JPH0314445B2 - - 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、人眼の角膜の主径線の曲率
半径を測定するオフサルモメータやコンタクトレ
ンズの曲率半径を測定するラジアスメータに応用
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曲面体の曲面の主径線
の曲率半径（以下、単に「曲率半径」と言うこと
もある）を測定する装置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％すなわち約45Diopter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曲形状をしている
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主径線の曲率
半径をもとに処方する必要がある。これらの観点
から角膜前面の主径線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
ーが実用化されている。いずれの型式のオフサル
モメーターも、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
リツク曲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段階の測定を必要とし
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２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開示されている。

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ーと同様に、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。さらに、
この装置は点開口を使用して屈折特性を検出する
ため、検出手段には上述の平面型のイメージデイ
テクタやTVカメラを使用せねばならず、装置が
高価になるばかりか、被検レンズや装置光学系あ
るいは検出面にゴミ、ホコリ等が附着すると点開
口を通過すべき光束がゴミ、ホコリ等で遮断され
ると、被検レンズの屈折特性を測定できない場合
も生じるという欠点を有していた。

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、非結像型光学系を利用し
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、自動的に球
面またはトーリツク曲の主径線の曲率半径を測定
出来る曲率測定装置を提供することである。

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である。

本発明の更にもう一つの目的は、マスク手段の
情報量を多くすることにより、従来のオフサルモ
メータはもちろん自動レンズメータより安価な検
出手段が利用でき、しかも装置光学系や検出面に
ゴミやホコリがあつても測定が可能な外乱影響に
強く高精度でしかも安価な自動測定可能な曲率測
定装置を提供することである。

ちなみに、本発明によれば、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；この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ために
実質的な面上で少なくともとも２本の直線を少な
くとも１点で実質的に交差させるよう構成された
直線を成す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反射光を検出する検出手
段とを有する検出光学系と；この検出手段が検出
した前記反射光の前記直線パターンに対応した直
線投影パターンから前記被検曲面の曲率半径を演
算する演算手段とからなり；前記直線パターンと
前記検出手段のいずれもが前記光源と光学的に共
役な互いに異なる面上にそれぞれ配置されている
曲率測定装置が提供される。

なお本発明で「実質的な交点」とは実際に交点
を有する場合と、仮想的な交点を有する場合の両
方を包含する。また「実質的な面上」とは実際に
一平面に検出手段が配置されている場合と、互い
に異なる場所にある検出手段が例えば光学的手段
により、仮想的な一平面にあるがごとくに構成さ
れる場合の両方を包含する。

本発明において、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、測定時間が短かく、外乱影響に対し、強く
かつ測定精度が高く、さらに安価で、しかも自動
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
に測定時間の短縮と測定精度の向上が実現でき
る。

これら本発明の長所は、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
ない測定精度が高く測定時間の短かい小型で、か
つ安価な自動測定を可能化したオフサルモメータ
を提供することができる。

また本発明をコンタクトレンズのベースカーブ
あるいは前面の曲率半径を測定するいわゆるラジ
アスメータに応用すれば、ターゲツト像をコンタ
クトレンズの表面と、その曲率中心に２度合焦
し、そのときの対物レンズの移動量からベース・
カーブ等の曲率半径を測定していた従来のラジア
スメータに比較して、従来のラジアスメータがも
つていたターゲツト像観察及びそれによる測定用
の顕微鏡光学系をを一切必要とせず、ゆえに測定
精度を直接左右する視度調節を一切必要としない
ばかりか、測定者間のパーソナルエラーも発生し
ない自動測定が出来、測定精度の高い、しかも測
定時間の短い新しいタイプのラジアスメータを提
供することができる。

本発明は更に、マスク手段の情報量を多くする
ことが出来、従来のオルサモータはもちろん自動
レンズメータより安価な検出手段が利用でき、し
かも装置光学系や検出面にゴミやホコリがあつて
も測定が可能な外乱影響に強く高精度でしかも安
価な自動測定可能な曲率測定装置を提供すること
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図は、本発明の測定原理を説明するための
斜視図であり、第２図はその平面図である。

これらの図において、装置光軸O₁に原点を有
するX₀−Y₀直交座標系を考える。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ずらして配置されておりかつ曲率
半径γ₁の第１主径線（強主径線）がX₀軸と平行
な軸と角度θ_r1だけ傾けて配置されているものと
する。またその第２主径線（弱主径線）の曲率半
径をγ₂とする。第２主径線の角度はθ＋90゜であ
る。

被検角膜Ｃは、第２図に示すように半径φ／２の 円形光束で照明されており、この照明光束の角膜
Ｃによる反射光は、角膜頂点O_cから距離ｌ隔て
られたマスクＭに形成された直線開口Ａ、Ｂ及び
Ｃで選択透過されて、このマスクＭから距離ｄ隔
てられた検出面Ｄに投影される。この直線開口Ａ
及びＢは１点ｉで互いに交差し、直線開口Ｃは直
線開口Ａと交点ｊで、直線開口Ｂと交点ｋでそれ
ぞれ交差する。直線開口ＡはX₀軸に対し角度θ₁
傾斜しており、また直線開口ＢはX₀軸に対し、
角度θ₂で傾斜しているものとする。また両直線開
口Ａ、Ｂの交差角はθとする。直線開口Ａの長
さ、すなわち交点ｉとｊ間の長さをl_A、直線開口
Ｂの長さ、すなわち交点ｉとｋ間の長ををl_Bとす
る。また直線開口Ａの傾きをtanθ₁＝m_Aとし、直
線開口Ｂの傾きをtanθ₂＝m_Bとする。

