JPH0368805A - 曲率測定装置 - 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、光ビームを利用して被検体の表面の曲率半径
を被接触で測定するための曲率測定装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来、この種の装置としては第１２図もしくは第１３図
に示すようなものがある。

第１２図に示す装置では、光源５１からの光が、投光レ
ンズ５２により集光されて被検体５３上の集光スポット
５４に照射される。そして、集光スポット５４の像は、
受光レンズ５５を通して位置検出センサ５６上に結像さ
れ、この位置検出センサ５６により結像位置が検出され
て、その結像位置検出結果から演算部５７にて本装置と
被検体５３との距離が演算・測定されることになる。従
って、このような装置により距離測定を実施しながら、
装置本体を被検体５３に沿って一定方向へ移動（走査）
させることで、被検体５３表面の凹凸が測定され、測定
された距離に演算処理を施すことにより曲率が得られる
。

一方、第１３図に示す装置では、前述と同様の光源およ
び投光レンズが３組以上（ここでは３組の場合を示す）
そなえられている。つまり、光源６１ａ、６２ａ、６３
ａと、各光源６１ａ〜６３ａからの光を集光して被検体
５３へ照射する投光レンズ６１ｂ、６２ｂ、６３ｂとが
適当な間隔をあけてそなえられている。そして、被検体
５３上の各集光スポット５４ａ、５４ｂ、５４ｃの像は
、受光レンズ６４ａを通して位置検出センサ６４ｂ上に
結像され、この位置検出センサ６４ｂにより各結像位置
が検出されて、その各結像位置検出結果から距離演算器
６６にて本装置と各集光スポット５４ａ〜５４ｃとの距
離が演算・測定されることになる。このとき、光ｇ　６
１　ａ〜６３ａから時系列的に光を照射して３点の距離
を順次測定すべく、タイミング発生器６７から各光源６
１ａ〜６３ａおよび距離演算器６６へタイミング信号が
出力されるようになっている。従って、このような装置
では、装置本体を移動させることなく３点の距離が測定
され、その測定結果に基づき、曲率演算器６８にて被検
体５３の曲率が演算される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第１２図に示した前者の曲率測定装置で
は、この装置本体を被検体５３に対して走査させるため
の機構が必要で、装置全体が大型なものになるとともに
、曲率測定に時間を要する。

また、被検体５３の表面が鏡面である場合には、位置検
出センサ５６上に集光スポット５４の像が結像せず曲率
測定を行なえなくなる。

また、第１３図に示した後者の曲率測定装置では、３個
以上の光源６１ａ〜６３ａを切り換え動作させる必要が
あるため、電気回路や演算処理が複雑になり高速測定に
は適さない。また、前者の装置と同様に、被検体５３の
表面が鏡面である場合には、位置検出センサ６４ｂ上に
集光スポット５４ａ〜５４ｃの像が結像せず曲率測定を
行なえなくなる。

本発明は、上述のようなｍ題を解決するためになされた
もので、装置の走査駆動や光源の切り換え操作を行なう
ことなく容易に曲率を測定できるようにして、測定の高
速化、構造の簡素化、装置の小型化をはかった曲率測定
装置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］ 上記目的を達成するために、本発明の曲率測定装置は、
被検体表面へ光ビームを照射する光源と、上記被検体表
面により反射された上記光源からの光ビームの反射光を
受ける光電変換体とをそなえ、この光電変検体を、同光
電変換体の端部からの距離に比例した抵抗分布を有する
第１抵抗層もしくは上記上記光電変検体の端部からの距
離に比例した光感度分布を有する第１受光素子と、上記
光電変換体の端部からの距離の２乗に比例した抵抗分布
を有する第２抵抗層もしくは上記上記光電変換体の端部
からの距離の２乗に比例した光感度分布を有する第２受
光素子とにより構成し、上記光電変換体からの出力電流
値に基づき上記反射光の分散を算出しこの分散から上記
被検体表面の曲率を演算する演算手段をそなえたことを
特徴としている。

［作　　　用］ 上述した本発明の曲率測定装置では、被検体表面からの
反射光が光電変換体に入射すると、この光電変換体にお
いて、第１抵抗層もしくは第１受光素子の光電変換によ
り、光電変換体の端部から反射光の入射位置までの距離
の平均値（Ｆ）に応じた信号強度の出力電流値が得られ
るとともに、第２抵抗層もしくは第２受光素子の光電変
換により、光電変換体の端部から反射光の入射位置まで
の距離の２乗平均値（７）に応じた信号強度の出力電流
値が得られる。そして、光電変換体からの２種類の出力
電流値に基づき、演算手段において、統計学上の簡単な
計算式（７Ｔ”）により、反射光の光電変換体乗におけ
る分散（σ２）が算出される。

ここで、反射光の分散は、被検体表面の曲率に応じて変
化するので、演算手段において演算された分散から、被
検体表面の曲率が演算される。

［発明の実施例］ 以下５図面により、本発明の一実施例としての曲率測定
装置について説明すると、第１図（ａ）はその全体構成
図、第１図（ｂ）はその光電変換体としてのＤＩＰセン
サ（Ｄ　：　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ（分散）、工：１ｎｔ
ｅｎｓｉｔｙ　（強度Ｌ　Ｐ　：　ｐｏｓｉｔｉｏｎ（
位置）〕の平面図、第１図（ｃ）は上記ＤＩＰセンサの
側面図、第２図は上記ＤＩＰセンサに入射される光ビー
ムの強度分布の一例を示すグラフ、第３図（ａ）、（ｂ
）はいずれも上記ＤＩＰセンサにより得られる出力電流
値と上記ＤＩＰセンサ上の位置との関係を示すグラフ、
第４図（ａ）、（ｂ）は被検体表面の凹凸状態を判別す
る手段を説明するための図である。

