JPH0238212B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被検眼の屈折特性、主に球面屈折
力、円柱屈折力及びその軸角度を自動的に測定す
るオートレフラクトメータに関する。

近年、被検眼の屈折特性を自動的に測定する言
わゆるオートレフラクトメータが種々実用化され
ている。

例えばモールマン（Mohrman）らの「オプテ
イカル・エンジニアリング」（Optical
Engineer）誌第15巻第４号第292〜295ページの
論文“Putting the Knife Edge to the Eme”
とマナリー（Munnerly）らの米国特許第3888569
号明細書には、被検眼眼底に一方向にスキヤンニ
ングするスリツト像を結像させ、これを測定用指
標として使用し、この指標を測定用光学系で眼外
に結像させ、この指標の動きが停止する位置まで
測定用光学系を動かし、その停止位置を遠点とし
てもとめ、その遠点距離から被検眼の屈折特性を
もとめる従来の検影法を自動化したものが開示さ
れている。

また、コーンスウイート（Cornsweet）らのジ
ヤーナル・オブ・ザ・オプテイカル・ソサエテ
イ・オブ・アメリカ（Journal of the Optical
Society of America）誌、第60巻、第４号、第
548〜554ページの論文“Servo−Controlled
Infrared Optometer”及び米国特許第3536383号
明細書には、少なくとも２つの交互に点滅する光
源からの光を１つの被検眼網膜と共役な開口を通
して被検眼光軸と平行に眼底に投影し、その投影
像を網膜と共役な位置におかれた少なくとも２つ
の光検出器で検出する構成とし、その検出器の差
動出力に応じて測定光学系を光軸内で移動させ、
２つの検出器の差動出力がゼロになつたとき、す
なわち２つの光源からの光が網膜上で一致したと
きの測定光学系の位置から被検眼屈折力を測定す
るものが示されている。

これら従来のオートレフラクトメータは、すべ
て被検眼眼底に測定用指標を投影し、この指標か
ら眼外に射出される光束を結像光学系で検出器上
に結像させ、その検出状態に応じて結像光学系を
駆動し、その位置関係から被検眼屈折力を測定す
るものであり、結像状態で測定する光学系となつ
ている。

さらに、測定光学系は、多くの可動部材から構
成されるため、装置は複雑化し、光学系の駆動系
の調整がむずかしいという欠点があつた。

これら結像光学系を使用するかわりに非結像系
をもちいて屈折力を測定する方法が米国特許第
3880525号明細書に示されている。これは、被検
眼の屈折特性測定用でなく、主に眼鏡用レンズの
屈折特性を測定するもので、被検レンズに平行光
束を入射させ被検レンズの屈折作用により偏向さ
れた光束を少なくとも３点の点開口を有するマス
ク手段で選択し、このマスク手段の点開口を通過
した光線を平面型のデイテクタで検出し、マスク
手段の点開口位置とデイテクタ面での光線の投影
検出位置の差から被検レンズの屈折特性を測定す
るものである。

この装置においては、その被測定対象である被
検レンズの屈折特性の定義付け、及び測定上の制
約から、平行光束を被検レンズに入射させる必要
がある。すなわち、眼鏡レンズにあつては、その
屈折力の定義は、第１図Ａに示すように平行光束
を入射させたときに出来る焦点Ｆまでの距離を眼
鏡レンズの後側頂点から測つた後側頂点距離ｆの
逆数Ｄ＝１／ｆをもつて眼鏡レンズの屈折力を定
義している。従つて、眼鏡レンズの屈折力を測定
するためには、焦点Ｆの位置を知る必要があり、
そのために被検レンズには平行光束を入射させる
必要がある。

これに対し、レフラクトメータで測定される被
検眼屈折力は、第１図Ｂに示すように例えば遠点
FPが眼前有限距離にある近視眼Ｅについては、
中心窩Ａに光源をおいたと仮定した場合、眼外に
射出する光束を平行光束とするには、眼前12mmの
位置にどれ程の屈折力をもつレンズを装用させた
らよいかを示すものである。従つて、レフラクト
メータとは、被検眼眼底に指標光を投影し、この
指標光の網膜における拡散反射光による発散光束
が被検眼光学系を通過して眼外に射出してくる光
束をもちいて測定するものであり、上述の眼鏡レ
ンズとは、屈折力の定義が大きく異なつている。