また、検出面Ｄでの直線開口Ａ、Ｂ、Ｃに各々
対応した投影直線A′、B′及びＣの検出は、検出
面Ｄに設けられたＸ−Ｙ直交座標系のＸ軸上及び
Ｙ軸でのこれら投影直線の交差点を検出する場合
についてのみ説明するが、検出面Ｄ全体を走査し
て検出してもよいことは言うまでもない。また検
出を面で行なう場合はマスクＭに形成された直線
開口はＡ及びＢの二本だけでよく、上述の交点
ｊ、ｋはこの場合の直線開口Ａ、Ｂの端点とな
る。

さて、Ｘ軸及びＹ軸と投影直線A′、B′及び
C′の交差点xa₁、xa₂、xa₃及びya₁、ya₂、ya₃か
ら直線はその内の任意の２点がきまればそ方程式
を決定できるので、検出点ya₁とxa₃から投影直
線A′の方程式が決定でき、同様に検出点xa₁と
ya₂から投影直線B′の方程式が、検出点xa₂とya₃
から投影直線C′の方程式がそれぞれ決定できる。
投影直線の長さをlA′、投影直線B′の長さをlB′、
または投影直線A′の傾きをtanθ′₁＝m_A′、投影直
線B′の傾きをtan₂′＝m_B′をそれぞれ投影直線の方
程式から求める。これと上述のマスクＭの直線開
口Ａの長さをl_A、その傾きm_A、直線開口Ｂの長
さをl_B、その傾きm_Bとから、 ψ_A・ψ_B（m_A−m_B）（ｄ／Ｚ−＋１）²−〔ψ_A（m_A −m_B′）＋ψ_B（m_A′−m_B）〕（ｄ／Ｚ＋１） ＋（m_A′−m_B′）＝０ ……(1)式 の二次方程式が得られ、但し、ψ_A、ψ_Bは である。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F_r1、
第２主径線の焦点F_r2までの距離を示している。
一般に球面反射光学系の焦点距離とその曲率半
径Ｒとは＝Ｒ／２の関係であるので、この２根
Z₁、Z₂から角膜Ｃの第１及び第２主径線の曲率半
径r₁、r₂は、それぞれ r₁＝２（Z₁−ｌ） r₂＝２（Z₂−ｌ） ……(2)式 でもとめられる。

ここで、距離ｌは、公知の作動距離検出手段で
もとめた定数としもよいし、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r₁の角度θ_r1は、 θ_r1＝tan^-1〔m_A・ψ₄（１＋ｄ／Z₁）−m_A′／ψ_A（
１＋ｄ／Z₁）−１〕……(3) として得られる。

第３図は、上述の測定原理の第２の態様を示す
斜視図である。第３図の態様は、投影直線A′B′、
C′を検出面ＤのＸ−Ｙ面上の二つのＹ軸すなわち
Y₁軸及びY₂軸と交差する位置から検出するもの
である。

第３図に示すように、投影直線は、y₁、y₂、y₃
においてY₁軸と交差し、y₄、y₅、y₆においてY₂
軸と交差する。したがつて、y₂とy₆から直線B′の
方程式が得られ、y₁とy₄から直線A′の方程式が、
また₃とy₅から直線C′の方程式がそれぞれ得られ
る。そしてこれら直線の方程式を基にして、直線
A′、B′のそれぞれの長さl_A′、l_B′及び傾きm_A′、
m_B′を求めることができ、また直線の交点i′、j′、
k′の座標を求めることができる。

第４図は、測定原理の第３の態様を示す検出面
Ｄの部分のみを示す斜視図である。検出面Ｄにお
いて角度γで交差する斜交座標系X′−Y′考えた
場合の例である。この場合、第５図に示すように
投影直線は点X′₁、X′₂、X′₃及びy′₁、y′₂、y′₃で
交差し、点X′₃とy′₂とから直線A′の方程式が、点
X′₁、y′₁とから直線B′の方程式が、点X′₂、y′₃と
から直線C′の方程式がそれぞれ得られる。ここで
検出面上の斜交座標系X′−Y′と直交座標系Ｘ−
Ｙ（またはマスク面上の直交座標系X₀−Y₀との間
に第６図に示すような関係があるとき、斜交座標
系X′−Y′から直交座標系Ｘ−Ｙへの変換は、次
式 ｘ＝X′ sinα＋y′ sinβ＋ξ ｙ＝−X′ cosα＋y′ cosβ＋η ……(4) を使つて変換でき、その後(1)〜(3)式を使つて計算
することにより被検角膜Ｃの形状特性を計算でき
る。

