JP4801967B2 - 検眼装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検眼の屈折力を自覚的に検査する検眼装置に関する。

検眼窓に球面レンズ及び円柱レンズ等の光学素子を切換え配置して被検眼の屈折力を自覚的に検査する検眼装置が知られている。この種の装置における球面レンズの構成としては、度数の異なる球面レンズを２枚又は３枚の球面レンズディスクに分割配置しているものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。また、円柱レンズの構成としては、度数の異なる球面レンズを強円柱レンズディスク及び弱円柱レンズディスクに分割配置しているものがある（例えば、特許文献２、３参照）。例えば、弱円柱レンズディスクには、開口の他、−０．２５Ｄ、−０．５０Ｄ、−０．７５Ｄ、−１．００Ｄ、−１．２５Ｄのように０．２５Ｄステップで円柱レンズが配置されている。強円柱レンズディスクには、開口の他、−１．５０Ｄ、−３．００Ｄ、−４．５０Ｄ、−６．００Ｄ、−７．５０Ｄのように１．５０Ｄステップで円柱レンズが配置されている。この場合、２枚の円柱レンズディスクを回転してレンズを切換えることより、０．２５Ｄステップで−８．７５Ｄまでの円柱検査度数を作り出す。
特開平１１−２６７１００号公報（図４、図５） 特表平９−５０５２０９号公報 特開２００４−３２９４５０号公報（図５）

ところで、従来の検眼装置における円柱検査度数は、単純に２枚の強円柱レンズディスク及び弱円柱レンズディスクに配置された円柱レンズの度数和とされていた。しかし、複数の円柱レンズを組み合わせて度数を作り出す場合、検査度数に対する眼鏡装用位置換算（例えば、眼から１２mmの位置換算）の合成度数に誤差が発生する。さらに、円柱レンズと眼との間に球面レンズを配置して組み合わせると、球面レンズの度数に応じて眼鏡装用位置換算での合成度数の誤差が大きくなる場合がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、２枚の強円柱レンズディスク及び弱円柱レンズディスクに配置された円柱レンズを組み合わせて円柱度数を作り出すときに発生する誤差を抑え、精度よく検査が行える検眼装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１） 度数の異なる球面レンズが分割配置された複数の球面レンズディスクと、度数の異なる円柱レンズが分割配置された強円柱レンズディスク及び弱円柱レンズディスクとを備え、検眼窓に球面レンズ及び円柱レンズを切換え配置して被検眼の屈折力を自覚的に検査する検眼装置において、検眼窓に配置するレンズの検査度数を指定する検査度数指定手段と、指定された検査度数に対する球面レンズ及び円柱レンズの組み合わせを決定する組み合わせ度数決定手段とを備え、前記弱円柱レンズディスクは、眼鏡装用位置換算での円柱度数間隔が略０．２５Ｄで変化する−０．２５Ｄ〜−１．２５Ｄの少なくとも５枚の弱度数の円柱レンズ及び開口を持ち、前記強円柱レンズディスクは、眼鏡装用位置換算で−１．５０Ｄ以上の強度数の円柱レンズを５枚以上持つと共に、少なくとも一部の円柱レンズについては隣り合う度数の間隔が１．５０Ｄより小さな間隔となる円柱レンズ及び開口を持ち、前記組み合わせ度数決定手段は、指定された円柱検査度数に対して前記強円柱レンズディスク及び前記弱円柱レンズがそれぞれ持つ円柱レンズ（開口の場合も含む）の組み合わせが複数あるものについては、眼鏡装用位置換算での合成度数の誤差が小さい方又は合成度数の誤差が所定の許容差内に入るものを選択することを特徴とする。
（２） （１）の検眼装置において、前記強円柱レンズディスクは、眼鏡装用位置換算での度数が略−１．５０Ｄの円柱レンズと略−６．０Ｄ以上の強度数の円柱レンズを持つと共に、その間を略１．０Ｄ又は略１．２５Ｄの度数間隔で変化する円柱レンズを持つことを特徴とする。
（３） （２）の検眼装置において、前記強円柱レンズディスクは、さらに眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−７．００Ｄ〜−７．５０Ｄの円柱レンズを含む少なくとも６枚の円柱レンズを持つことを特徴とする。
（４） （１）の検眼装置において、前記弱円柱レンズディスクはさらに眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−１．５０Ｄの円柱レンズを持つことを特徴とする。
（５） （４）の検眼装置において、前記弱円柱レンズディスクは、さらに眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−１．７５Ｄ〜１．８０Ｄの円柱レンズを持つことを特徴とする。
（６） （１）〜（５）の検眼装置において、前記組み合わせ度数決定手段が選択する円柱レンズとの組み合わせは、球面レンズの組み合わせによる球面度数に応じて異なることを特徴とする。

本発明によれば、円柱レンズの組み合わせにて円柱度数を作り出すときに発生する誤差を抑え、精度よく検査が行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る自覚式検眼装置を検者側から見た正面外観図である。１は検眼装置本体であり、検眼装置本体１は左右対称な一対のレンズ室ユニット２と、この左右のレンズ室ユニット２を支持し、両者の距離を調節する機構及び両者を輻輳する機構を持つ移動ユニット３と、を備える。左右のレンズ室ユニット２には、光学素子が切換え配置される検眼窓４が設けられている。８は検眼装置本体１に操作信号を入力するためのコントローラである。