また、上記米国特許第3880525号の装置は、マ
スク上の開口と検出面上の到達点との間の点対点
の対応関係を正確に検出する必要があり、かつ各
開口は必ず平面的配置にして、かつ射出光束が非
共面光束となるようにせねばならない。このため
に、２次平面の走査を行なわねばならず、装置が
全体として高価にならざるを得ない。また、最低
３点の座標情報により５元連立方程式を解く必要
があり、演算機構も複雑かつ高価となる。また、
被検レンズにゴミ、ホコリ等があると、点開口を
通過すべき光束が欠落するため測定不能となるお
それもあるという欠点を有している。

同様の非結像形式の屈折力測定装置として米国
特許4275964号明細書に、マスク手段の開口を円
形開口とし、かつ検出手段を装置光軸を回転軸と
して回転するリニアセンサアレイを利用したレン
ズメーターが開示されているが、これもリニアセ
ンサアレイの回転駆動及びその回転角検出の必要
があり、装置の複雑化はまぬがれ得ない。更に、
被検レンズの屈折作用により楕円となつた円形開
口通過光束の楕円像の最低５点の位置座標を検
出、演算して、被検レンズの屈折力をもとめる必
要があり、その情報処理量も膨大であり、大きな
欠点となつていた。

そこで本発明の第一の目的は、上述の欠点を解
決した非結像形式のオートレフラクトメータを提
供することにある。

本発明の第二の目的は、可動光学系を有せず、
簡単な光学系の構成からなり、しかも高精度、高
速度の測定ができるオートレフラクトメータを提
供することにある。

本発明の第三の目的は、検出系の検出演算処理
が比較的簡単でかつ、高速演算処理が可能なオー
トレフラクトメータを提供することにある。

係る目的を達成するために、本発明の一つの特
徴によるならば、被検眼眼底に略点状の二次光源
を形成する照明手段と、この二次光源からの発散
光束で被検眼を射出してくる光束を選択するマス
ク手段と、該マスク手段により選択された光束を
被検眼眼底と非共役位置で検出する検出手段と、
この検出手段からの検出情報をもとに被検眼の屈
折特性をもとめるための演算手段からなるオート
レフラクトメータが提供される。

以上の如く本発明のオートレフラクトメータは
非結像形式であるため、結像光学系、特に従来の
ように可動光学系を必要としないため、装置の構
成が簡単でかつ組立て調整が簡単である。また、
測定速度が早くなるため、被検眼の測定中の調節
力の介入がなく正確な測定結果が得られる。

本発明のオートレフラクトメータの実施例にお
いては、前記マスク手段には直線開口パターンが
形成されてなり、この開口パターンで選択された
被検眼射出光束を互いに実質的もしくは仮想的に
交差する２本のリニアセンサアレイで検出し、こ
の検出座標値から前記開口パターンに対応した直
線パターン像の方程式をもとめ、この直線方程式
をもとに仮想交差点座標を演算でもとめ、この仮
想交差点の座標から被検眼レンズの屈折特性をも
とめる。従つて、検出できる情報量は、従来の装
置に比して多くとれ、かつ演算処理は、簡単、高
精度、高速度のオートレフラクトメータとするこ
とができる。

本発明の利点または効果は非結像形式であるた
め、結像光学系特に従来のように可動光学系を必
要としないため装置の構成が簡単でかつ組立て調
整が簡単になる点にある。また測定速度が早いた
め被検眼の測定中の調節力の介入がなく正確な測
定結果が得られる。

以下本発明の原理を説明する。

第２図は、点開口を形成してなるマスクを使用
した本発明の第１の原理を説明するための斜視図
である。

被検眼Ｅの中心窩に仮想光源Ｉがあるものと仮
定する。この被検眼Ｅの屈折作用は前眼部の屈折
面Ｌに全て集約されているものと仮定する。この
屈折面Ｌは、屈折力D₁をもつ主径線と、屈折力
D₂をもつ第２主径線とからなり、かつ第１主径
線はX₀−Y₀座標系のX₀軸と角度θで交差してい
るものとする。この被検眼Ｅの眼前△ｄの距離に
点開口Ｕ，Ｖ，Ｗを有するマスクＭが配置されて
いる。またマスクＭから距離ｄ離れて検出面Ｄが
配置されている。

