JPH0314444B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、曲面の曲率半径を測定する装置に関
しさらに詳しくは、人眼の角膜の曲率半径を測定
するオフサルモメータに応用できる曲率測定装置
に関する。

本明細書においては、本発明の原理及び実施例
をオフサルモメータについて説明するが、本発明
はこれに限定されるものでなく、広く光反射性を
有する球面またはトーリツク面面体の曲面の主径
線の曲率半径を測定する場合にも本発明は適用で
きるものである。

人眼角膜自体の屈折力は、眼全体の総屈折力の
略80％、約45Dの屈折力をもち、また、乱視眼に
おいて約75％が角膜乱視すなわち角膜前面が球面
でなくトーリツク面形状をしていることに起因し
ている。また、コンタクトレンズ処方に際して
は、そのベースカーブは、コンタクトレンズを装
用させる眼の角膜前面の曲率半径をもとに処方す
る必要がある。これら観点から、角膜前面の曲率
半径を測定することは、重要な意義がある。この
要求から、人眼角膜前面の曲率半径を測定する装
置として、種々の形式のオフサルモメータが実用
化されている。いずれの型式のオフサルモメータ
も、被検角膜上に１つ、もしくは複数の視標を投
影し、その投影像の大きさあるいはその反射像位
置を、観察望遠鏡の焦点面で観察し、投影像の大
きさの変化量あるいは視標反射像の相対的位置ズ
レ量から、被検角膜の曲率半径及び角膜乱視軸を
測定するものであつた。

オフサルモメータにおいては、特に角膜がトー
リツク面形状の乱視眼角膜の測定に際しては、そ
の第１（強主径線）及び第２主径線（弱主径線）
の曲率半径及び少なくとも一方の主径線方向の角
度の３つの被測定量を測定することが必要であ
り、上述の従来のオフサルモメータはこれら３つ
の測定値をもとめるのに３段階を必要としてい
た。しかしながら、人眼には生理的な眼球振動が
つねにともなつており、測定時間の長時間化は眼
球振動にともなう投影像の振動となり、それゆえ
に測定誤差や、測定中の頻繁なアライメント調整
操作を必要とするという大きな問題点があつた。

この従来の装置の欠点を解決する装置として、
例えば特開昭56−18837号公報、特開昭56−66235
号公報、あるいは米国特許第4159867号明細書に
は、投影像の角膜からの反射像を１次元型あるい
は二次元型のポジシヨンセンサで検出して、その
検出位置から被検眼角膜の曲率半径及び主径線軸
角度を測定する装置が図示されている。

しかしながら、これら装置も、従来の実用され
ているオフサルモメータと同様に、投影視標の角
膜からの反射像を望遠鏡で結像する型式であり、
測定精度を上げるには望遠鏡の焦点距離を大きく
せねばならず、いきおい装置が大型化するという
欠点があつた。また結像型式であるためその合焦
機構を必要としていた。また、装置と被検角膜と
のアライメントもこの合焦望遠鏡を利用してアラ
イメントするためアライメントも不正確であり、
かつ測定時間の短縮化や完全な自動化にはつなが
らなかつた。

非結像光学系を利用して、光学系の屈折特性、
主に眼鏡レンズの球面屈折力や円柱屈折力及びそ
の軸角度を測定する装置が、米国特許第3880525
号明細書に開示されている。この装置は、被検眼
鏡レンズに平行光束を照射し、被検レンズの屈折
特性により偏向された光束を点開口を有するマス
ク手段で選択し、被検レンズの焦点距離より短か
い距離に配置された平面型イメージデイテクター
やTVカメラの撮像面に投影し、上記点開口を通
過した光線の該デイテクター上への投影点の位置
から被検レンズの屈折特性をもとめる構成であつ
た。しかしながら、この米国特許明細書は、屈折
光学系における屈折特性測定を開示するのみであ
り、反射光学系の曲面特性、特にその反射曲面の
曲率半径の測定等については何ら開示も示唆もし
ていない。