図２は、左眼測定用のレンズ室ユニット２内に配置される光学素子切換え機構を説明する図である。１０は測定光軸であり、Ｅは被検眼を示す。レンズ室ユニット２の筐体内には、被検眼Ｅ側から順に、強球面レンズディスク１１、弱球面レンズディスク１２、強円柱レンズディスク１３、弱円柱レンズディスク１４、第１補助レンズディスク１５、第２補助レンズディスク１６が配置されている。各レンズディスク１１〜１６は軸３０を回転中心に回転可能に設けられている。各レンズディスクの外周にはギヤが形成されており、それぞれ図示なきギヤを介してモータ１８ａ〜１８ｆにて回転させることにより、光軸１０に配置する光学素子の切換えが行われる。図２において、４０ａは検者側の検眼窓４に配置された保護ガラス、４０ｂは被検眼Ｅ側の検眼窓４に配置された保護ガラスを示す。

各レンズディスク１１〜１６は光学素子を保持するための８〜１２個の穴を持つ。本形態では、各レンズディスクのそれぞれの穴の１つは素通しの開口（０Ｄのレンズの場合も含む）となっている。各ディスクに配置される光学素子の構成例を図３に示す。図の上段より被検眼Ｅ側から順に配置されるディスクの種類を示す。球面レンズディスク１１、１２には、０．２５Ｄ（ディオプタ）の検査単位度数ステップで、−１９Ｄ〜＋１６．７５Ｄまでの球面度数を、組み合わせにより生成するための球面レンズが分割して配置されている。強球面レンズディスク１１には、−１８Ｄ〜＋１５Ｄの間で３Ｄステップで強度数球面レンズ１１０が設けられている。弱球面レンズディスク１２には−１Ｄ〜＋１．７５Ｄの間で０．２５Ｄステップで弱度数球面レンズ１２０が設けられている。

第１補助レンズディスク１５には、球面度数補正用の＋０．１２Ｄの球面レンズの他、偏光方向１３５°のポラライザ、偏光方向４５°のポラライザ、偏光方向１３５°のポラライザと球面度数＋０．１２Ｄの複合レンズ、偏光方向４５°のポラライザと球面度数＋０．１２Ｄの複合レンズ、マドックスレンズ（ＭＲ）、緑フィルタ（右眼用は赤フィルタ）、分散プリズム（右６△／左１０△）、±０．５Ｄのクロスシリンダレンズ、ピンホール（ＰＨ）、遮蔽板（ＢＬ）の補助レンズ１５０が設けられている。第２補助レンズディスク１６には、ロータリプリズム（ＲＰ）、±０．２５Ｄおよび±０．５Ｄのクロスシリンダレンズ、±０．２５Ｄのオートクロスシリンダレンズ（ＡＸＣ）、球面度数補正用の−１０Ｄおよび＋１０Ｄの球面レンズ、眼幅調整用のマークが付された素通しレンズ（ＰＤ）の補助レンズ１６０が設けられている。この内、ロータリプリズム、±０．２５及び±０．５Ｄのクロスシリンダレンズ、オートクロスシリンダレンズは光軸１０を中心に回転可能に設けられている。被検眼側に配置されるロータリプリズムはホルダにより回転可能に取り付けられ、そのホルダの歯車は軸３０を中心に回転可能な太陽歯車１６２に噛み合っている。太陽歯車１６２はモータ１８iにより回転される。もう１つのロータリプリズムもホルダにより回転可能に取り付けられ、そのホルダの歯車は軸３０を中心に回転可能な太陽歯車１６４に噛み合っている。太陽歯車１６４はモータ１８hにより回転される。

強円柱レンズディスク１３は強度数の円柱レンズ１３０を５枚以上保持する。本実施形態では開口以外の穴には、−１．５２Ｄ，−２．８０Ｄ，−４．１４Ｄ，−５．２１Ｄ，−６．５７Ｄ，−７．６９Ｄの６枚の円柱レンズが配置されている。この６枚の円柱レンズは、眼鏡装用位置換算（ＶＤ＝１２ｍｍ）で−１．５１Ｄ（略−１．５０Ｄ），−２．７５Ｄ（略−２．７５Ｄ），−４．０２Ｄ（略−４．００Ｄ），−５．０２Ｄ（略−５．００Ｄ），−６．２８Ｄ（略−６．２５Ｄ），−７．２９Ｄ（略−７．２５Ｄ）の度数である。

弱円柱レンズディスク１４は、弱度数の円柱レンズ１４０を５枚以上保持する。本実施形態では、−０．２５Ｄ，−０．５０Ｄ，−０．７５Ｄ，−１．０１Ｄ，−１．２７Ｄ，−１．５４Ｄ，−１．８３Ｄの７枚の円柱レンズが配置されている。この円柱レンズは、眼鏡装用位置換算（ＶＤ＝１２ｍｍ）で−０．２５Ｄ，−０．５０Ｄ，−０．７５Ｄ，−１．００Ｄ，−１．２６Ｄ，−１．５２Ｄ，−１．７９Ｄの度数である。すなわち、弱度数の円柱レンズ１４０は、眼鏡装用位置換算での円柱度数間隔が略０．２５Ｄで変化するように配置されている。

