JPH05329103A - 眼科機械用アライメント装置 - Google Patents
眼科機械用アライメント装置Info
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- JPH05329103A JPH05329103A JP3289037A JP28903791A JPH05329103A JP H05329103 A JPH05329103 A JP H05329103A JP 3289037 A JP3289037 A JP 3289037A JP 28903791 A JP28903791 A JP 28903791A JP H05329103 A JPH05329103 A JP H05329103A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レフラクトメーター、眼底カメラ、オフサル
メーター等の作動距離を正確かつ効率的に演算すること
ができる眼科機械用アライメント装置を提供することで
ある。 【構成】 被検眼角膜に向けて所定パターン像を投影す
る投影系と、被検眼角膜により反射された光束により形
成された角膜反射パターン像を光電的に検出するための
受光部と、前記受光部からの信号に基づき角膜反射パタ
ーン像の形状を示す方程式より角膜反射パターン像の幾
何学的中心を演算し、被検眼に対する装置のアライメン
ト量を算出するための演算部とからなる眼科機械用アラ
イメント装置である。
メーター等の作動距離を正確かつ効率的に演算すること
ができる眼科機械用アライメント装置を提供することで
ある。 【構成】 被検眼角膜に向けて所定パターン像を投影す
る投影系と、被検眼角膜により反射された光束により形
成された角膜反射パターン像を光電的に検出するための
受光部と、前記受光部からの信号に基づき角膜反射パタ
ーン像の形状を示す方程式より角膜反射パターン像の幾
何学的中心を演算し、被検眼に対する装置のアライメン
ト量を算出するための演算部とからなる眼科機械用アラ
イメント装置である。
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、眼科器械、例えばレフラクトメーター、眼底
カメラ、またはオフサルモメーターなどの被検眼光軸と
上記器械光軸との位置合せ(狭義のアライメント合
せ)、もしくは作動距離合せのための眼科器械用アライ
メント装置に関する。以下本明細書では特に断りのない
限り、上記「狭義のアライメント合せ」と「作動距離合
せ」の両者を含め、単に「アライメント」と言う。従
来、この種の装置としては、被検眼の角膜もしくは強膜
等の前眼部に予め定めた角度で光束を照射する発光手段
と、眼科器機が正規の位置にアライメントされていると
き、前記照射光束が被検眼の前眼部で反射されその反射
光が帰環すべき位置に配され、その反射光を受光する受
光手段とから構成され、受光手段が反射光を受光したと
きにアライメント完了の信号を出し検者に知らせる装置
であった。そして従来のアライメント装置においては発
光、受光各手段の配置位置を定める前提として、照射光
を反射する被検眼前眼部の形状をある一定のモデル眼に
求めざるを得ず、通常例えば角膜で反射させる場合は、
角膜の前面の曲率半径を7.5m/mないし7.8m/
mのいずれか一つの値を基準としていた。またアライメ
ント精度を向上させるためには発光手段として、発光ダ
イオード等の微少光源を使用し、さらにこの光源からの
光をリレー光学系によりピンホールに結像し、このピン
ホールを二次光源として使用しこの二次光源を被検眼角
膜上もしくはその近傍に結像レンズで結像させ、また受
光手段にもピンホールを設け、このピンホールを受光素
子の光学的共役位置に配置し、このピンホール上に前記
角膜からの反射光を結像させる結像手段が採用されてい
た。しかしながら、被検者はかならずしも、上記モデル
眼と同一の形状を有する角膜をもつているとは限らない
ばかりか、被検者の眼屈折特性、例えば遠視眼、近視眼
においては角膜の曲率半径はモデル眼の数値からズレる
ことが多く、このことはアライメント検出精度の低下を
まねいていた。さらに大きな欠点としては、従来のアラ
イメント装置は被検眼の乱視要素を一切考慮していない
点にある。一般に人眼にはたとえ自覚もしくは他覚的視
力測定において正視と測定されても平均IDの生理的角
膜乱視が約90%の人にみとめられる。これは角膜の水
平切面の曲率半径より垂直切面の曲率半径が小さいため
である。また被検眼が乱視眼であれば、乱視眼中の約8
0%は角膜性乱視に起因しているため、さらに角膜の各
径線上の曲率半径の差は大きくなる。これら被検眼の乱
視特性による角膜をある一定の球面とみなして設計され
た従来のアライメント装置では、そのアライメント精度
はきわめて低いものとならざるを得なかつた。また従来
のアライメント装置のある種のものには、前述の発光−
受光手段を4組もうけ、その内2組を装置光軸を含む水
平面内に、他の2組を光軸を含む垂直面内に配置し、さ
らにアライメント表示装置に前記各受光素子に対応する
位置関係で4つの表示手段をもうけ、受光手段が反射光
を受光したとき点燈するように構成して、この表示手段
の表示状態によりアライメントの完了及びアライメント
方向すなわち器械を上下左右いずれの方向に移動すれば
よいかを検者に指示する装置があつた。しかしながらこ
のアライメント装置においても、発光−受光手段はあく
まで反射光を受光できたか、否かの信号を出力し得るだ
けであるから、移動量を定量的に出力することは不可能
であった。このことはアライメント操作を検者に実行さ
せざるを得ず、検者は多大のアライメント調整時間を費
やす結果となり、また器機本来の機機、すなわち眼底カ
メラであれば被検眼眼底の撮影、レフラクトメーターで
あれば屈折力測定、オフサルモメーターであれば角膜の
曲率半径測定等を実行している間はアライメント状態を
監視することができず、ややもするとアライメントが不
完全な状態のまま測定してしまうことにもなり、器械の
測定結果に大きな誤差をまねくという欠点があった。特
に被検者が小児の場合は固視がむずかしく、測定とアラ
イメント調整を頻繁にくり返すこととなり、測定時間の
長大化をまねき、被検眼の調節力の介入が測定結果の誤
差を将来するという欠点につながつた。特に近年多くの
眼料器械がその測定を自動化する傾向にあるも、アライ
メントの自動化はいまだ実現されておらず、たとえ測定
自身は自動化されても、いなそれなるがゆえに、アライ
メント不完全な状態で自動測定しても、アライメント不
備を知ることが出来ず、誤つた測定値を正しい測定値と
みなしてしまう欠点があつた。本発明は、係る従来の眼
科用器械におけるアライメント装置の欠点を解決するた
めになされるもので、その第1の目的は非結像光学形式
でアライメント量を定量的に測定できるアライメント装
置を提供することにある。本発明の第2の目的は、継続
的にアライメント量を計測でき、しかもアライメント調
整量を数値化して出力し、その出力をもとに自動的にア
ライメント調整できる自動アライメント装置を提供する
ことにある。本発明の第3の目的は、係るアライメント
装置を比較的安価に提供でき、しかもアライメント量検
出精度の高い、新しい型式のアライメント装置を提供す
ることにある。以上の目的を達成するための本発明に係
るアライメント装置の構成上の特徴は、ある平面内で測
定の基準となる予め定められた形状を成し照明光束を射
出する光源と、光軸上に配置されたピンホールと、前記
ピンホールを通過する前記照明光束の主光線を前記光軸
と平行にし、かつ被検眼前眼部の頂点の接平面近傍に前
記光源の像を結像させるための光学部材とを有する照明
光学系と;前記照明光束の前記前眼部からの反射光を前
記光源と光学的に非共役な面内で光電的に検出する検出
手段と;前記検出手段が検出した前記反射光から前記光
源に対応する光源像を求め、前記光源像の前記光源に対
する形状および位置の変化を求め、その形状および位置
の変化に基いて装置のアライメント量を演算する演算手
段とから構成されてなることにある。以上の構成によ
り、非結像光学形式で、且つ従来のアライメント装置で
は不可能であつた定量的なアライメント量の測定が可能
となり、このアライメント量をもとに自動的にアライメ
ント調整ができ、しかもこのアライメント装置を有する
眼科器械の本来の測定あるいは検査もしくは記録取り等
を実行している間も、つねにアライメント量を測定出
来、この結果をもとに継続的にアライメント調整ができ
る新しいアライメント装置を提供することができる。以
下本発明の原理を図をもとに説明する。第1図は、本発
明に係わるアライメント装置の基本原理を示すための概
略光装置図である。照明光軸O2から予め定められた間
隔を開けて少なくとも3つの点光源P1,P2,P3が
配置されている(第1図ではP1,P2のみを図示す
る)。点光源P1,P2,P3から射出されか光束は、
照明光軸O2上に配置されたピンホールPHを通つて、
反射鏡Mで反射されたのち、前記ピンホールPHの位置
に焦点を有する結像レンズLにより装置光軸O1とその
主光線I1,I2,I3がそれぞれ平行となる照明光束
I1,I2,I3となつて角膜Cに照射される。そして
結像レンズLにより、角膜Cの頂点Ocと接する接平面
Hに点光源P1,P2,P3の光源像が結像されるよう
になつている。また装置光軸O1と垂直な平面内に平面
型検出器Doを配置し、この検出器Doは、前記結像レ
ンズLがリレーレンズとして働き図中Dの位置にその光
学的共役像が形成されている。共役検出面Dは、前記ピ
ンホールPHとは光学的に非共役な関係にある。ここで
検出面Dは、角膜Cから光軸O1方向に1、また結像レ
ンズLの前面から距離d離れて位置している。また本測
定原理において点光源P1,P2,P3の像を接平面H
上に結像させる利点は以下のようである。すなわち、一
般に、平行光束が被検眼に光束を入射されると、その光
源像は、被検眼が正視の場合にその焦点位置である網膜
の黄斑中心窩上に結像されるため強い照明光束を入射さ
せると被検眼に眩しさや、はなはだしい時には、損傷を
あたえる可能性がある。これをさけるために接平面上に
光源像を結像させ、それにより第2図に示すように接平
面H通過後の光束iは拡散光束として角膜に入射し、角
膜Cの焦点Fcに向う。そして眼内に入射するに従つて
拡散され、周辺網膜に拡散光として照射されるため、網
膜等の損傷や眩しさを防止することができる。また照明
光束iの主光線Iは、つねに光軸O1と平行であるから
角膜Cへ到達する主光線も平行であり、その角膜での
反射光は角膜焦点Fcから射出したごとき反射光束とな
るため、測定原理上極めて便利となる。第3図は本発明
の第1の測定原理を説明するための斜視図であり、共役
検出面D以降の光学系については図示を省略してある。
また以後の説明において照明光束i1,i2,i3はす
べてその主光線I1,I2,I3を使つて説明する。第
3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。。このX0−Y0座標系を含む面
に、その頂点を接するように角膜Cが配置されているも
のとする。この角膜Cは、その光学中心(角膜頂点)O
cをX0軸方向にEH、Y0軸方向にEvずらして配置
されており、かつ、曲率半径r1の第1主径線r1がX
0軸に対し角度θだけ傾けられて配置されているものと
する。またその第2主径線r2の曲率半径をr2とす
る。今このX0−Y0座標面から装置光軸O1にそつて
距離I離れた位置に、その装置光軸O1に原点Oをもつ
X−Y直交座標系を想定し、このX−Y座標面に検出面
Dを配置したとする。今、この角膜Cに前述したように
光軸O1と平行な3本の光線I1,I2,I3を照射す
るとこれら光線は角膜Cにより反射され、その反射光線
I1,I2´,I3´は共役検出面Dに到達する。光線
I1,I2,I3のX0−Y0座標面に入射する入射点
をそれぞれU0(0X1,0Y1)、V0(0X2,0
Y2)、W0(0X3,0Y3)とし、また反射光線I
1´,I2´,I3´の検出面Dへの到達点のX−Y座
標上の位置をそれぞれU(X1,Y1)、V(X2,Y
2)、W(X3,Y3)とし、これら6点について以下
の係数の式を定義する。
カメラ、またはオフサルモメーターなどの被検眼光軸と
上記器械光軸との位置合せ(狭義のアライメント合
せ)、もしくは作動距離合せのための眼科器械用アライ
メント装置に関する。以下本明細書では特に断りのない
限り、上記「狭義のアライメント合せ」と「作動距離合
せ」の両者を含め、単に「アライメント」と言う。従
来、この種の装置としては、被検眼の角膜もしくは強膜
等の前眼部に予め定めた角度で光束を照射する発光手段
と、眼科器機が正規の位置にアライメントされていると
き、前記照射光束が被検眼の前眼部で反射されその反射
光が帰環すべき位置に配され、その反射光を受光する受
光手段とから構成され、受光手段が反射光を受光したと
きにアライメント完了の信号を出し検者に知らせる装置
であった。そして従来のアライメント装置においては発
光、受光各手段の配置位置を定める前提として、照射光
を反射する被検眼前眼部の形状をある一定のモデル眼に
求めざるを得ず、通常例えば角膜で反射させる場合は、
角膜の前面の曲率半径を7.5m/mないし7.8m/
mのいずれか一つの値を基準としていた。またアライメ
ント精度を向上させるためには発光手段として、発光ダ
イオード等の微少光源を使用し、さらにこの光源からの
光をリレー光学系によりピンホールに結像し、このピン
ホールを二次光源として使用しこの二次光源を被検眼角
膜上もしくはその近傍に結像レンズで結像させ、また受
光手段にもピンホールを設け、このピンホールを受光素
子の光学的共役位置に配置し、このピンホール上に前記
角膜からの反射光を結像させる結像手段が採用されてい
た。しかしながら、被検者はかならずしも、上記モデル
眼と同一の形状を有する角膜をもつているとは限らない
ばかりか、被検者の眼屈折特性、例えば遠視眼、近視眼
においては角膜の曲率半径はモデル眼の数値からズレる
ことが多く、このことはアライメント検出精度の低下を
まねいていた。さらに大きな欠点としては、従来のアラ
イメント装置は被検眼の乱視要素を一切考慮していない
点にある。一般に人眼にはたとえ自覚もしくは他覚的視
力測定において正視と測定されても平均IDの生理的角
膜乱視が約90%の人にみとめられる。これは角膜の水
平切面の曲率半径より垂直切面の曲率半径が小さいため
である。また被検眼が乱視眼であれば、乱視眼中の約8
0%は角膜性乱視に起因しているため、さらに角膜の各
径線上の曲率半径の差は大きくなる。これら被検眼の乱
視特性による角膜をある一定の球面とみなして設計され
た従来のアライメント装置では、そのアライメント精度
はきわめて低いものとならざるを得なかつた。また従来
のアライメント装置のある種のものには、前述の発光−
受光手段を4組もうけ、その内2組を装置光軸を含む水
平面内に、他の2組を光軸を含む垂直面内に配置し、さ
らにアライメント表示装置に前記各受光素子に対応する
位置関係で4つの表示手段をもうけ、受光手段が反射光
を受光したとき点燈するように構成して、この表示手段
の表示状態によりアライメントの完了及びアライメント
方向すなわち器械を上下左右いずれの方向に移動すれば
よいかを検者に指示する装置があつた。しかしながらこ
のアライメント装置においても、発光−受光手段はあく
まで反射光を受光できたか、否かの信号を出力し得るだ
けであるから、移動量を定量的に出力することは不可能
であった。このことはアライメント操作を検者に実行さ
せざるを得ず、検者は多大のアライメント調整時間を費
やす結果となり、また器機本来の機機、すなわち眼底カ