今、仮想光源Ｉを射出した光束は、被検眼の屈
折面Ｌの屈折作用をうけ偏向され、その内の一部
はマスクＭの点開口Ｕ，Ｖ，Ｗを通過して検面Ｄ
上に投影点U′，V′，W′を作る。この点開口と投
影点を結ぶ光束の方向は、被検眼Ｅの第１主径線
D₁のつくる第１遠点F₁、及び第２主径線の作り
第２遠点F₂に向う方向にあることは言うまでも
ない。

今、マスクＭ上の点開口Ｕ，Ｖ，及びＷの座標
をそれぞれＵ（X₁、Y₁）、Ｖ（X₂、Y₂）、Ｗ（X₃、
Y₃）とし、また検出面Ｄ上の検出点U′，V′，
W′の座標をそれぞれU′（X₁′、Y₁′）、V′（X₂′、
Y₂′）、W′（X₃′、Y₃′）とし、さらに A₁₂＝（X₁−X₁′）−（X₂−X₂′） A₁₃＝（X₁−X₁′）−（X₃−X₃′） B₁₂＝（Y₁−Y₁′）−（Y₂−Y₂′） B₁₃＝（Y₁−Y₁′）−（Y₃−Y₃′） C₁₂＝X₁−X₂ C₁₃＝X₁−X₃ D₁₂＝Y₁−Y₂ D₁₃＝Y₁−Y₃ と定義すると、被検眼Ｅの２つの主径線の屈折力
は （C₁₃D₁₂−C₁₂D₁₃）（ｄ／ｚ）²＋（A₁₂D₁₃＋B₁₃D₁₂−A
₁₃D₁₂−B₁₂D₁₃）（ｄ／ｚ）＋（A₁₃B₁₂−A₁₂B₁₃）＝０
…(2) の２次方程式で表現される。

さらに、上記係数のカツコ式を以下のもので再
定義する。

〔ｐ、ｑ〕≡p₁₂q₁₃−q₁₂p₁₃ 〔ｐ、ｑ〕＝−〔ｑ、ｐ〕 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、(2)式は 〔Ｃ、Ｄ〕（ｄ／ｚ）² ＋｛〔Ｂ、Ｃ〕−〔Ａ、Ｄ〕｝（ｄ／ｚ）²＋〔Ａ、
Ｂ〕＝ ０ …(3) として表わされる。

この(3)式においてｄは第２図で示すようにマス
クＭと検出面Ｄとの距離を、ｚはマスクＭから遠
点までの距離をいう。

この第(3)式の２根z₁、z₂をもとめることにより
被検眼の屈折面の第１主径線の屈折力D₁及び第
２主径線の屈折力D₂は （ここでεは被検眼とその屈折力補正用の眼鏡レ
ンズとの距離を表わし通常日本では12mmである。） で求められる。また乱視軸は第１主径線の傾き
角θとθ＋90゜の関係があるので ＝1/2tan^-1｛〔Ｂ、Ｄ〕−〔Ａ、Ｃ〕／〔Ａ、Ｄ〕＋
〔Ｂ、Ｃ〕｝＋90゜…(5) と表わされる。

第３ａ図及び第３ｂ図は、マスク手段に交差す
る直線パターンを形成したときの被検眼屈折力を
測定する本発明の第２の原理を示す図である。上
記の第２図の原理で使用したと同等の構成要素に
は同一の符号を付して説明を省略する。