強円柱レンズディスク１３はモータ１８ｃにより回転され、弱円柱レンズディスク１４はモータ１８ｄにより回転される。また、円柱レンズ１３０および１４０は光軸１０を中心にそれぞれ回転可能なホルダに保持されており、そのホルダの歯車は軸３０を中心に回転可能な太陽歯車１４８と噛み合い、太陽歯車１４８に連結された歯車１４９がモータ１９ｃにより回転されることにより、円柱レンズ１３０および１４０が同時に光軸１０を中心に回転され、円柱軸が変えられる。

以上の各ディスクが保持する光学素子のレンズ径は、直径φ２０ｍｍ、有効径１８ｍｍのものを使用している。被検眼Ｅは、この光学素子を通して、測定光軸１０の前方に配置される検査視標を観察する。

検眼時には被検眼Ｅの角膜頂点と最も被検眼側のディスク１１に保持された球面レンズ１１０の位置（眼鏡装用位置）との距離ＶＤを所定の距離（例えば、ＶＤ＝１２ｍｍ）にする。

次に、レンズを複数枚組み合わせたときの誤差の発生について説明する。図５は、レンズを複数枚組み合わせたときの結像関係を示す図である。なお、図５では被検眼側から４枚のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が配置されているものとしている。また、薄肉レンズの近軸計算式を用いている。各レンズに対しては、次の条件式が成り立つ。

上記の式１、式２は各レンズごとに成立する。レンズが４枚の場合には、n＝４である。ｆ_nは各レンズの焦点距離、Ｓ_nは各レンズの物距離、Ｓ´_nは各レンズの像距離、Ａ_nはレンズ間隔である。但し、Ｓ₀＝Ｘ、Ａ₁は眼鏡装用基準位置（以下、基準位置）からレンズＬ１までの距離とする。

各レンズ単体での使用を考えると、各レンズ単体の度数Ｄ_n（基準位置換算ディオプタ）は、検査単位（通常、０．２５Ｄ）の値、もしくはその近傍で許容差に入っている必要がある。度数Ｄ_nを決定すると、次の式により、各レンズの焦点距離ｆ_nが求められる。

最終的な基準位置換算での合成度数Ｄ₀は、

で表される。この式４で計算された基準位置換算の合成度数と実際に表示する検査度数との差を誤差とする。

ここで、球面レンズを２枚のディスクに配置し、円柱レンズを２枚のディスクに配置した４枚のレンズの組み合わせについて、最終的な基準位置換算の合成度数とその誤差を計算してみる。

まず、本発明の比較例として、図４に示す従来のレンズ構成の例について計算する。条件として、Ｌ１〜Ｌ２に球面レンズを、Ｌ３とＬ４に円柱レンズを配置するものとし、Ａ１＝０、Ａ２＝３ｍｍ、Ａ３＝８ｍｍ、Ａ４＝３ｍｍとする。図４のレンズ構成においては、上より被検眼Ｅ側から順に、ディスクの種類を示す。図４では、弱球面ディスクと強円柱ディスクの間に第１補助レンズディスク（ＡＵＸ１）が挿入されているため、合成度数の計算では、第１補助レンズディスクは開口を配置する。そのため、Ａ３＝８ｍｍとなっている。

図３に対する図４の他の相違点は、強円柱レンズ１３０および弱円柱レンズ１４０の構成である。強円柱レンズは、−１．５０Ｄ〜−７．５０Ｄの範囲において１．５０Ｄステップの等間隔で５枚構成されている。弱円柱レンズは、−０．２５Ｄ〜−１．２５Ｄの範囲において０．２５Ｄステップの等間隔で５枚構成されている。なお、各円柱レンズの度数は、単体での度数である。

組合せにより生成される円柱度数について説明する。従来例においては、図６に示すように、検査度数（表示ＣＹＬ）に対する強円柱レンズ及び弱円柱レンズの組み合わせは、各単体レンズの度数の単純な和として決定されていた。

例として、まず図７（ａ）に、球面度数Ｓ−１０．００Ｄの検査度数を作り出すために、Ｌ１＝−９Ｄ、Ｌ２＝−１Ｄの球面レンズを配置した場合について、Ｌ３とＬ４に配置する円柱レンズの度数を順次変えて計算した結果について示す。検査度数を０．２５Ｄステップで設定し、眼鏡装用基準位置（ＶＤ＝１２ｍｍ）での円柱の合成度数と円柱検査度数との誤差ΔＣを折れ線グラフ１７１、許容差の上限を折れ線１６０ａ，許容差の下限を折れ線１６０ｂで示す。同様に、図７（ｂ）は、球面度数Ｓ０．００Ｄの検査度数を作り出すために、Ｌ１＝Ｌ２＝０Ｄとした場合である。誤差ΔＣを折れ線グラフ１７２で示す。図７（ｃ）は、球面度数Ｓ＋７．７５Ｄの検査度数を作り出すために、Ｌ１＝＋６．００Ｄ、Ｌ２＝＋１．７５Ｄとした場合である。誤差ΔＣを折れ線グラフ１７３で示す。