メラであれば被検眼眼底の撮影、レフラクトメーターで
あれば屈折力測定、オフサルモメーターであれば角膜の
曲率半径測定等を実行している間はアライメント状態を
監視することができず、ややもするとアライメントが不
完全な状態のまま測定してしまうことにもなり、器械の
測定結果に大きな誤差をまねくという欠点があった。特
に被検者が小児の場合は固視がむずかしく、測定とアラ
イメント調整を頻繁にくり返すこととなり、測定時間の
長大化をまねき、被検眼の調節力の介入が測定結果の誤
差を将来するという欠点につながつた。特に近年多くの
眼料器械がその測定を自動化する傾向にあるも、アライ
メントの自動化はいまだ実現されておらず、たとえ測定
自身は自動化されても、いなそれなるがゆえに、アライ
メント不完全な状態で自動測定しても、アライメント不
備を知ることが出来ず、誤つた測定値を正しい測定値と
みなしてしまう欠点があつた。本発明は、係る従来の眼
科用器械におけるアライメント装置の欠点を解決するた
めになされるもので、その第1の目的は非結像光学形式
でアライメント量を定量的に測定できるアライメント装
置を提供することにある。本発明の第2の目的は、継続
的にアライメント量を計測でき、しかもアライメント調
整量を数値化して出力し、その出力をもとに自動的にア
ライメント調整できる自動アライメント装置を提供する
ことにある。本発明の第3の目的は、係るアライメント
装置を比較的安価に提供でき、しかもアライメント量検
出精度の高い、新しい型式のアライメント装置を提供す
ることにある。以上の目的を達成するための本発明に係
るアライメント装置の構成上の特徴は、ある平面内で測
定の基準となる予め定められた形状を成し照明光束を射
出する光源と、光軸上に配置されたピンホールと、前記
ピンホールを通過する前記照明光束の主光線を前記光軸
と平行にし、かつ被検眼前眼部の頂点の接平面近傍に前
記光源の像を結像させるための光学部材とを有する照明
光学系と;前記照明光束の前記前眼部からの反射光を前
記光源と光学的に非共役な面内で光電的に検出する検出
手段と;前記検出手段が検出した前記反射光から前記光
源に対応する光源像を求め、前記光源像の前記光源に対
する形状および位置の変化を求め、その形状および位置
の変化に基いて装置のアライメント量を演算する演算手
段とから構成されてなることにある。以上の構成によ
り、非結像光学形式で、且つ従来のアライメント装置で
は不可能であつた定量的なアライメント量の測定が可能
となり、このアライメント量をもとに自動的にアライメ
ント調整ができ、しかもこのアライメント装置を有する
眼科器械の本来の測定あるいは検査もしくは記録取り等
を実行している間も、つねにアライメント量を測定出
来、この結果をもとに継続的にアライメント調整ができ
る新しいアライメント装置を提供することができる。以
下本発明の原理を図をもとに説明する。第1図は、本発
明に係わるアライメント装置の基本原理を示すための概
略光装置図である。照明光軸O2から予め定められた間
隔を開けて少なくとも3つの点光源P1,P2,P3が
配置されている(第1図ではP1,P2のみを図示す
る)。点光源P1,P2,P3から射出されか光束は、
照明光軸O2上に配置されたピンホールPHを通つて、
反射鏡Mで反射されたのち、前記ピンホールPHの位置
に焦点を有する結像レンズLにより装置光軸O1とその
主光線I1,I2,I3がそれぞれ平行となる照明光束
I1,I2,I3となつて角膜Cに照射される。そして
結像レンズLにより、角膜Cの頂点Ocと接する接平面
Hに点光源P1,P2,P3の光源像が結像されるよう
になつている。また装置光軸O1と垂直な平面内に平面
型検出器Doを配置し、この検出器Doは、前記結像レ
ンズLがリレーレンズとして働き図中Dの位置にその光
学的共役像が形成されている。共役検出面Dは、前記ピ
ンホールPHとは光学的に非共役な関係にある。ここで
検出面Dは、角膜Cから光軸O1方向に1、また結像レ
ンズLの前面から距離d離れて位置している。また本測
定原理において点光源P1,P2,P3の像を接平面H
上に結像させる利点は以下のようである。すなわち、一
般に、平行光束が被検眼に光束を入射されると、その光
源像は、被検眼が正視の場合にその焦点位置である網膜
の黄斑中心窩上に結像されるため強い照明光束を入射さ
せると被検眼に眩しさや、はなはだしい時には、損傷を
あたえる可能性がある。これをさけるために接平面上に
光源像を結像させ、それにより第2図に示すように接平
面H通過後の光束iは拡散光束として角膜に入射し、角
膜Cの焦点Fcに向う。そして眼内に入射するに従つて
拡散され、周辺網膜に拡散光として照射されるため、網
膜等の損傷や眩しさを防止することができる。また照明
光束iの主光線Iは、つねに光軸O1と平行であるから
角膜Cへ到達する主光線も平行であり、その角膜での
反射光は角膜焦点Fcから射出したごとき反射光束とな
るため、測定原理上極めて便利となる。第3図は本発明
の第1の測定原理を説明するための斜視図であり、共役
検出面D以降の光学系については図示を省略してある。
また以後の説明において照明光束i1,i2,i3はす
べてその主光線I1,I2,I3を使つて説明する。第
3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。。このX0−Y0座標系を含む面
に、その頂点を接するように角膜Cが配置されているも
のとする。この角膜Cは、その光学中心(角膜頂点)O
cをX0軸方向にEH、Y0軸方向にEvずらして配置
されており、かつ、曲率半径r1の第1主径線r1がX
0軸に対し角度θだけ傾けられて配置されているものと
する。またその第2主径線r2の曲率半径をr2とす
る。今このX0−Y0座標面から装置光軸O1にそつて
距離I離れた位置に、その装置光軸O1に原点Oをもつ
X−Y直交座標系を想定し、このX−Y座標面に検出面
Dを配置したとする。今、この角膜Cに前述したように
光軸O1と平行な3本の光線I1,I2,I3を照射す
るとこれら光線は角膜Cにより反射され、その反射光線
I1,I2´,I3´は共役検出面Dに到達する。光線
I1,I2,I3のX0−Y0座標面に入射する入射点
をそれぞれU0(0X1,0Y1)、V0(0X2,0
Y2)、W0(0X3,0Y3)とし、また反射光線I
1´,I2´,I3´の検出面Dへの到達点のX−Y座
標上の位置をそれぞれU(X1,Y1)、V(X2,Y
2)、W(X3,Y3)とし、これら6点について以下
の係数の式を定義する。
以上の定義のもとに角膜への入射点と検出面への投影点
の間には の方程式であらわされる。ここに1は、前述の通り角膜
の頂点と検出面Dとの間の距離であり、rは角膜の曲率
半径である。ここで、上記係数のカツコ式を以下のもの
で定義する。
の間には の方程式であらわされる。ここに1は、前述の通り角膜
の頂点と検出面Dとの間の距離であり、rは角膜の曲率
半径である。ここで、上記係数のカツコ式を以下のもの
で定義する。
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(2)式は として表わされる。ここで上記の二次方程式の根を ここでi=1, 2とする。また、検出面Dを第1図に
示すように角膜頂点 から距離I´の位置にその共役検出面を移動させ、検出
面D´への反射光線I1´,I2´,I3´の到達点U
´(X1´,Y1´,)、V´(X2´,Y2´)、W
´(X3´,Y3´)について考えると、X0−Y0座
標面への光線I1,I2,I3の入射点U0(0X1,
0Y1)、V0(0X2,0Y2)、W0(0X3,0
Y3)との間にやはり上述の第(3)式と同様に が成立し、その根を とする。こうして、上記(4),(4)´式の根λi
1,λi´より これより として1をもとめることができる。また第1図から分か
るように 1−1´=d´−d であり、かつd,d´は設計上予め定めることのできる
既知の距離であるから、第(5)式は と書くことができる。また第1図から作動距離すなわち
レンズLと角膜C間の距離WDは、WD=1+dである
から結局作動距離WDは として求めることが出来る。この求められた作動 距離
wdと眼科装置の固有の正規の作動距離とを比較すれ
ば、装置が正規の作動距離位置に位置しているか否かが
判定できるし、作動距離wdと正規の作動距離との差を
計算すれば眼科装置を光軸方向にどれ程移動させればよ
いか求めることができる。次に、角膜頂点Ocが光軸O
1と水平方向にEM、垂直方向にEVずれていることに
起因する狭義のアライメントのための水平方向アライメ
ント量α、垂直方向アライメント量βを求めるために点
光源p1,P2,P3の配置を 0x1+0x2+0x3=0 0y1+0y2+0y3=0} ……(7) を満たすよう例えば点光源P1,P2,P3が作る正 ……(3)′式 三角形の重心が光軸O1と一致するように予め設計する
か、もしくは角膜Cの前方に光軸O1と垂直な反射鏡を
配置し、このときの検出面Dでの検出点をもとに前記
(7)式を満たすようなX0−Y0座標系及びX−Y座
標系を作定し、これを初期条件としてもよい。こうする
ことにより、角膜Cに光線I1,I2,I3を入射させ
たときの検出面Dでの検出点U(X1,Y1)、V(X
2,Y2)、W(X3,Y3)より、アライメント量
α,βはそれぞれ としてもとめることができる。もし点光源Pをn個にす
ればα,βはそれぞれ以下のように拡張できる。すなわ
ち となる。第4図は、本発明の第2の測定原理を説明する
ための斜視図である。前述の第1の測定原理と同ーの構
成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。本測定
原理は、球面あるいはトーリツク面形状の反射面に直線
状光源からの平面光束を入射させても、その反射光束は
やはり平面光束であり、ただ曲面特性により、その平面
光束の長さと傾き角のみが変化するという原理にもとず
いている。今、第4図に示すように直線状光源A,Bを
想定する。この直線状光源A及びBは、1点Uで互いに
交差し、それぞれの端点をV,Wとする。直線状光源A
は、X0軸と平行な直線Xpに対し角度θ1傾斜してお
り、また直線状光源Bは直線Xpに対し角度θ2で傾斜
しているものとする。また両直線光源A,Bの交差角は
θとする。この直線光源A,Bからの光が、その主光軸
を装置光軸O1に対し平行になるようにX0−Y0座標
面に投影結像されたとすると、光源A,Bからの主光線
は角膜Cで反射され前記直線状光源A,Bと光学的に非
共役な検出面Dに到達する。この検出面D上の前記直線
状光源Aの角膜Cでの反射による投影直線をA´、前記
直線状光源Bの角膜Cでの反射による投影直線をB´と
すると、角膜Cの前面のトーリツク面形状の形状特性、
すなわちそれぞれの主径線の方向及び曲率半径によつて
投影直線A´とB´の交点はU´に、投影直線A´の端
点はV´に、その傾きはX軸とθ1′の角度に変化し、
また投影直線B´の端点はW´、そのX軸との傾きはθ
2´に変化する。そしてまた、直線状光源Aの長さ、す
なわち交点Uと端点Vとの間の長さ0lAは交点U´と
端点V´の間の長さ0lA´に変化しており、同様に直
線状光源Bの長さ、すなわち交点Uと端点Wとの間の長
さ0l5は、交点U´と端点W′の間の長さ0lB´に
変化している。そこでtanθ1=0mA、tanθ2
=0mB´tanθ1´=0mA´、tanθ2´=0
mB´とすると、 とする。ここで前述の第1測定原理と同様に共役検出面
DをD´に移動し、角膜Cから1´の距離に配置する。
この場合の直線状光源A及びBのこの移動後の検出面D
´上への投影像についても上記第(9)式と同様の二次
方程式 として求めることができる。以上の測定原理は、直線状
光源A,Bの角膜Cでの反射による投影直線A´,B´
の検出に検出面DおよびD´を使つたが、次にX−Y座
標系の両座標軸X軸及びY軸上だけでこれら投影直線A
´B′を決定する方法を考える。そのためには、第5図
に示すように直線状光源A,Bの相方に交差する今一つ
の直線状光源Cを想定し、その交点をそれぞれV,Wと
する。この三つの直線状光源A,B,CのX−Y座標系
への角膜Cの反射による投影直線をそれぞれA´B´及
びC´とする。そしてX軸及びY軸とこれね投影直線A
´,B´及びC´の交点を検出する。X軸上の検出点
を、それぞれxa1,xa2及びxa3とし、Y軸上の
検出点をそれぞれya1,ya2及びya3とすると、
直線はその内の任意の2点がきまればその方程式を決定
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。これら投影直
線A´,B´及びC′のそれぞれの方程式からこれら3
直線A´,B´及びC´の交点U´とV′及びW´の座
標が算出でき、これよりU′とV´間の長さ01´A
´,U´とW´間の長さ01´B´が求められ、また上
記投影直線A´の方程式よりその傾きtanθ1´=0
mA´を、投影直線B´の方程式よりその傾きtanθ
2´,=0mB´をそれぞれ算出でき、これより上述の
第(9)式から第(12)式を使つて作動距離WDを求
めることができる。また装置光軸O1と被検角膜Cの頂
点Ocとの狭義のアライメントは、直線状光源A,B及
びCの交点U,V及びWの座標をそれぞれU(0X1,
0Y1)、V(0X2,0Y2)及びW(0X3,0Y
3) とするとき、前記第1の測定原理と同様の考え方
から、第(7)式、第(8)式を使つてアライメント量
α,βを算出することができる。また、前述の第
(9),(9)´を解いて、その根φi,φi´をもと
めることが演算処理装置の能力上困難であれば、投影直
線A´,B´,C´のそれぞれの方程式を求め、これら
三つの方程式をもとに、三交点U´,V´,W′の座標
を演算し、以下前述の第1の測定原理で述べた第(1)
式から第(4)´を適用して、第(3)式、第(3)´
のそれぞれの2根λi、λi´から、第(6)式により
作動距離WDをもとめ、また三交点U´、V´、W´の
座標値から第(7)式、第(8)式を適用してアライメ
ント量α,βを算出してもよい。以上説明したように、
第5図の方法にしたがえば、第4図に示したように投影
直線A´,B´のそれぞれの交点及び端点i´,j´,
k´を検出する必要がないばかりか、平面状の検出器で
なく互いに交差する2本の直線上の検出器で投影直線A
´,B´,C´が決定でき、これよりその交点i´,j
´,k´を算出できるので装置構成上有利である。第6
図は、本発明の第3の測定原理を脱明するための斜視図
である。本測定原理は2本の平行直線状光源からの平行
する平面光束が球面またはトーリツク面状の反射面に入
射したとき、その反射面からの反射平面光束の平行性は
そこなわれずただそのピッチPと平行な平面光束自身の
傾き角が変化するという原理にもとずいている。以下本
原理の説明にあつて前述の第1または第2の測定原理と
同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略す
る。今、ピッチがPで、Xo軸と傾きmで交差する少な
くとも2本の平行直線群Lをなす直線光源からの光が、
その主光線を装置光軸O1と平行になるように前記Xo
−Yo座標面に結像投影されると、この照明光は、角膜
Cの前面の曲面特性、すなわちもしこの角膜がトーリッ
ク面形状であれば、その第1主径線R1の曲率半径
R1、その第2主径線R2の曲率半径R2、及び第1主
径線の軸角度θのそれぞれの値に応じて偏向反射され、
前記直線状光源と光学的に非共役な面にある前記検出面
Dに向う。そして、直線状光源に対応した検出面D上に
投影直線パターンL´はそのピッチP´に、そのX軸の
傾きをMに変化させている。検出面Dと角膜頂点Oc間