あるいは、第１主径線の曲率半径r₁、第２主径
線の曲率半径r₂及び主径線角度θの算出にあたつ
ては、被検角膜Ｃに照明光束を照射する前に測定
光路中に装置光軸に垂直な反射面に照明光束を照
射し、その反射光束がマスクＭの直線開口Ａ、
Ｂ、Ｃで選択透過されたときの検出面Ｄへの投影
直線A′、B′、C′を斜交X′−Y′座標系で検出し、
長さl_A、l_Bと傾きm_A、m_Bを算出し、この値を初
期値とする。つぎに被検角膜Ｃを測定光路中に配
置し、同様に投影直線A′、B′、C′を検出し、そ
の長さl_A′、l_B′と傾きm_A′、m_B′を算出し、前記
初期値l_A、l_B、m_A、m_Bと今回求めたl_A′、l_B′、
m_A′、m_B′とから被検角膜の形状特性すなわち曲
率半径r₁、r₂、主径線角度θを測定できる。この
ように、本発明は、座標系の取り方に無関係な装
置であり、以下の実施例で述べるごとく、リニア
ポジシヨンセンサをX′−Y′座標系の各軸にあわ
せて配置するとき、この配置位置はマスク上の
X₀−Y₀座標系とまつたく無関係に任意に配置で
きるため、装置製作上及び保守管理上非常にすぐ
れた特徴となる。

また、直線開口Ａ、Ｂ、Ｃは、第７図に示すよ
うにマスクＭ上で実質的な交点でなく、仮想交点
ｉ、、を有すればよい。このことは本発明
が、直線開口Ａ、Ｂ、Ｃの投影直線A′、B′、
C′と、検出面上でのX′−Y′座標系の各軸との交
差点を検出し、この検出点から、投影直線の方程
式をもとめ、この方程式をもとに交差i′、j′、
k′の位置を計算により算出するものであるから、
交点ｉ、ｊ、ｋは現実にパターンとして存在する
必要はないものである。また、直線開口Ａ、Ｂ、
Ｃは、第８図に示すように、マスクＭ上で三角形
を形成する必要もない、直線開口Ａ、Ｂ、Ｃをそ
れぞれ、延長することにより、仮想的に三角形
ｉ、ｊ、ｋを形成すればよい。このような直線開
口Ａ、Ｂ、Ｃも上述の原理と同様に被検角膜Ｃの
形状特性により変化をうけて、検出面Ｄに投影直
線A′、B′、C′を作る。すなわち、第９図に示す
ように、マスクＭ上のX₀−Y₀座標系に仮想三角
形ｉ、ｊ、ｋを作る直線開口Ａ、Ｂ、Ｃは、検出
面Ｄ上のX′−Y′斜交座標系でX′₁、X′₂、X′₃及び
y′₁、y′₂、y′₃として検出され、第５図と同様の原
理で、投影直線A′、B′、C′の方程式がそれぞれ
算出でき、ゆえにこの算出された投影直線A′、
B′、C′の方程式から仮想三角形i′、j′、k′を算出
できる。そして、仮想三角形ｉ、ｊ、ｋと仮想三
角形i′、j′、k′とから長さl_A、l_B、l_A′、l_B′と傾
き
m_A、m_B、m_A′、m_B′を求め第(1)〜第(3)式により
同様に被検角膜の曲率半径r₁、r₂及び軸角度θを
算出できる。

アライメント量α、βの算出は第(5)式と同様に
直線Ａ、Ｂ、Ｃで形づくられる三角形ｉ、ｊ、ｋ
よりあらかじめ ΔX＝X_i＋X_j＋X_k ΔY＝y_i＋y_j＋y_k ……(5) を計算記憶しておき、直線A′、B′、C′よりi′、j′
、
k′を算出し、 ΔX′＝X′_i＋X′_j＋X′_k ΔY′＝y′_i＋y′_j＋y′_k ……(6) を求める事より水平、垂直方向アライメント量
α、βは以下のように求めることができる。

ここに Ａ＝Ｘ cosθ_r1＋Ｙ sinθ_r1 Ｂ＝Ｘ sinθ_r1＋Ｙ cosθ_r1 ……(8) これは第６図のような斜交座標系においては(4)
式の変換を行つて計算すれば、アライメント量
α、βを求める事が可能あることを示すものであ
る。

マスクＭの直線開口に対応する検出面Ｄでの投
影直線の検出点xa₁、xa₂、xa₃、ya₁、ya₂、ya₃、
やy₁、y₂、y₃、y₄、y₅、y₆、あるいはx₁′、x₂′、
x₃′、y₁′、y₂′、y₃′がそれぞれどの直線開口に対応
しているかを判別するためには、直線開口の開口
の幅を違えるとか、或いは１本の直線開口の代り
に２本又は３本の直線開口群を用いるとかの方法
を講じればよい。例えばマスク上の直線開口とし
ては、２組の平行直線開口を互いに直交させた配
置を用いることが望ましい。直線開口の交点の投
影が座標軸上に位置する場合には、各直線開口間
で幅に差を持たせたり、一方の直線開口の代りに
複数本の直線開口群を用いたりしても、その投影
直線の中心位置の算出が困難になることが考えら
れるが、この問題は、マスク上の直線開口におい
て、直線の交差部で一方の直線を切断し、適当な
間隙を設けることにより解決できる。