図７の誤差ΔＣの折れ線グラフ１７１，１７２，１７３を見ると、円柱検査度数が強くなるほど、誤差ΔＣが大きくなることが分かり、球面度数によっては許容差を超える組み合わせが発生している。また、誤差ΔＣの変動は、強円柱レンズと弱円柱レンズとの組替えよる周期的なノコギリ刃状の変動となっていることが分かる。また、球面度数Ｓ−１０．００Ｄのときの折れ線グラフ１７１に対して、球面度数Ｓ＋７．７５Ｄのときの折れ線グラフ１７３は、０Ｄの位置を中心にして下側に振れている。球面度数Ｓ＝−１９Ｄ〜＋１６．７５Ｄの０．２５Ｄステップでの全てについて誤差ΔＣの変動を図７のように折れ線グラフにして確認したところ、その折れ線グラフは球面レンズの組替えによる周期的な変動をとっていた。すなわち、Ｓ＝−１０．００Ｄのように、強球面レンズディスクの球面レンズと弱球面レンズＳ＝−１．００Ｄを組み合わせたときに、折れ線グラフは最も上側に振れ、弱球面レンズＳ＝−０．７５Ｄ、Ｓ＝−０．５０Ｄ、Ｓ＝−０．２５Ｄ、…というように弱球面レンズを組替えて行くにしたがって下側に振れていき、Ｓ＝＋１．７５Ｄのときに最も下側に振れていた。この誤差ΔＣの折れ線グラフの上下の振れは、強球面レンズディスクの強球面レンズの度数を組替えることにより周期的に変化する。

ところで、光学系設計においては、レンズ厚さをゼロと見なした仮想レンズが、間隔ゼロで配置された場合、組み合わせ度数は構成されるレンズ度数の和とされる。しかしながら、複数の球面レンズと複数の円柱レンズの組み合わせにより、所定の検査単位度数ステップの球面度数もしくは円柱度数を生成する場合、レンズの配置間隔をゼロとすることは不可能である。このため、眼鏡装用基準位置での合成度数の理論値は、構成されるレンズ度数の和とのずれを生じることは避けられない。それらを考慮して、誤差ΔＣを低減するためには、構成されるレンズを度数の強いものから優先的に基準位置の付近に配置することが好ましい。

そこで、図４のレンズディスク配置に対して、弱球面レンズディスクの次に強円柱レンズディスク、弱円柱レンズディスクを配置した構成とし、弱球面レンズディスクの次に強円柱レンズディスクにおけるレンズ間距離を狭めた場合を確認した。

ここで再び、球面レンズ２枚と、円柱レンズ２枚の組み合わせについて、最終的な基準位置換算の合成度数とその誤差を計算してみる。条件として、Ｌ１〜Ｌ２に球面レンズを、Ｌ３とＬ４に円柱レンズを配置するものとし、Ａ１＝０、Ａ２〜Ａ４＝３ｍｍとする。また、検査度数に対する円柱レンズの組み合わせは、上記と同じく図６とする。

図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図７と同じく、球面度数球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄについて計算した誤差ΔＣを折れ線グラフにした結果である。レンズ間隔を狭めた図８の場合は、図７に対して誤差ΔＣの折れ線グラフの振れ中心が下側に移動したが、単純にレンズ間隔を狭めただけでは誤差ΔＣを低減することはできない。

誤差ΔＣを低減するために、本発明の特徴的な構成を説明する。まず、強円柱レンズ１３０の隣り合う度数の間隔を従来に対して狭めた構成を説明する。前述の図７、図８のように、誤差ΔＣの変動は、強円柱レンズと弱円柱レンズとの組替えよる周期的なノコギリ刃状の変動となっている。従来例では、１．５０Ｄの度数間隔の強円柱レンズに対して、−０．２５Ｄ〜−１．２５Ｄの５枚の弱円柱レンズ及び開口（０Ｄ）を組み合わせて円柱度数を作っているので、１つの強円柱レンズがカバーする範囲が広い。このために、図７，８に示す折れ線グラフにおけるノコギリ刃状の谷と山とのズレが大きくなっている。

そこで、強円柱レンズの隣り合う度数の間隔を、従来の度数間隔１．５０Ｄよりも小さな間隔となる強円柱レンズの構成とする。隣り合う度数の間隔を細かくするほどノコギリ刃状の谷と山とのズレを小さくできるが、レンズ枚数をあまり増やさないためには略１．２５Ｄ又は略１．００Ｄが好ましい。本実施形態のレンズ構成例では、眼鏡装用位置換算で−１．５１Ｄ，−２．７５Ｄ，−４．０２Ｄ，−５．０２Ｄ，−６．２８Ｄ，−７．２９Ｄであり、その度数間隔は、順に１．２４Ｄ，１．２７Ｄ，１．００Ｄ，１．２６Ｄ，１．０１Ｄとなっている。ノコギリ刃状の谷と山とのズレは、強度数になるほど大きく、弱度側では小さいので、０Ｄ〜−３．００Ｄまでは、略１．５０Ｄの度数間隔でも良い。