の距離を1とすると、投影直線パターンL´の傾きMは
次式で表わされる。
Dのいずれかをとるものとすると(2)式は として表わされる。ここで上記の二次方程式の根を ここでi=1, 2とする。また、検出面Dを第1図に
示すように角膜頂点 から距離I´の位置にその共役検出面を移動させ、検出
面D´への反射光線I1´,I2´,I3´の到達点U
´(X1´,Y1´,)、V´(X2´,Y2´)、W
´(X3´,Y3´)について考えると、X0−Y0座
標面への光線I1,I2,I3の入射点U0(0X1,
0Y1)、V0(0X2,0Y2)、W0(0X3,0
Y3)との間にやはり上述の第(3)式と同様に が成立し、その根を とする。こうして、上記(4),(4)´式の根λi
1,λi´より これより として1をもとめることができる。また第1図から分か
るように 1−1´=d´−d であり、かつd,d´は設計上予め定めることのできる
既知の距離であるから、第(5)式は と書くことができる。また第1図から作動距離すなわち
レンズLと角膜C間の距離WDは、WD=1+dである
から結局作動距離WDは として求めることが出来る。この求められた作動 距離
wdと眼科装置の固有の正規の作動距離とを比較すれ
ば、装置が正規の作動距離位置に位置しているか否かが
判定できるし、作動距離wdと正規の作動距離との差を
計算すれば眼科装置を光軸方向にどれ程移動させればよ
いか求めることができる。次に、角膜頂点Ocが光軸O
1と水平方向にEM、垂直方向にEVずれていることに
起因する狭義のアライメントのための水平方向アライメ
ント量α、垂直方向アライメント量βを求めるために点
光源p1,P2,P3の配置を 0x1+0x2+0x3=0 0y1+0y2+0y3=0} ……(7) を満たすよう例えば点光源P1,P2,P3が作る正 ……(3)′式 三角形の重心が光軸O1と一致するように予め設計する
か、もしくは角膜Cの前方に光軸O1と垂直な反射鏡を
配置し、このときの検出面Dでの検出点をもとに前記
(7)式を満たすようなX0−Y0座標系及びX−Y座
標系を作定し、これを初期条件としてもよい。こうする
ことにより、角膜Cに光線I1,I2,I3を入射させ
たときの検出面Dでの検出点U(X1,Y1)、V(X
2,Y2)、W(X3,Y3)より、アライメント量
α,βはそれぞれ としてもとめることができる。もし点光源Pをn個にす
ればα,βはそれぞれ以下のように拡張できる。すなわ
ち となる。第4図は、本発明の第2の測定原理を説明する
ための斜視図である。前述の第1の測定原理と同ーの構
成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。本測定
原理は、球面あるいはトーリツク面形状の反射面に直線
状光源からの平面光束を入射させても、その反射光束は
やはり平面光束であり、ただ曲面特性により、その平面
光束の長さと傾き角のみが変化するという原理にもとず
いている。今、第4図に示すように直線状光源A,Bを
想定する。この直線状光源A及びBは、1点Uで互いに
交差し、それぞれの端点をV,Wとする。直線状光源A
は、X0軸と平行な直線Xpに対し角度θ1傾斜してお
り、また直線状光源Bは直線Xpに対し角度θ2で傾斜
しているものとする。また両直線光源A,Bの交差角は
θとする。この直線光源A,Bからの光が、その主光軸
を装置光軸O1に対し平行になるようにX0−Y0座標
面に投影結像されたとすると、光源A,Bからの主光線
は角膜Cで反射され前記直線状光源A,Bと光学的に非
共役な検出面Dに到達する。この検出面D上の前記直線
状光源Aの角膜Cでの反射による投影直線をA´、前記
直線状光源Bの角膜Cでの反射による投影直線をB´と
すると、角膜Cの前面のトーリツク面形状の形状特性、
すなわちそれぞれの主径線の方向及び曲率半径によつて
投影直線A´とB´の交点はU´に、投影直線A´の端
点はV´に、その傾きはX軸とθ1′の角度に変化し、
また投影直線B´の端点はW´、そのX軸との傾きはθ
2´に変化する。そしてまた、直線状光源Aの長さ、す
なわち交点Uと端点Vとの間の長さ0lAは交点U´と
端点V´の間の長さ0lA´に変化しており、同様に直
線状光源Bの長さ、すなわち交点Uと端点Wとの間の長
さ0l5は、交点U´と端点W′の間の長さ0lB´に
変化している。そこでtanθ1=0mA、tanθ2
=0mB´tanθ1´=0mA´、tanθ2´=0
mB´とすると、 とする。ここで前述の第1測定原理と同様に共役検出面
DをD´に移動し、角膜Cから1´の距離に配置する。
この場合の直線状光源A及びBのこの移動後の検出面D
´上への投影像についても上記第(9)式と同様の二次
方程式 として求めることができる。以上の測定原理は、直線状
光源A,Bの角膜Cでの反射による投影直線A´,B´
の検出に検出面DおよびD´を使つたが、次にX−Y座
標系の両座標軸X軸及びY軸上だけでこれら投影直線A
´B′を決定する方法を考える。そのためには、第5図
に示すように直線状光源A,Bの相方に交差する今一つ
の直線状光源Cを想定し、その交点をそれぞれV,Wと
する。この三つの直線状光源A,B,CのX−Y座標系
への角膜Cの反射による投影直線をそれぞれA´B´及
びC´とする。そしてX軸及びY軸とこれね投影直線A
´,B´及びC´の交点を検出する。X軸上の検出点
を、それぞれxa1,xa2及びxa3とし、Y軸上の
検出点をそれぞれya1,ya2及びya3とすると、
直線はその内の任意の2点がきまればその方程式を決定
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。これら投影直
線A´,B´及びC′のそれぞれの方程式からこれら3
直線A´,B´及びC´の交点U´とV′及びW´の座
標が算出でき、これよりU′とV´間の長さ01´A
´,U´とW´間の長さ01´B´が求められ、また上
記投影直線A´の方程式よりその傾きtanθ1´=0
mA´を、投影直線B´の方程式よりその傾きtanθ
2´,=0mB´をそれぞれ算出でき、これより上述の
第(9)式から第(12)式を使つて作動距離WDを求
めることができる。また装置光軸O1と被検角膜Cの頂
点Ocとの狭義のアライメントは、直線状光源A,B及
びCの交点U,V及びWの座標をそれぞれU(0X1,
0Y1)、V(0X2,0Y2)及びW(0X3,0Y
3) とするとき、前記第1の測定原理と同様の考え方
から、第(7)式、第(8)式を使つてアライメント量
α,βを算出することができる。また、前述の第
(9),(9)´を解いて、その根φi,φi´をもと
めることが演算処理装置の能力上困難であれば、投影直
線A´,B´,C´のそれぞれの方程式を求め、これら
三つの方程式をもとに、三交点U´,V´,W′の座標
を演算し、以下前述の第1の測定原理で述べた第(1)
式から第(4)´を適用して、第(3)式、第(3)´
のそれぞれの2根λi、λi´から、第(6)式により
作動距離WDをもとめ、また三交点U´、V´、W´の
座標値から第(7)式、第(8)式を適用してアライメ
ント量α,βを算出してもよい。以上説明したように、
第5図の方法にしたがえば、第4図に示したように投影
直線A´,B´のそれぞれの交点及び端点i´,j´,
k´を検出する必要がないばかりか、平面状の検出器で
なく互いに交差する2本の直線上の検出器で投影直線A
´,B´,C´が決定でき、これよりその交点i´,j
´,k´を算出できるので装置構成上有利である。第6
図は、本発明の第3の測定原理を脱明するための斜視図
である。本測定原理は2本の平行直線状光源からの平行
する平面光束が球面またはトーリツク面状の反射面に入
射したとき、その反射面からの反射平面光束の平行性は
そこなわれずただそのピッチPと平行な平面光束自身の
傾き角が変化するという原理にもとずいている。以下本
原理の説明にあつて前述の第1または第2の測定原理と
同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略す
る。今、ピッチがPで、Xo軸と傾きmで交差する少な
くとも2本の平行直線群Lをなす直線光源からの光が、
その主光線を装置光軸O1と平行になるように前記Xo
−Yo座標面に結像投影されると、この照明光は、角膜
Cの前面の曲面特性、すなわちもしこの角膜がトーリッ
ク面形状であれば、その第1主径線R1の曲率半径
R1、その第2主径線R2の曲率半径R2、及び第1主
径線の軸角度θのそれぞれの値に応じて偏向反射され、
前記直線状光源と光学的に非共役な面にある前記検出面
Dに向う。そして、直線状光源に対応した検出面D上に
投影直線パターンL´はそのピッチP´に、そのX軸の
傾きをMに変化させている。検出面Dと角膜頂点Oc間
の距離を1とすると、投影直線パターンL´の傾きMは
次式で表わされる。
である。実際の測定に際して、第(13),(14)式
に基づき平行直線群の傾きとピッチの変化から作動距離
WDを測定するには、第(13),(14)式の未知数
がR1,R2,θの3つであるため、1つの平行直線群
の変化だけでは、第(13),(14)式の解は得られ
ないことがわかる。このため、実際には、他の1つの平
行直線群と合せ、2つの平行直線群の傾きとピッチの変
化を知る必要がある。この構成を第7図に示す。第7図
には、傾きm1、ピツP1の2本の平行直線群L1と、
傾きm2、ピッチP2の2本の平行直線群L2を構成す
る直線光源が配置されており、この光源を射出し被検角
膜Cで反射された光線束は、検出面D上で傾きm1´、
ピツチP1´,の2本の投影平行直線群L1´と傾きm
2´、ピツチP2´の2本の投影平行直線群L2´を形
成する。この2組の投影平行直線群から(13),(1
4)式がそれぞれ2組、合計4式得られるため、(1
3),(14)式の未知数θ,R1,R2を求めること
ができる。二次方程式第(13),(14)式を解いて
R1,R2,θを求めることが演算処理上、複雑で処理
機構のコストアツプ、処理時間の増大をまねくようであ
れば、以下の中間的演算処理をほどこせばよい。第8a
図は、第7図の直線状光源が形成する平行直線群L1,
L2を示している。L1の傾きはm1で、ピツチは
P1,L2の傾きはm2で、ピッチはP2であることは
第7図と同様である。今、平行直線群L1のうちの1本
L11から、ピツチP1のe倍の距離 を考える。また平行直線群L2のうちの1本L21から
距離 仮想平行四辺形UVWQが形成され、これら四頂点のx
−y座標系の仮想座標を、U(ox1,oy1)、V
(ox2,oy2)、W(ox3,oy3)、Q(ox
4,oy4)とする。第8b図は、第8a図の平行直線
群L1,L2が角膜Cで反射し、検出面D上に投影され
た投影平行直線群L1´,L2´を示す図で、このL1
´は傾きm1´,ピツチP2´,に、L2´は傾きm2
´、ピツチP2´に変化していることは第7図と同様で
ある。この投影平行直線群を検出面Dに配置された平面
型ポジシヨンセンサで検出してもよいが、今、仮りにX
−Y座標の原点OからX軸方向にξ、Y軸方向にηだけ
平行移動された点に原点O´を有する交差角γで交差す
るX´−Y´座標軸上に配されたリニアポジシヨンセン
サーS1,S2で検出するものとすると、リニアセンサ
ーS1は検出点イ,ロ,ハ,ニで投影平行直線群を検出
し、リニアセンサーS2は検出点ホ,ヘ,ト,チで投影
平行直線群を検出する。そして検出点ロ,ヘから投影平
行直線群のうちの1本L11´の方程式を演算し、また
検出点ハ,トからL21´の方程式を演算する。また同
様に検出点イ,ホから投影平行直線群のうちの他の1本
L12′の、検出点ニ,チからL22´のそれぞれの方
程式が演算できL11´,L12´のピツチP1´も、
L21´、L22´のピッチP2´も演算できる。そし
てL11´からピツチP1´に第8a図でかけた倍率と
同じ倍率eを 行四辺形U′V´W´C´をもとめることができる。こ
の仮想平行四辺形の四頂点のX−y座標系における仮想
座標をU´(x1,y1)、V´(x2,y2)、W´
(x3,y3)、Q´(x4,y4)とすると、第8a
図の基準仮想平行四辺形UVWQと第8b図の第1投影
平行四辺形U′V´W´Q´は対応しており、この変化
はまさに角膜の曲面特性にかかわるものである。さてこ
こで仮想4点に対し以下前述の第(1)式と同様の係数
と式を定義する。
に基づき平行直線群の傾きとピッチの変化から作動距離
WDを測定するには、第(13),(14)式の未知数
がR1,R2,θの3つであるため、1つの平行直線群
の変化だけでは、第(13),(14)式の解は得られ
ないことがわかる。このため、実際には、他の1つの平
行直線群と合せ、2つの平行直線群の傾きとピッチの変
化を知る必要がある。この構成を第7図に示す。第7図
には、傾きm1、ピツP1の2本の平行直線群L1と、
傾きm2、ピッチP2の2本の平行直線群L2を構成す
る直線光源が配置されており、この光源を射出し被検角
膜Cで反射された光線束は、検出面D上で傾きm1´、
ピツチP1´,の2本の投影平行直線群L1´と傾きm
2´、ピツチP2´の2本の投影平行直線群L2´を形
成する。この2組の投影平行直線群から(13),(1
4)式がそれぞれ2組、合計4式得られるため、(1
3),(14)式の未知数θ,R1,R2を求めること
ができる。二次方程式第(13),(14)式を解いて
R1,R2,θを求めることが演算処理上、複雑で処理
機構のコストアツプ、処理時間の増大をまねくようであ
れば、以下の中間的演算処理をほどこせばよい。第8a
図は、第7図の直線状光源が形成する平行直線群L1,
L2を示している。L1の傾きはm1で、ピツチは
P1,L2の傾きはm2で、ピッチはP2であることは
第7図と同様である。今、平行直線群L1のうちの1本
L11から、ピツチP1のe倍の距離 を考える。また平行直線群L2のうちの1本L21から
距離 仮想平行四辺形UVWQが形成され、これら四頂点のx
−y座標系の仮想座標を、U(ox1,oy1)、V
(ox2,oy2)、W(ox3,oy3)、Q(ox
4,oy4)とする。第8b図は、第8a図の平行直線
群L1,L2が角膜Cで反射し、検出面D上に投影され
た投影平行直線群L1´,L2´を示す図で、このL1
´は傾きm1´,ピツチP2´,に、L2´は傾きm2
´、ピツチP2´に変化していることは第7図と同様で
ある。この投影平行直線群を検出面Dに配置された平面
型ポジシヨンセンサで検出してもよいが、今、仮りにX
−Y座標の原点OからX軸方向にξ、Y軸方向にηだけ
平行移動された点に原点O´を有する交差角γで交差す
るX´−Y´座標軸上に配されたリニアポジシヨンセン
サーS1,S2で検出するものとすると、リニアセンサ
ーS1は検出点イ,ロ,ハ,ニで投影平行直線群を検出
し、リニアセンサーS2は検出点ホ,ヘ,ト,チで投影
平行直線群を検出する。そして検出点ロ,ヘから投影平
行直線群のうちの1本L11´の方程式を演算し、また
検出点ハ,トからL21´の方程式を演算する。また同
様に検出点イ,ホから投影平行直線群のうちの他の1本
L12′の、検出点ニ,チからL22´のそれぞれの方
程式が演算できL11´,L12´のピツチP1´も、
L21´、L22´のピッチP2´も演算できる。そし
てL11´からピツチP1´に第8a図でかけた倍率と
同じ倍率eを 行四辺形U′V´W´C´をもとめることができる。こ
の仮想平行四辺形の四頂点のX−y座標系における仮想
座標をU´(x1,y1)、V´(x2,y2)、W´
(x3,y3)、Q´(x4,y4)とすると、第8a
図の基準仮想平行四辺形UVWQと第8b図の第1投影
平行四辺形U′V´W´Q´は対応しており、この変化
はまさに角膜の曲面特性にかかわるものである。さてこ
こで仮想4点に対し以下前述の第(1)式と同様の係数