第１図（ａ）において、１は光源、２は光源１から射出
された光を平行光束にするコリメータレンズ、３はコリ
メータレンズ２を通過した光を直径１■の光ビームＬに
するピンホール、４は曲率測定対象である被検体で、こ
の被検体４の表面にピンホール３からの光ビームＬが照
射される。そして、被検体４の表面にて反射された光ビ
ームＬの反射光Ｒは、光電変換体としてのＤＩＰセンサ
５（その詳細な構成は後述する）へ導かれるようになっ
ている。そして、６はＤＩＰセンサ５からの出力電流値
１１ｅ　１２ｊ　１３に基づき反射光Ｒの分散σ２を算
出し被検体４の表面の曲率を演算する演算部（演算手段
）である。

また、本実施例のＤＩＰセンサ５は、第１図（ｂ）、（
ｃ）に示すように、２層５−１．ｉ層５−２およびｎ層
５−３からなるフォトダイオードとして構成され、反射
光Ｒを受けるとその強度に応じ光電変換による所定の電
流を出力するものである。そして、２層５−１は、ｙ＝
（Ｗ／Ｑ）・Ｘなる上次直線と、ｙ＝（ｗ／Ｑ”）・ｘ
２なる放物線とにより３つの光電変換面５ａ、５ｂ、５
ｃに分離絶縁されており、各光電変換面５ａ、５ｂ、５
ｃからそれぞれ電流値ｉ□？　ｘｚ＋　１３が検出され
るようになっている。ここで、光電変換面５ａと５ｂと
が、ＤＩＰセンサ５の左端部からの距１１７１ｘに比例
した抵抗分布を有する第１抵抗層もしくは同距離Ｘに比
例した光感度分布を有する第１受光素子に対応する部分
であり、光電変換面５ｂが、ＤＩＰセンサ５の左端部か
らの距離Ｘの２乗ｘ２に比例した抵抗分布を有する第２
抵抗層もしくは同距離Ｘの２乗ｘ２に比例した光感度分
布を有する第２受光素子に対応する部分である。

なお、第１図（ｂ）において、２層５−１の第１図（ｂ
）中の左下隅を原点として右方向にＸ軸、上方向にｙ軸
をとっている。また、第１図（ｂ）中のｋＷは、それぞ
れＤＩＰセンサ５の外形寸法、つまり長さ１幅を示して
いる。

本発明の一実施例による曲率測定装置は上述のごとく構
成されているので、被検体４の表面の曲率を測定する際
には、光源ｌからの光が、コリメータレンズ２およびピ
ンホール３により光ビームＬとして被検体４の表面に照
射される。そして、被検体４の表面で反射された反射光
は、その表面の曲率に応じて広がりながらＤＩＰセンサ
に入射する。

ＤＩＰセンサ５および演算部６においては、次のように
して、反射光Ｒの強度（光エネルギ）■。

平均位置（入射位置）テ９分散σ２が検出され、さらに
は分散σ２に基づき被検体４表面の曲率が測定される。

今、第２図に示すような１次元ガウス分布形の強度分布
ρ（ｘ）をもった反射光Ｒが、ＤＩＰセンサ５に入射し
たとする。ここで、上記ガウス分布の平均位置をｉ、分
散をσ２．最大強度をＩｍａｘ、総強度（第２図に斜線
で示す部分の面積）をＩｔとする。なお、第１図（ｂ）
のｙ方向には、光強度分布は一定であるとする。

このとき、位置Ｘと、検出電流値１１と１２との和との
間には第３図（ａ）に示すような関係があるとともに、
位置Ｘと検出電流値ｉ□との間には第３図（ｂ）に示す
ような関係がある。そこで、Ｄ工Ｐセンサ５であるフォ
トダイオードの光電変換効率をＫとし、簡単のため、ａ
、＝ｗ／Ｑｙ　ａ２＝Ｗ／氾２とすると、検出電流値ｉ
□９１２＄１３は、ｉ１＝に＠／’ρ（ｘ）・ａ、ｘ２
ｄｘ　　　　　−（１）ｉｚ＝Ｋ”ｆ：ｐ　Ｃｘ）・Ｃ
ａｘｘ　−ａ、ｘ２）ｄｘ　−（２）Ｌ＝に一／’ρ（
ｘ）−ａｔ（Ｑ−ｘ）ｄｘ　　　−（３）となり、これ
らの（１）〜（３）式より、ｉ１＋ｉｚ＋ｉ３＝に一、
／；、’ρ（ｘ）・ａ、・ｌ２ｄｘ＝　Ｋ−ｗ−／’　
ｐ　（ｘ）ｄｘ ＝に−ｗ−Ｉｔ　　　　　・・・（４）ｉｔ＋ｉｚ＝に
一／、’ρ（ｘ）・ａｌｘｄｘ　　　−・・（ｓ）が得
られる。ここで、（４）弐つまりｉ□＋ｉ、＋ｉ。