強円柱レンズディスク１３０を上記のようなレンズ構成とした場合について誤差ΔＣを計算した結果を説明する。弱円柱レンズディスク１４０の弱円柱レンズは、−１．２５Ｄまでのものを使用する。レンズの配置条件は、図８の例と同じく、Ｌ１〜Ｌ２に球面レンズを、Ｌ３とＬ４に円柱レンズを配置するものとし、Ａ１＝０、Ａ２〜Ａ４＝３ｍｍとする。検査度数に対する円柱レンズの組み合わせを図９とし、図８の例と同じく、球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄとした場合の誤差ΔＣの結果を、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。

図１０の各図を見ると、Ｓ＝＋７．７５Ｄにおいて許容差から外れているものがあるが、図８の例に対して、何れも誤差ΔＣが低減されていることが分かる。なお、強度数の円柱レンズ１３０を前述のような眼鏡装用位置基準の度数とし、０．２５Ｄの整数倍から微調整した結果により、球面レンズの組替えによるノコギリ刃状の折れ線グラフの周期的な上下の振れの中心は、図８のときよりも誤差０に近づいた結果となっている。

図１０は検査度数に対する円柱レンズの組み合わせを図９とした場合の結果であるが、強円柱レンズ１３０の度数間隔を従来の１．５０Ｄよりも小さな間隔（略１．２５Ｄ又は略１．００Ｄ）としたことにより、強円柱レンズ１３０と弱円柱レンズ１４０の検査度数に対する組み合わせが複数通り存在するものがある。

図１１は、検査度数に対する円柱レンズの組み合わせが複数通り存在するものを抽出すると共に、球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄについて、それぞれの誤差ΔＣを計算した結果である。球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄについては、誤差ΔＣは、検査度数Ｃ＝−７．２５Ｄ以外は左側の組み合わせの方が小さい。球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄについては、誤差ΔＣは左側の組み合わせの方が小さい。一方、球面度数Ｓ＝＋７．７５Ｄについては、誤差ΔＣは右側の組み合わせの方が小さい（Ｃ＝−２．７５は両方とも同じ）。

したがって、検査度数に対する円柱レンズの組み合わせが複数通り存在するものについて、誤差ΔＣが許容差に入れば何れでも良いが、好ましくは誤差ΔＣが小さくなる方を選択する。また、球面度数に応じて組み合わせを異なるものに決定すればよい。

なお、上記の実施形態での検査度数に対する円柱レンズの組み合わせは２通りのみであったが、隣り合う度数の間隔をさらに細かくすると（例えば、強円柱ディスク１３に略−１．５０Ｄ、略−２．００Ｄ、略−２．７５Ｄの強円柱レンズを含む場合）、３通り以上の組み合わせが存在する場合がある。この場合においても、誤差ΔＣが許容差に入るか、誤差ΔＣが小さい方を選択すれば良い。

また、弱円柱レンズ１４０を−１．２５Ｄまでの５枚とした場合、強円柱レンズディスク１３の円柱レンズ１３０の度数間隔を狭くしたのみでは、まだ許容差に入らない場合がある。例えば、球面度数Ｓ＝＋７．７５Ｄにおける検査度数Ｃ＝−７．７５Ｄの誤差ΔＣが許容差から外れている。しかし、許容差から外れるのは円柱度数が強度になる場合であるので、円柱検査度数の検査範囲を狭めれば許容差内に入れることができる。例えば、検査範囲をＣ＝−７．００Ｄ〜−７．５０Ｄ程度までとすれば良い。検査範囲を狭める場合、強円柱レンズディスク１３０に−７．２９Ｄ（眼鏡装用位置換算度数）の円柱レンズを配置しなければ、従来例と同じく強円柱レンズ１３０を５枚で構成できる。弱円柱レンズも−１．２５Ｄまでの５枚構成とすることで、従来と同じレンズディスクを使用できる。強円柱レンズ１３０を５枚で構成する場合、円柱検査度数の検査範囲をできるだけ強度数まで広げるためには、−６．０Ｄ以上の円柱レンズを強円柱レンズディスク１３に配置することが好ましい。

また、円柱検査度数に対する所定の許容差（図８、１０等を参照）についても厳しすぎる感があるので、実用的な範囲を考慮して製造側で設定する所定の許容差を多少広げても良い。

次に、弱球面レンズディスク１４側の円柱レンズの枚数を増やす構成について説明する。従来例及び強円柱レンズディスクのレンズ構成の変更では、−０．２５Ｄ〜−１．２５Ｄの５枚の弱円柱レンズ及び開口（０Ｄ）を組み合わせて円柱度数を作っているので、図１０等に示す誤差ΔＣの折れ線グラフにおけるノコギリ刃状の谷と山とのズレの大きな部分が残っている。上記のように強円柱レンズ１３０の度数間隔を小さくし、強円柱レンズ１３０と弱円柱レンズ１４０の組み合わせを適宜選ぶことにより、誤差ΔＣを低減できたが、まだ誤差ΔＣの大きな部分が残っている。そこで、眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−１．２５Ｄより強度数の補正用円柱レンズを弱円柱レンズディスク１４に追加し、強円柱レンズ１３０との組み合わせを変えることにより誤差ΔＣの大きな部分についての局所的な低減を図る。

