JPH08103B2 - 眼科機械用アライメント装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】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。

【０００２】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８０％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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。図１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Ｏ
_２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Ｐ_１２，Ｐ_３が配置されている（図１ではＰ_１，Ｐ
_２のみを図示する）。₁，Ｐ_２，Ｐ_３から射出されか光
束は、照明光軸Ｏ_２上に配置されたピ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Ｏ_１とその主
光線Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３れ平行となる照明光束Ｉ_１，
Ｉ_２，Ｉ_３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Ｐ_１Ｐ_２，Ｐ_３の光源像が結像されるようになつて
いる。また装置光軸Ｏ_１と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Ｏ_１方向に１、また結像レンズＬの前面か
ら距離ｄ離て位置している。

【０００６】また本測定原理において点光源Ｐ_１，
Ｐ_２，Ｐ_３の像を接平面Ｈ上に結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、それにより図２
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Ｏ_１
と行であるから角膜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。
図３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ｉ_１，ｉ
_２，ｉ_３はすべてその主光線Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３を使つて
図３において装置光軸Ｏ_１に原点を有するＸ_０−Ｙ_０直
交座標系を考。このＸ_０−Ｙ_０座標系を含む面に、その
頂点を接するように角膜Ｃが配置ているものとする。こ
の角膜Ｃは、その光学中心（角膜頂点）ＯｃをＸ_０軸方
にＥ_Ｈ、Ｙ_０軸方向にＥ_ｖずらして配置されており、か
つ、曲率半径ｒ₁主径線ｒ_１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たその第２主径線
ｒ_２の曲率半径をｒ_２とする。今このＸ_０−Ｙ_０座標置
光軸Ｏ_１にそつて距離Ｉ離れた位置に、その装置光軸Ｏ
_１に原点Ｏをもつ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。

【０００７】今、この角膜Ｃに前述したように光軸Ｏ_１
と平行な３本の光線Ｉ_１，Ｉ_2３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Ｉ_１，Ｉ，Ｉ
_３´は共役検出面Ｄに到達する。光線Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３
のＸ_０−に入射する入射点をそれぞれＵ_０（_０Ｘ_１，_０
Ｙ_１）、Ｖ_０（_０、Ｗ_０（_０Ｘ_３，_０Ｙ_３）とし、また
反射光線Ｉ_１´，Ｉ_２´，Ｄへの到達点のＸ−Ｙ座標上
の位置をそれぞれＵ（Ｘ_１，Ｙ_１）、Ｖ（Ｘ_2２）、Ｗ
（Ｘ_３，Ｙ_３）とし、これら６点について以下の係数の
式を定義

【０００８】

【数１】 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

【０００９】

【数２】 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。

【００１０】

【数３】 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

【００１１】

【数４】 として表わされる。ここで上記の二次方程式の根を

【００１２】

【数５】 ここでｉ＝１， ２とする。また、検出面Ｄを図１に示
すように角膜頂点

【００１３】

【数６】 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´，Ｉ_２´，Ｉ_３´の到達点Ｕ
´（Ｘ_１´，Ｙ_１´，）、Ｖ´（Ｘ_２）、Ｗ´（Ｘ
_３´，Ｙ_３´）について考えると、Ｘ_０−Ｙ_０座標面へ
の，Ｉ_２，Ｉ_３の入射点Ｕ_０（_０Ｘ_１，_０Ｙ_１）、Ｖ_０
（_０Ｘ（_０Ｘ_３，_０Ｙ_３）との間にやはり上述の第
（３）式と同様に

【００１４】

【数７】 が成立し、その根を

【００１５】

【数８】 とする。こうして、上記（４），（４）´式の根λｉ
１，λｉ´より

【００１６】

【数９】 これより

【００１７】

【数１０】 として１をもとめることができる。また図１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

【００１８】

【数１１】 と書くことができる。また図１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

【００１９】

【数１２】 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Ｅ_Ｍ、垂直方向にＥ_Ｖずれことに起因す
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ｐ
_１，Ｐ_２，Ｐ_３の配置を _０ｘ_１＋_０ｘ_２＋_０ｘ_３＝０ ０ｙ_１＋０ｙ_２＋０ｙ_３＝０｝ ……（７） を満たすよう例えば点光源Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３が作る正 ……（３）′式 三角形の重心が光軸Ｏ_１と一致するように予め設計する
か、もしくは角膜Ｃの方に光軸Ｏ_１と垂直な反射鏡を配
置し、このときの検出面Ｄでの検出点をもと前記（７）
式を満たすようなＸ_０−Ｙ_０座標系及びＸ−Ｙ座標系を
作定し、を初期条件としてもよい。