によって、反射光Ｒの強度Ｉｔに関する量が検出され、
（５）弐つまりｉ１＋ｉ２によって、反射光Ｒの強度に
よって重み付けされた座標Ｘの平均値に関する量が検出
され、（１）弐つまりｉ□によって、反射光Ｒの強度に
よって重み付けされた座標Ｘの２乗平均値が検出される
ことになる。

従って、（４）、（５）式より、 が得られ、この（ｉ１＋Ｌ）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ、）に
よって、ＤＩＰセンサ５の端部と反射光Ｒの位置との距
離Ｘの平均値マに比例する１次出力がとり出される。さ
らに、（４）、（１）式より。

＝□　　　　　　　・・・（７） ２ が得られ、このｌ　ｘ　／　（１１＋　１２　＋　ｌ　
ａ　）によって、ＤＩＰセンサ５の端部と反射光Ｒの位
置との距離Ｘの２乗平均値ｘ２に比例する２次出力がと
り出される。

以上の結果から、本実施例では、（４）式により反射光
Ｒの総強度Ｉｔが、 Ｉｔ＝（１１＋ｉ、＋ｉ３）／（Ｋ−ｗ）　　−ｒａ）
として検出され、（６）式により反射光Ｒの平均位置ｉ
が、 ｉ＝α・（１１＋ｉｚ）／（Ｌ＋ｉｚ＋ｉ、）・・・（
９）として検出され、さらに、　（６）、（７）式に基
づき。

下式（１０）により分散σ２が得られる。

σ”＝ｘ”−ｘ２ ・・・（１０） ＤＩＰセンサ５により検出された電流値１ｉｔ１２９　
ｘ、に基づき、演算部６において、上述した（１０）式
による演算が行なわれ、ＤＩＰセンサ５に入射する反射
光Ｒの分散σ２が算出される。ここで、Ｉ０Ｐセンサ５
により種々の曲率半径を有する被検体表面の分散を測定
したところ、曲率半径と逆相関の分散出力を得ることが
できた。従って、算出された反射光Ｒの分散σ２に基づ
き、被検体４表面の曲率を演算することができる。

なお、被検体４の表面が凹面であるか凸面であるかは、
第４図（ａ）、（ｂ）に示すように、光ビームＬの照射
位置をわずかに移動させることで判断することができる
。例えば、被検体４の表面が凸面である場合には、第４
図（ａ）に示すように１反射光Ｒは光ビームＬの移動方
向と同じになる一方、被検体４の表面が凸面である場合
には、第４図（ｂ）に示すように、反射光Ｒは光ビーム
Ｌの移動方向と逆になるので、演算部６において（９）
式により反射光Ｒの入射平均位置Ｙを求めることで、容
易に被検体４の表面の凹凸状態が判別される。

また、ＤＩＰセンサ５からの出力電流値に基づき、（８
）式により光強度Ｉｔを演算しこの値をモニタしながら
、光ビームＬにて被検体４の表面を走査することにより
、被検体４の表面（鏡面）のくもり部分など反射率が部
分的に低下している部分や表面粗さを検出できる。

このように、本実施例の曲率測定装置によれば、ＤＩＰ
センサ５を用いることで、複雑な信号処理を施すことな
く、反射光Ｒの分散σ２が得られさらにこの分散σ２に
基づき被検体４表面の曲率が測定されることになるので
、反射光ＲがＤＩＰセンサ５上のどの部分に入射しても
曲率を測定でき光軸調整が不要になるとともに、装置の
走査駆動や光源の切り換え操作を行なう必要もなくなり
、極めて容易に且つ短時間で曲率が測定される。

また、装置の構造が簡素化され装置が小型化されるほか
、微小部分の曲率が測定されるとともに、反射光Ｒによ
る像の位置ｉと光強度Ｉｔとを測定することにより、被
検体４表面の反射率や表面粗さも測定できるようになる
。

ところで、上記実施例で使用されるＤＩＰセンサ５は、
第１図（ｂ）、（ｃ）に示すようなフォトダイオードに
よるものとしているが、本発明の曲率測定装置における
光電変換体としては、第１図（ｂ）、（ｃ）に未すＤＩ
Ｐセンサ５以外にも、様々なものを用いることができる
。以下に１本発明の方法を実施するために用いることの
できる光電変検体（Ｄ　Ｉ　Ｐセンサ）の例を項目■〜
■に挙げて説明する。

簗蒐よ叉肛舊 第５図（ａ）、（ｂ）はＤＩＰセンサの第１変形例を示
すもので、第５図（ａ）はその側面図、第５図（ｂ）は
その平面図である。

第１変形例のＤＩＰセンサ５Ａでは、第５図（ａ）、（
ｂ）に示すように、反射光Ｒを受けるＰ型半導体から成
る第１抵抗層１１と、この第Ｉ抵抗層１１に空乏層１３
を介して接続されたＮ型半導体から威る第２抵抗層１２
とがそなえられ、第１抵抗層１１は全面一様な抵抗値（
抵抗線密度ｒｅ）を有するように形成されている。また
、電極１４゜１５が間隔ａをあけそれぞれ第１抵抗層１
１の両端部に取り付けられるとともに、第２抵抗層１２
の両端にも、電極１６．１７がそれぞれ電極１４゜１５
に対向するように取り付けられている。なお、ここでは
、電極１４．１６の位置を原点とし、これらの電極１４
．１６から電極１５．１７へ向かう方向へＸ軸をとる。