例えば、円柱検査度数Ｃ＝−６．５０Ｄを作る場合の強円柱レンズ１３０と弱円柱レンズ１４０の組み合わせは、図９に示したように、Ｃ＝−６．２８ＤとＣ＝−０．２５Ｄの組み合わせである。この組み合わせによる、球面度数Ｓ＝＋７．７５Ｄの場合の誤差ΔＣを計算すると、ΔＣ＝−０．１２Ｄとなる。これに対して、弱円柱レンズディスク１４に配置した弱円柱レンズＣ＝−１．５２Ｄと強円柱レンズディスク１３に配置した強円柱レンズＣ＝−５．０２Ｄとを組み合わせると、その誤差ΔＣ＝−０．０５Ｄとなり、誤差ΔＣが低減された（別の言い方をすると、誤差ΔＣがプラス側にシフトした）。

同じく、円柱検査度数Ｃ＝−６．７５Ｄを作る場合を考えてみる。図９に示したＣ＝−６．２８ＤとＣ＝−０．５０Ｄの組み合わせによる、球面度数Ｓ＝＋７．７５Ｄの場合の誤差ΔＣを計算すると、ΔＣ＝−０．１１Ｄとなる。これに対して、弱円柱レンズディスク１４に配置した弱円柱レンズＣ＝−１．７９Ｄと強円柱レンズディスク１３に配置した強円柱レンズＣ＝−５．０２Ｄとを組み合わせると、その誤差ΔＣ＝−０．０６Ｄとなり、誤差ΔＣが低減された（誤差ΔＣがプラス側にシフトした）。

図１２は、円柱検査度数Ｃ＝−４．００Ｄ以上（強度側）において、弱円柱レンズディスク１４に配置した円柱レンズ１４０の内の強度側レンズを優先して使用すると共に、これに合わせて強円柱レンズ１３０を組み合わせた例である。この図１２の組み合わせ構成で、前述と同様に、球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄについて、それぞれの誤差ΔＣを計算した結果を示したものが、図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）である。円柱レンズ１４０の内の強度側レンズを優先して使用した組み合わせの検査度数については、図１０における誤差ΔＣの折れ線グラフに対して、誤差ΔＣをプラス側にシフトする結果となっている。この組み合わせを球面度数Ｓ＝−１９．００Ｄ〜＋１６．７５Ｄについて適用し、その誤差ΔＣを計算した結果、全てにおいて許容範囲を満たすことができた。

なお、図１３と図１０の結果を比べると、球面度数Ｓに応じて部分的に図１０の方が誤差ΔＣは小さい検査度数がある。したがって、検査度数に対する円柱レンズの組み合わせが複数通り存在するものについては、誤差ΔＣが許容差に入れば何れでも良いが、好ましくは誤差ΔＣが小さくなる方を選択する。また、球面度数に応じて組み合わせを異なるものに決定すればよい。

図１４は、弱円柱レンズ１４０にＣ＝−１．５２Ｄ、Ｃ＝−１．７９Ｄを追加した構成において、検査度数に対する円柱レンズの組み合わせが複数通り存在するものを抽出すると共に、球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄについて、それぞれの誤差ΔＣを計算した結果である（Ｓ＝０．００Ｄについては、傾向がＳ＝−１０．００Ｄと同じであったので略す）。球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄについては、誤差ΔＣは、左側の組み合わせ（円柱レンズ１４０の内の弱度側レンズを優先して使用した組み合わせ）の方が小さい。一方、球面度数Ｓ＝＋７．７５Ｄについては、誤差ΔＣは右側の組み合わせ（円柱レンズ１４０の内の強度側レンズを優先して使用した組み合わせ）の方が小さい。

以上のように、弱球面レンズディスク１４０に、略０．２５Ｄステップで変化する−０．２５Ｄ〜−１．２５Ｄの５枚の弱円柱レンズに加えて、眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−１．５０Ｄ（実施形態ではＣ＝−１．５２Ｄ）を配置すると、より誤差ΔＣを抑えることができる。さらに、眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−１．７５Ｄ〜１．８０Ｄの円柱レンズ（実施形態ではＣ＝−１．７９Ｄ）を加えると、より誤差ΔＣを抑えることができる。

なお、前述したように、強円柱レンズディスク１３の強円柱レンズ１３０について、隣り合う度数の間隔をさらに細かくすると共に、弱球面レンズディスク１４０もレンズ枚数を増やすと、３通り以上の組み合わせが存在す場合がある。この場合においても、誤差ΔＣが許容差に入るか、誤差ΔＣが小さい方を選択すれば良い。この組み合わせは、図２のメモリ９に予め記憶しておけば良く、制御部１００が検査度数の指示に応じて呼び出す。