【００２０】こうすることにより、角膜Ｃに光線Ｉ_１，
Ｉ_２，Ｉ_３を入射させたとき面Ｄでの検出点Ｕ（Ｘ_１，
Ｙ_１）、Ｖ（Ｘ_２，Ｙ_２）、Ｗ（Ｘ_３，Ｙアライメント
量α，βはそれぞれ

【００２１】

【数１３】 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

【００２２】

【数１４】 となる。図４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、図４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、
Ｘ_０軸と平行な直線Ｘｐに対し角度θ_１傾斜しており、
また直線状光源Ｂ線Ｘｐに対し角度θ_２で傾斜している
ものとする。また両直線光源Ａ，Ｂの交角は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
Ｏ_１に対し平行になるうにＸ_０−Ｙ_０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θ_１′の角度に変化し、また投影直線Ｂ´
の端点はＷ´、その軸との傾きはθ_２´に変化する。そ
してまた、直線状光源Ａの長さ、すなわち点Ｕと端点Ｖ
との間の長さ_０ｌ_Ａは交点Ｕ´と端点Ｖ´の間の長さ_０
ｌ_A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_０ｌ_５は、交点Ｕ´と端点
Ｗ′の間の長さ_０ｌ_Ｂ´に変化している。そｎθ_１＝_０
ｍ_Ａ、ｔａｎθ_２＝_０ｍ_Ｂ´ｔａｎθ_１´＝_０ｍ_A＝_０
ｍ_Ｂ´とすると、

【００２３】

【数１５】 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

【００２４】

【数１６】 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、図５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ｘａ_１，ｘａ_２及びｘａ_３とし、Ｙ軸上の
をそれぞれｙａ_１，ｙａ_２及びｙａ_３とすると、直線は
その内の任意の２まればその方程式を決定できるので、
検出点ｙａ_１とｘａ_３から投影直線Ａ方程式が決定で
き、同様に検出点ｘａ_１とｙａ_２から投影直線Ｂ´の方
程式検出点ｘａ_２とｙａ_３から投影直線Ｃ´の方程式が
それぞれ決定できる。こ投影直線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０_１ ´，Ｕ´とＷ´間の長さ０_１
´Ｂ´が求められ、また上記投影直線´の方程式よりそ
の傾きｔａｎθ_１´＝０^ｍＡ´を、投影直線Ｂ´の方程
式その傾きｔａｎθ_２´，＝０^ｍＢ´をそれぞれ算出
でき、これより上述の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。

【００２５】また装置光軸Ｏ_１と被検角膜Ｃの頂点Ｏｃ
との狭義のアライメントは、直線光源Ａ，Ｂ及びＣの交
点Ｕ，Ｖ及びＷの座標をそれぞれＵ（０Ｘ_１，０Ｙ_１Ｖ
（０Ｘ_２，０Ｙ_２）及びＷ（０Ｘ_３，０Ｙ_３） とする
とき、前記第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、λ
ｉ´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、図５の方法にしたがえば、
図４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。

【００２６】図６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Ｏ_１と平行になるよ
うに前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Ｒ_１の率
半径Ｒ_１、その第２主径線Ｒ_２の曲率半径Ｒ_２、及び第
１主径線の軸角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。

【００２７】

【数１７】 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Ｒ_１，Ｒ_２，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３），（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。この構成を図７に示す。図７には、傾
きｍ_１、ピツＰ_１の２本の平線群Ｌ_１と、傾きｍ_２、ピ
ッチＰ_２の２本の平行直線群Ｌ_２を構成するが配置され
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ｍ_１´、ピツチＰ_１´，の２本
の投影平行直線群Ｌ_１´と傾き、ピツチＰ_２´の２本の
投影平行直線群Ｌ_２´を形成する。この２組の投影直線
群から（１３），（１４）式がそれぞれ２組、合計４式
得られるため、（１３），（１４）式の未知数θ，
Ｒ_１，Ｒ_２を求めることができる。二次方程（１３），
（１４）式を解いてＲ_１，Ｒ_２，θを求めることが演算
処理上、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。

【００２８】図８は、図７の直線状光源が形成する平行
直線群Ｌ_１，Ｌ_２を示しる。Ｌ_１の傾きはｍ_１で、ピツ
チはＰ_１，Ｌ_２の傾きはｍ_２で、ピッあることは図７と
同様である。今、平行直線群Ｌ_１のうちの１本Ｌ_１１か
らピツチＰ_１のｅ倍の距離