マスクＭにはＸ軸と角度θ₁で交差する直線開口
パターンＡとＸ軸と角度θ₂で交差する直線開口パ
ターンＢとが交点ｕで、交差角γで交差してい
る。

被検眼の仮想光源Ｉから発散光束が射出され、
上記マスクの直線開口パターンＡ、Ｂで選択され
た光束は、検出面Ｄ上で直線像A′、B′をそれぞ
れ作る。ここで、被検眼Ｅの屈折力は、マスクＭ
の直線開口パターンＡの長さをl_A、傾きをm_A、
直線開口パターンＢの長さをl_B、傾きをm_B、検出
面上の直線A′の長さをl_A′、傾きをm_A′、直線
B′の長さをl_B′、傾きをm_B′とそれぞれすると、_A ・_B（m_A−m_B）（ｄ／ｚ＋１）²−〔_A（m_A−m_B′
）＋_B（m_A′−m_B）〕（ｄ／ｚ＋１）＋（m_A′−m_B′
）＝０…(6) 但し として表わされるので、この方程式の２根z₁、
z₂、すなわち被検眼の第１遠点F₁、第２遠点F₂と
マスクＭとの距離をもとめ、これより被検眼の第
１主径線の屈折力D₁及び第２主径線の屈折力D₂
はそれぞれ で求められ、乱視軸は ＝θ＋90゜ ＝tan^-1〔m_A・_A・（１＋ｄ／z₁）−m_A′／_A（１
＋ｄ／z₁）−１〕＋90゜ として得られる。

測定にあたつては検出面Ｄを走査して直線A′，
B′をもとめてもよいし、第３ｂ図に示すように
マスクＭに直線開口パターンＡ、Ｂの両方に交差
する直線Ｃを形成し、これら直線開口パターン
Ａ、Ｂ、Ｃの検出面Ｄの座標系X′−Y′の投影像
をA′，B′，C′とするときX′軸とY′軸を走査して
検出点x₁′、x₂′、x₃′及びy₁′、y₂′、y₃′を求めて
、
x₁′とy₂′とから直線A′の方程式を、x₃′とy₁′とか
ら直線B′の方程式を、x₂′とy₃′とから直線C′の方
程式をそれぞれもとめて、これら三つの直線A′，
B′，C′の交点ｕ、ｖ、ｗの座標を決定し、u′と
v′間の長さを前述のl_A′、u′とw′間の長さを前述
のl_B′またそれぞれの傾きをm_A′、m_B′とすれば前
述の第(6)〜(8)式を使つて被検眼の屈折力等をもと
めることができる。あるいは交点U′、V′及び
W′のそれぞれの座標U′（X₁′、Y₁′）、V′（X₂′、
Y₂′）及びW′（X₃′、Y₃′）から前述の原理でのべ
た第(1)〜(5)式を適用して、被検眼の屈折特性をも
とめてもよい。

第４図は本発明のマスクＭに２組の平行直線群
を形成したときの被検眼の屈折特性をもとめる本
発明の第３の原理を示す斜視図である。マスクＭ
にはピツチP₁でＸ軸からの傾きm₁の平行直線群
L₁が形成されている。被検眼Ｅから射出した光
束は、この平行直線群L₁で選択透過されたのち、
検出面Ｄ上にX′軸との傾きm₁′、ピツチP₁′の平行
直線群L₁′を形成する。この平行直線群L₁′の傾き
m₁′は m₁′＝m₁｛１−ｄ（sin²θ／z₁＋cos²θ／z₂）｝＋ｄ（
１／z₁−１／z₂）sinθcosθ／m₁d（１／z₂−１／z₁）s
inθcosθ−ｄ（cos²θ／z₁＋sin²θ／z₂）＋１…(9) で表わされ、またピツチP₁′は、 として表わされる。

ここで、この方程式(9)、(10)の未知数はz₁、z₂、
θの３つであるため、１つの平行直線群の変化か
らだけではこれらの未知数はもとめられないの
で、第４図に示すように、もう一組の平行直線群
L₂をマスクＭに形成する。ここで平行直線群L₂
はそのピツチをP₂、Ｘ軸に対する傾きをm₂とし
ており、検出面Ｄ上の投影像の平行直線群L₂′は
そのピツチをP₂′、傾きをm₂′に変化されているも
のとする。