そこで、本発明は上述した従来のオフサルモメ
ータの欠点を解決し、非結像光学系を利用して自
動測定が可能な、オフサルモメータやラジアスメ
ータ等に応用できる曲率測定装置を提供せんとす
るものである。

本発明のもう一つの目的は、非結像型光学系を
使用することにより、従来の装置に比較して小型
で、かつ結像望遠鏡等の検者が観察および操作す
る必要のある光学部材を有しない、自動的に曲率
半径を測定出来る曲率測定装置を提供することに
ある。

本発明の更にもう一つの目的は、従来の装置が
視準により行つていた被検曲面と装置光軸とのア
ライメントのための情報を自動的に出力できる操
作性がすぐれそして測定時間を短縮できる自動曲
率測定装置を提供することにある。

すなわち、本発明によるならば、光源と、この
光源からの光を平行光束とするコリメータ手段と
を有する照明光学系と；該照明光学系からの光束
で被検曲面によつて反射された光束を選択する少
なくとも３点からなる点パターンを有するマスク
手段とこのマスク手段で選択された、前記反射光
を検出する検出手段を有する検出光学系と；この
検出手段で検出した前記点パターンに対応した検
出点情報から被検曲面の曲率半径を演算する演算
手段とを有し、前記マスク手段と前記検出手段の
いずれもが前記光源と光学的に互いに異なる非共
役な面に位置されている曲率測定装置が提供され
る。

本発明においては、以上の構成上の特徴により
従来の曲率半径測定装置に比較して、装置が小型
となり、また、測定時間が短くかつ測定精度高く
自動的に被検曲面の曲率半径を測定できる。さら
に、アライメント情報を自動的に出力できるの
で、さらに測定精度が高くすることができる。

これらの本発明の長所は、特にオフサルモメー
タに本発明を応用した場合、眼球振動の影響を受
けず、測定精度が高く、測定時間の短かい小型で
構成の簡単な自動測定が可能なオフサルモメータ
を提供することができる。

以下本発明を角膜の曲率半径を測定するオフサ
ルモメータに適用した測定原理及び実施例を図面
を参照して説明する。

第１図、第２図は本発明の測定原理を説明する
図である。

被検角膜Ｃの頂点O_cから装置光軸O₁にそつて
前方に距離ｌのところに原点O₀を光軸O₁もつX₀
−Y₀直交座標系を想定し、このX₀−Y₀座標面に
３つの点開口I₀（₀X₁，₀Y₁）、J₀（₀X₁，₀Y₁）、K₀
（₀X₃，₀Y₃）を有するマスクＭが配置されている。
マスクＭから光軸O₁にそつて、距離ｄさらに前
方には検出面Ｄが配置されている。この検出面Ｄ
に原点Ｏを光軸O₁と一致させたＸ−Ｙ直交座標
系を想定する。

角膜Ｃは、その光学中心O_cをX₀軸と平行な方
向にE_H、Y₀軸と平行な方向にE_vずらし、そして
最小の曲率半径γ₁の第１主径線（強主径線）が
X₀軸と平行な軸に対して角度θだけ傾けて配置
されているものとする。また、その最大曲率半径
を有する第２主径線（弱主径線）の曲率半径をγ₂
とする。なお第２主径線のX₀軸と平行な軸に対
する角度はθ＋90゜である。

今、被検角膜Ｃの光線I₁，I₂，I₃を含む光軸O₁
に平行な平行光線束が照射されると、この平行光
線束は角膜Ｃで反射されマスクＭに向う。そし
て、光線I₁，I₂，I₃のそれぞれの反射光線I₁′，I₂′，
I₃′が点開口I₀，J₀，K₀で選択通過され、検出面Ｄ
上の位置Ｉ（X₁，Y₁）、Ｊ（X₁，Y₂）、Ｊ（X₃，
Y₃）にそれぞれ到達したとすると、マスクＭの
点開口I₀、J₀、K₀と検出面Ｄの到達点Ｉ、Ｊ、Ｋ
の６点について、以下の係数の式を定義する。