さらに、第２抵抗層１２は。

その端部における電極１６の位置からの距離に依存する
抵抗分布を有するように形成されており、ｒ＝（ｒ、／
Ｑ）・ｘ　　　−（１１）なる抵抗線密度ｒをもってい
る。

なお、ＤＩＰセンサ５Ａにおいて光電流が生じた場合、
電極１４，１５，１６．１７を流れる電流値が、それぞ
れｉｌ。＊　１２０１　Ｊ工ｐ　Ｊｚとして検出される
ようになっている。また、第５図（ａ）。

（ｂ）中のＱ、、ｗ、ｈは、それぞれＤＩＰセンサ５Ａ
の外形寸法、つまり長さ２幅、高さを示す。

このようなりＩＰセンサ５Ａでは、第１抵抗層１１に入
射する反射光Ｒの強度工、平均位置Ｘおよび分散σ２は
次のようにして得られる。

今、第２図と同様の強度分布ρ（Ｘ）をもった反射光Ｒ
が、第５図（ａ）に矢印Ａで示すように入射したとする
と、反射光Ｒのうちの［ｘ、ｘ十ｄｘ］間のビーム素は
、光電変換によりｄｉの正孔とｄｊの電子とを生成する
。即ち、 ｄｉ＝Ｋ・ρ（ｘ）ｄｘ＝　−ｄｊ　　　−（１２）こ
こで、Ｋは光電変換効率である。

そして、正孔ｄｉは、第１抵抗層１１に沿って移動し、
電子ｄｊ（＝　−ｄｉ）は、空乏層１３から第２抵抗層
１２へ到達しこの第２抵抗層１２に沿って移動する。第
１抵抗層１１は全面一様な抵抗線密度ｒｏをもっている
ため、正孔ｄｉは、０からＸまでの全抵抗と、Ｘからａ
までの全抵抗とに反比例分配され、各々、ｄｉ工。、　
ｄｉ、。とじて電極１４゜１５から取り出される。従っ
て、 ｄｉ＝ｄｉユ。＋ｄｉ、。　　　　　　　　　・・・（
１３）ｒｏ・立　　　　　　　　　　ａ ｒｏ・Ｑ　　　　　　　　Ｑ となる。

また、電極１４．１５からそれぞれ取り出される電流値
１１゜ｔ　１２゜は、 ｊ２゜＝／ｄｉ工。　　　・・・（１６）ｉ２゜＝／ｄ
ｌｚｏ　　　　　・・・（１７）であり、実際に測定さ
れるのは、これらの電流値ｉ工。？　１４０である＋１
１２゜は、（１７）　、　（１５）　、　（１２）式よ
り、ｉｇｏ＝／ｄｉｚｏ＝（１／　ｎ）”ｆ　ｘｄｘ＝
（Ｋ１０・／’ｘ・ρ（ｘ）ｄｘ　　・−ｏｇ）となり
、反射光Ｒの強度によって重み付けされた座標Ｘの平均
値が、電流値ｉｚｏにより検出されることになる。

しかし、電流値１２゜は反射光Ｒの強度にも依存してい
る。そこで、全電流値（ｉ工。＋１２゜）を（１６）。

（１７）　、　（１４）　、　（１５）　、　（１２）
式を用いて求めると、１１゜＋１２゜＝　Ｉ　（ｄｉｌ
。＋ｄｉ２゜）＝／ｄｉ＝に一／’、ｏ（ｘ）ｄｘ＝Ｋ
Ｉｔ　・−・（１９）となり１反射光Ｒの総強度ｒｔに
関する量が得られ、さらに（１８）　、　（１９）式よ
り、が得られる。結局、１２゜／（１１゜＋１２゜）に
よって、電極１４の位置（光電変検体の端部）と反射光
Ｒの位置との距離Ｘの平均値マに比例する１次出力がと
り出され、（ｉｘ。＋１２゜）によって、反射光Ｒの強
度情報としてＫ・Ｉｔを求めることができる。

次に、第２抵抗層１２は（１１）式に示すような抵抗線
密度ｒをもっているので、電子ｄｊは、ＯからＸまでの
全抵抗Ｒ１（Ｘ）と、Ｘから党までの全抵抗Ｒ，（ｘ）
とに反比例配分され、各々、ｄｊ工ｔｄＪｚとして電極
１６．１７から取り出される。従って、Ｒ１（ｘ）＝　
ｆ：ｒｄｘ　＝　ｒ、＊　ｘ”／　（２ｎ　）　・−（
２１）Ｒ２（Ｘ）　＝　／、’ｒ　ｄ　ｘ ＝ｒ０１１　ＣＱ　”　　ｘ”）／　（２Ｑ　）　　・
・・（２２）となり、全抵抗Ｒについては、 Ｒ＝　／、’ｒｄｘ　＝　１ｌｏｓ　Ｑ　／　２　　−
（２３）となるから、 ｄｊ　＝ｄｊｔ＋ｄｊｚ　　　　　　　　　　　　　・
・・（２４）る電流値ｊ□ｔ　Ｊｚは、 ｊ工＝／ｄｊエ　　　・・・（２７） Ｊｚ＝／ｄＪｚ　　　　・・・（２８）であり、実際に
測定されるのは、これらの電流値ｊ工ｚ　Ｊｚである。