第１０図は、本発明の第１の実施例を示す光学
配置図である。本実施例は前述の測定原理を利用
したオフサルモメータである。

本実施例は、検出面Ｄ上で検出器の光学的共役
像が斜交するようにイメージローテーターを組合
せて１本のリニア型ポジシヨンセンサを検出器と
して利用しているが、本発明においては、これに
限定されずに、平面型ポジシヨンセンサや交差す
る二本のリニア型ポジシヨンセンサあるいは平行
な２本のポジシヨンセンサを利用しても検出でき
ることは前述の原理説明から明らかである。

照明光学系１の光源として発光波長の互いに異
なる二つの赤外発光ダイオード３０，３１を使用
する。発光ダイオード３０から光はダイクロイツ
クプリズム面３２のダイクロイツク面３２ａを透
過しコンデンサレンズ７に入射する。一方、発光
ダイオード３１からの光はダイクロイツク面３２
ａを反射して、同様にコンデンサレンズ７に入射
する。

コンデンサレンズ７からの射出光は、ピンホー
ル板１０のピンホールを通つて、このピンホール
にその焦点位置をもつコリメータレンズ３３によ
つて平行光束とされたのち、装置光軸O₁上に傾
設された微小ミラー３４によつて反射され、光軸
O₁と平行に被検角膜Ｃに照射される。固視光学
系３は、照明光学系１に傾設されたハーフミラー
２０によつて、その固視標像を被検眼に照明して
いる。

測定光学系２には、第１のリレーレンズ１４の
後方に、マスク板３５が配置されている。マスク
板３５には、太い直線開口２５，２６を平行に形
成し、かつこの平行直線開口２５，２６に直交す
る細い３本の直線開口を１組とした直線開口群２
７と２８をそれぞれ平行に形成してなる。このマ
スク板３５の太い直線開口と細い３本の直線開口
群の交点ｉ、ｌはX₀軸上にあり、交点ｊ、ｋは
Y₀軸上にある。そしてそれら交点は、第１１図
ｂに示すように、直線開口群２７が直線開口２５
で切断された型となつている。また、直線開口２
６と直線開口群２８についても同様である。この
マスク板３５のリレーレンズ１４による共役像は
図中Ｍの位置に結像されている。またマスク板３
５の後方には第２のリレーレンズ群３６が配置さ
れており、その後方にダイクロイツクプリズム３
２と同一の光学特性を有するダイクロイツクミラ
ー３７が傾設されている。このダイクロイツクミ
ラー３７によつて、測定光路は、第１光路１２０
と第12光路１２１とに二分される。第１光路１２
０は、ミラー１２２、ダイクロイツクミラー１２
３、第３リレーレンズ１２４から構成されてい
る。一方、第２光路１２１は、イメージロテータ
１２５、ミラー１２６、ダイクロイツクミラー１
２３、第３リレーレンズ１２４から構成されてい
る。そして、第３リレーレンズ１２４の後方に
は、リニアポジシヨンセンサ３８が構成されてい
る。このリニアポジシヨンセンサ３８は、第１リ
レーレンズ１４、第２リレーレンズ群３６、第３
リレーレンズ１２４により、その光学的共役像を
図中Ｄの位置に作るとともに、第２光路１２１の
イメージロテータ１２５により、その共役検出面
Ｄ上で所定角度γで交差する仮想的な二本のリニ
アセンサとして作用する。

コリメータレンズ３３を射出した発光ダイオー
ド３０又は３１からの平行光束は角膜Ｃで反射さ
れ被検角膜Ｃの曲面特性すなわち第１と第２主径
線の曲率半径γ₁、γ₂と主径線角度θに応じて偏向
されたのち、リレーレンズ１４を通りマスク板３
５の直線開口２５，２６，２７及び２８で選択透
過され、リレーレンズ群３６、第１光路１２０又
は第２光路１２１を通つてリニアセンサ３８に到
達する。このとき投影直線は被検角膜Ｃの曲面特
性に応じて変形を受け、たとえば第１２図のよう
になる。此処で、各投影直線又は投影直線群と座
標軸X′、Y′との交差X₁′、X₂′、X₃、X₄′、y₁′、
y₂′、y₃′、y₄′を求め、上記第(1)〜第(3)式に従つて
所要の演算を施すことにより、被検角膜Ｃの曲面
特性を得ることができる。図示実施例において
は、発光波長の異る２個の発光ダイオード３０，
３１が、交互に点滅させられ、一方の発光ダイオ
ード３０からの光は、照明光学系１から測定光学
系２のダイクロイツクミラー３７を透過して第１
光路１２０を通りリニアセンサ３８を到達し、た
とえばX′軸についての検出を行ない、他方の発
光ダイオード３１からの光は、照明光学系１から
測定光学系２のダイクロイツクミラー３７で反射
されイメージロテータ１２５を有する第２光路１
２１を通つてリニアセンサ３８に到達して、
Y′軸についての検出を行なう。