この平行直線群L₂とその投影像L₂′との間にも
上記(9)、(10)が成立するので、合計４つの方程式が
出来るので未知数z₁、z₂、θを解くことができ
る。

上記(9)、(10)式の解法が演算時間の増加をまねく
のであれば、以下第５ａ図、第５ｂ図にもとずい
て説明するように仮想平行四辺形を作り、この４
頂点の座標位置変化から被検眼の屈折特性をもと
めてもよい。

第５ａ図は第４図のマスクＭに形成された開口
パターン開口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でピツチはP₂で
あることは第４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
eP₁へだてて平行線と、距離fP₁の平行線QW
を考える。

また平行直線群L₂のうちの１本L₂₁から距離
gP₂の平行線と距離hP₂の平行線UQを考え
る。これらの平行線，，，から仮
想平行四辺形UVWQが形成され、これら４頂点
のｘ−ｙ座標系の仮想座標を、Ｕ（x₁、y₁）、Ｖ
（x₂、y₂）、Ｗ（x₃、y₃）、Ｑ（x₄、y₄）とする。

第５ｂ図は、第５ａ図の開口パターンである平
行直線群L₁，L₂を通過した光線束による検出面
Ｄ上への投影平行直線群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４図と同様であ
る。この投影平行直線群を、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″座標系のそれぞれの軸上を走査して検出
するものとすると、X″軸の走査により検出点イ，
ロ，ハ，ニで投影平行直線群を検出し、Y″軸の
走査により検出点ホ，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′のピツチP₂′も演算できる。そして
L₁₁′からピツチP₁′に第５ａ図でかけた倍率と同
じ倍率ｅをかけてeP₁′のピツチの平行線′′を
考えることができ、同様にfP₁′ピツチの平行線
Q′W′を、L₂₁′からgP₂′ピツチの平行線′′を
hP₂′ピツチの平行線′′を考えることができ、
これら平行線′′，′′，′′，′′
から仮
想平行四辺形U′V′W′Q′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、y
′₂）、
W′（x′₃、y′₃）、Q′（x′₄、y′₄）とすると、第５
ａ図
の仮想平行四辺形UVWQと第５ｂ図の仮想平行
四辺形U′V′W′Q′は対応しており、これら８点の
座標から上述の第(1)〜(5)式を適用して被検眼の屈
折特性をもとめることができる。

上述した第５ａ図、第５ｂ図では、仮想平行四
辺形をもとめるのに、ピツチ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ｘ−ｙ
直交座標系、x′−y′直交座標系を使つて説明した
が、斜交座標系x″−y″座標系の各軸上の走査を
考えると、x′、y′直交座標系とx″−y″斜交座標系
間の座標変換は第６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。
このときx″−y″座標系からx′−y′座標系への座標
変換は x′＝x″sinα＋y″sinβ＋ξ y′＝y″cosβ−x″cosα＋η …(11) 前記(1)式の一般式から A_ij＝（x_i−x′_i）−（x_j−x′_j） …（1′） これに(11)式を代入して A_ij＝｛x′_isinα＋y′_isinβ＋ξ）−（x″_isinα＋y
″sinβ＋ξ）｝−｛（x′_ysinα＋y′_jsinβ＋ξ） −（x″_jsinα−y″_jsinβ＋ξ）｝＝sinα｛（x′_i
−x″_i）−（x′_j−x″_j）｝ ＋sinβ｛y′_i−y″_i）−（y′_j−y″_j）｝＝A′_ijsi
nα＋B′_ijsinβ…（12a） またB_ij＝（y₁−y′_i）−（y_j−y′_j）で 上記同様の計算で B_ij＝cosβ｛（y′_i−y″_i）−（y′_j−y″_j）｝−cos
α｛（x′_i−x″_i）−（x′_j−x″_j）｝ ＝B′_ijcosβ−A′_ijcosα …（12b） 以下同様に C_ij＝C′_ijsinα＋D′_ijsinβ …（12c） D_ij＝D′_ijcosβ−C′_ijcosα …（12d） となる。