A₁₂＝（₀X₁，X₁）−（₀X₂，X₂） A₁₃＝（₀X₁，X₁）−（₀X₃，X₃） B₁₂＝（₀Y₁，X₁）−（₀Y₂，Y₂） B₁₃＝（₀Y₁，Y₁）−（₀Y₃，Y₃ C₁₂＝₀X₁−₀X₂ C₁₃＝₀X₁−₀X₃ D₁₂＝₀Y₁−₀Y₂ D₁₃＝₀Y₁−₀Y₃ ……(1)式 〔Ｐ、ｑ〕≡P₁₂q₁₃−q₁₂−P₁₃ 〔Ｐ、ｑ〕≡−〔ｑ、Ｐ〕 ……（1′）式 ここで、Ｐ、ｑはそれぞれ上記(1)式のＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄのいずれかをとるものとすると 〔Ｃ、Ｄ〕（ｄ／Ｚ）₂＋｛〔Ａ、Ｄ〕−〔Ｂ、Ｃ〕
｝ （ｄ／Ｚ）＋〔Ａ、Ｂ〕＝０ ……(2)式 が成立する。この二次方程式の２根Z₁、Z₂はそれ
ぞれ、マスクＭから角膜Ｃの第１主径線の焦点
Fγ₁、第２主径線の焦点Fγ₂までの距離を示して
いるから、球面反射光学系の焦点距離は、その
曲率半径Ｒとの間に＝Ｒ／２の定理があるの
で、この２根Z₁、Z₂から角膜Ｃの第１および第２
主径線の曲率半径γ₁，γ₂は、それぞれ γ₁＝２（Z₁−ｌ） γ₂＝２（Z₂−ｌ） ……(3)式 でもとめることができる。

ここで、距離ｌは、公知の作動距離検出手段で
もとめた定数としても、また、リレー光学系を使
つてｌ＝０になるようにマスクＭを設定してもよ
い。

第１主径線γ₁のX₀軸と平行な軸と成す角度θ
は、 θ＝/2tan^-1｛〔Ｂ、Ｄ〕−〔Ａ、Ｃ〕／〔Ａ、Ｄ〕
−〔Ｂ、Ｃ〕｝……(4)式 として得られる。第２主径線γ₂の角度はθ＋90゜
である。

また角膜頂点O_cと装置光軸O₁とのアライメン
ト調整に関しては、点開口I₀、J₀、K₀のそれぞれ
の座標（₀X₁、₀Y₁）、（₀X₂、₀Y₂）、（₀X₃、₀Y₃）につ
いて ₀X₁＋₀X₂＋₀X₃＝０ ₀Y₁＋₀Y₂＋₀Y₃＝０ ……(5)式 が成立するようにマスクＭの点開口の配置を予
め定めておけば、検出面Ｄへの到達点Ｉ、Ｊ、Ｋ
のそれぞれの座標値（X₁、Y₁）、（X₂、Y₂）、
（X₃、Y₃）から をもとめると、α、βはそれぞれ第１図において
角膜Ｃの頂点（光軸O_c）がX₀軸と平行な方向に
E_H、Y₀軸と平行な方向E_vずれて配置されたこと
に起因するズレ量を表現していることになり、こ
れにより、α＝β＝Ｏとなるように光軸O₁をX₀
方向、Y₀方向に動かしてアライメント調整すれ
ばよい。

第３図は、前述の本発明の測定原理にもとづく
実施例をオフサルモメータに応用した例を示す光
学配置図である。

照明光学系１においては、光源２０からの光束
は、赤外透過フイルタ２１及び拡散板２２を通
り、コンデンサレンズ２４によりピンホール７を
通過し、ピンホール７の位置に焦点をもつコリメ
ータレンズ３０により平行光束となつて、被検角
膜Ｃに照明される。

