JPH02271824A - 曲率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、曲面の曲率半径を測定する装置に関しさらに
詳しくは、人眼の角膜の曲率半径を測定するオフサルモ
メータに応用できる曲率測定装置に関する。

本明細書においては、本発明の原理及び実施例をオフサ
ルモメータについて説明するが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、広く光反射性を有する球面またはトー
リック面形状曲面の主径線の曲率半径を測定する場合に
も本発明は適用できるものである。

人眼角膜自体の屈折力は、眼全体の総圧折力の略８０％
、約４５Ｄの屈折力をもち、また、乱視眼においては約
７５％が角膜乱視すなわち角膜前面が球面でなくトーリ
ック面形状をしていることに起因している。また、コン
タクトレンズ処方に際しては、そのベースカーブは、コ
ンタクトレンズを装用させる眼の角膜前面の曲率半径を
もとに処方する必要がある。これら観点から、角膜前面
の曲率半径を測定することは、重要な意義がある。

この要求から、人眼角膜前面の曲率半径を測定する装置
として、種々の形式のオフサルモメータが実用化されて
いる。いずれの型式のオフサルモメータも、被検角膜上
に１つ、もしくは複数の視標を投影し、その投影像の大
きさあるいはその反射像位置を、観察望遠鏡の焦点面で
観察し、投影像の大きさの変化量あるいは視標反射像の
相対的位置ズレ量から、被検角膜の曲率半径及び角膜乱
視軸を測定するものであった。

オフサルモメータにおいては、特に角膜がトーリック面
形状の乱視眼角膜の測定に際しては、その第１（強主径
線）及び第２主径線（弱主径線）の曲率半径及び少なく
とも一方の主径線方向の角度の３つの被測定量を測定す
ることが必要であり、上述の従来のオフサルモメータは
これら３つの測定値をもとめるのに３段階の測定を必要
としていた。しかしながら、人眼には生理的な眼球振動
がつねにともなっており、測定時間の長時間化は眼球振
動にともなう投影像の振動となり、それゆえに測定誤差
や、測定中の頻繁なアライメント調整操作を必要とする
という大きな問題点があった。

この従来の装置の欠点を解決する装置として、例えば特
開昭５６−１８８３７号公報、特開昭５６−６６２３５
号公報、あるいは米国特許第４１５９８６７号明細書に
は、投影像の角膜からの反射像を１次元型あるいは二次
元型のポジションセンサで検出して、その検出位置から
被検眼角膜の曲率半径及び主径線軸角度を測定する装置
が図示されている。

しかしながら、これら装置も、従来の実用されているオ
フサルモメータと同様に、投影視標の角膜からの反射像
を望遠鏡で結像する型式であり、測定精度を上げるには
望遠鏡の焦点距離を大きくせねばならず、いきおい装置
が大型化するという欠点があった。また結像型式である
ためその合焦機構を必要としていた。また、装置と被検
角膜とのアライメントもこの合焦望遠鏡を利用してアラ
イメントするためアライメントも不正確であり、かつ測
定時間の短縮化や完全な自動化にはつながらなかった。

非結像光学系を利用して、光学系の屈折特性、主に眼鏡
レンズの球面屈折力や円柱屈折力及びその軸角度を測定
する装置が、米国特許第３８８０５２５号明細書に開示
されている。この装置は、被検眼鏡レンズに平行光束を
照射し、被検レンズの屈折特性により偏向された光束を
無開口を有するマスク手段で選択し、被検レンズの焦点
距離より短かい距離に配置された平面型イメージディテ
クターやＴＶカメラの撮像面に投影し、上記無開口を通
過した光線の該ディテクター上への投影点の位置から被
検レンズの屈折特性をもとめる構成であった。しかしな
がら、この米国特許明細書は、屈折光学系における屈折
特性測定を開示するのみであり、反射光学系の曲面特性
、特にその反射曲面の曲率半径の測定等については何ら
開示も示唆もしていない。

そこで、本発明は上述した従来のオフサルモメータの欠
点を解決し、非結像型光学系を利用して自動測定が可能
な、オフサルモメータやラジアスメータ等に応用できる
曲率測定装置を提供せんとするものである。

本発明のもう一つの目的は、非結像型光学系を使用する
ことにより、従来の装置に比較して小型で、かつ結像望
遠鏡等の検者が観察および操作する必要のある光学部材
を有しない、自動的に曲率半径を測定出来る曲率測定装
置を提供することにある。

本発明の更にもう一つの目的は、従来の装置が規準によ
り行っていた被検曲面と装置光軸とのアライメントのた
めの情報を自動的に出力できる操作性がすぐれそして測
定時間を短縮できる自動曲率測定装置を提供することに
ある。