【００２９】

【数１８】 を考える。また平行直線群Ｌ_２のうちの１本Ｌ_２１から
距離

【００３０】

【数１９】 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（ｏｘ_１，ｏｙ_１）、Ｖ
（ｏｘ_２，ｏｙ_２）、Ｗ（ｏｘ_３，ｏｙｏｘ_４，ｏ
ｙ_４）とする。図９は、第８図の平行直線群Ｌ_１，Ｌ_２
が角膜Ｃで反射し、検出面に投影された投影平行直線群
Ｌ_１´，Ｌ_２´を示す図で、このＬ_１´は傾´，ピツチ
Ｐ_２´，に、Ｌ_２´は傾きｍ_２´、ピツチＰ_２´に変化
しては第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Ｓ_１，Ｓ_２で検るものとする
と、リニアセンサーＳ_１は検出点イ，ロ，ハ，ニで投影
平行直線を検出し、リニアセンサーＳ_２は検出点ホ，
ヘ，ト，チで投影平行直線群を検する。そして検出点
ロ，ヘから投影平行直線群のうちの１本Ｌ_１１´の方程
式を演算し、また検出点ハ，トからＬ_２１´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Ｌ_１２′の、検出点ニ，チからＬ_2２
´のそれぞれの方程式が演算できＬ_１１´，Ｌ_１２´の
ピツチＰ_１´も、_１´、Ｌ_２２´のピッチＰ_２´も演算
できる。そしてＬ_１１´からピツチＰに図８でかけた倍
率と同じ倍率ｅを

【００３１】

【数２０】 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´（ｘ_１，ｙ_１）、Ｖ´（ｘ_２，、Ｗ´
（ｘ_３，ｙ_３）、Ｑ´（ｘ_４，ｙ_４）とすると、図８の
基準四辺形ＵＶＷＱと図９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。

【００３２】

【数２１】 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Ｒ_１，Ｒ_２は以下の２次方程式で表示でき
る。

【００３３】

【数２２】 ここで上記係数のカッコ式を以下のもので定義する。

【００３４】

【数２３】 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

【００３５】

【数２４】 として表わされる。１は図７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、図７のように２組の
投影平行直線群Ｌ_１´，Ｌ_２´のピッチＰ₁Ｐ_２′と傾
きｍ_１´，ｍ_２´，を検出し、図９のように第１投影仮
想辺形を作り、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

【００３６】

【数２５】 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。図１０に示すようにこの検出面Ｄ´上での
投影平行四線群Ｌ_１″，，Ｌ_２″，が作る第２投影仮想
平行四辺形Ｖ″Ｗ″Ｑ″についても前記第（１５ａ）式
〜第（１５ｃ）式が適用でき、その根を

【００３７】

【数２６】 とすると、Ｋｉ，Ｋｉ´から前述の（５）式と同様に

【００３８】

【数２７】 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

【００３９】

【数２８】 が得られる。上述した図８、図９及び図１０では、仮想
平行四辺形をもとめるのに、ピツチＰ_１，Ｐ_２，Ｐ
_１´，Ｐ_２´，Ｐ_１″及びＰ_２″に任意，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Ｕ₀Ｖ_０Ｗ₀Ｑ、及びＵ_０´Ｖ_０´Ｗ_０´Ｑ´を使つ
て演算した方が、処簡略化できる。また、仮想平行四辺
形の各頂点の座標をｘ_０＝ｙ_０直交座標系、Ｘ−Ｙ直標
系を使つて説明したが、リニアセンサーＳ_１，Ｓ_２の配
置にそつて斜交座Ｘ´−Ｙ´座標系を考えると、図１２
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Ｏ
_２はＸ−座標系の原点Ｏ_１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Ｘ′−Ｙ´座標系からＸ
−Ｙ座標系への座標変換は

【００４０】

【数２９】 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）｝＋ｓ
ｉｎβ｛ｏｙ´ｉ−ｙ´ｉ）−（ｏｙ´ｊ−ｙ´ｊ）｝
＝Ａ´ｉｊｓｉｎα＋Ｂ´ｉｊｓｉｎβ ……（２０
ａ） 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）−（ｏ
ｘ´ｊ−ｘ´ｊ）｝＝Ｂ´ｉｊｃｏｓβ−Ａ´ｉｊｃｏ
ｓα ……（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

【００４１】

【数３０】 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´，Ｌ_２´，を斜交座標系−Ｙ´座標のＸ´軸、Ｙ´
軸に配したリニアセンサーＳ_１，Ｓ_２で検出して、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Ｓ_１，Ｓ_２の配置に対してら組立上
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。