一方、測定光学系２のポジシヨンセンサ９とリ
レーレンズ１０の間には少なくとも３つの点開口
が形成されたマスク３１が配置されている。そし
て、リレーレンズ１００により、マスク３１の光
学的共役像Ｍは被検角膜Ｃの頂点から距離ｌの位
置に、ポジシヨンセンサ９の光学的共役像である
仮想検出面Ｄはマスク３１の光学的共役像Ｍから
距離ｄの位置にそれぞれ作られる。

このマスク３１の点開口としては第４図に示し
た開口板２３のように多数の点開口２３ａ，２３
ｂ，……２３ｊ，２３ｋ，２３ｌ……２３ｔを交
差する直線状に配列すると、測定精度の向につな
がりより好ましいが、本実施例では、説明を簡単
にするために第５図に示すようにX₀軸上に点開
口J₀，N₀を、Y₀軸に点開口I₀、K₀をその原点O₀
を中心に対称に配したマスクを例に説明する。

角膜Ｃに照明された平行光束は、角膜で反射さ
れマスク３１の点開口I₀、J₀、K₀、N₀で選択透
過され、ポジシヨンセンサ９に到達する。このポ
ジシヨンセンサ９の走査による検出点を第５図に
示すようにＩ（X₁、Y₁）、Ｊ（X₂、Y₂）、Ｋ（X₃、
Y₃）、Ｎ（X₄、Y₄）とすれば、マスクの点開口の
座標I₀（₀X₁、₀Y₁）、J₀（₀X₂、₀Y₂）、K₀（₀X₃、₀Y₃）
、
N₀（₀X₄、₀Y₄）とから、上述の第(1)〜(4)式により
被検角膜Ｃの曲率半径γ₁、γ₂及び角度θが演算で
もとめられる。

第６図は以上の検出及び演算処理をするための
検出駆動及び演算処理回路を示すブロツク図であ
る。

マイクロプロセツサ１００のクロツクパルス発
振器１０１からのクロツクパルス２０１の制御の
もとに走査駆動回路１０２は、平面型ポジシヨン
センサ９を走査する。ポジシヨンセンサ９の各受
光単位素子からの出力信号２０１は、Ａ／Ｄ変換
器１０３で予め定めた分解能、例えば８ビツト
（1/256）の分解能でデジタル信号に変換されたの
ち、マイクロプロセツサ１００に入力される。

マイクロプロセツサ１００は、その入力信号か
ら到達点Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｎの座標値を算出し、予め
定められた原点O₀と比較し、（5′）式によりα、
βを計算する。この値をもとにインターフエース
回路１０５を介してCRTデイスプレイ１０６上
にアライメントズレ量α、βを図形表示し、測定
者にズレ方向及びその量を知らせる。または算出
されたα及びβ値から装置本体を公知の電気機械
駆動系１０７で左右上下に駆動し、自動的にアラ
イメント調整してもよい。

アライメント調整完了後、ポジシヨンセンサ９
へのマスク３１の点開口を通過した角膜反射光線
の新たな到達点Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｎ（第５図参照）の
座標情報はポジシヨンセンサ９の走査出力２０２
としてＡ／Ｄ変換器１０３、マイクロプロセツサ
１００を介して、ランダム−アクセスメモリ
RAM等で構成されるメモリ回路１０４のポジシ
ヨンセンサ９の各受光素子に対応したメモリ番地
に順次記憶される。その到達点座標値と、メモリ
回路１０４に予め格納されているマスク３１の点
開口I₀、J₀、K₀、N₀の座標値とに基づいてマイ
クロプロセツサ１００内の演算回路１０９で上記
第(1)〜第(4)式に従つて演算し、その演算結果をイ
ンターフエース回路１０５を介してCRTデイス
プレイ１０６上に被検角膜の曲率半径γ₁、γ₂及び
主径線角度θとして表示する。また必要に応じて
プリンタ回路１１０で打出してもよい。これら一
連の検出演算処理はプログラムメモリ１１１に予
め入れられている処理プログラムによつて実行さ
れる。