すなわち、本発明によるならば、光源と、この光源から
の光を平行光束とするコリメータ手段とを有する照明光
学系と；該照明光学系からの光束で被検曲面によって反
射された光束を選択する少なくとも３点からなる点パタ
ーンを有するマスク手段とこのマスク手段で選択された
、前記反射光を検出する検出手段を有する検出光学系と
；この検出手段で検出した前記点パターンに対応した検
出点情報から被検曲面の曲率半径を演算する演算手段と
を有し、前記マスク手段と前記検出手段のいずれもが前
記光源と光学的に互いに異なる非共役な面に位置されて
いる曲率測定装置が提供される。

本発明においては、以上の構成上の特徴により従来の曲
率半径測定装置に比較して、装置が小型となり、また、
測定時間が短くかつ測定精度高く自動的に被検曲面の曲
率半径を測定できる。さらに、アライメント情報を自動
的に出力できるので、さらに測定精度が高くすることが
できる。

これらの本発明の長所は、特にオ・フサルモメータに本
発明を応用した場合、眼球振動の影響を受けず、測定精
度が高く、測定時間の短かい小型で構成の簡単な自動測
定が可能なオフサルモメータを提供することができる。

以下本発明を角膜の曲率半径を測定するオフサルモメー
タに適用した測定原理及び実施例を図面を参照して説明
する。

第１図、第２図は本発明の測定原理を説明する図である
。

被検角膜Ｃの頂点ＯＣから装置光軸０．にそって前方に
距離ｌのところに原点０゜を光軸Ｏ８もつｘ、−ｙ、直
交座標系を想定し、このＸｏ　　Ｙ。

座標面に３つの無開口■。（。Ｘｌ、。Ｙ、）、Ｊｏ（
。Ｘｌ、。Ｙ＋）、Ｋ、（。Ｘ３、。Ｙ、）を有するマ
スクＭが配置されている。マスクＭから光軸０１にそっ
て、距離ｄさらに前方には検出面りが配置されている。

この検出面りに原点Ｏを光軸Ｏ１と一致させたＸ−Ｙ直
交座標系を想定する。

角膜Ｃは、その光学中心ＯｃをＸ０軸と平行な方向にＥ
ｌｆ、ＹＯ軸と平行な方向にＥｖずらし、そして最小の
曲率半径γ１の第１′主径線（像上径線）がＸ０軸と平
行な軸に対して角度θだけ傾けて配置されているものと
する。また、その最大曲率半径を有する第２主径線（弱
主径線）の曲率半径をγ２とする。なお第２主径線のＸ
０軸と平行な軸に対する角度はθ＋９０°である。

今、被検角膜Ｃの光線１．．１．、Ｌを含む光軸０．に
平行な平行光線束が照射されると、この平行光線束は角
膜Ｃで反射されマスクＭに向う。

そして、光線ＩＩ、Ｉｔ、Ｉ３のそれぞれの反射光線１
　ｌ’　、Ｉｔ＃　、Ｉ３′が無開口１．、Ｊ、、Ｋｏ
で選択通過され、検出面り上の位置１（ＸＩ、Ｙ、）、
Ｊ（Ｘｚ、Ｙ、）、Ｊ（Ｘ３、ＹＩ）にそれぞれ到達し
たとすると、マスクＭの無開口１ｏ、Ｊｏ、Ｋｏと検出
面りの到達点Ｉ、Ｊ、にの６点について、以下の係数の
式を定義する。

（Ａ、Ｂ）＝Ｏ・・・・（２）式 が成立する。この二次方程式の２根Ｚｔ　、Ｚｚはそれ
ぞれ、マスクＭから角膜Ｃの第１主径線の焦点ＦＴＩ、
第２主径線の焦点Ｆｒｔまでの距離を示しているから、
球面反射光学系の焦点距離ｆは、その曲率半径Ｒとの間
にｆ＝Ｒ／２の定理があるので、この２根２．．２．か
ら角膜Ｃの第１および第２主径線の曲率半径７１、γ２
は、それぞれここで、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 でもとめることができる。

ここで、距離２は、公知の作動距離検出手段でもとめた
定数としても、また、リレー光学系を使って！−〇にな
るようにマスクＭを設定してもよい。

第１主径線Ｔ１のＸ０軸と平行な軸と成す角度θは、 として得られる。第２主径線Ｔ、の角度はθ十９０°で
ある。

また角膜頂点Ｏｃと装置光軸Ｏｌとのプライメン１−ａ
Ｊｌ整に関しては、無開口１ｏ　、Ｊｏ　、Ｋｏのそれ
ぞれの座標（。Ｘｌ、ｏＹ＋）、（。ＸＺ、ｏＹｚ）、
（。Ｘ３、。Ｙｓ）について が成立するようにマスクＭの無開口の配置を予め定めて
おけば、検出面りへの到達点１．Ｊ、にのそれぞれの座
標値（Ｘｌ、ＹＩ）、（ｘ、　、Ｙｚ）、（Ｘ３、Ｙ、
）から をもとめると、α、βはそれぞれ第１図において角膜Ｃ
の頂点（光軸０．）がＸ０軸と平行な方向にＥｏ、Ｋｏ
軸と平行な方向Ｅｖずれて配置されたことに起因するズ
レ量を表現していることになり、これより、α＝β＝Ｏ
となるように光軸０゜をＸ０方向、Ｙｏ力方向動かして
アライメント調整すればよい。