実際の装置の動作について説明する。検査時、検者はコントローラ８より球面度数や円柱度数の検査度数を指示する。制御部１００はコントローラ８からの検査度数の指示信号に基づいて、モータ１８ａ〜１８ｆ、１８ｈ，１８ｉ等を駆動して光学素子を検眼窓４に配置する。円柱度数の指示がない場合は、２枚の球面レンズディスク１１および１２が保持する球面度数の和が指示された球面度数となるように切換える。円柱度数の指示がある場合、上記のように、指示された円柱度数と球面度数に基づいて実際に検眼窓４に切換える球面度数（２枚の球面レンズディスク１１、１２が保持する球面レンズ１１０および１２０）の組み合わせを決定すると共に、その球面度数に応じて強円柱レンズディスク１３が持つ円柱レンズ１３０（開口も含む）及び弱円柱レンズディスク１４が持つ円柱レンズ１４０（開口の場合も含む）の組み合わせを決定する。円柱検査度数に対する円柱レンズ１３０，１４０の組み合わせは、前述のように予め決めておき、メモリ９に記憶しておけば良い。制御部１００はコントローラ８からの指示信号に基づいてその組み合わせ情報をメモリ９から呼び出し、球面度数および円柱度数を切換えるべく各モータの駆動を制御する。メモリ９に組み合わせ情報を記憶しておく代わりに、制御部１００が組み合わせ決定のプログラムにしたがって、その都度組み合わせを決定する構成でも良い。

第２の実施形態を説明する。第２実施形態の自覚式の検眼装置は、度数の異なる円柱レンズが分割配置された強円柱レンズディスク及び弱円柱レンズディスクの内、度数ずれの大きい強度数円柱レンズを２枚構成にし、この２枚の円柱レンズ間隔を移動させて連続的な度数変化を起し、これにより度数ずれを補正する。

図１５は、第２実施形態の検眼装置における光学素子の切換えの概略構成を説明する図である。図２と同様な要素は、同じ符号を付している。図２の強円柱レンズディスク１３０を２枚構成とするために、第１強円柱レンズディスク１３ａと第２強円柱レンズディスク１３ｂにそれぞれ第１強円柱レンズ１３０ａと第２強円柱レンズ１３０ｂを分割配置する。第２強円柱レンズディスク１３ｂに配置された第２強円柱レンズ１３０ｂは、光軸１０を中心に回転可能なホルダに保持されており、そのホルダの歯車は他のディスクと同軸に回転可能な太陽歯車２０１に接続されたモータにより回転され、太陽歯車１４８により回転される弱円柱レンズ１４０及び第１強円柱レンズ１３０ａと共に同時に回転される。また、第２強円柱レンズディスク１３ｂ及び太陽歯車２０１は、レンズ間隔を変える移動機構２００により光軸１０の軸方向に移動され、２枚の強円柱レンズ１３０ａ及び１３０ｂの間隔が変えられる。

２枚の円柱レンズ１３０ａ及び１３０ｂの組み合わせによる生成円柱度数ＣＹＬは以下の式で与えられる。Ｄ_CYL1およびＤ_CYL2は円柱レンズ１３０ａ及び１３０ｂのそれぞれのディオプタ値、ｅは主点間距離とする。

ＣＹＬ＝Ｄ_CYL1＋Ｄ_CYL2−ｅ×Ｄ_CYL1×Ｄ_CYL2 …（式５）
上記の式５より、レンズ間隔変化Δｅに対する生成円柱度数の変化量ΔＣＹＬは以下の式で与えられる。

ΔＣＹＬ＝−Ｄ_CYL1×Ｄ_CYL2×Δｅ …（式６）
例えば、比較例の図４のレンズ構成において、最も強い強円柱レンズは−７．５０Ｄである。これを２枚の円柱レンズＣ＝−３．７５Ｄに等分割した場合を考える。Ｃ＝−３．７５Ｄの円柱レンズ２枚の間隔を変化させると、例えば、Δｅ＝１ｍｍあたりの円柱度数変化量ΔＣＹＬは、
ΔＣＹＬ＝−（−３．７５）×（−３．７５）×０．００１≒−０．０１４
となる。２枚の円柱レンズの間隔を１ｍｍ広げると円柱度数はΔＣＹＬ＝−０．０１４Ｄの変動が生じる。このように、誤差を補正したい分だけレンズ間隔変化Δｅを変化させることにより、眼鏡装用位置での誤差を抑えることが可能となる。

実際の動作においては、球面度数との組み合わせに応じて変換する円柱レンズの組み合わせに対する誤差をメモリ９に予め記憶しておく。制御部１００はコントローラ８からの検査度数の指示に基づき、球面の検査度数に応じて弱円柱レンズ１４０と強円柱レンズ１３０ａ，１３０ｂとの組み合わせを決定するとともに、メモリ９に記憶された検査度数での誤差を低減する方向に強円柱レンズ１３０ｂを移動するように、移動機構２００の駆動を制御する。この第２実施形態によっても、球面レンズと組み合わせたときに発生する円柱度数の誤差の発生を抑えることができる。このため、精度よく検査を行うことができる。また、先の例の実施形態の装置と組み合わせれば、より誤差を０に近づけることができる。