以上の実施例において、ポジシヨンセンサ９と
して平面型のポジシヨンセンサを利用したが、そ
のかわりに第７図に示すように、直線状のポジシ
ヨンセンサ３２をマイクロプロセツサ１００によ
り制御される制御回路１１２に接続されたパルス
モータ１１３により回転して角膜Ｃからの反射光
の到達点を検出してもよい。

また、基準原点O₀を予め設計上定めておくか
わりに、例えば第８図に示すように、照明光軸
O₂に垂直な平面内に反射面をつミラー１２を挿
入し、このミラー１２により反射された照明光束
を照明光軸O₂に平行に照明光路と同一光路を逆
進させ、ポジシヨンセンサ９でその反射光を検出
し、この検出点U₀（₀X₁、₀Y₁）、V₀（₀X₂、₀Y₂）、
W₀（₀X₃、₀Y₃）、O₀（₀X₄、₀Y₄）（第５図参照）をも
と原点Ｏを決定してもよい。この方式によれば、
マスク３１の点開口の作成精度やマスク３１の装
置組立時の位置合せ精度をラフにできる利点があ
る。

さらに、上述の測定原理及び実施例の説明にお
いて開口板２３、マスク３１を光を透過する点開
口の例で説明したが、本発明はこれに限定される
ものでなく、開口板やマスクは光を反射する点状
反射面を有するのでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の測定原理を説明す
るための図、第３図は本発明の実施例を示す光学
配置図、第４図はマスク板の別の実施例を示す平
面図、第５図は実施例の点開口と到達点との関係
を示す図、第６図は実施例の検出、演算処理回路
のブロツク図、第７図は実施例における検出手段
の別の実施例を示す図、そして第８図は基準原点
を決定するための一部省略した光学配置図であ
る。 １……照明光源、２………測定光学系、７……
ピンホール、９，３２……ポジシヨンセンサ、１
０……リレーレンズ、１２……反射ミラー、２３
……開口板、３０……集光レンズ、３１…マス
ク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、該光源からの光を平行光束とするコ
   リメータ手段とを有する照明光学系と； 該照明光学系からの光束で被検曲面によつて反
   射された光束を選択する少なくとも３つの点パタ
   ーンを有するマスク手段と、該マスク手段で選択
   された該反射光を検出する検出手段を有する検出
   光学系と； 該検出手段で検出した前記点パターンに対応し
   た検出点情報から前記被検曲面の曲率半径を演算
   する演算手段とを有し、 前記マスク手段と前記検出手段のいずれもが前
   記光源と光学的に互いに異なる非共役な面にそれ
   ぞれ配置されている ことを特徴とする曲率測定装置。 ２ 前記コリメータ手段はその前側焦点位置に前
   記光源からの光束を通すピンホールが配置されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の曲率測定装置。 ３ 前記照明光束は赤外光であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の曲率
   測定装置。 ４ 前記点パターンは開口から成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の曲率測定装置。 ５ 前記検出光学系は、前記マスク手段と前記検
   出手段の両方をそれぞれの前記非共役面に結像す
   るリレー光学手段を有してな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
   記載の曲率測定装置。 ６ 前記検出光学系は前記被検曲面と前記マスク
   手段との間に前記照明光学系の光軸と垂直な反射
   面を有する反射部材を挿入可能に有してなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
   のいずれかに記載の曲率測定装置。 ７ 前記リレー光学手段の光軸と前記照明光学系
   の光軸とを少なくとも一部共通に有したことを特
   徴とする特許請求の範囲第５項または第６項記載
   の曲率測定装置。 ８ 前記検出手段は多数の受光素子を平面状に配
   置した平面型ポジシヨンセンサであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のいず
   れかに記載の曲率測定装置。 ９ 前記検出手段は多数の受光素子を直線状に配
   列してなりかつ前記非共役面上で回転するリニア
   ポジシヨンセンサ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７項のいずれかに記載の
   曲率測定装置。