ｊ２は、（２８）　、　（２６）　、　（２２）式より
、ｊｚ＝ｆｄｊｚ＝（１／ｎ”）−／ｘ”ｄｊ＝　　（
Ｋ／ｎ”）・、／；ｘ２・ρ（ｘ）ｄｘ　　・−（２９
）となり、反射光Ｒの強度によって重み付けされた座標
Ｘの２乗平均値が、電流値ｊ２により検出されることに
なる。

しかし、電流値ｊ２は反射光Ｒの強度にも依存している
。そこで、全電流値（ｊｚ＋ｊｚ）を（２７）　、　（
２８）　。

（２５）　、　（２６）　、　（２２）式を用いて求め
ると、ｊ１＋ｊ２＝ｆ（ｄｊ１＋ｄｊ２）＝ｆｄｊ＝−
に−ｆ：ｐ　（ｘ）ｄ：ｘ　＝−に−Ｉｔ　−（３０）
となり、反射光Ｒの強度に関する量が得られ、さらに（
２９）　、　（３０）式より、 となる。

また、電極１６．１７からそれぞれ取り出されが得られ
る。結局、Ｊ　２　／　（Ｊ　ｘ　＋　Ｊ　２　）によ
って、電極１６の位置（光電変換体の端部）と反射光Ｒ
の位置との距離Ｘの２乗平均値ｘ２に比例する２吹出力
ｘ　２　／　Ｑ２をとり出すことができる。

従って、反射光Ｒの分散（拡がり）σ２は（２０）。

（３１）式より、 によって求めることができる。

以上の結果から、このＤＩＰセンサ５Ａを演算部６に接
続することで、検出電流値ｉ工。、１２゜、ｊ工。

ｊ２から、（３２）式に基づいて、反射光Ｒの分散σを
得ることができ、第５図（ａ）、（ｂ）に示すＤＩＰセ
ンサ５Ａによっても上記実施例と同様の作用効果が得ら
れる。

なお、距離に比例した抵抗線密度をもつ第２抵抗層１２
は、不純物のドーピング量の変化によって実現させるこ
とができるほか、距離に反比例した膜厚を第２抵抗層１
２にもたせることによっても実現できる（抵抗線密度ｃ
ｃ　ｌ　／膜厚伽距離）。

圭星主変並舊 第６図はＤＩＰセンサの第２変形例を示す斜視図であり
、第２変形例のＤＩＰセンサ５Ｂでは、第２．６図に示
すように、第１変形例とほぼ同様の構成において、反射
光Ｒを受けるＰ型半導体から成る第１抵抗層１１ａと、
この第１抵抗層１１ａに空乏層１３を介して接続された
Ｎ型半導体から成る第２抵抗層１２ａとがそなえられ、
第２抵抗層１２ａはバイアス電極１８に接続される。ま
た、第１抵抗層１１ａは、複数の帯状（たんざく状）抵
抗層部分１１ｂ、ｌｌｃに分割されている。

そして、帯状抵抗層部分１１ｂ、ｌｌｃは交互に配置さ
れ、奇数番目（所定番目毎）に位置する帯状抵抗層部分
１１ｂは、全面−様な抵抗値を有するように形成される
とともに、偶数番目（上記所定番目毎以外）に位置する
帯状抵抗層部分１　］、　ｃは、Ｘ軸方向に線形増加す
る（１１）式と同様の抵抗線密度ｒを有するように形成
されている。

また、各帯状抵抗層部分１１ｂの両端部には、電極１４
ａ、１５ａが取り付けられるとともに、各帯状抵抗層部
分１１ｃの両端部には、電極１６ａｔ１７ａが取り付け
られており、これらの電極１４ａ、１５ａ、１６ａ、１
７ａから検出される電流値ｉ□。、１２゜ｊ□ｖ　Ｊ２
より、上記の第１変形例（Ｄ　Ｉ　Ｐセンサ５Ａ）と同
様にして、１次出力および２次出力が得られて、反射光
Ｒの分散σ２の検出が行なわれる。従って、このＤＩＰ
Ｉンサ５Ｂを演算部６に接続することで、このＤＩＰＩ
ンサ５Ｂによっても上記実施例と同様の作用効果が得ら
れる。

堡ｍ忽 第７，８図はＤＩＰＩンサの第３変形例を示すもので、
第７図はその側面図、第８図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
第１および第２の遮光マスクの形状を示す平面図である
。

第３変形例のＤＩＰＩンサ５Ｃでは、第７図に示すよう
に、透光性を有する光電変検体としての３組のフォトダ
イオード１９−１〜１９−３がそなえられており、各フ
ォトダイオード１９〜１〜１９−３は、９層１９ａ、ｉ
層１９ｂおよび０層１９ｃから構成され、反射光Ｒを受
けるとその強度に応じ光電変換による所定の電流を出力
するものである。そして、各フォトダイオード１９−１
〜１９−３の上下面には、透明導電膜２０が貼付され、
同透明導電膜２０を介して各フォトダイオード１９−ｌ
〜１９−３からの検出電流値Ｉ。。

１、、Ｉ、が得られるようになっている。さらに、上下
面に透明導電膜２０を貼付された各フォトダイオード１
９−ｌ〜１９−３は、ガラス基板２１上に載置されてい
る。

そして、フォトダイオード１９−２の反射光Ｒ入力側表
面は、透光性を有する絶縁保護膜２３を介して、第８図
（ａ）に示す形状をもつ第Ｉの遮光マスク２２ａによっ
て蔽われるとともに、フォトダイオード１９−３の反射
光Ｒ入力側表面は、透光性を有する絶縁保護膜２３を介
して、第８図（ｂ）に示す形状をもつ第２の遮光マスク
２２ｂによって蔽われている。