第３図は、前述の本発明の測定原理にもとづ〈実施例を
オフサルモメータに応用した例を示す光学配置図である
。

照明光学系工においては、光源２０からの光束は、赤外
透過フィルタ２１及び拡散板２２を通り、コンデンサレ
ンズ２４によりピンホール７を通過し、ピンホール７の
位置に焦点をもつコリメータレンズ３０により平行光束
となって、被検角膜Ｃに照明される。

一方、測定光学系２のポジションセンサ９とリレーレン
ズ１０の間には少なくとも３つの無開口が形成されたマ
スク３１が配置されている。そして、リレーレンズ１０
により、マスク３１の光学的共役像Ｍは被検角膜Ｃの頂
点から距Ｍ１の位置に、ポジションセンサ９の光学的共
役像である仮態検出面りはマスク３１の光学的共役像Ｍ
から距離ｄの位置にそれぞれ作られる。

このマスク３１の点間口としては第４図に示した開口板
２３のように多数の点間口２３ａ、２３ｂ、・・・２３
ｊ、２３ｋ、２３１・・・２３ｔを交差する直線状に配
列すると、測定精度の向上につながりより好ましいが、
本実施例では、説明を簡単にするために第５図に示すよ
うにＸ０軸上に点間口Ｊｏ、Ｎｏを、Ｙ０軸に点間口１
ｏ、Ｋｏをその原点○。を中心に対称に配したマスクを
例に説明する。

角膜Ｃに照明された平行光束は、角膜で反射されマスク
３１の点間口１．、Ｊ、、Ｋ、、Ｎ、で選択透過され、
ポジションセンサ９に到達する。

このポジションセンサ９の走査による検出点を第５図に
示すようにＩ（Ｘ、、Ｙｌ）、Ｊ（Ｘ！、ＹＺ）、Ｋ（
Ｘ、、Ｙｌ）、Ｎ（Ｘ、、Ｙ４）とすれば、マスクの点
間口の座標１ｏ（ｏＸ＋、ｏＹ＋）、ＪＯ（ＯＸ２、。

Ｙ２）、ＫＯ（ＯＸ３、ｏＹ、）、Ｎｏ（ｏＸ４、ｏＹ
ａ）とから、上述の第（１）〜（４）式により被検角膜
Ｃの曲率半径Ｔ１、Ｔ２及び角度θが演算でもとめられ
る。

第６図は以上の検出及び演算処理をするための検出駆動
及び演算処理回路を示すブロック図である。

マイクロプロセッサ１００のクロックパルス発振器１０
１からのクロックパルス２０１の制御のもとに走査駆動
回路１０２は、平面型ポジションセンサ９を走査する。

ポジションセンサ９の各受光単位素子からの出力信号２
０１は、Ａ／Ｄ変換器１０３で予め定めた分解能、例え
ば８ビツト（１／２５６）の分解能でデジタル信号に変
換されたのち、マイクロプロセッサ１００に入力される
。

マイクロプロセッサ１００は、その入力信号から到達点
１．Ｊ、に、Ｈの座標値を算出し、予め定められた原点
０゜と比較し、（５′）式によりα、βを計算する。こ
の値をもとにインターフェース回路１０５を介してＣＲ
Ｔデイスプレィ１０６上にアライメントズレ量α、βを
図形表示し、測定者にズレ方向及びその量を知らせる。

または算出されたα及びβ値から装置本体を公知の電気
機械駆動系１０７で左右上下に駆動し、自動的にアライ
メント調整してもよい。

アライメント調整完了後、ポジションセンサ９へのマス
ク３１の点間口を通過した角膜反射光線の新たな到達点
１．Ｊ、に、Ｎ　（第５図参照）の座標情報はポジショ
ンセンサ９の走査出力２０２としてＡ／Ｄ変換器１０３
、マイクロプロセンサ１００を介して、ランダム−アク
セスメモリ（ＲＡＭ）等で構成されるメモリ回路１０４
のポジションセンサ９の各受光素子に対応したメモリ番
地に順次記憶される。その到達点座標値と、メモリ回路
１０４に予め格納されているマスク３１の点間口１．、
Ｊ、、Ｋｏ、Ｎｏの座標値とに基づいてマイクロプロセ
ッサｌＯＯ内の演算回路１０９で上記第（１）〜第（４
）式に従って演算し、その演算結果をインターフェース
回路１０５を介してＣＲＴデイスプレィ１０６上に被検
角膜の曲率半径Ｔ＋　、Ｔｚ及び主径線角度θとして表
示する。