ここで〔Ｃ、Ｄ〕、〔Ｂ、Ｃ〕、〔Ａ、Ｄ〕、〔Ａ、
Ｂ〕を求めると、（12a）〜（12d）式から 〔Ｃ、Ｄ〕＝C_ijD_ik−D_ijC_ik＝（C′_ijsinα＋D′_ijsin
β）（D′_ikcosβ−C′_ikcosα）−（D′_ijcosβ −C′_ijcosα）（C′_iksinα＋D′_iksinβ）＝（sin
αsinβ＋cosαsinβ）（C′、D′〕 同様に〔Ｂ、Ｃ〕＝（sinαsinβ＋sinβcosα）（A
′、
B′〕 〔Ａ、Ｄ〕＝（sinαcosβ〔A′、D′〕−sinαcosα〔
A′、C′〕 ＋sinβcosβ〔B′、D′〕−sinβcosα〔B′、C′〕 〔Ａ、Ｂ〕＝（sinαcosβ＋cosαsinβ）〔A′、B′〕 また 〔Ｂ、Ｃ〕−〔Ａ、Ｄ〕＝（sinαcosβ＋cosαsinβ）
｛（B′、C′〕−〔A′、D′〕｝ 従つて(3)式は sin（α＋β）×｛〔C′、D′〕（ｄ／ｚ）²＋（B′、C
′〕−〔A′、D′〕（ｄ／ｚ）＋〔A′、B′〕｝＝０ となり、｛ ｝内は(3)式と同一形状の二次方程式
となり、このことから(3)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、検出面の走査方向、特にリニ
アセンサ等を使用する場合、そのセンサの配置の
自由度が非常に大きいことを示す。すなわち、２
本のリニアセンサをx′−y′座標系の直交座標軸上
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
しては被検眼を測定しない状態の平行直線群パタ
ーンL₁、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を基準仮想平行四辺形とし、つぎに測定し
たい被検眼を測定光学系で測定し、このときの投
影仮想平行四辺形U′V′W′Q′をつくり、基準仮想
平行四辺形と投影仮想平行四辺形とから被検眼の
屈折特性を求めるものである。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
ようにその選択は被検眼の屈折特性演算の内屈折
力計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。

被検眼の乱視軸即ち円柱軸方向は、(5)式で与え
られる。(5)式は直交座標系時の式であるが、斜交
座標系x″−y″にセンサがある場合は、以下の式
を使つて斜交座標系で求めた結果を直交座標系を
使用したときの円柱軸として計算することができ
る。

θ＝１／２tan^-1×｛cos2β〔B′、D′〕−cos（α−β
）・（〔A′、D′〕＋〔B′、C′〕＋cos2α〔A′、C′
〕／sin2α〔B′、D′〕＋sin（α−β）（〔A′、D′
〕＋〔B′、C′〕）−sin2α〔A′、C′〕｝ となり、円柱軸は、 ＝θ＋90゜ としてもとめられる。

第７図は、マスクＭに半径φ／２の円周開口パタ ーンＳを形成したときの本発明の測定原理を示す
斜視図である。

被検眼Ｅを射出した光束は、この円周開口パタ
ーンＳで選択透過されると、検出面Ｄ上には被検
眼Ｅの屈折特性に応じた楕円に変形されて投影さ
れる。この楕円は （H²sin²θ＋V²cos²θ）（ｘ−α）²＋（H²cos²θ＋V²s
in²θ）（ｙ−β）² −（H²−V²）sin²θ＋Ｈ・Ｖ（φ／２）²＝０…（13
） 但し の方程式で表わすことができる。

ここでD₁は第１主径線の屈折力、D₂は第２主
径線の屈折力、θは第１主径線のマスクＭのＸ−
Ｙ座標系のＸ軸と交わる角度であることは上述の
第１から第３の原理と同様である。なお、α、β
はそれぞれ楕円中心の水平、垂直方向のズレ量で
ある。このように上記方程式（13）（14）には、
５つの未知数があるため、この楕円上の５点を検
出すれば上記方程式を解くことができ、これより
被検眼の屈折力は測定できる。