つまり、第１の遮光マスク２２ａによる遮光部とフォト
ダイオード１９−２の受光部との境界線は、ｙ＝（ｗ／
ｎ）・Ｘなる１次直線となり、フォトダイオード１９−
２は、遮光マスク２２ａにより１位Ｗｘにおいて同Ｘに
比例した幅（ｗ／Ｊ）・Ｘだけ露出されるようになって
いる。同様に、第２の遮光マスク２２ｂによる遮光部と
フォトダイオード１９−３の受光部との境界線は、ｙ＝
（ｗ／氾２）・ｘ２なる放物線となり、フォトダイオー
ド１９−３は、遮光マスク２２ｂにより、距＄１ｘにお
いて同Ｘの２乗に比例した＠（Ｗ／Ｑ”）・ｘ２だけ露
出されるようになっている。なお、ｘ−ｙ座標系は、第
１図（ｂ）に示すものと同様である。

上述のように遮光マスク２２ａ、２２ｂにより上面を蔽
われたフォトダイオード１９−２．１９−３と、フォト
ダイオード１９−１とは、上から１９−１．１９−２．
１９−３の順で透光性のある接着層２４を介して積み重
ねられている。

このようなりＩＰセンサ５Ｃでは、第２図に示したもの
と同じ強度分布ρ（ｘ）をもった反射光Ｒが、第７図に
矢印Ａで示すように入射した場合、第１図（ｂ）、（ｃ
）に示したＤＩＰＩンサ５と同様にして、反射光Ｒの分
散σ２が得られる。つまり、このＤＩＰＩンサ５Ｃでも
、位Ｈｚと検出電流値Ｌ（＝ｉｎ＋ｉｚ）との間には第
３図（ａ）に示すような関係があるとともに、位ｔａＸ
と検出電流値１、（＝ｉよ）との間には第３図（ｂ）に
示すような関係がある。

従って、受光面が一切蔽われていないフォトダイオード
１９−１により検出される電流値工。は。

１、＝に０・／’ρ（ｘ）ｄｘ＝に、・Ｉｔ　　−（３
３）となり、この電流値■。から反射光Ｒの強度Ｉｔに
関する量が得られる。また、遮光マスク２２ａに蔽われ
たフォトダイオード１９−２により検出される電流値工
、は。

１、＝Ｋｓａ、・ｆｉ′ｘ・ｐ（ｘ）ｄｘ　　　−（３
４）となって、反射光Ｒの強度によって重み付けされた
座！ｓｘの平均値が、電流値工、により検出されること
になる。同様に、遮光マスク２２ｂに蔽われたフォトダ
イオード１９−３により検出される電流値工２は、 Ｉ、＝に、・ａ、・／’ｘ”・ρ（ｘ）ｄｘ　　　−（
３５）となって１反射光Ｒの強度によって重み付けされ
た座標Ｘの２乗平均値が、電流値工２により検出される
ことになる。ここで、Ｋ、、Ｋｉ、に、はそれぞれフォ
トダイオード１９−１〜１９−３の光電変換効率である
。

従って、（３３）　、　（３４）より、Ｉｔ／Ｉｎ＝（
Ｋｔ／Ｋｏ）”ａｘ”Ｘ　　　−（３６）が得られ、こ
のＬ／Ｉ。によって、フォトダイオード１９−２の端部
と反射光Ｒの位置との距１１ｘの平均値ｉに比例する１
次出力がとり出される。

また、（３３）　、　（３５）より、 Ｉｚ／Ｉｏ＝（Ｋｇ／Ｋａ）”ａ２・ｘ２−−−（３７
）が得られ、このＩ、／Ｉｏによって、フォトダイオー
ド１９−３の端部と反射光Ｒの位置、との距ｍｘの２乗
平均値７に比例する２次出力がとり出される。

なお、実際には、反射光Ｒがフォトダイオード１９−１
−１９−３を順次透過するに従い、その光量は徐々に吸
収されて減衰するため、上記（３４）〜（３７）式によ
る演算にあたってはその減衰率を予め求めて考慮する必
要があるが、ここでは、簡単のため反射光Ｒの減衰は生
じないものとして、説明している。

以上の結果から、ＤＩＰＩンサ５Ｃでは、（３３）式に
より反射光Ｒの強度Ｉｔが、（３６）式により反射光Ｒ
の平均位置マが得られ、さらに、（３６）　、　（３７
）式に基づき、下式（３８）により分散σ２が得られる
。

従って、このＤＩＰＩンサ５Ｃを演算部６に接続するこ
とで、このＤＩＰＩンサ５Ｃによっても上記実施例と同
様の作用効果が得られる。

曵藍土変肛斑 第９図（ａ）、（ｂ）はＤＩＰＩンサの第４変形例を示
すもので、第９図（ａ）はその平面図、第９図（ｂ）は
その側面図である。

第４変形例のＤＩＰＩンサ５Ｄでは、第９図（ａ）、（
ｂ）に示すように、光電変換体としてのフォトダイオー
ド２７がガラス基板３０上に載置されてそなえられ、フ
ォトダイオード２７の反射光Ｒ入力側表面は、第８図（
ａ）に示すものと同形状の第１の遮光マスク２８と、第
８図（ｂ）に示すものと同形状の第２の遮光マスク２９
とにより蔽われている。これらの遮光マスク２８．２９
はいずれも液晶シャッタとして構成されている。