また必要に応じてプリンタ回路１１０で打出してもよい
。これら一連の検出演算処理はプログラムメモリ１１１
に予め入れられている処理プログラムによって実行され
る。

以上の実施例において、ポジションセンサ９として平面
型のポジションセンサを利用したが、そのかわりに第７
図に示すように、直線状のポジションセンサ３２をマイ
クロプロセッサ１００により制御される制御回路１１２
に接続されたパルスモータ１１３により回転して角膜Ｃ
からの反射光の到達点を検出してもよい。

また、基準原点０゜を予め設計上定めておくかわりに、
例えば第８図に示すように、照明光軸０□に垂直な平面
内に反射面をもつミラー１２を挿入し、このミラー１２
により反射された照明光束を照明光軸０２に平行に照射
光路と同一光路を逆進させ、ポジションセンサ９でその
反射光を検出し、この検出点Ｕ。（ｏＸ＋、ｏＹ＋）、
Ｖｏ（。Ｘ２．。Ｙｚ）、Ｗ　ｏ　（ｏ　Ｘ　３．０Ｙ
３）、００（ＯＸ４、。Ｙ４）（第５図参照）をもとに
原点Ｏを決定してもよい。この方式によれば、マスク３
１０点間口の作成精度やマスク３１の装置組立時の位置
合せ精度をラフにできる利点がある。

さらに、上述の測定原理及び実施例の説明において開口
板２３、マスク３１を光を透過する点間口の例で説明し
たが、本発明はこれに限定されるものでなく、開口板や
マスクは光を反射する点状反射面を有するのでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の測定原理を説明するための
図、第３図は本発明の実施例を示す光学配置図、第４図
はマスク板の別の実施例を示す平面図、第５図は実施例
の点間口と到達点との関係を示す図、第６図は実施例の
検出、演算処理回路のブロック図、第７図は実施例にお
ける検出手段の別の実施例を示す図、そして第８図は基
準原点を決定するための一部省略した光学配置図である
。 ■・・・照明光源、２・・・測定光学系、７・・・ピン
ホール、９．３２・・・ポジションセンサ、１０・・・
リレーレンズ、１２・・・反射ミラー、２３・・・開口
板、３０・・・集光レンズ、３１・・・マスク。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、該光源からの光を平行光束とするコリメ
   ータ手段とを有する照明光学系と； 該照明光学系からの光束で被検曲面によって反射された
   光束を選択する少なくとも３つの点パターンを有するマ
   スク手段と、該マスク手段で選択された該反射光を検出
   する検出手段を有する検出光学系と； 該検出手段で検出した前記点パターンに対応した検出点
   情報から前記被検曲面の曲率半径を演算する演算手段と
   を有し、 前記マスク手段と前記検出手段のいずれもが前記光源と
   光学的に互いに異なる非共役な面にそれぞれ配置されて
   いる ことを特徴とする曲率測定装置。
2. （２）前記コリメータ手段はその前側焦点位置に前記光
   源からの光束を通すピンホールが配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の曲率測定装
   置。
3. （３）前記照明光束は赤外光であることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の曲率測
   定装置。
4. （４）前記点パターンは開口から成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項ないし第（３）項のいずれか
   に記載の曲率測定装置。
5. （５）前記検出光学系は、前記マスク手段と前記検出手
   段の両方をそれぞれの前記非共役面に結像するリレー光
   学手段を有してなることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項ないし第（４）項のいずれかに記載の曲率測定
   装置。
6. （６）前記検出光学系は前記被検曲面と前記マスク手段
   との間に前記照明光学系の光軸と垂直な反射面を有する
   反射部材を挿入可能に有してなることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項ないし第（５）項のいずれかに記
   載の曲率測定装置。
7. （７）前記リレー光学手段の光軸と前記照明光学系の光
   軸とを少なくとも一部共通に有したことを特徴とする特
   許請求の範囲第（５）項または第（６）項記載の曲率測
   定装置。
8. （８）前記検出手段は多数の受光素子を平面状に配置し
   た平面型ポジションセンサであることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項ないし第（７）項のいずれかに記
   載の曲率測定装置。
9. （９）前記検出手段は多数の受光素子を直線状に配列し
   てなりかつ前記非共役面上で回転するリニアポジション
   センサであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項ないし第（７）項のいずれかに記載の曲率測定装置。