と式を定義する。
ここにi,j,kはiを基準としてjもしくはkをとる
ものとする。仮想4点より、12通りの組合せが考えら
れる。上記第(15a)式を用いれば、2つの主径線の
半径に関するR1,R2は以下の2次方程式で表示でき
る。
ものとする。仮想4点より、12通りの組合せが考えら
れる。上記第(15a)式を用いれば、2つの主径線の
半径に関するR1,R2は以下の2次方程式で表示でき
る。
ここで上記係数のカッコ式を以下のもので定義する。
ここでp,qはそれぞれA,B,C,Dのいずれかをと
るものとすると、(15b) 式は として表わされる。1は第7図で示すように角膜Cと光
役検出面D間の距離をいう。従つて、第7図のように2
組の投影平行直線群L1´,L2´のピッチP1´,P
2′と傾きm1´,m2´,を検出し、第8b図のよう
に第1投影仮想投影四辺形を作り、その平行四辺形を形
成する4頂点より、第(15)式の二次方程式を解くこ
とにより、根を 求めることができる。ここで、第1の測定原理と同様に
検出面Dを角膜Cから距離1´の位置に移動して検出面
D´を作る。第8c図に示すようにこの検出面D´上で
の投影平行四線群L1″,,L2″,が作る第2投影仮
想平行四辺形U″V″W″Q″についても前記第(15
a)式〜第(15c)式が適用でき、その根を とすると、Ki,Ki´から前述の(5)式と同様に が得られ、前述の第1の測定原理と同様の考え方から作
動距離WDは が得られる。上述した第8a図、第8b図及び第8c図
では、仮想平行四辺形をもとめるのに、ピツチP1,P
2,P1´,P2´,P1″及びP2″に任意の倍率
e,f,g,hをそれぞれ掛けたが実際にはe=1、g
=1として仮想平行四辺形U0V0W0Q、及びU0´
V0´W0´Q´を使つて演算した方が、処理はその分
簡略化できる。また、仮想平行四辺形の各頂点の座標を
x0=y0直交座標系、X−Y直交座標系を使つて説明
したが、リニアセンサーS1,S2の配置にそつて斜交
座標系X´−Y´座標系を考えると、第9図に示すよう
にX軸とX´軸が角度αで交差し、Y軸とY´軸が角度
βで交差し、かつX´−Y´座標系の原点O2はX−Y
座標系の原点O1からX軸方向にξ,Y軸方向にηずれ
ているので、このときのX′−Y´座標系からX−Y座
標系への座標変換は 前記(15)式から Aij=(oxi−xi)−(oxj−xj) これに(19)式を代入して Aij={(ox´isinα+oy´isinβ+ξ)−(x´isinα+ y´isinβ+ξ)}−{(ox´jsinα+oy´jsinβ+ξ)−( x´jsinα−y´jsinβ+ξ)}=sinα{(ox´i−x´i)− (ox´j−x´j)}+sinβ{oy´i−y´i)−(oy´j−y´j )}=A´ijsinα+B´ijsinβ ……(20a) またBij=(oyi−yi)−(oyj−yj)で上
記同様の計算で Bij=cosβ{(oy´i−y´i)−(oy´j−y´j)}−cosα {(ox´i−x´i)−(ox´j−x´j)}=B´ijcosβ−A´i jcosα ……(20b) 以下同様に Cij=C´ijsinα+D´ijsinβ ……(20c) Dij=D′ijcosβ+C´ijcosα ……(20d) となる。ここで〔C,D,〕、〔B,C〕、〔A,
D〕、〔A,B〕を求めると、第(20a)〜(20
d)式から 〔C,D〕=CijDik−DijCik =(C´ijsinα+D´ijsinβ)(D´ik
ocsβ−C´ikcosα)−(D´ijcosβ−
C´ijcosα)(C´iksinα+D´iksi
nβ)=(sinαsinβ+cosαsinβ)〔C
´,D´〕同様に、 〔B,C〕=(sinαsinβ+sinβcosα)
〔A´,B´〕〔A,D〕=sinαcosβ〔A´,
D′〕−sinαcosα〔A´,C´〕+sinβc
osβ〔B´,D´〕−sinβcosα〔B´,C
´〕〔A,B〕=sinαcosβ+cosαsin
β〕〔A´,B′〕 また 〔B,C〕−(A,D〕=(sinαcosβ+cos
αsinβ){〔B´,C´〕−〔A´,D´)} 従つて第(15c)式は となり、{ }内は第(15c)式と同一形式の二次方
程式となり、このことから第(15c)式の二次方程式
は、座標系の取り方に無関係な不変方程式であることが
わかる。このことは、検出器としての2本のリニアセン
サーの配置において、その配置の自由度が非常に大きい
ことを示す。すなわち、2本のリニアセンサーをX,Y
座標系と直交座標軸上におく必要はなく、X´−Y´座
標系においてもよいことを意味するもので、リニアセン
サーの直交精度及び光軸合せはまつたく考えなくとも、
測定精度に無関係にすることができる。そして測定に際
しては共役検出面Dにおける平行直線群パターンL
1´,L2´,を斜交座標系X´−Y´座標のX´軸、
Y´軸に配したリニアセンサーS1,S2で検出してお
き、この検出からつくられる仮想平行四辺形U´V´
W′Q´を第1投影仮想平行四辺形とし、つぎに検出面
をD´の位置に移動し、このときの第2投影仮想平行四
辺形U″V″W″Q″をつくり、第1投影仮想平行四辺
形と第2投影仮想平行四辺形とに基づき、その各頂点U
´,V´,W´,Q´及びU″,V″,W″,Q″の座
標から前述の第(15)〜第(18)式を使つて作動距
離WDを求める。そしてこのとき両平行四辺形は任意に
選択できる斜交座標系X´−Y´座標系に対してのみ座
標系を考えていることとなり、かつこの斜交座標系X´
−Y´は、上述したようにその選択は作動距離WD演算
のための二次方程式に対し、無関係な不変式であり、本
発明によればリニアセンサS1,S2の配置に対して、
何ら組立上も、メンテナンス上も調整を必要としないと
いう非常に有利な効果をもつ。次にアライメント量α,
βの算出について第10図をもとに説明する。光源位置
に想定されるX0−Y0直交座標系と検出面位置に想定
されるX−Y直交座標系によるアライメント量α,βの
算定は、Y0軸に対し、同じ角度γで対称に配置された
ピツチP1の平行直線群L1とピッチP2の平行直線群
L2のそれぞれいずれか1本の直線L11,L21 X 0軸、Y0軸に一致するようにとる。すなわち基準仮
想平行四辺形を測定光軸O1に対して対称になるように
演算により作れば、この基準仮想平行四辺形の中心は、
測定光軸O1と一致している。次に、角膜Cを照明し
て、検出面(X−Y座標系)に投影される投影平行直線
群L´1,L´2を検出 となり、この四頂点の座標から水平方向アライメント量
α、及び垂直方向アライメント量βは次式で表わされ
る、 斜交座標系x´−y´で測定した場合は、直交座標系の
場合と同様に、対称性の原理から、初期仮想点を(ox
1,oy1)(ox2+oy2)(ox3,oy3)
(ox4,oy4)とおき を満たすように仮想点を設定すればよい。そして、水平
方向アライメント量α、垂直方向アライメント量βは、
それぞれ第(22)式で与えられるから第(23)式を
第(19)式により変換すれば となり、第(22)式を同様に第(19)式で変換すれ
ば となる。αおよびβは、角膜Cを照射しないときの初期
仮想点(oxi,oyi)の斜交座標系での座標(ox
´i,oy´i)と、角膜Cを照射し、検出面Dで測定
したときの測定座標の斜交座標系における座標(x´
i,y´i)との差であるから、第(24),(25)
式から次式が得られる。
るものとすると、(15b) 式は として表わされる。1は第7図で示すように角膜Cと光
役検出面D間の距離をいう。従つて、第7図のように2
組の投影平行直線群L1´,L2´のピッチP1´,P
2′と傾きm1´,m2´,を検出し、第8b図のよう
に第1投影仮想投影四辺形を作り、その平行四辺形を形
成する4頂点より、第(15)式の二次方程式を解くこ
とにより、根を 求めることができる。ここで、第1の測定原理と同様に
検出面Dを角膜Cから距離1´の位置に移動して検出面
D´を作る。第8c図に示すようにこの検出面D´上で
の投影平行四線群L1″,,L2″,が作る第2投影仮
想平行四辺形U″V″W″Q″についても前記第(15
a)式〜第(15c)式が適用でき、その根を とすると、Ki,Ki´から前述の(5)式と同様に が得られ、前述の第1の測定原理と同様の考え方から作
動距離WDは が得られる。上述した第8a図、第8b図及び第8c図
では、仮想平行四辺形をもとめるのに、ピツチP1,P
2,P1´,P2´,P1″及びP2″に任意の倍率
e,f,g,hをそれぞれ掛けたが実際にはe=1、g
=1として仮想平行四辺形U0V0W0Q、及びU0´
V0´W0´Q´を使つて演算した方が、処理はその分
簡略化できる。また、仮想平行四辺形の各頂点の座標を
x0=y0直交座標系、X−Y直交座標系を使つて説明
したが、リニアセンサーS1,S2の配置にそつて斜交
座標系X´−Y´座標系を考えると、第9図に示すよう
にX軸とX´軸が角度αで交差し、Y軸とY´軸が角度
βで交差し、かつX´−Y´座標系の原点O2はX−Y
座標系の原点O1からX軸方向にξ,Y軸方向にηずれ
ているので、このときのX′−Y´座標系からX−Y座
標系への座標変換は 前記(15)式から Aij=(oxi−xi)−(oxj−xj) これに(19)式を代入して Aij={(ox´isinα+oy´isinβ+ξ)−(x´isinα+ y´isinβ+ξ)}−{(ox´jsinα+oy´jsinβ+ξ)−( x´jsinα−y´jsinβ+ξ)}=sinα{(ox´i−x´i)− (ox´j−x´j)}+sinβ{oy´i−y´i)−(oy´j−y´j )}=A´ijsinα+B´ijsinβ ……(20a) またBij=(oyi−yi)−(oyj−yj)で上
記同様の計算で Bij=cosβ{(oy´i−y´i)−(oy´j−y´j)}−cosα {(ox´i−x´i)−(ox´j−x´j)}=B´ijcosβ−A´i jcosα ……(20b) 以下同様に Cij=C´ijsinα+D´ijsinβ ……(20c) Dij=D′ijcosβ+C´ijcosα ……(20d) となる。ここで〔C,D,〕、〔B,C〕、〔A,
D〕、〔A,B〕を求めると、第(20a)〜(20
d)式から 〔C,D〕=CijDik−DijCik =(C´ijsinα+D´ijsinβ)(D´ik
ocsβ−C´ikcosα)−(D´ijcosβ−
C´ijcosα)(C´iksinα+D´iksi
nβ)=(sinαsinβ+cosαsinβ)〔C
´,D´〕同様に、 〔B,C〕=(sinαsinβ+sinβcosα)
〔A´,B´〕〔A,D〕=sinαcosβ〔A´,
D′〕−sinαcosα〔A´,C´〕+sinβc
osβ〔B´,D´〕−sinβcosα〔B´,C
´〕〔A,B〕=sinαcosβ+cosαsin
β〕〔A´,B′〕 また 〔B,C〕−(A,D〕=(sinαcosβ+cos
αsinβ){〔B´,C´〕−〔A´,D´)} 従つて第(15c)式は となり、{ }内は第(15c)式と同一形式の二次方
程式となり、このことから第(15c)式の二次方程式
は、座標系の取り方に無関係な不変方程式であることが
わかる。このことは、検出器としての2本のリニアセン
サーの配置において、その配置の自由度が非常に大きい
ことを示す。すなわち、2本のリニアセンサーをX,Y
座標系と直交座標軸上におく必要はなく、X´−Y´座
標系においてもよいことを意味するもので、リニアセン
サーの直交精度及び光軸合せはまつたく考えなくとも、
測定精度に無関係にすることができる。そして測定に際
しては共役検出面Dにおける平行直線群パターンL
1´,L2´,を斜交座標系X´−Y´座標のX´軸、
Y´軸に配したリニアセンサーS1,S2で検出してお
き、この検出からつくられる仮想平行四辺形U´V´
W′Q´を第1投影仮想平行四辺形とし、つぎに検出面
をD´の位置に移動し、このときの第2投影仮想平行四
辺形U″V″W″Q″をつくり、第1投影仮想平行四辺
形と第2投影仮想平行四辺形とに基づき、その各頂点U
´,V´,W´,Q´及びU″,V″,W″,Q″の座
標から前述の第(15)〜第(18)式を使つて作動距
離WDを求める。そしてこのとき両平行四辺形は任意に
選択できる斜交座標系X´−Y´座標系に対してのみ座
標系を考えていることとなり、かつこの斜交座標系X´
−Y´は、上述したようにその選択は作動距離WD演算
のための二次方程式に対し、無関係な不変式であり、本
発明によればリニアセンサS1,S2の配置に対して、
何ら組立上も、メンテナンス上も調整を必要としないと
いう非常に有利な効果をもつ。次にアライメント量α,
βの算出について第10図をもとに説明する。光源位置
に想定されるX0−Y0直交座標系と検出面位置に想定
されるX−Y直交座標系によるアライメント量α,βの
算定は、Y0軸に対し、同じ角度γで対称に配置された
ピツチP1の平行直線群L1とピッチP2の平行直線群
L2のそれぞれいずれか1本の直線L11,L21 X 0軸、Y0軸に一致するようにとる。すなわち基準仮
想平行四辺形を測定光軸O1に対して対称になるように
演算により作れば、この基準仮想平行四辺形の中心は、
測定光軸O1と一致している。次に、角膜Cを照明し
て、検出面(X−Y座標系)に投影される投影平行直線
群L´1,L´2を検出 となり、この四頂点の座標から水平方向アライメント量
α、及び垂直方向アライメント量βは次式で表わされ
る、 斜交座標系x´−y´で測定した場合は、直交座標系の
場合と同様に、対称性の原理から、初期仮想点を(ox
1,oy1)(ox2+oy2)(ox3,oy3)
(ox4,oy4)とおき を満たすように仮想点を設定すればよい。そして、水平
方向アライメント量α、垂直方向アライメント量βは、
それぞれ第(22)式で与えられるから第(23)式を
第(19)式により変換すれば となり、第(22)式を同様に第(19)式で変換すれ
ば となる。αおよびβは、角膜Cを照射しないときの初期
仮想点(oxi,oyi)の斜交座標系での座標(ox
´i,oy´i)と、角膜Cを照射し、検出面Dで測定
したときの測定座標の斜交座標系における座標(x´
i,y´i)との差であるから、第(24),(25)
式から次式が得られる。
この式がアライメント量を表わすものである。以上のべ
たように本測定原理では、作動距離の測定には、座標系
の取り方に無関係な不変方程式で算出できるが、アライ
メント量において斜交−直交座標変換が必要となり、第
(26)式の変換が必要であるが、演算機構上複雑であ
れば、斜交座標系での測定座標(x´,y´)から第
(19)式で直交座標変換したのち、直交座標系による
算出式第22)式を使つて、アライメント量を算出して
もよい。このように、本測定原理では、光源位置(X0
−Y0座標系)に配置された直線状光源の平行直線群L
1,L2から光軸O1に対し対称な基準仮想平行四辺形
をこのX0−Y0座標系に演算により作り、次にX−Y
座標系にある検出面Dへの投影平行直線群L1−,L2
−から前記基準仮想平行四辺形と相似的な第1投影仮想
平行四辺形を演算により作れば、この両方仮想平行四辺
形の4頂点の座標からアライメント量α,βが算出で
き、このアライメント量α,βの算出は作動距離WDを
知らなくとも独立に求めることができる。これは、従来
のアライメント装置が、まず作動距離を調整してからで
なければアライメント調整ができなかつた点を考えれば
非常に有利であり、作動距離算出ステツプとアライメン
ト量算出ステツプとを独立に平行して進めることができ
るため演算時間の大幅な短縮ができる利点をもつ。さら
にアライメント量が定量的に測定できる点は従来のアラ
イメント装置にない本発明特有の大きな特徴である。ま
た、仮想平行四辺形を作成するとき、直線L11,L