自覚式検眼装置の正面外観図である。 検眼装置の光学素子切換え機構を説明する図である。 各ディスクに配置される光学素子の構成例を示す図である。 比較例の従来装置におけるレンズ構成例を示す図である。 レンズを複数枚組み合わせたときの結像関係を示す図である。 従来例における検査度数（表示ＣＹＬ）に対する強円柱レンズ及び弱円柱レンズの組み合わせ例を示す図である。 従来例における円柱の合成度数と円柱検査度数との誤差を計算した結果を示す図であって、球面度数Ｓ−１０．００Ｄ，Ｓ０．００Ｄ，Ｓ＋７．７５Ｄの場合を示す。 図７に対して、弱球面レンズディスクの次に強円柱レンズディスク、弱円柱レンズディスクを配置した構成で、円柱の合成度数と円柱検査度数との誤差を計算した結果を示す図である。 本発明の実施形態における検査度数に対する強円柱レンズ及び弱円柱レンズの組み合わせ例を示す図である。 図９の組み合わせにおいて、球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄとした場合の誤差の計算結果を示す図である。 検査度数に対する円柱レンズの組み合わせが複数通り存在するものについて、球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄの場合の誤差を計算した結果を示す図である。 円柱検査度数Ｃ＝−４．００Ｄ以上（強度側）において、弱度数円柱レンズの内の強度側レンズを優先して使用すると共に、これに合わせて強度数円柱レンズを組み合わせた例を示す図である。 図１２の組み合わせにおいて、球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄとした場合の誤差の計算結果を示す図である。 弱度数円柱レンズにＣ＝−１．５２Ｄ、Ｃ＝−１．７９Ｄを追加した構成において、検査度数に対する円柱レンズの組み合わせが複数通り存在するものを抽出すると共に、球面度数Ｓ＝−１０．００Ｄ、Ｓ＝＋７．７５Ｄについて、それぞれの誤差を計算した結果を示す図である 第２実施形態の検眼装置における光学素子の切換えの概略構成を説明する図である。

符号の説明

１ 検眼装置本体
８ コントローラ
９ メモリ
１１ 強球面レンズディスク
１２ 弱球面レンズディスク
１３ 強円柱レンズディスク
１４ 弱円柱レンズディスク
１８ａ〜１８ｆ，１８ｈ，１８ｉ，１９ｃ モータ
１００ 制御部
１１０ 強度数球面レンズ
１２０ 弱度数球面レンズ
１３０ 強度数の円柱レンズ
１４０ 弱度数の円柱レンズ

Claims (6)

1. 度数の異なる球面レンズが分割配置された複数の球面レンズディスクと、度数の異なる円柱レンズが分割配置された強円柱レンズディスク及び弱円柱レンズディスクとを備え、検眼窓に球面レンズ及び円柱レンズを切換え配置して被検眼の屈折力を自覚的に検査する検眼装置において、
   検眼窓に配置するレンズの検査度数を指定する検査度数指定手段と、指定された検査度数に対する球面レンズ及び円柱レンズの組み合わせを決定する組み合わせ度数決定手段とを備え、
   前記弱円柱レンズディスクは、眼鏡装用位置換算での円柱度数間隔が略０．２５Ｄで変化する−０．２５Ｄ〜−１．２５Ｄの少なくとも５枚の弱度数の円柱レンズ及び開口を持ち、
   前記強円柱レンズディスクは、眼鏡装用位置換算で−１．５０Ｄ以上の強度数の円柱レンズを５枚以上持つと共に、少なくとも一部の円柱レンズについては隣り合う度数の間隔が１．５０Ｄより小さな間隔となる円柱レンズ及び開口を持ち、
   前記組み合わせ度数決定手段は、指定された円柱検査度数に対して前記強円柱レンズディスク及び前記弱円柱レンズがそれぞれ持つ円柱レンズ（開口の場合も含む）の組み合わせが複数あるものについては、眼鏡装用位置換算での合成度数の誤差が小さい方又は合成度数の誤差が所定の許容差内に入るものを選択することを特徴とする検眼装置。
2. 請求項１の検眼装置において、前記強円柱レンズディスクは、眼鏡装用位置換算での度数が略−１．５０Ｄの円柱レンズと略−６．０Ｄ以上の強度数の円柱レンズを持つと共に、その間を略１．０Ｄ又は略１．２５Ｄの度数間隔で変化する円柱レンズを持つことを特徴とする検眼装置。
3. 請求項２の検眼装置において、前記強円柱レンズディスクは、さらに眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−７．００Ｄ〜−７．５０Ｄの円柱レンズを含む少なくとも６枚の円柱レンズを持つことを特徴とする検眼装置。
4. 請求項１の検眼装置において、前記弱円柱レンズディスクはさらに眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−１．５０Ｄの円柱レンズを持つことを特徴とする検眼装置。
5. 請求項４の検眼装置において、前記弱円柱レンズディスクは、さらに眼鏡装用位置換算での円柱度数が略−１．７５Ｄ〜１．８０Ｄの円柱レンズを持つことを特徴とする検眼装置。
6. 請求項１〜５の検眼装置において、前記組み合わせ度数決定手段が選択する円柱レンズとの組み合わせは、球面レンズの組み合わせによる球面度数に応じて異なることを特徴とする検眼装置。
   
   
   
   

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