【００４２】次にアライメント量α，βの算出について
図１３をもとに説明する。光源位置に想定されるＸ_０−
Ｙ_０直交座標系と検出面位置に想定されるＸ−Ｙ直交系
によるアライメント量α，βの算定は、Ｙ_０軸に対し、
同じ角度γで対称に置されたピツチＰ_１の平行直線群Ｌ
_１とピッチＰ_２の平行直線群Ｌ_２のいずれか１本の直線
Ｌ_１１，Ｌ_２１

【００４３】

【数３１】 Ｘ_０軸、Ｙ_０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Ｏ_１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心は、測定光
軸Ｏ_１と一致している。次に、角膜Ｃを照明して、検出
面（Ｘ−座標系）に投影される投影平行直線群Ｌ´_１，
Ｌ´_２を検出

【００４４】

【数３２】 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、

【００４５】

【数３３】 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，ｏｙ_１）（ｏｘ_２＋ｏｙ_２）（ｏｘ_３）（ｏｘ_４，
ｏｙ_４）とおき

【００４６】

【数３４】 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

【００４７】

【数３５】 となり、第（２２）式を同様に第（１９）式で変換すれ
ば

【００４８】

【数３６】 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。

【００４９】

【数３７】

【００５０】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（Ｘ_０−Ｙ_０座標系）に配置された状光源の平行直
線群Ｌ_１，Ｌ_２から光軸Ｏ_１に対し対称な基準仮想平行
四このＸ_０−Ｙ_０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投影平行直線群Ｌ_１−，Ｌ_２−か
ら前記基準仮想平行四辺形と相似的な第１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。

【００５１】また、仮想平行四辺形を作成するとき、直
線Ｌ_１１，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Ｌ_１１，Ｌ_２１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、
図１１のように直線Ｌ_１１に対し、角度βの傾きをもつ
仮想直線ｌ_１１を、また、直線Ｌ_２１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ｌ
_１１，ｌ_２１をもとにして仮想平行四辺形ｖｗｑ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。 図１４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Ｏ_１とその主線が平行になるよ
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ｒ_１の曲率半径ｒ_１、第２主径線ｒ_２の曲ｒ_２及
び第１主径線ｒ_１の軸方向θさらに光学中心Ｏｃの装置
光軸Ｏ_１に偏位量、Ｅ_Ｈ、Ｅ_Ｖの影響により偏向され検
出面Ｄ上に楕円パターンＦＸ′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 ｘ^２＋ｙ^２＝Ｒ^２≡定数 の条件のもとに 〔ａ^２（１）ｓｉｎ^２θ＋ｂ^２（１）ｃｏｓ^２θ）（ｘ´−α）^２ ＋〔ａ^２（１）ｃｏｓ^２θ＋ｂ^２（１）ｓｉｎ^２θ〕（ｙ´−β）^２ −〔ａ^２（１）−ｂ^２（１）〕ｓｉｎ^２θ＋ａ（１）ｂ （１）・Ｒ^２＝０ ……（２７）

【００５２】

【数３８】 の方程式が成り立つ。今この方程式の根

【００５３】

【数３９】 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Ｏ_ｏとの偏位量Ｅ_Ｈ、Ｅ_Ｖに起因するが測定しよう
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

【００５４】

【数４０】 とすると（２８）（２８´）式より、前記（５）式と同
様に

【００５５】

【数４１】 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

【００５６】

【数４２】 ……（３０）として求めることができる。上記第（２
７）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ｒ_１，ｒ_２，θ，α，βの
５つであるから投影楕円パターン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、図１４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Ｏ_１を中心にリニアポジションセンサを
回転させるこ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
ち図１５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。

【００５７】今、図１５に示すように、直線状光源のＸ
ｏ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Ｌ_Ａ′のＸ軸との傾をａ′とす
ば、以下の方程式が成り立つ。 〔Ａ（１）ａ−Ｂ（１）ａ′〕ｔａｎ^２θ＋〔Ａ（１）−Ｂ（１）〕（１−ａ ａ′）ｔａｎθ＋〔Ａ（１）ａ′−Ｂ（１）ａ）＝０ ……（３１） ここに

【００５８】

【数４３】 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（ｏ_１，ｙ_１）、Ｖ（ｘ_１，ｏ）、Ｗ（ｏ，ｙ_２）、
Ｑ（ｘ_２，ｏ影直線パターン上の２点Ｉ（ｘ_３，ｏ）、
Ｊ（ｏ，ｙ_３）を求めれば、角膜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

【００５９】

【数４４】 を使えばよい。また、図１５に示すように、２本の平行
なリニアセンサ_１ｌ，_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，

【００６０】

【数４５】 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。図１６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１２
により開口板１３に入射する。開口板１３には、図１７
（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。図１７の（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図１７の（ｂ）のは前
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２０２ａ、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２０２
ａ，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２０２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。図１７の（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２
０３ａ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２
０３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２
０３ｂ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。