21にそれら直線の属する直線群のピツチをn倍して、
直線L11,L21の傾きに平行に仮想直線を引くこと
により仮想平行四辺形を作成したが、仮想平行四辺形の
作成方法はこれに限定されるものでなく、第8d図のよ
うに直線L11に対し、角度βの傾きをもつ仮想直線l
11を、また、直線L21に対し角度αの傾きをもつ仮
想直線l21を作り、この作られた仮想直線l11,l
21をもとにして仮想平行四辺形uvwqを作成しても
よいことは言うまでもなく、これにより、本願の測定原
理が変更をうけるものではない。 第11図は本発明の
第4の測定原理を説明するための斜視図である。本測定
原理は円形光源からの光束が球面により反射される場合
は、その反射光束は、反射面の曲率半径に応じた円形光
束となり、またトーリツク面により反射される場合はそ
の曲面特性により楕円光束となる原理にもとずくもので
ある。本測定原理を説明するにあたり前述の第1の測定
原理と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明は
省略する。今、予め定められた半径Rの円形光源からの
光束Fxが装置光軸O1とその主光線が平行になるよう
にXo−Yo座標面上に投影され結像されているものと
する。この照明光束の角膜Cでの反射光は角膜Cの曲面
特性すなわちその角膜前面の形状の3要素である第1主
径線r1の曲率半径r1、第2主径線r2の曲率半径r
2及び第1主径線r1の軸方向θさらに光学中心Ocの
装置光軸O1に対する偏位量、EH、EVの影響により
偏向され検出面D上に楕円パターンFX′を投影形成す
る。円形光源と検出面D上の楕円パターンFX′との関
係は円形光源からの光束FXの主光線が作る円形照明光
束が x2+y2=R2≡定数 の条件のもとに 〔a2(1)sin2θ+b2(1)cos2θ)(x´−α)2 +〔a2(1)cos2θ+b2(1)sin2θ〕(y´−β)2 −〔a2(1)−b2(1)〕sin2θ+a(1)b (1)・R2=0 ……(27) の方程式が成り立つ。今この方程式の根 とする。また、この方程式中のα,βはそれぞれ角膜C
の頂点Oc(光学中心でもある)のXo−Yo座標系の
頂点Ooとの偏位量EH、EVに起因する本発明が測定
しようとしているアライメント量であり水平方向アライ
メント量をα、垂直方向アライメント量をβと定義して
あることは前述の各測定原理と同様である。今、前述の
第1原理と同様に検出面Dを角膜Cから距離l´の位置
におき、これを検出面D´とし、このときの楕円パター
ンについても上記第(1)式が成り立つので、その根を とすると(28)(28´)式より、前記(5)式と同
様に として1を求めることができ、また前記第1の原理と同
様の考え方で作動距離WDは ……(30)として求めることができる。
たように本測定原理では、作動距離の測定には、座標系
の取り方に無関係な不変方程式で算出できるが、アライ
メント量において斜交−直交座標変換が必要となり、第
(26)式の変換が必要であるが、演算機構上複雑であ
れば、斜交座標系での測定座標(x´,y´)から第
(19)式で直交座標変換したのち、直交座標系による
算出式第22)式を使つて、アライメント量を算出して
もよい。このように、本測定原理では、光源位置(X0
−Y0座標系)に配置された直線状光源の平行直線群L
1,L2から光軸O1に対し対称な基準仮想平行四辺形
をこのX0−Y0座標系に演算により作り、次にX−Y
座標系にある検出面Dへの投影平行直線群L1−,L2
−から前記基準仮想平行四辺形と相似的な第1投影仮想
平行四辺形を演算により作れば、この両方仮想平行四辺
形の4頂点の座標からアライメント量α,βが算出で
き、このアライメント量α,βの算出は作動距離WDを
知らなくとも独立に求めることができる。これは、従来
のアライメント装置が、まず作動距離を調整してからで
なければアライメント調整ができなかつた点を考えれば
非常に有利であり、作動距離算出ステツプとアライメン
ト量算出ステツプとを独立に平行して進めることができ
るため演算時間の大幅な短縮ができる利点をもつ。さら
にアライメント量が定量的に測定できる点は従来のアラ
イメント装置にない本発明特有の大きな特徴である。ま
た、仮想平行四辺形を作成するとき、直線L11,L
21にそれら直線の属する直線群のピツチをn倍して、
直線L11,L21の傾きに平行に仮想直線を引くこと
により仮想平行四辺形を作成したが、仮想平行四辺形の
作成方法はこれに限定されるものでなく、第8d図のよ
うに直線L11に対し、角度βの傾きをもつ仮想直線l
11を、また、直線L21に対し角度αの傾きをもつ仮
想直線l21を作り、この作られた仮想直線l11,l
21をもとにして仮想平行四辺形uvwqを作成しても
よいことは言うまでもなく、これにより、本願の測定原
理が変更をうけるものではない。 第11図は本発明の
第4の測定原理を説明するための斜視図である。本測定
原理は円形光源からの光束が球面により反射される場合
は、その反射光束は、反射面の曲率半径に応じた円形光
束となり、またトーリツク面により反射される場合はそ
の曲面特性により楕円光束となる原理にもとずくもので
ある。本測定原理を説明するにあたり前述の第1の測定
原理と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明は
省略する。今、予め定められた半径Rの円形光源からの
光束Fxが装置光軸O1とその主光線が平行になるよう
にXo−Yo座標面上に投影され結像されているものと
する。この照明光束の角膜Cでの反射光は角膜Cの曲面
特性すなわちその角膜前面の形状の3要素である第1主
径線r1の曲率半径r1、第2主径線r2の曲率半径r
2及び第1主径線r1の軸方向θさらに光学中心Ocの
装置光軸O1に対する偏位量、EH、EVの影響により
偏向され検出面D上に楕円パターンFX′を投影形成す
る。円形光源と検出面D上の楕円パターンFX′との関
係は円形光源からの光束FXの主光線が作る円形照明光
束が x2+y2=R2≡定数 の条件のもとに 〔a2(1)sin2θ+b2(1)cos2θ)(x´−α)2 +〔a2(1)cos2θ+b2(1)sin2θ〕(y´−β)2 −〔a2(1)−b2(1)〕sin2θ+a(1)b (1)・R2=0 ……(27) の方程式が成り立つ。今この方程式の根 とする。また、この方程式中のα,βはそれぞれ角膜C
の頂点Oc(光学中心でもある)のXo−Yo座標系の
頂点Ooとの偏位量EH、EVに起因する本発明が測定
しようとしているアライメント量であり水平方向アライ
メント量をα、垂直方向アライメント量をβと定義して
あることは前述の各測定原理と同様である。今、前述の
第1原理と同様に検出面Dを角膜Cから距離l´の位置
におき、これを検出面D´とし、このときの楕円パター
ンについても上記第(1)式が成り立つので、その根を とすると(28)(28´)式より、前記(5)式と同
様に として1を求めることができ、また前記第1の原理と同
様の考え方で作動距離WDは ……(30)として求めることができる。
上記第(27)式において1は第(29)式でもとめら
れるので、結局第(27)式の未知数はr1,r2,
θ,α,βの5つであるから投影楕円パターン上の5点
を検出しその座標値(Xi´,Yi´)(ここにi=
1、2、3、4および5)を第(27)式のX´及びY
´値として代入し、これによつてできる5元連立方程式
を解けば、検出面D上の投影楕円パターンは、その形状
及びX−Y座標系上の位置が決定できるので、これより
アライメント量α,βを求めることができる。もし、第
11図に示したように検出器として平面型のポジション
センサを使用することやあるいは光軸O1を中心にリニ
アポジションセンサを回転させることが検出器のコスト
アツプや精度保証上の問題があるならば以下のような構
成をとればよい。すなわち第12図に示すように円形光
源に、さらにこれと交差する一本の直線光源をもちいる
と前述の第2の原理より明らかなように直線光源からの
平面光束が角膜Cで反射され検出面Dに投影されたと
き、その傾きは変化しても直線性自身はくずれないの
で、この傾きの変化を知ることにより、逆に角膜Cの曲
面特性の情報を得ることができる。そしてその曲面特性
を利用して作動距離及びアライメント量を求めることが
できる。今、第12図に示すように、直線状光源のXo
軸との傾き角をa、この直線状光源に対応する検出面D
上の投影直線パターンLA′のX軸との傾をa′とすれ
ば、以下の方程式が成り立つ。
れるので、結局第(27)式の未知数はr1,r2,
θ,α,βの5つであるから投影楕円パターン上の5点
を検出しその座標値(Xi´,Yi´)(ここにi=
1、2、3、4および5)を第(27)式のX´及びY
´値として代入し、これによつてできる5元連立方程式
を解けば、検出面D上の投影楕円パターンは、その形状
及びX−Y座標系上の位置が決定できるので、これより
アライメント量α,βを求めることができる。もし、第
11図に示したように検出器として平面型のポジション
センサを使用することやあるいは光軸O1を中心にリニ
アポジションセンサを回転させることが検出器のコスト
アツプや精度保証上の問題があるならば以下のような構
成をとればよい。すなわち第12図に示すように円形光
源に、さらにこれと交差する一本の直線光源をもちいる
と前述の第2の原理より明らかなように直線光源からの
平面光束が角膜Cで反射され検出面Dに投影されたと
き、その傾きは変化しても直線性自身はくずれないの
で、この傾きの変化を知ることにより、逆に角膜Cの曲
面特性の情報を得ることができる。そしてその曲面特性
を利用して作動距離及びアライメント量を求めることが
できる。今、第12図に示すように、直線状光源のXo
軸との傾き角をa、この直線状光源に対応する検出面D
上の投影直線パターンLA′のX軸との傾をa′とすれ
ば、以下の方程式が成り立つ。
〔A(1)a−B(1)a′〕tan2θ+〔A(1)−B(1)〕(1−a・ a′)tanθ+〔A(1)a′−B(1)a)=0 ……(31) ここに である。これよりX−Y座標系のX軸上に記したリニア
ポジシヨンセンサlxとY軸上に配置されたリニアポジ
シヨンセンサlyとにより、投影楕円パターン上の4点
U(o1,y1)、V(x1,o)、W(o,y2)、
Q(x2,o)、及び投影直線パターン上の2点I(x
3,o)、J(o,y3)を求めれば、角膜Cの曲面特
性を求めることができる。またリニアセンサlx、ly
の配置としては前記第3の原理で説明したように検出面
上で斜交させてもよい。この場合前記の座標変換式 を使えばよい。また、第12図に示すように、2本の平
行なリニアセンサ1ly,2lyを使用してもよい。こ
のとき投影楕円パターンFx′は検出点U, 以上説明した測定原理を利用したアライメント装置の
2,3の実施例を以下図をもとに説明する。第13図
は、本発明の第1の実施例を示す光学配置図である。架
台1上に前後左右及び上下方向に可動自在に支持された
眼科器機筐体2にはこの眼科機器本来の測定あるいは検
査もしくは撮影をつかさどる測定光学系部3と本発明の
アライメント光学系4が組込まれている。測定光学系3
とは、例えばレフラクトメーター、オフサルモメーター
あるいは眼底カメラの光学系である。アライメント装置
4は、大きく分けて照明光学系5、測定光学系6、演算
回路7、表示器8及び架台1内に内蔵された筐体駆動部
9とから構成されている。照明光学系5の構成は次の通
りである。その光源としては発光波長が互いに異なる2
つの赤外光を発光する発光ダイオード10a,10bが
利用される。発光ダイオード10aを射出した光は、ダ
イクロイツクプリズム11のダイクロイツク面11aで
反射され、また発光ダイオード10bを射出した光は、
ダイクロイツク面11aを透過してコンデンサレンズ1
2により開口板13に入射する。開口板13には、第1
4図a〜dに示すように前記第1から第4の測定原理の
それぞれに則した開口パターンのいずれかが形成されて
いる。第14図aの開口板13は前記第1測定原理を採
用するときの開口板の一例である。この開口板13に
は、多数の点開口200が、直交する2軸上にそつて配
列されている。第14図bは前記第2測定原理を採用す
るときの開口板であり、この開口板13には、太い開口
直線201a,201bが平行に配列され、かつこの開
口直線201a,201bの両方に直交するようにして
細い3本の直線開口を1組とする第1直線群開口202
a、及び同様の構成からなる第2直線群開口202bが
配列されており、前記開口直線201a,201bとの
交差部では、直線群開口202a,202bは切断され
た形となつている。ここで直線開口として太い直線から
なる直線開口201と細い3本線からなる直線群開口2
02を形成したのは、互いの直線開口の投影パターンを
検出するときに区別できるようにするためであり、本発
明はこの開口板のパターンに限定されるものではない。
例えば開口201と202の透過率に差をもたせてもよ
いし、単に互いの太さのみを変えるだけでもよい。第1
4図cは前述の第3の測定原理を採用するための開口板
に形成される開口パターンの一例を示す図であり、この
開口板13には直線開口203aを複数本同一のピツチ
間隔で平行に配列してなる第1平行直線開口群203と
この第1平行直線開口群203とその配列方向を異にす
る直線開口204aを複数本同一のピッチ間隔で平行に
配列してなる第2平行直線開口群204が形成されてい
る。また、第1及び第2それぞれの平行直線開口群には
少なくとも1本の前記直線開口203a,204aと太
さの異なる基準直線開口203b及び204bが形成さ
れている。この基準直線開口203b,204bをもう
けた理由は、これら平行直線開口群の投影パターンを2
本のリニア型ポジシヨンセンサで検出し、その検出点か
ら投影パターンの方程式を決定するときどの検出点とど
の検出点を結ぶ方程式を算出すればよいかが簡単にかわ
るようにするためである。また直線開口を多数形成した
のはこれらに対応する投影パターンを平均化して測定精
度を高めるためである。第14d図は、前記第4の測定
原理を採用するときの開口板の開口パターンの一例を示
す図であり、この開口板13には、円形開口205と、
これに交わる2本の互いに平行な直線開口206a,2
06bからなる平行直線開口群206が形成されてい
る。ここで、直線開口206aと206bを2本、平行
にもうけたのは、例えばこの開口パターンの投影パター
ンを2本のリニアセンサで検出する場合、直線開口20
6aに対応する投影直線パターンが、この2本のリニア
センサの交差点上に投影された場合でも、他の直線開口
206bに対応する投影直線パターンはかならず2本の
リニアセンサ上にまたがつて投影されるため、その投影
パターン上の2点が検出でき、もつてこの投影パターン
の方程式が算出できることを利用するためである。この
様に、各測定原理により、その測定原理にそつた種々の
開口パターンが採用可能であるが以下本実施例の説明は
第14図bに示した開口パターンを有する開口板13が
組込まれているものとして説明する。すなわち、この開
口板13が前述の直線光源として作用する。開口板13
の開口パターンを射出した光束はピンホール板14のピ
ンホール14aを通つて結像補助レンズ15に入射す
る。この結像補助レンズ15を射出した照明光束は、測
定光学系6の測定光軸O1に傾設されている小ハーフミ
ラー16で反射され結像レンズ17に入射する。この結
像レンズ17は、アライメント装置として独立のもので
もよいし、このアライメント装置を組込んだ眼科器機の
測定光学部3の対物レンズとして兼用されてもよい。結
像レンズ17と前記結像補助レンズ15の両方の合成焦