つまり、遮光マスク２８．２９がいずれもオフ（開放）
状態である場合には、フォトダイオード２７には光入力
が全く遮光されないまま入射して、フォトダイオード２
７から（３３）式に対応する電流値１゜が検出される。

また、遮光マスク２８が翻動電圧の印加によりオン（閉
鎖）状態となると、（３４）式に対応する電流値■、が
検出され、さらに、遮光マスク２９が開動電圧の印加に
よりオン状態となると、（３５）式に対応する電流値工
２が検出されることになる。これにより、所定のタイミ
ングで、遮光マスク２８．２９両方オフ、遮光マスク２
８のみオン、遮光マスク２９オンの操作を岨動電圧の印
加制御により繰り返し行ない、時間分解して電流値Ｉ　
ａｔ　Ｉ　ｔｔ　Ｉ　２を検出し組み合わせることによ
って、（３３）式により反射光Ｒの強度Ｉｔが、（３６
）式により反射光Ｒの平均値ａＸが、（３８）式により
分散σ２が得られる。

従って、このＤＩＰＩンサ５Ｄを演算部６に接続するこ
とで、このＤＩＰＩンサ５Ｄによっても上記実施例と同
様の作用効果が得られる。

なお、シャッタとして液晶以外に、ＰＬＺＴ（ジルコン
酸チタン酸鉛ランタン）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウ
ム）などの電気光学結晶を用いてもよい。また、第２の
遮光マスク２９の形状を第９図（ｂ）に示すものと同形
状としているが、この第２の遮光マスク２９を、第９図
（ａ）における１次直線と２次曲線とで囲まれた部分だ
けとしてもよく、この場合、（３８）式に対応する電流
値工２を検出する際には、第１の遮光マスク２８および
第２の遮光マスク２９を両方ともオン（閉鎖）状態とす
ればよい。

壷量旦又胆鮭 第１０．１１図はＤＩＰＩンサの第５変形例を示すもの
で、第１０図はその側面図、第１１図（ａ）、（ｂ）は
それぞれ１吹替性ＮＤフィルタおよび２次特性ＮＤフィ
ルタの光透過率の性質を示すグラフである。

第５変形例のＤＩＰセンサ５Ｅでは、第１０図に示すよ
うに、光電変換体として３組のフォトマル３５〜３７が
そなえられ、それぞれ長さαを有している。ここで、フ
ォトマルとは、光電子増倍管のことで、光を受けると電
子をねずみ算的に増加させて光強度に応じた出力を得る
もので、特に微弱光の光電変換に用いられる。

そして、フォトマル３６の反射光Ｒ入力側表面は、１吹
替性ＮＤフィルタ３８により蔽われるとともに、フォト
マル３７の反射光Ｒ入力側表面は、２吹替性ＮＤフィル
タ３９により蔽われている。

ここで、１吹替性ＮＤフィルタ３８は、第１１図（ａ）
に示すように、フォトマル３６の端部からの距離Ｘに比
例した透過率ｂｌ・Ｘを有する一方、２吹替性ＮＤフィ
ルタ３９は、第１１図（ｂ）に示すように、フォトマル
３７の端部からの距離Ｘの２乗に比例した透過率ｂ２・
ｘ２を有している。なお、ＮＤフィルタとは、　Ｎｅｕ
ｔｒａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｆｉｌｔｅｒのことで、波
長（色）によらない、即ち、分光透過率がフラットなも
のである。また、入射してくる反射光Ｒは、ハーフミラ
−４０，４１によりそれぞれフォトマル３５〜３７の受
光面に直交して入射するように分割される。

このＤＩＰセンサ５Ｅでは、Ｘ方向に第２図と同様の光
強度分布ρ（Ｘ）をもつ反射光Ｒが入射すると、フィル
タをもたず反射光Ｒを直接入射されるフォトマル３５に
より得られる出力ｖＩ、は、Ｖ　ａ　＝に−４ｐ　（ｘ
　）ｄ　ｘ ＝に−Ｉｔ　　　　　　　　・・・（３９）となり、こ
の（３９）式により反射光Ｒの総強度Ｉｔに関する量が
得られる。また、１吹替性ＮＤフィルタ３８により蔽わ
れたフォトマル３６により得られる出力ｖｌは、 Ｖ１＝に一σＰ　（ｘ）・ｂ、・ｘｄｘ　　−−−（４
ｏ）となって１反射光Ｒの強度によって重み付けされた
座１１ｘの平均値が、出力Ｖ工により得られることにな
る。同様に、２吹替性ＮＤフィルタ３９により蔽われた
フォトマル３７により得られる出力ｖ２は。

ｖ２＝に−Ｃρ（ｘ）・ｂ２・ｘ２ｄｘ・・・（４１）
となって、反射光Ｒの強度によって重み付けされた座標
Ｘの２乗平均値が、出力ｖ２により得られることになる
。ここで、には光電変換効率である。