【００６１】図１７の（ｄ）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，２０６ｂ
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２０６ａ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図１７の
（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Ｏ_１に傾設されている小ハーフミラー１
６で反射され結レンズ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。

【００６２】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Ｏ
_１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１９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 Ｄｅｖｉｉｃｅ）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２２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。

【００６３】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Ｏ
_１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Ｏ_１と垂直になるよ
うに図示しない保持段、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Ｏ_１とそ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Ｐ_０を図１８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_０Ｓ_０，_０Ｓ_２，_０Ｓ_３，_０Ｓ_４を
検出する。

【００６４】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、図１５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_０Ｓ_５，_０Ｓ_６，_０Ｓ_７及び_０Ｓ_８を検出点
_０Ｓ_１と_０Ｓ_６より投影直線パターン２０１′ａの方程
式をもとめに検出点_０Ｓ_３と_０Ｓ_７より直線パターン２
０１′ｂの方程式を検出点₀Ｓ_４から投影パターン２０
２′ａの方程式を、検出点_０Ｓ_２と_０Ｓ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Ｕ_０，Ｖ_０，Ｗ_０，Ｑ_０を算定し、この
交点Ｕ_０とＷ_０を通とし、また交点Ｖ_０とＱ_０を通る直
線をＹ軸としてＸ−Ｙ座標系を定める。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Ｕ
_０，Ｖ，Ｗ_０，Ｑ_０を基準点とする。そして、これらＸ
−Ｙ座標系と交点Ｕ_０，Ｗ_０，Ｑ_０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。

【００６５】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Ｐ_１の各投影直線パターン
２０１″ａ，２０１″ｂ，０２″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Ｕ
_１，Ｖ_１，Ｗ_１，Ｑ_１を求める。その４点Ｕ_１，Ｖ_１，
Ｗ_１基準原点Ｕ_０，Ｖ_０，Ｗ_０，Ｑ_０のＸ−Ｙ座標系に
おける座標値を記憶。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Ｐ_２を検出する。検出点
から第２投パターンの交点Ｕ_２，Ｖ_２，Ｗ_２，Ｑ_２を前
述と同様の手順で求めＹの標系での座標値を記憶する。
そして前述の基準原点Ｕ_０，Ｖ_０，Ｗ_０，Ｑ_０と第１投
影パターンの_１，Ｖ_１，Ｗ_１，Ｑ_１との間で第（１）〜
（４）式を適用し、その根λる。つぎに基準原点Ｕ_０，
Ｖ_０，Ｗ_０，Ｑ_０と第２投影パターンの４交Ｖ_２，
Ｗ_２，Ｑ_２との間で同様に第（１）〜（４）式を適用
し、その根λ求める。これらλｔ′，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Ｕ_０，Ｖ_０，Ｗ_０，Ｑ_０と第１投影パターンの
４，Ｖ_１，Ｗ_１，Ｑ_１との間で第（８）′式のｎをｎ＝
４の場合として適用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。

【００６６】図１９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１
０４はアナログスイツチであり、マイクロプロセッサ１
０５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１０５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１
０１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（１／２５
６）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１
０９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。 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。 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。 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。 ｖ ２根λｉ，λｉ′を使つて第（６）式より作動距離
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。

【００６７】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。図２０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、図１７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。例えば図１７の（ｂ）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２９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５７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。

【００６８】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、図１５
の検出点_１Ｓ_１，_１Ｓ_２を、リニアセンサ５７は検出点
_１Ｓ_３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_１Ｓ_５，
_１Ｓ_６を検出する。他方はリニアセンサ５７に投影され
センサ５７は検出点_１Ｓ_７，_１Ｓ_８を検出する。そして
これら８個検出_，１Ｓ_２、…_１Ｓ_８から各投影直線パタ
ーンの方程式を求め４交点Ｕ_１Ｗ_１，Ｑ_１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とア
ライメント量を求めることができる。図２１は本発明の
第３の実施例を示す光学配置図であり、図２２は本発明
の第４の実施例を示す光学配置図である。

【００６９】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。図２１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Ｏ_１を回転軸として
回転し、そしてリニアンサ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。また図２２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Ｏ_１に
垂直な軸を回転軸として回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。

【００７０】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。

【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、

【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４】本発明の第２の測定原理を説明するための斜視
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、

【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、

【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、

【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、

【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、

【図１４】本発明の第４の測定原理を説明するための斜
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、

【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】図１６の演算回路の一例を示すブロツク図、

【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。 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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。