点位置に前記ピンホール14aが配置されている。結像
レンズ17を射出した照明光束は、被検眼Eの角膜Cの
近傍の像平面ISにその光源すなわち開口板13の開口
パターン像を結像する。角膜Cで反射された照明光束
は、結像レンズ17を通り、この照明光束を眼科器機の
測定光学部3への光束とアライメント測定用光束とに分
割する光軸O1に傾設されたハーフミラー18で一部が
反射され、前記ダイクロイツクプリズム11と同一の波
長選択反射透過特性を有するダイクロイツクプリズム1
9により、第1光路20と第2光路21に分割される。
第1光路20は、補助リレーレンズ22とミラー23及
び光学光路長調整用の平行平面ガラス24から構成され
る。他方第2光路21は補助リレーレンズ25、ミラー
26及びこの第2光路の光軸回わりに像すなわち光束を
所定角回転するイメージローテーター27から構成され
ている。そして第1光路20と第2光路21の光束は、
ダイクロイツクプリズム11と同一の波長選択反射透過
特定を有するダイクロイツクプリズム28により合成さ
れる。そしてダイクロイツクプリズム28を射出した角
膜反射光束はリニアポジシヨンセンサ29に投影され
る。このリニアポジシヨンセンサ29としては例えば直
線状のCCD(Chage Coupled Devi
ice)アレイが利用される。リニアセンサ29は後に
詳述する演算回路7に接続している。ダイクロイツクプ
リズム28とリニアセンサ29との間には演算回路7か
らの信号を受けて、検出面切替回路30の駆動制御によ
り光路内に挿入及び選出される例えば平行平面ガラスか
ら成る光路長変換部材31が配置されている。リニアセ
ンサ29は、その光学的共役像が、補助リレーレンズ2
2または25により一度結像点IPに作つたのち結像レ
ンズ17により光路長変換部材31が光路内に挿入され
ているときは図中Dの位置に、光路長変換部材31が光
路から飛出しているときは図中D′の位置にそれぞれ形
成される。またこれら共役検出面D,D′は前記照明光
学系のピンホール14aとは非共役な位置に位置付けら
れている。さらに、結像レンズ17の前方には、測定時
の基準投影パターンを得るための手段として、光軸O1
に垂直な反射面をもち測定光路内に挿入退出できる反射
鏡32を配置してこの反射鏡32を使つて、この反射鏡
により照明光の反射光による直線光源と同一形状の投影
パターンをリニアセンサ29で検出し、これをもとに基
準投影パターンを作り、その値を演算回路のメモリーに
記憶しておけば直線光源としての開口板13の開口パタ
ーンの制作に際して設計値と誤差があつたりあるいは開
口板13の照明光学系5への組込みの誤差があつたとし
てもその装置22に個有の基準投影パターンを使えるの
で測定誤差にならないという利点をもつている。次に本
実施例の測定作用を説明する。まず基準投影パターンの
作り方を説明する。通常被検眼が位置するであろうと予
想される位置で、反射鏡32を光軸O1と垂直になるよ
うに図示しない保持手段、例えばこのアライメント装置
を有する眼科器機の被検者頭部固定用のアゴ受け手段等
に取り付ける。次に光路長変換部材31を測定光路内に
挿入し、発光ダイオード10aを点燈する。発光ダイオ
ード10aを射出した光束は、開口板13で選択透過さ
れ、この開口板13の開口パターンを直線状光源とし、
この光源から射出した光は結像レンズ17及び結像補助
レンズ15により光軸O1とその主光線が平行とされて
反射鏡に照明され、反射鏡近傍の像平面IS上に直線光
源像を作る。反射鏡32からの反射光は、照明光と同一
の光路を通つて結像レンズに入射する。そして結像レン
ズ17により、その反射光はハーフミラー18により反
射されダイクロイツクプリズム19のダイクロイツク面
で反射され第1光路20を通つてリニアセンサ29に投
影される。この基準投影パターンP0を第15図に実線
で示す。リニアセンサ29はこの基準投影パターンと交
差する点すなわち検出点0S0,0S2,0S3,0S
4を検出する。次に発光ダイオード10bに発光を切り
替えると、この光束による開口板13の開口パターンに
よる直線状光源の反射鏡32による反射光束はダイクロ
イツクプリズム19のダイクロイツク面を透過し第2光
路21を通りリニアセンサ29に投影される。ここで光
束は、第2光路21のイメージローテーター27の作用
により回転され、第15図に29′で示す位置にリニア
センサ29を配置したと等価な反射光束となつてリニア
センサ29に入射する。リニアセンサは、この投影パタ
ーン上の検出点0S5,0S6,0S7及び0S8を検
出する。そして検出点0S1と0S6より投影直線パタ
ーン201′aの方程式をもとめる。同様に検出点0S
3と0S7より直線パターン201′bの方程式を検出
点0S5と0S4から投影パターン202′aの方程式
を、検出点0S2と0S8とから投影パターンの方程式
をそれぞれ求め、これら4つの方程式をもとに投影パタ
ーンの交点U0,V0,W0,Q0を算定し、この交点
U0とW0を通る直線をX軸とし、また交点V0とQ0
を通る直線をY軸としてX−Y座標系を定める。そして
以後このX−Y座標系を測定上の座標系として使用す
る。また交点U0,V0,W0,Q0を基準点とする。
そして、これらX−Y座標系と交点U0,V0,W0,
Q0を基準原点として演算回路のメモリー回路に記憶し
ておく。このように準備されている眼科器機を被検眼に
対置させ、上述と同様の測定手順で測定し、光路長変換
部材31を光路中に挿入しての共役検出面Dでの検出に
より、第1投影パターンP1の各投影直線パターン20
1″a,201″b,202″a,202″bのそれぞ
れの方程式を求め、この4つの方程式をもとに交点
U1,V1,W1,Q1を求める。その4点U1,
V1,W1,Q1と上述の基準原点U0,V0,W0,
Q0のX−Y座標系における座標値を記憶しておく。次
に、光路変換部材31を光路外に退出させ、共役検出面
D′の位置において前述と同様の測定手順で第2投影パ
ターンP2を検出する。検出点から第2投影パターンの
交点U2,V2,W2,Q2を前述と同様の手順で求め
YのX−Y座標系での座標値を記憶する。そして前述の
基準原点U0,V0,W0,Q0と第1投影パターンの
4交点U1,V1,W1,Q1との間で第(1)〜
(4)式を適用し、その根λtを求める。つぎに基準原
点U0,V0,W0,Q0と第2投影パターンの4交点
U2,V2,W2,Q2との間で同様に第(1)〜
(4)式を適用し、その根λ′tを求める。これらλ
t′,λt′とから第(6)式により作動距離WDを演
算して求める。また基準原点U0,V0,W0,Q0と
第1投影パターンの4交点U1,V1,W1,Q1との
間で第(8)′式のnをn=4の場合として適用し、ア
ライメント量を求める。これら作動距離とアライメント
量の演算は独立に並行して演算回路7で演算できること
は、原理説明で述べた通りである。そして、作動距離調
整量とアライメント量はCRTデイスプレイ33に数値
あるいは図形表示するか、あるいは筐体駆動部9に入力
され自動的に作動距離とアライメントが調整される。第
16図は、以上の演算処理を行うための演算回路7の一
例を示すブロツク図である。リニアポジシヨンセンサ駆
動回路101によつて駆動されるリニアポジシヨンセン
サ29はドライブ回路100によつて駆動された発光ダ
イオード10aの発光により投影直線パターンの検出出
力を信号ライン102に送出する。符号104はアナロ
グスイツチであり、マイクロプロセッサ105によつて
コントロールされるものである。マイクロプロセツサ1
05は、リニアセンサ29を駆動する駆動回路101よ
りリニアセンサの走査開始パルス106により割込みを
受けると、アナログスイツチ104を制御して、リニア
センサ29の出力がA/D変換器107に入力される様
にする。A/D変換器107は駆動回路101からの読
み出しパルス108により読み出されるリニアセンサの
1素子毎の出力をアナログーデジタル変換し変換された
デジタル値をマイクロプロセツサに供給する。ここでA
/D変換器107は8ピツト(1/256)程度の分解
能を有し、かつリニアセンサ走査周波数より速い変換時
間を有するものが選ばれる。マイクロプロセツサ105
は1素子毎にデジタル値に変換されたリニアセンサ29
の出力を読み込み、RAM(ランダム・アクセス・メモ
リー)等で構成されるデータメモリー109に遂次記憶
させる。従つてデータメモリー109には、予め定めら
れた番地より、リニアセンサの最初の素子による出力か
ら順にデジタル値として記憶される。例えばリニアセン
サ29が1728素子のものであれば、1728個のデ
ータ取り込みが終了すると、マイクロプロセツサ105
は、それ以上のデータ取り込みをやめ駆動回路100を
制御して今まで発光していた発光ダイオード10aを消
し、発光ダイオード10bを発光させる。そして前述と
同様の駆動によりリニアセンサ29の検出出力をデータ
メモリ109に記憶する。次にマイクロプロセツサは検
出面切替回路30の切替信号120を出力し、この切替
回路30を駆動し光路長変換部材31を測定光路から退
出させ、再び前述と同様の駆動をしすべての検出データ
をデータメモリ109に記憶する。以後、マイクロプロ
セツサ105内の演算回路112はデータメモリ109
に書き込まれたデータを基に、以下の処理をおこなう。
ポジシヨンセンサlxとY軸上に配置されたリニアポジ
シヨンセンサlyとにより、投影楕円パターン上の4点
U(o1,y1)、V(x1,o)、W(o,y2)、
Q(x2,o)、及び投影直線パターン上の2点I(x
3,o)、J(o,y3)を求めれば、角膜Cの曲面特
性を求めることができる。またリニアセンサlx、ly
の配置としては前記第3の原理で説明したように検出面
上で斜交させてもよい。この場合前記の座標変換式 を使えばよい。また、第12図に示すように、2本の平
行なリニアセンサ1ly,2lyを使用してもよい。こ
のとき投影楕円パターンFx′は検出点U, 以上説明した測定原理を利用したアライメント装置の
2,3の実施例を以下図をもとに説明する。第13図
は、本発明の第1の実施例を示す光学配置図である。架
台1上に前後左右及び上下方向に可動自在に支持された
眼科器機筐体2にはこの眼科機器本来の測定あるいは検
査もしくは撮影をつかさどる測定光学系部3と本発明の
アライメント光学系4が組込まれている。測定光学系3
とは、例えばレフラクトメーター、オフサルモメーター
あるいは眼底カメラの光学系である。アライメント装置
4は、大きく分けて照明光学系5、測定光学系6、演算
回路7、表示器8及び架台1内に内蔵された筐体駆動部
9とから構成されている。照明光学系5の構成は次の通
りである。その光源としては発光波長が互いに異なる2
つの赤外光を発光する発光ダイオード10a,10bが
利用される。発光ダイオード10aを射出した光は、ダ
イクロイツクプリズム11のダイクロイツク面11aで
反射され、また発光ダイオード10bを射出した光は、
ダイクロイツク面11aを透過してコンデンサレンズ1
2により開口板13に入射する。開口板13には、第1
4図a〜dに示すように前記第1から第4の測定原理の
それぞれに則した開口パターンのいずれかが形成されて
いる。第14図aの開口板13は前記第1測定原理を採
用するときの開口板の一例である。この開口板13に
は、多数の点開口200が、直交する2軸上にそつて配
列されている。第14図bは前記第2測定原理を採用す
るときの開口板であり、この開口板13には、太い開口
直線201a,201bが平行に配列され、かつこの開
口直線201a,201bの両方に直交するようにして
細い3本の直線開口を1組とする第1直線群開口202
a、及び同様の構成からなる第2直線群開口202bが
配列されており、前記開口直線201a,201bとの
交差部では、直線群開口202a,202bは切断され
た形となつている。ここで直線開口として太い直線から
なる直線開口201と細い3本線からなる直線群開口2
02を形成したのは、互いの直線開口の投影パターンを
検出するときに区別できるようにするためであり、本発
明はこの開口板のパターンに限定されるものではない。
例えば開口201と202の透過率に差をもたせてもよ
いし、単に互いの太さのみを変えるだけでもよい。第1
4図cは前述の第3の測定原理を採用するための開口板
に形成される開口パターンの一例を示す図であり、この
開口板13には直線開口203aを複数本同一のピツチ
間隔で平行に配列してなる第1平行直線開口群203と
この第1平行直線開口群203とその配列方向を異にす
る直線開口204aを複数本同一のピッチ間隔で平行に
配列してなる第2平行直線開口群204が形成されてい
る。また、第1及び第2それぞれの平行直線開口群には
少なくとも1本の前記直線開口203a,204aと太
さの異なる基準直線開口203b及び204bが形成さ
れている。この基準直線開口203b,204bをもう
けた理由は、これら平行直線開口群の投影パターンを2
本のリニア型ポジシヨンセンサで検出し、その検出点か
ら投影パターンの方程式を決定するときどの検出点とど
の検出点を結ぶ方程式を算出すればよいかが簡単にかわ
るようにするためである。また直線開口を多数形成した
のはこれらに対応する投影パターンを平均化して測定精
度を高めるためである。第14d図は、前記第4の測定
原理を採用するときの開口板の開口パターンの一例を示
す図であり、この開口板13には、円形開口205と、
これに交わる2本の互いに平行な直線開口206a,2
06bからなる平行直線開口群206が形成されてい
る。ここで、直線開口206aと206bを2本、平行
にもうけたのは、例えばこの開口パターンの投影パター
ンを2本のリニアセンサで検出する場合、直線開口20
6aに対応する投影直線パターンが、この2本のリニア
センサの交差点上に投影された場合でも、他の直線開口
206bに対応する投影直線パターンはかならず2本の
リニアセンサ上にまたがつて投影されるため、その投影
パターン上の2点が検出でき、もつてこの投影パターン
の方程式が算出できることを利用するためである。この
様に、各測定原理により、その測定原理にそつた種々の
開口パターンが採用可能であるが以下本実施例の説明は
第14図bに示した開口パターンを有する開口板13が
組込まれているものとして説明する。すなわち、この開
口板13が前述の直線光源として作用する。開口板13
の開口パターンを射出した光束はピンホール板14のピ
ンホール14aを通つて結像補助レンズ15に入射す
る。この結像補助レンズ15を射出した照明光束は、測
定光学系6の測定光軸O1に傾設されている小ハーフミ
ラー16で反射され結像レンズ17に入射する。この結
像レンズ17は、アライメント装置として独立のもので
もよいし、このアライメント装置を組込んだ眼科器機の
測定光学部3の対物レンズとして兼用されてもよい。結
像レンズ17と前記結像補助レンズ15の両方の合成焦
点位置に前記ピンホール14aが配置されている。結像
レンズ17を射出した照明光束は、被検眼Eの角膜Cの
近傍の像平面ISにその光源すなわち開口板13の開口
パターン像を結像する。角膜Cで反射された照明光束
は、結像レンズ17を通り、この照明光束を眼科器機の
測定光学部3への光束とアライメント測定用光束とに分
割する光軸O1に傾設されたハーフミラー18で一部が
反射され、前記ダイクロイツクプリズム11と同一の波
長選択反射透過特性を有するダイクロイツクプリズム1
9により、第1光路20と第2光路21に分割される。
第1光路20は、補助リレーレンズ22とミラー23及
び光学光路長調整用の平行平面ガラス24から構成され
る。他方第2光路21は補助リレーレンズ25、ミラー
26及びこの第2光路の光軸回わりに像すなわち光束を
所定角回転するイメージローテーター27から構成され
ている。そして第1光路20と第2光路21の光束は、
ダイクロイツクプリズム11と同一の波長選択反射透過
特定を有するダイクロイツクプリズム28により合成さ
れる。そしてダイクロイツクプリズム28を射出した角
膜反射光束はリニアポジシヨンセンサ29に投影され
る。このリニアポジシヨンセンサ29としては例えば直
線状のCCD(Chage Coupled Devi
ice)アレイが利用される。リニアセンサ29は後に
詳述する演算回路7に接続している。ダイクロイツクプ
リズム28とリニアセンサ29との間には演算回路7か
らの信号を受けて、検出面切替回路30の駆動制御によ
り光路内に挿入及び選出される例えば平行平面ガラスか
ら成る光路長変換部材31が配置されている。リニアセ
ンサ29は、その光学的共役像が、補助リレーレンズ2
2または25により一度結像点IPに作つたのち結像レ
ンズ17により光路長変換部材31が光路内に挿入され
ているときは図中Dの位置に、光路長変換部材31が光
路から飛出しているときは図中D′の位置にそれぞれ形
成される。またこれら共役検出面D,D′は前記照明光
学系のピンホール14aとは非共役な位置に位置付けら
れている。さらに、結像レンズ17の前方には、測定時
の基準投影パターンを得るための手段として、光軸O1
に垂直な反射面をもち測定光路内に挿入退出できる反射
鏡32を配置してこの反射鏡32を使つて、この反射鏡
により照明光の反射光による直線光源と同一形状の投影
パターンをリニアセンサ29で検出し、これをもとに基
準投影パターンを作り、その値を演算回路のメモリーに
記憶しておけば直線光源としての開口板13の開口パタ
ーンの制作に際して設計値と誤差があつたりあるいは開
口板13の照明光学系5への組込みの誤差があつたとし
てもその装置22に個有の基準投影パターンを使えるの
で測定誤差にならないという利点をもつている。次に本
実施例の測定作用を説明する。まず基準投影パターンの
作り方を説明する。通常被検眼が位置するであろうと予
想される位置で、反射鏡32を光軸O1と垂直になるよ
うに図示しない保持手段、例えばこのアライメント装置
を有する眼科器機の被検者頭部固定用のアゴ受け手段等
に取り付ける。次に光路長変換部材31を測定光路内に
挿入し、発光ダイオード10aを点燈する。発光ダイオ
ード10aを射出した光束は、開口板13で選択透過さ
れ、この開口板13の開口パターンを直線状光源とし、
この光源から射出した光は結像レンズ17及び結像補助
レンズ15により光軸O1とその主光線が平行とされて
反射鏡に照明され、反射鏡近傍の像平面IS上に直線光
源像を作る。反射鏡32からの反射光は、照明光と同一
の光路を通つて結像レンズに入射する。そして結像レン
ズ17により、その反射光はハーフミラー18により反
射されダイクロイツクプリズム19のダイクロイツク面
で反射され第1光路20を通つてリニアセンサ29に投
影される。この基準投影パターンP0を第15図に実線
で示す。リニアセンサ29はこの基準投影パターンと交
差する点すなわち検出点0S0,0S2,0S3,0S
4を検出する。次に発光ダイオード10bに発光を切り
替えると、この光束による開口板13の開口パターンに
よる直線状光源の反射鏡32による反射光束はダイクロ
イツクプリズム19のダイクロイツク面を透過し第2光
路21を通りリニアセンサ29に投影される。ここで光
束は、第2光路21のイメージローテーター27の作用
により回転され、第15図に29′で示す位置にリニア
センサ29を配置したと等価な反射光束となつてリニア
センサ29に入射する。リニアセンサは、この投影パタ
ーン上の検出点0S5,0S6,0S7及び0S8を検
出する。そして検出点0S1と0S6より投影直線パタ
ーン201′aの方程式をもとめる。同様に検出点0S
3と0S7より直線パターン201′bの方程式を検出
点0S5と0S4から投影パターン202′aの方程式
を、検出点0S2と0S8とから投影パターンの方程式
をそれぞれ求め、これら4つの方程式をもとに投影パタ
ーンの交点U0,V0,W0,Q0を算定し、この交点
U0とW0を通る直線をX軸とし、また交点V0とQ0
を通る直線をY軸としてX−Y座標系を定める。そして
以後このX−Y座標系を測定上の座標系として使用す
る。また交点U0,V0,W0,Q0を基準点とする。
そして、これらX−Y座標系と交点U0,V0,W0,
Q0を基準原点として演算回路のメモリー回路に記憶し
ておく。このように準備されている眼科器機を被検眼に
対置させ、上述と同様の測定手順で測定し、光路長変換
部材31を光路中に挿入しての共役検出面Dでの検出に
より、第1投影パターンP1の各投影直線パターン20
1″a,201″b,202″a,202″bのそれぞ
れの方程式を求め、この4つの方程式をもとに交点
U1,V1,W1,Q1を求める。その4点U1,
V1,W1,Q1と上述の基準原点U0,V0,W0,
Q0のX−Y座標系における座標値を記憶しておく。次
に、光路変換部材31を光路外に退出させ、共役検出面
D′の位置において前述と同様の測定手順で第2投影パ
ターンP2を検出する。検出点から第2投影パターンの
交点U2,V2,W2,Q2を前述と同様の手順で求め
YのX−Y座標系での座標値を記憶する。そして前述の
基準原点U0,V0,W0,Q0と第1投影パターンの
4交点U1,V1,W1,Q1との間で第(1)〜
(4)式を適用し、その根λtを求める。つぎに基準原
点U0,V0,W0,Q0と第2投影パターンの4交点
U2,V2,W2,Q2との間で同様に第(1)〜
(4)式を適用し、その根λ′tを求める。これらλ
t′,λt′とから第(6)式により作動距離WDを演
算して求める。また基準原点U0,V0,W0,Q0と
第1投影パターンの4交点U1,V1,W1,Q1との
間で第(8)′式のnをn=4の場合として適用し、ア
ライメント量を求める。これら作動距離とアライメント
量の演算は独立に並行して演算回路7で演算できること
は、原理説明で述べた通りである。そして、作動距離調
整量とアライメント量はCRTデイスプレイ33に数値
あるいは図形表示するか、あるいは筐体駆動部9に入力
され自動的に作動距離とアライメントが調整される。第
16図は、以上の演算処理を行うための演算回路7の一
例を示すブロツク図である。リニアポジシヨンセンサ駆
動回路101によつて駆動されるリニアポジシヨンセン
サ29はドライブ回路100によつて駆動された発光ダ
イオード10aの発光により投影直線パターンの検出出
力を信号ライン102に送出する。符号104はアナロ
グスイツチであり、マイクロプロセッサ105によつて
コントロールされるものである。マイクロプロセツサ1
05は、リニアセンサ29を駆動する駆動回路101よ
りリニアセンサの走査開始パルス106により割込みを
受けると、アナログスイツチ104を制御して、リニア
センサ29の出力がA/D変換器107に入力される様
にする。A/D変換器107は駆動回路101からの読
み出しパルス108により読み出されるリニアセンサの
1素子毎の出力をアナログーデジタル変換し変換された
デジタル値をマイクロプロセツサに供給する。ここでA
/D変換器107は8ピツト(1/256)程度の分解
能を有し、かつリニアセンサ走査周波数より速い変換時
間を有するものが選ばれる。マイクロプロセツサ105
は1素子毎にデジタル値に変換されたリニアセンサ29
の出力を読み込み、RAM(ランダム・アクセス・メモ
リー)等で構成されるデータメモリー109に遂次記憶
させる。従つてデータメモリー109には、予め定めら
れた番地より、リニアセンサの最初の素子による出力か
ら順にデジタル値として記憶される。例えばリニアセン
サ29が1728素子のものであれば、1728個のデ
ータ取り込みが終了すると、マイクロプロセツサ105
は、それ以上のデータ取り込みをやめ駆動回路100を
制御して今まで発光していた発光ダイオード10aを消
し、発光ダイオード10bを発光させる。そして前述と
同様の駆動によりリニアセンサ29の検出出力をデータ
メモリ109に記憶する。次にマイクロプロセツサは検
出面切替回路30の切替信号120を出力し、この切替
回路30を駆動し光路長変換部材31を測定光路から退
出させ、再び前述と同様の駆動をしすべての検出データ
をデータメモリ109に記憶する。以後、マイクロプロ
セツサ105内の演算回路112はデータメモリ109
に書き込まれたデータを基に、以下の処理をおこなう。
i 直線投影パターンによるリニアセンサ出力波形の中
心位置がリニアセンサの素子の何番目に位置するかを検
出する。
心位置がリニアセンサの素子の何番目に位置するかを検
出する。
ii i)の検出位置から投影直線パターンの方程式を
算出する。
算出する。
iii 方程式より、投影パターンの交点の位置座標を
もとめる。
もとめる。
iv 交点の座標値をもとに、第(1)〜第(4)′式
の2根λi,λiをもとめる。
の2根λi,λiをもとめる。
v 2根λi,λi′を使つて第(6)式より作動距離
を算出する。
を算出する。
vi 交点座標値からアライメント量を算出する。以上
の処理により求められた各値はCRTデイスプレイ33
により数値もしくは図形表示される。あるいは予め基準
値設定回路121に記憶されている基準作動距離との差
をベクトル値、すなわち装置筐体2を移動させたい量及
びその方向を演算回路112で演算し、その値を筐体駆
動部9内の前後方向移動用モータ117を駆動制御する
駆動制御回路114に入力して作動距離を自動的に調整
させる。同様に水平方向アライメント量αを左右方向移
動用モータ118の駆動制御回路115に、また垂直方
向アライメント量βを上下方向移動用モータ119の駆
動制御回路116にそれぞれ入力し、自動的にアライメ
ント調整させる。第17図は本発明の第2の実施例を示
す光学配置図である。前述の第1の実施例と同一もしく
は均等の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略
する。本実施例の照明光学系5の開口板は、2つの開口
板50,51からなり、それぞれダイクロイツクプリズ
ム11の反射光軸上と、透過光軸上に配置されている。
また、発光光源は、発光ダイオードでなく一般の白熱電
球52,53を使用している。光源52,53を射出し
た光束はそれぞれ散板54及び赤外光のみを透過する赤
外フイルター55を通過して開口板50,51に入射す
る。開口板51には、第14図に示す開口板13の各開
口パターンにつき、その一方の開口のみが形成される。
例えば第14b図について言えば開口板50には直線開
口201a,201bが、開口板51には平行直線群開
口202a,202bが、それぞれ形成されており、ピ
ンホール14aを通つて結像レンズ17、補助結像レン
ズ15によつて角膜近傍の像平面IS上に結像され、こ
の像平面内で合成される。またハーフミラー56は、測
定光学系6の第1光路20、第2光路21の合成を行な
うとともに、第1光路20を通つてきた角膜反射光を2
分割しこのハーフミラー53の反射光はリニアセンサ2
9に、また透過光はリニアセンサ57にそれぞれ投影さ
れる。同様に第2光路21を通つてきた角膜反射光は、
ハーラミラー57で2分割され、このハーフミラー56
の反射光はリニアセンサ57に、透過光はリニアセンサ
29に投影させる。ここで2本のリニアセンサ29と5
7はそれぞれ補肋リレーレンズ22又は25及び結像レ
ンズ17により、共役検出面DもしくはD′内で互いに
交差するように配置されている。光源52を発光する
と、その射出光は開口板50で選択透過されダイクロイ
ツクプリズム11で反射されて角膜に向う。そして角膜
反射光は光学像レンズ17、ハーフミラー18、第1光
路20を通つてハーフミラー56で2分され、リニアセ
ンサ29及び57にそれぞれ投影される。そしてリニア
センサ29は、第15図の検出点1S1,1S2を、リ
ニアセンサ57は検出点1S3,1S4をそれぞれ検出
する。次に光源53に発光を切り替えると、その射出光
は開口板51で選択透過されて、角膜Cに向う。角膜C
からの反射光は第2光路21を通つて同様にハーフミラ
ー56で2分され、一方はリニアセンサ29に投影さ
れ、リニアセンサ29は検出点1S5,1S6を検出す
る。他方はリニアセンサ57に投影され、リニアセンサ
57は検出点1S7,1S8を検出する。そしてこれら
8個検出点1S1,1S2、…1S8から各投影直線パ
ターンの方程式を求め4交点U1,V1,W1,Q1を
求める。以後は前述の第1実施例と同様の測定手順によ
り作動距離とアライメント量を求めることができる。第
18図は本発明の第3の実施例を示す光学配置図であ
り、第19図は本発明の第4の実施例を示す光学配置図
である。第3、及び第4実施例において前述の第1また
は第2実施例と同一もしくは均等の構成要素には同一の
符号を附して説明を省略する。第18図の第3の実施例
はリニアセンサ29を回転駆動制御回路301で制御さ
れるパルスモーター300で光軸O1を回転軸として回
転し、そしてリニアセンサ29を固定しておいて鎖線で
示したようにイメージローテーター302を回転する例
を示している。これにより平面型センサとまつたく同様
の効果が得られるので第1の測定原理のように測定に点
光源を使う場合も一本のリニアセンサで検出できる。ま
た第4の測定原理において同形光源のみを使う場合も同
様に1本のリニアセンサで検出できる。また第19図に
示す第4実施例は検出器として二本のリニアセンサを平
行に配置する代りに、平行平面ガラス303を光軸O1
に垂直な軸を回転軸として回転して反射光束をシフトす
ることにより1本のリニアセンサで平行配置したと同様
の作用効果をもたせた例である。以上説明した各実施例
とも光源として、開口板上に形成した開口パターンを利
用しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、
光源からの照明光束を選択的に反射する反射パターンを
光源として利用してもよいことは説明するまでもないこ
とであり、また多数の微少発光素子を配列して直接各パ
ターンを形成してもよいことは言うまでもなく、特に点
光源を利用する第1の測定原理の場合は十分実用性があ
るものである。さらに、これら光源を得るために、1つ
の点光源から射出された光束を複数の屈折面から成るピ
ラミットプリズムや多角錐形プリズムを通して、あたか
も複数光源があるかの様に構成することや、1本のリニ
ア発光素子アレイまたは、マスクパターンを移動あるい
は回転して、上記原理の述べたような複数本のリニア発
光素子アレイや複数本のマスクパターンを仮想的に形成
せしめてもよいことは言うまでもない。また円形光源の
かわりに、1つの光軸外点光源もしくは光軸外点開口を
光軸を回転軸として回転して円形光源を作つてもよい。
の処理により求められた各値はCRTデイスプレイ33
により数値もしくは図形表示される。あるいは予め基準
値設定回路121に記憶されている基準作動距離との差
をベクトル値、すなわち装置筐体2を移動させたい量及
びその方向を演算回路112で演算し、その値を筐体駆
動部9内の前後方向移動用モータ117を駆動制御する
駆動制御回路114に入力して作動距離を自動的に調整
させる。同様に水平方向アライメント量αを左右方向移
動用モータ118の駆動制御回路115に、また垂直方
向アライメント量βを上下方向移動用モータ119の駆
動制御回路116にそれぞれ入力し、自動的にアライメ
ント調整させる。第17図は本発明の第2の実施例を示
す光学配置図である。前述の第1の実施例と同一もしく
は均等の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略
する。本実施例の照明光学系5の開口板は、2つの開口
板50,51からなり、それぞれダイクロイツクプリズ
ム11の反射光軸上と、透過光軸上に配置されている。
また、発光光源は、発光ダイオードでなく一般の白熱電
球52,53を使用している。光源52,53を射出し
た光束はそれぞれ散板54及び赤外光のみを透過する赤
外フイルター55を通過して開口板50,51に入射す
る。開口板51には、第14図に示す開口板13の各開
口パターンにつき、その一方の開口のみが形成される。
例えば第14b図について言えば開口板50には直線開
口201a,201bが、開口板51には平行直線群開
口202a,202bが、それぞれ形成されており、ピ
ンホール14aを通つて結像レンズ17、補助結像レン
ズ15によつて角膜近傍の像平面IS上に結像され、こ
の像平面内で合成される。またハーフミラー56は、測
定光学系6の第1光路20、第2光路21の合成を行な
うとともに、第1光路20を通つてきた角膜反射光を2
分割しこのハーフミラー53の反射光はリニアセンサ2
9に、また透過光はリニアセンサ57にそれぞれ投影さ
れる。同様に第2光路21を通つてきた角膜反射光は、
ハーラミラー57で2分割され、このハーフミラー56
の反射光はリニアセンサ57に、透過光はリニアセンサ
29に投影させる。ここで2本のリニアセンサ29と5
7はそれぞれ補肋リレーレンズ22又は25及び結像レ
ンズ17により、共役検出面DもしくはD′内で互いに
交差するように配置されている。光源52を発光する
と、その射出光は開口板50で選択透過されダイクロイ
ツクプリズム11で反射されて角膜に向う。そして角膜
反射光は光学像レンズ17、ハーフミラー18、第1光
路20を通つてハーフミラー56で2分され、リニアセ
ンサ29及び57にそれぞれ投影される。そしてリニア
センサ29は、第15図の検出点1S1,1S2を、リ
ニアセンサ57は検出点1S3,1S4をそれぞれ検出
する。次に光源53に発光を切り替えると、その射出光
は開口板51で選択透過されて、角膜Cに向う。角膜C
からの反射光は第2光路21を通つて同様にハーフミラ
ー56で2分され、一方はリニアセンサ29に投影さ
れ、リニアセンサ29は検出点1S5,1S6を検出す
る。他方はリニアセンサ57に投影され、リニアセンサ
57は検出点1S7,1S8を検出する。そしてこれら
8個検出点1S1,1S2、…1S8から各投影直線パ
ターンの方程式を求め4交点U1,V1,W1,Q1を
求める。以後は前述の第1実施例と同様の測定手順によ
り作動距離とアライメント量を求めることができる。第
18図は本発明の第3の実施例を示す光学配置図であ
り、第19図は本発明の第4の実施例を示す光学配置図
である。第3、及び第4実施例において前述の第1また
は第2実施例と同一もしくは均等の構成要素には同一の
符号を附して説明を省略する。第18図の第3の実施例
はリニアセンサ29を回転駆動制御回路301で制御さ
れるパルスモーター300で光軸O1を回転軸として回
転し、そしてリニアセンサ29を固定しておいて鎖線で
示したようにイメージローテーター302を回転する例
を示している。これにより平面型センサとまつたく同様
の効果が得られるので第1の測定原理のように測定に点
光源を使う場合も一本のリニアセンサで検出できる。ま
た第4の測定原理において同形光源のみを使う場合も同
様に1本のリニアセンサで検出できる。また第19図に
示す第4実施例は検出器として二本のリニアセンサを平
行に配置する代りに、平行平面ガラス303を光軸O1
に垂直な軸を回転軸として回転して反射光束をシフトす
ることにより1本のリニアセンサで平行配置したと同様
の作用効果をもたせた例である。以上説明した各実施例
とも光源として、開口板上に形成した開口パターンを利
用しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、
光源からの照明光束を選択的に反射する反射パターンを
光源として利用してもよいことは説明するまでもないこ
とであり、また多数の微少発光素子を配列して直接各パ
ターンを形成してもよいことは言うまでもなく、特に点
光源を利用する第1の測定原理の場合は十分実用性があ
るものである。さらに、これら光源を得るために、1つ
の点光源から射出された光束を複数の屈折面から成るピ
ラミットプリズムや多角錐形プリズムを通して、あたか
も複数光源があるかの様に構成することや、1本のリニ
ア発光素子アレイまたは、マスクパターンを移動あるい
は回転して、上記原理の述べたような複数本のリニア発
光素子アレイや複数本のマスクパターンを仮想的に形成
せしめてもよいことは言うまでもない。また円形光源の
かわりに、1つの光軸外点光源もしくは光軸外点開口を
光軸を回転軸として回転して円形光源を作つてもよい。
第1図は本発明の原理を示すための光学配置図、第2図
は角膜への照明光の角膜近傍での反射屈折状態を示す
図、第3図は本発明の第1の測定原理を説明するための
斜視図、第4図及び第5図は本発明の第2の測定原理を
説明するための斜視図、第6図、第7図は本発明の第3
の測定原理を示すための斜視図、第8a図ないし第8d
図及び10図は本発明の投影パターンから仮想平行四辺
形を作る方法を示す概略図、第9図は直交座標系と斜交
座標系の関係を示す図、第11図及び第12図は本発明
の第4の測定原理を説明するための斜視図、第13図は
本発明の第1の実施例を示す光学配置図、第14図a〜
dは開口板の例を示す正面図、第15図は投影パターン
の検出法を示す概略図、第16図は演算回路の一例を示
すブロツク図、第17図は本発明の第2の実施例を示す
光学配置図、第18図は本発明の第3の実施例を示す光
学配置図、第19図は本発明の第4の実施例を示す光学
配置図。 5……照明光学系、6……測定光学系,10a,10b
……発光ダイオード、14a……ピンホール、17……
結像レンズ、27,302……イメージローテーター、
29,57……リニアポジシヨンセンサ、31……光路
長変換部材、52,53……光源、 55……赤外フイ
ルター、303……光束シフト手段、300……パルス
モーター。
は角膜への照明光の角膜近傍での反射屈折状態を示す
図、第3図は本発明の第1の測定原理を説明するための
斜視図、第4図及び第5図は本発明の第2の測定原理を
説明するための斜視図、第6図、第7図は本発明の第3
の測定原理を示すための斜視図、第8a図ないし第8d
図及び10図は本発明の投影パターンから仮想平行四辺
形を作る方法を示す概略図、第9図は直交座標系と斜交
座標系の関係を示す図、第11図及び第12図は本発明
の第4の測定原理を説明するための斜視図、第13図は
本発明の第1の実施例を示す光学配置図、第14図a〜
dは開口板の例を示す正面図、第15図は投影パターン
の検出法を示す概略図、第16図は演算回路の一例を示
すブロツク図、第17図は本発明の第2の実施例を示す
光学配置図、第18図は本発明の第3の実施例を示す光
学配置図、第19図は本発明の第4の実施例を示す光学
配置図。 5……照明光学系、6……測定光学系,10a,10b
……発光ダイオード、14a……ピンホール、17……
結像レンズ、27,302……イメージローテーター、
29,57……リニアポジシヨンセンサ、31……光路
長変換部材、52,53……光源、 55……赤外フイ
ルター、303……光束シフト手段、300……パルス
モーター。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年6月7日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を示すための光学配置図、
【図2】角膜への照明光の角膜近傍での反射屈折状態を
示す図、
示す図、
【図3】本発明の第1の測定原理を説明するための斜視
図、
図、
【図4】本発明の第2の測定原理を説明するための斜視
図、
図、
【図5】本発明の第2の測定原理を説明するための斜視
図、
図、
【図6】本発明の第3の測定原理を示すための斜視図、
【図7】本発明の第3の測定原理を示すための斜視図、
【図8】本発明の投影パターンから仮想平行四辺形を作
る方法を示す概略図、
る方法を示す概略図、
【図9】本発明の投影パターンから仮想平行四辺形を作
る方法を示す概略図、
る方法を示す概略図、
【図10】本発明の投影パターンから仮想平行四辺形を
作る方法を示す概略図、
作る方法を示す概略図、
【図11】本発明の投影パターンから仮想平行四辺形を
作る方法を示す概略図、
作る方法を示す概略図、
【図12】直交座標系と斜交座標系の関係を示す図、
【図13】本発明の投影パターンから仮想平行四辺形を
作る方法を示す概略図、
作る方法を示す概略図、
【図14】本発明の第4の測定原理を説明するための斜
視図、
視図、
【図15】本発明の第4の測定原理を説明するための斜
視図、
視図、
【図16】本発明の第1の実施例を示す光学配置図、
【図17】a〜dは開口板の例を示す正面図、
【図18】投影パターンの検出法を示す概略図、
【図19】演算回路の一例を示すブロック図、
【図20】本発明の第2の実施例を示す光学配置図、
【図21】本発明の第3の実施例を示す光学配置図、
【図22】本発明の第4の実施例を示す光学配置図。
【符号の説明】 5……照明光学系、6……測定光学系、10a,10b
……発光ダイオード、14a……ピンホール、17……
結像レンズ、27,302……イメージローテーター、
29,57……リニアポジションセンサ、31……光路
長変換部材、52,53……光源、55……赤外フイル
ター、303……光束シフト手段、300……パルスモ
ーター。
……発光ダイオード、14a……ピンホール、17……
結像レンズ、27,302……イメージローテーター、
29,57……リニアポジションセンサ、31……光路
長変換部材、52,53……光源、55……赤外フイル
ター、303……光束シフト手段、300……パルスモ
ーター。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図21】
【図9】
【図10】
【図22】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図18】
【図17】
【図19】
【図20】
Claims (1)
- 【請求項1】 被検眼角膜に向けて所定パターン像を投
影する投影系と、被検眼角膜により反射された光束によ
り形成された角膜反射パターン像を光電的に検出するた
めの受光部と、前記受光部からの信号に基づき角膜反射
パターン像の形状を示す方程式より角膜反射パターン像
の幾何学的中心を演算し、被検眼に対する装置のアライ
メント量を算出するための演算部とからなることを特徴
とする眼科機械用アライメント装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3289037A JPH08103B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 眼科機械用アライメント装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3289037A JPH08103B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 眼科機械用アライメント装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56173531A Division JPS5875527A (ja) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | 眼科機械用アライメント装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05329103A true JPH05329103A (ja) | 1993-12-14 |
| JPH08103B2 JPH08103B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=17738013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3289037A Expired - Lifetime JPH08103B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 眼科機械用アライメント装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08103B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020054656A (ja) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | 株式会社ニデック | 眼科装置 |
| US20210121061A1 (en) * | 2017-03-28 | 2021-04-29 | Tomey Corporation | Ophthalmic apparatus |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007055922A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Carl Zeiss Surgical Gmbh | Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften und/oder der Position charakteristischer Augenbestandteile |
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| JPS4929877A (ja) * | 1972-07-14 | 1974-03-16 | ||
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| JPS5873335A (ja) * | 1981-10-26 | 1983-05-02 | キヤノン株式会社 | 角膜形状測定装置 |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP3289037A patent/JPH08103B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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| US20210121061A1 (en) * | 2017-03-28 | 2021-04-29 | Tomey Corporation | Ophthalmic apparatus |
| US11659992B2 (en) * | 2017-03-28 | 2023-05-30 | Tomey Corporation | Ophthalmic apparatus |
| JP2020054656A (ja) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | 株式会社ニデック | 眼科装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08103B2 (ja) | 1996-01-10 |
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