次に、第１３図を参照すると、発光ダイオード
３０，３１には、これを駆動するためのフリツプ
フロツプ６０が接続され、このフリツプフロツプ
６０は、駆動回路６１からの走査開始パルスによ
り作動させられる。リニアセンサ３８としては、
たとえば1728素子からなるCCDを用い、その出
力は増巾器６２により増巾されてサンプルホール
ド回路６３に与えられる。サンプルホールド回路
６３の出力は比較器６４に与えられ、この比較器
６４において基準設定器６５からの基準値と比較
されて２値化され、出力７０１を生じる。駆動回
路６１は、走査開始パルス７０２及びクロツクパ
ルス７０３を発生し、これらのパルスは、センサ
ー３８に与えられる。第１４図は、それらパルス
を示すもので、ａは走査開始パルス、ｂはクロツ
クパルス、ｃはサンプホホールド回路６３の出力
パルス、ｄは比較器６４の出力７０１をそれぞれ
示す。

このような構成において、センサ３８により走
査を行なう場合、直線開口の各々の投影直線がセ
ンサ３８上のどの位置に到達したかを検出する必
要がある。そのためには、投影直線の幅に相当す
る出力パルスの中心がセンサー３８のどの検知素
子上にあるかを検出すればよく、たとえば、各出
力パルスの立上りと立下りの中央の位置までを、
クロツクパルスにより計数することにより目的が
達成される。このための回路を第１５図に示す。
第１５図において、比較器６４からの出力７０１
は立上り検出器４０ａ及び立下り検出器４０ｂに
与えられ、走査開始パルス７０２及びクロツクパ
ルス７０３は計数器４１に与えられる。計数器４
１はまず走査開始パルス７０２によつてクリアー
されたのちクロツクパルス７０３を計数する。計
数器４１の出力は、ラツチ回路４４に供給されて
おり、ラツチ回路４４は、立上り検出器４０ａの
出力４０１で計数器４１の出力をラツチする。こ
の時のラツチ回路４４の出力は、たとえば第１４
図のパルスL₁の前端のセンサ２８上における位
置を表わす。ゲート回路４２は、出力パルス７０
１が“１”の期間中、あらかじめ走査開始パルス
７０２によりクリアされている計数器４３にクロ
ツクパルスを供給する。ゲート回路４２の出力を
第１６図にｇで示す。したがつて、計数器４３の
出力は、センサ３８上に投影された投影直線幅に
等しい値を示す。計数器４３が２進計数器である
ならゲート回路４２の出力の最下位ビツトを切り
捨てて１ビツト下位ビツト方向にシフトした値と
ラツチ回路４４の出力とを加算器４７にて加算す
ることにより、センサ３８に投影された投影直線
の中心位置が求められる。４６は遅延回路であ
り、立下り検出器４０ｂの出力４０２をΔtだけ
遅延させる。この様子を第１６図にｆとして示
す。遅延回路４６の出力は、カウンタデコーダ４
８に与えられる。このカウンタデコーダ４８は、
加算器４７の出力をシーケンスシヤルにラツチ１
９１，１９２……１９８までラツチさせる為のも
のである。尚、遅延回路４６の出力は、カウンタ
４３のリセツトにも用いられている。

以上の回路により、センサ３８の一走査が終了
するとラツチ１９１にはセンサー上の一番最初に
現われた投影直線の中心の位置が、ラツチ１９２
には、２番目の投影直線の中心位置がそれぞれ保
持される。たとえば、センサ３８が、第１７図の
Y′軸に沿つて走査されると、センサ３８には、
第１４図のｃの様に８本の投影直線に対応する信
号が表われる。従つて、ラツチ回路には、１９１
〜１９８までの８回路が必要である。

第１５図において、４５は、デジタル比較器で
あり、基準値発生器５０の出力と計数器４３の出
力を比較して比較出力をラツチ１９１〜１９８に
供給する。これは、投影直線の内の太い投影直線
によるセンサ上の交差点の位置を表わすデータ
か、細い投影直線によるものかを判別する為のも
のである。従つて、各ラツチの出力は、投影直線
の中心の位置の情報とその線幅の大小の情報を合
せて判定回路５１に送り込まれる。マスクの直線
開口を一本の太い直線開口と３本の細い直線開口
により構成したのは、すでに述べた通り、センサ
３８上に投影される投影直線の判別を容易にする
為である。これを第１８図を用いて詳しく説明す
る。第１８図は、投影直線の交差部を拡大したも
のである。２５は太い投影直線、２７は、２５と
の判別を容易に行なうことのできる程度に細い３
本の投影直線２７−１、２７−２、２７−３から
なる投影直線群である。