実際の測定にあたつては、検出面Ｄに平面型セ
ンサを利用し走査したり、あるいはリニアセンサ
を装置光軸を回転軸として検出面Ｄ内で回転して
楕円投影像中の５点を検出してもよいが、より構
成を簡単にするためには、第８図に示すようにマ
スクＭの円周開口パターンＳに変わる少なくとも
一本の直線開口パターンを形成するとよい。この
構成により、第９図に示す如く、検出面Ｄには２
本のリニアセンサS₁，S₂を交差させて配置するだ
けで、楕円投影像S′の４点と、直線投影像の２点
が検出できるので、構成を非常に簡単にできる。
第８図では直線開口パターンをl₁、l₂の互いに平
行な二本の直線パターンとしたのは、リニアセン
サS₁，S₂の交点に直線投影像のうちの１本が重な
つても他の１本の投影像の２点が検出できるよう
にしたためである。なお、Ｘ軸との傾き角αの直
線開口パターン投影像の傾きをα′とすると、直線
パターンと直線投影像の間には、 （Ｈ・α−Ｖ・α′）tan²θ＋（Ｈ−Ｖ）（１−α・α
′）tanθ＋（Ｖ・α′−Ｈ・α）＝０…（15） の関係がある。但し、ここでＨ、Ｖは第（14）式
を表わしている。そして、第９図に示すように検
出点（X₁′、Y₁′）〜（X₄′、Y₄′）を第（13）に代
入し、検出点（X₅′、Y₆′）（X₆′、Y₆′）を第（15）
式に代入して、これら２つの方程式を解法すれば
被検眼の屈折特性は測定できる。

以下本発明の実施例を説明する。

第１０図は上述の第１〜第４の測定原理を適用
できるオートレフラクトメータの光学系配置を示
す概略図及び検出演算処理装置のブロツク図であ
る。

本実施例のオートレフラクトメータの光学系
は、大きく測定光学系１、固視標光学系２、照準
用光学系３ａ，３ｂ及び光源投影用光学系４とか
ら構成される。

測定光学系１の光軸O₁に垂直な平面内には、
上述の第１〜第４の原理で説明したいずれかのマ
スク開口パターンを形成して成るマスクＭが配置
されている。またその後方に光軸O₁にそつて離
れた位置に平面型センサアレイＤが配置されてい
る。この平面形センサアレイＤは、光電子倍増用
のマルチチヤネルブレート層D₁と、蓄積効果型
センサ素子を平面状に多数配列してなるCCD層
D₂と、ペルチエ効果を利用して上記CCD層を電
子冷却するための電子クーラー層D₃とから構成
されている。平面型センサアレイＤの代りに公知
の光電子増倍管を使用してもよい。また、マスク
Ｍ、平面型センサアレイＤは、リレーレンズ５に
より、その共役像M′，D′をそれぞれ被検眼眼前
に形成される。ここでマスクＭの共役像M′は、
被検眼眼前から距離△ｄ離れた位置に配置される
ことは上述の原理と同様である。

光源投影光学系４は、GaAa半導体レーザから
なる光源６と、コリメーターレンズ７、アパーチ
ヤー８、ミラー９ａ，９ｂより構成され、光源６
からの900nｍの近赤外光が装置光軸O₁にそつて
被検眼Ｅに細いビーム光として照射され、被検眼
Ｅの網膜上にスポツト光を投影する。この投影さ
れたスポツト光が二次光源Ｉとして働く。

また、被検眼の視線を装置光軸O₁と一致させ
るために利用される固視目標光学系３は、光源１
０で照明される。第１２図Ｃに示すような固視目
標１１及び、この固視目標を被検眼に投影するレ
ンズ１２と、このレンズ１２から光束を装置光軸
O₁方向に反射させるための光軸O₁に対し、斜設
されたハーフミラー１３ａから構成されている。
ここでハーフミラー１３ａは光源６からの900n
ｍの近赤外光を透過し、レンズ１２からの可視光
を反射する可視光反射赤外光透過型のミラーであ
る。

照準用光学系は、照準ターゲツト投影系３ａと
照準受光系３ｂとからなり、照準ターゲツト投影
系３ａは、装置光軸O₁を含む垂直面内に配置さ
れ、その光軸O₂は光軸O₁と交点Ｐで交わるよう
に配置される。この照準ターゲツト投影系３ａ
は、光源１３と、この光源１３から光束の内赤外
光成分のみを透過させる赤外フイルター１４と、
この赤外光により照明されるターