異なった変化量で大きさが変化することになり、
この２個のパターン像の大きさにより適正作動距離から
のずれ量を検出できるものである。すなわち、本発明の
オートケラトメータによれば、作動距離の調整誤差があ
ったとしても、その誤差量を定量的に検出でき、この検
出量に基づき測定された曲率半径を誤差のない測定値に
換算できるものである。

（実施例） 以下に、本発明に係るオートケラトメータの実施例を、
角膜の曲率半径の測定を例にあげつつ説明する。

第１図は、本発明に係るオートケラトメータの結像光学
系を示す図であって、１は被検眼の角膜、２は結像光学
系、３はパターン投影光学系である。

パターン投影光学系３はパターン形成板４と、リング状
の光源５とを有する。パターン形成板４は、第２図に示
すようにリング状のパターン６を有する。パターン投影
光学系３は、後述する対物レンズを介さずに角膜１に被
検眼の斜め方向からパターン光を投影する。角膜１には
、そのパターン光に基づきリング像ｉが形成される。

結像光学系２は、対物レンズ７と二次元受光素子８とを
有し、符号Ｏはその対物レンズ７の光軸である。ここで
は、二次元受光素子８にはエリアＣＣＤを用いである。

その対物レンズ７と二次元受光素子８との間には、光路
分岐光学部材としてのビームスプリッタ９と、光路合成
光学部材としてのビームスプリッタ１０とが設けられて
いる。このビームスプリッタ９．１０は、迂廻光路１１
を形成するためのもので、迂廻光路１１は全反射ミラー
１２゜１３、リレーレンズ１４を有する。

ビームスプリッタ９とビームスプリッタ１０との間には
絞り部材１５が設けられ、迂廻光路１１の途中にはリレ
ーレンズ１４と全反射ミラー１３との間に、絞り部材１
６が設けられている。ここで、その絞り部材１５は、第
３図に模式的に示すようにその絞り部材１５の虚像が被
検眼角膜位置から充分遠くに形成されるようになってい
る。ここで、絞り部材１５の虚像が形成される光軸Ｏ上
の位置を点Ｚとする。

一方絞り部材１６は第４図に模式的に示すように、絞り
部材１６の実像１７が対物レンズ７を境に絞り部材１６
と反対側に形成されるようになっている。このように絞
り部材１５と絞り部材１６とは対物レンズ７に関する各
共役位置が互いに異なるように構成する。

結像光学系２をこのように構成すると、リング像ｉを形
成する反射光は、ビームスプリッタ９を通過する際に、
三光束に分離され、その一方の光束は、そのまま絞り部
材１５を通過し、ビームスプリッタ１０を介して二次元
受光素子８に一のリング像ｉ□として再結像される。他
方の光束は、迂廻光路１１に導かれ、絞り部材１６を通
過して、ビームスプリッタ１０を介して、他のリング像
ｉ、として二次元受光素子８に再結像される。その際、
第２光路１１を適宜に形成すると、二次元受光素子８に
再結像されるーのリング像１１と他のリング像ｉ。

の結像倍率を異ならせることができる。　ここで、第３
図、第４図に着目すると、模式的に矢印として示された
基準位［Ｙの位置に形成されるリング像ｉの矢印頂点か
ら出射されて絞り部材１５を通過した光線により二次元
受光素子８に再結像されるリング像ｉ□は、光軸Ｏに関
し下向きとなり、模式的に矢印として示されたリング像
ｉの矢印頂点から出射されて絞り部材１６を通過した光
線により二次元受光素子８に再結像されるリング像１２
は、光軸０に関し上向きとなる。よって、第５図に示す
ように、角膜１の頂点Ｐと角膜中心０′とを結ぶ直線Ｍ
と光軸０とが合致しているときには、二次元受光素子８
に再結像されたリング像ｉ□、１２は同心上に観察され
、被検眼の角膜１に対し、光軸○が上下左右方向にずれ
ているときは、第６図に示すように一のリング像ｉ工と
他のリング像１２とが、互いに反対方向に動くこととな
る。したがって、この一のリング像１１と他のリング像
ｉ、とが同心上になるように装置本体をアライメントす
ることができる。

ここで、絞り部材１６の実像１７が形成される光軸０上
の位置を原点Ｇとし、原点Ｇから点Ｚまでの距離をＬ□
とする。そして、この原点Ｇから光軸０の方向に距離り
、たけ離れた箇所に基準点Ｙを定める。なお、この基準
点Ｙは、二次元受光素子８上に再結像されたリング像１
１．１２がピンぼけしない程度に決める。そして、この
基準点Ｙからの距離ΔＸを装置本体から被検眼までの適
正作動距離に対するずれ量として定義する。

今、リング像ｉの半径をｈとし、距離Δｘ＝Ｏのときに
、結像光学系２を介して二次元受光素子８に再結像され
るリング像ｉ工ｓｌｆの半径をｙいｙ２とする。また、
距離ΔＸのときに、結像光学系２を介して二次元受光素
子８に再結像されるリング像ｉ４、ｉ、の半径をｙ□　
、ｙ、′とする。

同一観測面では、角倍率は一定だからリング像ｉから出
る光線の傾きのタンジェントと、ｙｌ、ｙエ　−３’２
、ｙ２′とは比例しているから以下の式を得る。

ｈ／（Ｌ１＋Ｌ２）＝に１・ｙｌ　　　　・・・■ｈ／
（Ｌ１＋Ｌ、＋ΔＸ）＝に工・ｙｌ　・・・■ｈ　／　
Ｌｔ　＝Ｋ　ｔ・ｙ２　　　　　　　　・・・■ｈ／Ｄ
、、＋ΔＸ）＝に、・　ｙ２　　　　　・・・■ここで
、Ｌ工、Ｌ７、Ｋｉ、に、は光学系により定まる定数で
あり、これらは半径既知のリングスケールの計測により
正確に決定することができる。

してみると、半径りの既知のリング状のパターンを任意
の位置に置いたときの距離ΔＸは、にいＬＬ、に、、Ｌ
、が決定されているから、二次元受光素子８上でのリン
グ像ｉ工、１２の半径ｙ工’ｉｔ′を検出し、この値か
ら以下の■、■式を解くことにって得られる。

ｈ＝に□（Ｌｘ＋Ｌ２）・ｙ工’＋に□・ｙ１′・ΔＸ
・・・■ｈ＝に、・Ｌ２・’／　ｚ　’　＋　Ｋ　２・
ｙ、　・ΔＸ　　　・・・■ここで、０式と■式よりｈ
を消去すると、距離ΔＸは、 ΔＸ＝（Ｋ、　’・’／ｘ　　Ｋ工′・ｙｔ　’　）／
（Ｋｌ・ｙ、　’　−に、　’・ｙ、′）・・・■ただ
し。

Ｋ□　＝に１（Ｌ□＋Ｌ、）・・・■ に、　　＝に、・Ｌ、　　　・・・■ として求められる。

ここで１式■、■に着目すると、Ｋ１’、Ｋ。

がΔＸ＝Ｏのときの結像倍率を表し、Ｋ４・ΔＸ、Ｋ、
・ΔＸは結像倍率の補正項を意味しているこの０式に示
されるように、二次元受光素子８のリング像ｉ工、１２
の半径ｙ□　、ｙ、′をそれぞれ検出すれば角膜反射に
より形成されるリング状のパターン像の大きさに関係な
くこの像の基準位置からのずれ量ΔＸを算出することが
できる６次に、ΔＸを基に角膜曲率半径Ｒを算出する方
法について述べる。第７図に示すように、リング状の光
源５と第３図、第４図に示す原点Ｇとの光軸Ｏ上の距離
ｇ及びＨは装置で決まる定数で、曲率半径既知の球面で
の反射像を計測することによって正確に決定できる。し
たがって、第７図に示す光源５からリング像ｉが形成さ
れた点までの光軸０上の距離ｄは、 ｄ＝ΔＸ＋Ｌ、＋ｇ　・・・・・・［相］ここで、光源
５から出て角膜１８によって反射された光のうち、光軸
０に平行に進む光線を考えると、曲率半径Ｒの角膜１８
の曲率中心○′と光源５までの光軸Ｏ上の距離党は、三
角形の相似条件よＱ＝ｄ−Ｈ／　　（Ｈ−ｈ）　　・・
・　・・・■なお、上式で、Ｈは光源５と光軸○との距
離、ｈは光軸０と平行に反射された光線と光軸Ｏとの光
軸間距離である。

次に、光源５から出射された光のうち角膜１８で反射後
光軸０に平行に進む光線の角度をφとすると、反射の法
則により、 ｈ＝＝Ｒ−ｓｉｎ（φ／２）−・・■ 一方、Ｑは下記の式のようにも表現できる。

ｎ　＝　（Ｈ−ｈ　）／　ｔａｎφ＋　Ｒ”−ｈ”−＠
ここで、前述したように算出されたΔＸの値から式［相
］、■に従ってＱが求められる。

そうすると、式０１式■はＲとφのＲの２変数による方
程式となり、連立方程式により角膜曲率半径Ｒを算出す
ればよい。

よって、第１図に示すように、二次元受光素子８により
得られた画像データをフレームメモリー１９に蓄積し、
逐次走査して演算処理部２０に呼び出し、公知の楕円式
により近似して２重のリング像ｉいｉ、の長径をｙ□′
、Ｖｚ’として、式■に代入する。そして、これにより
、ΔＸを求めて、この求めたΔＸを弐〇、■の一方に代
入してｈを求め、＠ｌ−■の式に基づき演算を行なえば
、弱虫経線の曲率半径Ｒを求めることができる。

同様にして、２重に得られた楕円の短径も同様の演算を
行なうことによって得られ、強主経線方向の曲率半径も
求めることができる。

さらに、乱視軸角度も楕円式により求めることができる
。

ところで、第１の実施例では、曲率半径が大きく異なる
被検対象物の場合、絞り部材が固定であり、デフォーカ
スによって計測可能な範囲が限られる。

そこで、第８図に示すように、フォーカシング光学系２
１を絞り部材１５とビームスプリッタ１０との間に挿入
すると共に、フォーカシング光学系２２を全反射ミラー
１３とビームスプリッタ１０との間に挿入し、光源の角
膜に対する投影角を変化せるために角膜に対する作動距
離を変更するに伴って、リング像のフォーカシング及び
第２の開口絞りの位置を適切な位置に動かすようにする
。このフォーカシングは、装置の移動量あるいは画像デ
ータからのフィードバックにより行なうことができる。

フォーカシング光学系２２は、絞り部材１６を有し、こ
の絞り部材１６は共役関係を保つように移動させ机 このようにして、フォーカシング光学系２２の各々の所
定位置において、前記装置定数を事前に決定しておけば
１曲率半径の異なる場合にも同一半径の輪帯で計測でき
ることになる。

なお、作動距離を変えなくとも光源５を二重。

三重に配置して、別々に点灯させて計測を行なう構成と
することもできる。

（発明の効果） このように、本発明では、リングパターンからの光束を
無限遠から投影するためのレンズ系を用いずに有限距離
から投影するという簡便な構成を採用しているにもかか
わらず、作動距離調整誤差に影響のない高精度の曲率半
径の測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１は本発明に係るオートケラトメータの結像光学系の
要部を示す図、 第２図は第１図に示すパターン形成板の平面図、第３図
、第４図は第１図に示す結像光学系の模式図、 第５図、第６図は第１図に示す結像光学系によって二次
元受光素子に再結像されたリング像の状態を示す説明図
、 第７図は本発明に係るオートケラトメータを用いての曲
率半径の測定を説明するための原理図、第８図は本発明
に係名オートケラトメータの結像光学系の他の構成を示
す図、 である。 １・・・角膜 ２・・・結像光学系 ７・・・対物レンズ ８・・・二次元受光素子 ９．１０・・・ビームスプリッタ １１・・・迂廻光路 ｌｊ　１６・・絞り部材 Ｒ・・・曲率半径

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズを介さずに被検対象物の球状面に有限
   距離から投影されたリングパターン光の反射に基づく一
   のリング像を前記対物レンズ及び第１の開口絞りを介し
   て受光素子に導くための第１の光路と前記対物レンズと
   前記受光素子との間に、前記リング像とは倍率の異なる
   他のリング像が前記受光素子上に形成されるように、第
   １光路内に光路分岐用光学部材と光路合成用光学部材と
   を設けて前記反射光を迂廻させて第２の開口絞りを介し
   て前記受光素子に導く第２の光路を形成すると共に、前
   記第１の開口絞りと第２の開口絞りの対物レンズに関す
   る各共役位置は互いに異なることを特徴とするオートケ
   ラトメータ。