今、センサ３８がａ又はｅの位置でパターンを
走査するなら太い投影直線２５の中心をセンサ上
のこの投影直線の位置と判定し、３本の細い投影
直線の内の中央の投影直線２７−２の中心を投影
直線群２７の位置と検出できる。投影直線の走査
がｂの位置で行なわれると、センサ２４には、投
影直線２５、２７−２、２７−３による出力が表
われ、ｃの位置では、投影直線２７−１、２５、
２７−３、ｄの位置では、投影直線２７−１、２
７−２、２５の順に出力される。従つて、センサ
上に細い投影直線が２本しか投影されなかつた時
は、次の判定を行なう事により各直線及び直線群
の中心の位置を検出かつ判定することができる。

常に太い投影直線によるセンサ出力の中央の
位置をセンサ上で検出された投影直線２５の位
置とする。

(2) 細い投影直線による出力が３本分センサ出力
に現われている時は、中間の投影直線の中央の
位置センサ上で検出された投影直線群２７の位
置とする。

(3) 細い投影直線による出力が２本しか出力され
なかつた時は、 (a) 太、細、細の順ならば、最初の細い投影直
線の中央を、 (b) 細、太、細の順ならば、２本の細い直線で
はさまれる中央の位置を、 (c) 細、細、太の順ならば、２番目の細い直線
中央を、 センサ上で検出された投影直線群２７の位置と
する。

以上の判定を第１５図に示す判定回路５１にて
行なう。判定回路５１をランダムロジツクにて構
成する事も可能であるが、好ましい構成例として
は、判定回路を含めてそれ以降のデータ処理をマ
イクロプロセツサによつて行なうのが良い。マイ
クロプロセツサを用いて上記のごとき判定を行な
わせることは、当業者にとつては容易であろう。

以上の説明は、投影直線２５と投影直線群２７
との交差部についてのものであるが、他の交差部
分に於ても同様の方法により判定できることは、
言うまでもない。なお、センサ出力としては、４
つの交差部に対応する出力が一走査にて出力され
るが、センサの中央の位置にて２つの区分に分割
し、各区分についてそれぞれ上記の判定をするこ
とで第１７図に示すy′₁、y′₂、y′₃、y′₄のセンサ上
の位置を検出できる。

以上述べた測定原理に基づくオフサルモメータ
の全体の構成例を第１９図に示す。第１９図にお
いて７００は、第１３図に示した回路及び第１０
図の光学系により構成される。１０００は、第１
５図に示した回路からなり、マスク３５のそれぞ
れの投影直線のセンサ上での位置をマイクロプロ
セツサ５２に入力する。マイクロプロセツサ５２
は、データメモリ部５３、プログラムメモリ部５
４、表示器インターフエース部５５、プリンター
インターフエース部５７、及びマイクロプロセツ
サによる演算結果を出力する出力レジスタ群２９
１〜２９５により構成されるが、これも又、マイ
クロプロセツサを扱う分野に於ては、この様な構
成を達成するのは、容易なことである。

最初のセンサの一走査によりy′₁、y′₂、y′₃、y′₄
の位置が得られると、次の走査で、マスク３５を
照明する発光ダイオードが切り替えられる。発光
ダイオードが切り替ると発光波長が違う為、光学
系による光路が、切り替り、等価的に第１７図に
於てセンサがX′軸に沿つて走査したことになる。
従つてx′₁、x′₂、x′₃、x′₄のセンサ上の位置が求
められることとなる。

このようにして、センサ３８上の投影直線の位
置が求められると、以下の演算処理により被検眼
の角膜の曲面特性が計算される。

（） 投影直線２５，２６、投影直線群２７，
２８の方程式を求め、投影直線群２７の勾配
m′_A、投影直線２６の勾配をm′_Bとする。

（） 投影直線２５，２６に挟まれる投影直線
群２７の長さを求、その長さをl′_Aとする。

（） 投影直線群２７，２８に挟まれる投影直
線２６の長さを求め、その長さをl′_Bとする。

（） アライメント量α、βの計算は、第１７
図ｉ、ｊ、ｋ、ｌのそれぞれの座標を（x′_i、
x′_i）、（x′_j、y′_j）、（x′_k、y′_k）、（x′_l、y
′_l）、とす
るとき、水平方向アライメント量α（Ｘ軸方
向）、及び垂直方向アライメント量β（Ｙ軸方
向）は、(5)、(6)式を４交点の場合に拡張し、 ΔX＝x_i＋x_j＋x_k＋x_l ΔY＝y_i＋y_j＋y_k＋y_l ……(5)′ とし、またその検出面Ｄ上の交点から ΔX′＝x′_i＋x′_j＋x′_k＋x′_l ΔY′＝y′_i＋y′_j＋y′_k＋y′_l ……(6)′ を求め、ここでΔX＝ΔY＝０となるようにマ
スク上の直線パターンをあらかじめ形成するこ
とにより、前記(7)式の分母を「４」として計算
する。

（Ｖ） 前述した方程式に基づく演算処理をマイ
クロプロセツサにより行なつて、所要の曲面特
性を求める。

このようにして得られた結果は、第１主径線曲
率半径r₁、第２主径線曲率半径r₂、主径線角度
θ、及びアライメント量α、βとして第１９図に
示す表示器５６、プリンタ５８、出力レジスタ２
９１〜２９５に出力される。尚、表示器５６に、
２次元表示の可能な装置（例えばCRT−デスプ
レイ装置等）を用いることにより、アライメント
量α、β、及び主径線角度θは、２次元のパター
ンとして表示する事ができる。これを行なうこと
により、被検角膜とオフサルモメータとのアライ
メントを容易に、かつ素早く行なえるという利点
がある。

また、アライメント量出力レジスタを、オフサ
ルモメータ筐体を電気・機械駆動して左右上下に
移動させる移動機構に接続すれば、アライメント
が自動的に出来ることは前述の第１実施例と同様
である。

第２０図は本発明の第２の実施例を示す部分光
学配置図である。第１０図と同一作用をする構成
部分は同一符号を付して説明を省略する。この実
施例は、第１０図でイメージロテータ２１を使つ
て像を回転したかわりに、平行平面ガラス３０１
に光軸３０２に対し角度をもたせて配置し、この
平行平面ガラス３０１を３０１ａの位置と３０１
ｂの位置に変化させることにより、第２１図に示
すように共役検出面Ｄ上でセンサ３８を３８′の
位置へ平行移動させると同様か、あるいは２本の
センサ３８，３８′を平行に配したと同様の効果
をあたえるものである。

センサが３８の位置にあるとき、e₁〜e₄の点を
検出し、３８′の位置にあるときはe′₁〜e′₄の点を
検出し、これから投影直線２５〜２８の方程式が
算出でき、以下第１実施例と同様の演算で被検角
膜Ｃの曲面特性を測定できる。

第２２図は、本発明の第３の実施例を示す光学
配置図であり、照明光学系１と固視光学系３は第
１０図と同様の構成を有するので簡略化して示し
てある。また第１００図と同様の構成要素には同
一の符号を附して説明を省略する。本実施例で
は、マスク３５を二つのマスク３５−１、３５−
２にわけ、マスク３５−１には、第１１図ａの直
線開口２５，２６を、マスク３５−２には直線開
口群２７，２８を形成し、リレーレンズ１４によ
る共役マスク面Ｍ上で仮想的に１つに合成する。
リレーレンズ１４の後方にはダイクロイツクミラ
ー３７が配置され、その後方の光路を第１光路１
２０と第２光路１２１に二分する。第１光路には
前述のマスク３５−１が、第２光路１２１にはマ
スク３５−２がそれぞれ配置される。マスク３５
−１を通過した光束はハーフミラー３０３でさら
に二分割され、その反射光束はリニアポジシヨン
センサ３８に、その透過光束はリニアポジシヨン
センサ３０２に入射する。また同様にマスク３５
−２を通過した光束もハーフミラー３０３で反射
及び透過され、それぞれリニアセンサ３８，３０
２に入射する。ここでリニアセンサ３８と３０２
はリレーレンズ１４により、その共役検出面Ｄ内
で互いに仮想的に交差するように配置されてい
る。発光ダイオード３０の発光により、リニアセ
ンサ３８は第１７図に示すx′₂、x′₃を検出し、リ
ニアセンサ３０２はy′₂、y′₃を検出する。次に発
光ダイオード３１を発光するとリニアセンサ３８
はx′₁とx′₄を検出し、リニアセンサ３０２はy′₂と
y′₃を検出する。以下前述の第１実施例と同様の
手順によつて被検角膜の曲面特性が得られる。

以上説明した第１〜第３実施例が検出器として
固定的に配置された平面型ポジシヨンセンサや１
本ないし複数本のリニアポジシヨンセンサを利用
したが、本発明はこれに限られるものでなく、少
なくとも１本のリニアポジシヨンセンサを測定光
学系１の光軸O₁と垂直な面内で平行移動させた
り、あるいは光軸O₁を中心に回転してもよい。
その一例を第２３図に示す。リニアセンサ３８
は、光軸O₁を回転軸としてマイクロプロセツサ
１００の制御を受けるパルスモータ駆動回路３１
０によつて回転されるパルスモータ３１１により
回転される。このパルスモータ３１１でリニアセ
ンサ３８を連続回転して共役検出面Ｄ上で平面セ
ンサと同一の機能をもたせたり、あるいは所定角
度回転して、交差する２本のリニアセンサと同一
の機能をもたせることができる。

第２４図は、本発明の測定原理をコンタクトレ
ンズのベースカーブあるいは前面のカーブを測定
するラジアスメータに応用した実施例を示す光学
配置図である。上述の第１実施例と同様の構成要
素には同一の符号を附して説明は省略する。

コンタクトレンズCLのベースカーブを測定す
る時は、コンタクトレンズの凸面を下にして、コ
ンタクレンズ保持手段６００の円管状突出部６０
１に保持される。

尚、本実施例においては、測定系２のポシシヤ
ンセンサ３８のリレーレンズ１４による共役検出
面Ｄは、測定しようとするコンタクトレンズの後
面の焦点距離f_CLより内側に位置するように設計
する。

以上説明した測定原理、及び各実施例のマスク
手段には光束を選択的に透過させる直線開口を形
成した例を示したがこのかわりに光束を選択的に
反射する反射型直線パターンを利用しても本発明
と同一の作用、効果が得られることは言うまでも
ない。

また、発光素子又は受光素子を走査駆動しそし
て検出データを演算処理する回路は、前述した回
路に限らず、必要なデータが得られそして前述し
た演算式を処理できるならばどのような回路でも
よく、当業者には様々な回路が設計できるであろ
うことは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定原理を説明するための斜
視図、第２図はその平面図、第３図は、その測定
原理の別の態様を説明するための斜視図、第４図
は検出面での斜交座標系を示す図、第５図は斜交
座標に表われる投影直線の図、第６図は斜交座標
と直交座標の関係を示す図、第７図は、仮想交点
を有するマスクの直線開口の図、第８図は、マス
クの別の直線開口と投影直線の図、第９図は、仮
想交点を有する直線開口と斜交座標上に表われる
その投影直線を示す図、第１１図ａはマスクの直
線開口の例を示す図、第１０図は本発明の第１の
実施例を示す光学配置図、第１１図ｂ図はマスク
の直線開口の交差部を示す図、第１２図は斜交配
置のリニアセンサと投影直線の関係を示す図、第
１３図は第１実施例の検出回路の一部を示すブロ
ツク図、第１４図は検出パルス列を示す図、第１
５図は第１実施例の演算処理回路を示すブロツク
図、第１６図は各出力信号を示す図、第１７図は
第１実施例の投影直線とセンサの走査の関係を示
す図、第１８図は投影直線の交差部の走査を示す
図、第１９図は第１実施例の全体の電気回路を示
すブロツク図、第２０図は本発明の第２の実施例
を示す一部省略した光学配置図、第２１図は第２
の実施例における投影直線とセンサの検出関係を
示す図、第２２図は本発明の第３の実施例を示す
光学配置図、第２３図はリニアポジシヨンセンサ
を回転させる実施例の側面図、そして、第２４図
は本発明の第４の実施例を示す光学配置図であ
る。 １０……ピンホール板、１４，３６，１２４…
…リレーレンズ、３８，３０２……ポジシヨンセ
ンサ、１２５……イメージローテーター、３３…
…コリメーターレンズ、３０１……平行平面ガラ
ス。

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ために実質的な面上で少
   なくとも２本の直線を少なくとも１点で実質的に
   交差させるよう構成された直線を成すパターンを
   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とを有する検出光学
   系と； 該検出手段が検出した前記反射光の前記直線パ
   ターンに対応した投影直線パターンから前記被検
   曲面の曲率半径を演算する演算手段とからなり； 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非共役で、かつ互いに異なる
   実質的な面上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 前記直線パターンは、少なくとも３本の直線
   で少なくとも３点で実質的に交差することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の曲率測定装
   置。 ３ 前記直線パターンは、それを構成する前記直
   線の太さ若しくは本数又は前記反射光の選択率を
   異にしていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の曲率測定装置。 ４ 前記直線パターンは、それぞれ１本の互いに
   平行は直線からなる第１平行直線群と、該第１平
   行直線群に実質的に交差するそれぞれ３本の直線
   を１組とする２組の直線群を平行に形成してなる
   第２平行直線群とから構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の曲
   率半径測定装置。 ５ 前記直線パターンは、前記反射光を選択的に
   透過させるために前記マスク手段に形成された開
   口により構成されてい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 前記直線パターンは、その全ての直線を１枚
   のマスク手段に形成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 前記照射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項ないし第６項のいずれか
   に記載の曲率測定装置。 ８ 前記検出手段は、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、前記非共役面内で実質的に
   交差する少なくとも２本のリニア型ポジシヨンセ
   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半径測定
   装置。 １０ 前記検出手段は、前記非共役面上で実質的
   に平行な少なくとも２本のリニア型ポジシヨンセ
   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。 １１ 前記検出手段は、前記非共役面上で回転す
   る少なくとも１本のリニア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半径測定装置。 １２ 前記検出手段は、少なくとも１本のリニア
   型ポジシヨンセンサであり、前記被検曲面からの
   前記反射光を装置光軸を回転軸として回転する光
   束回転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７項のいずれかに記載の
   曲率半径測定装置。 １３ 前記検出手段は、前記非共役面内で平行移
   動する少なくとも１本の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。 １４ 前記検出手段は、少なくとも１本のリニア
   型ポジシヨンセンサであり、前記反射光を装置光
   軸と垂直な面内で平行移動させる像シフト手段を
   有して成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。 １５ 前記検出光学系は、前記検出手段と前記マ
   スク手段の少なくとも一方を前記非共役面に結像
   させるリレー光学手段を有していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第１４項のいず
   れかに記載の曲率測定装置。 １６ 前記検出光学系は、前記被検出面と前記マ
   スク手段との間に前記照明光軸と垂直な反射面を
   もつ反射部材を挿入可能に配して成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第１５項のい
   ずれかに記載の曲率測定装置。 １７ 前記リレー光学手段の光軸と、前記照明光
   軸とを少なくとも一部共通して構成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１５項又は第１６項記
   載の曲率測定装置。