従って、（３９）　、　（４０）式より、Ｖ１／Ｖ、＝
　ｂｌ−Ｘ　　　　　　　　−−−（４２）が得られ、
このＶ　ｔ　／　Ｖ　ｏによって、フォトマル３６の端
部と反射光Ｒの位置との距離Ｘの平均値ｉに比例する１
次出力がとり出される。

また、（３９）　、　（４１）式より、Ｖ、／Ｖ、＝　
２　ｂ、・ｘ”　　　　　　　”（４３）が得られ、こ
のＶ　−／　Ｖ　ａによって、フォトマル３７の端部と
反射光Ｒの位置との距離Ｘの２乗平均値ｒに比例する２
次出力がとり出される。ここで、　（４３）式の右辺に
２が乗算されているのは、ハーフミラ−４０，４１によ
って光量が２分割されるからである。

以上の結果から、（３９）式により反射光Ｒの総強度Ｉ
ｔが、（４２）式により反射光Ｒの平均位置ｉが得られ
、　（４２）、（４３）式に基づき、下式（４４）によ
り分散０２が得られる。

従って、このＤＩＰセンサ５Ｅを演算部６に接続するこ
とで、このＤＩＰセンサ５Ｅによっても上記実施例と同
様の作用効果が得られる。

以上、ＤＩＰセンサの変形例について説明したが、第１
図（ａ）に示すＤＩＰセンサ５に代えて、いずれのセン
サ５Ａ〜５Ｅを用いても１本発明の装置を実現すること
ができ、上述の通り上記実施例と同様の効果が得られる
。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明の曲率測定装置によれば、
光電変換体により、その端部からの反射光入射位置に比
例した出力電流値と同人対位置の２乗に比例した出力電
流値とが得られ、これらの出力電流値から光電変換体に
入射する被検体表面からの反射光の分散が暮出され、被
検体表面の曲率が測定されるので、従来のように装置の
走査開動や光源の切り換え操作を行なうことなく、極め
て容易に且つ短時間で曲率が測定されるほか、装置の構
造が簡素化され装置が小型化されるなどの効果が得られ
る。

効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の一実施例としての光軸調整装置を
示すもので、第１図（ａ）はその全体構成図、第１図（
ｂ）はその光電変換体としてのＤＩＰセンサの平面図、
第１図（ｃ）は上記ＤＩＰセンサの側面図、第２図は上
記ＤＩＰセンサに入射される光入力の強度分布の一例を
示すグラフ、第３図（ａ）、（ｂ）はいずれも上記ＤＩ
Ｐセンサにより得られる出力電流値と光電変検体上の位
置との関係を示すグラフ、第４図（ａ）、（ｂ）は被検
体表面の凹凸状態を判別する手段を説明するための図、
第５図（ａ）、（ｂ）はＤＩＰセンサの第１変形例を示
すもので、第５図（ａ）はその側面図、第５図（ｂ）は
その平面図であり、第６図はＤＩＰセンサの第２変形例
を示す斜視図であり、第７，８図はＤＩＰセンサの第３
変形例を示すもので、第７図はその側面図、第８図（ａ
）、（ｂ）はそれぞれ第１および第２の遮光マスクの形
状を示す平面図、第９図（ａ）、（ｂ）はＤＩＰセンサ
の第４変形例を示すもので、第９図（ａ）はその平面図
、第９図（ｂ）はその側面図であり、第１０．１１図は
ＤＩＰセンサの第５変形例を示すもので、第１０図はそ
の側面図、第１１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ１吹替性
ＮＤフィルタおよび２吹替性ＮＤフィルタの光透過率の
性質を示すグラフであり、第１２．１３図はいずれも従
来の曲率測定装置を示す全体構成図である。 図において、１−光源、２−コリメータレンズ。 ３−ピンホール、４−被検体、５，５Ａ〜５　Ｅ　−Ｄ
ＩＰセンサ（光電変換体）、６−演算部（演算手段）、
１１，１ｌａ−第１抵抗層、１　ｌ　ｂ、ｌ　１　ｃ帯
状抵抗層部分、１２，１２ａ−第２抵抗層、１３−空乏
層、１９−１〜１９−３−　フォトダイオード（光電変
換体）、２２　ａ−第１の遮光マスク、２２　ｂ−−一
第２の遮光マスク、２７−フォトダイオード（光電変検
体）、２８−第１の遮光マスク（液晶シャッタ）、２９
−第２の遮光マスク（液晶シャッタ）、３５〜３７−フ
ォトマル（光電変換体）。 ３８−１吹替性ＮＤフィルタ、３９−２吹替性ＮＤフィ
ルタ、Ｌ−光ビーム、Ｒ−反射光。 第１図 （０）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検体表面へ光ビームを照射する光源と、上記被検体表
   面により反射された上記光源からの光ビームの反射光を
   受ける光電変換体とをそなえ、この光電変換体が、同光
   電変換体の端部からの距離に比例した抵抗分布を有する
   第１抵抗層もしくは上記上記光電変換体の端部からの距
   離に比例した光感度分布を有する第１受光素子と、上記
   光電変換体の端部からの距離の２乗に比例した抵抗分布
   を有する第２抵抗層もしくは上記上記光電変換体の端部
   からの距離の２乗に比例した光感度分布を有する第２受
   光素子とにより構成され、上記光電変換体からの出力電
   流値に基づき上記反射光の分散を算出しこの分散から上
   記被検体表面の曲率を演算する演算手段がそなえられた
   ことを特徴とする曲率測定装置。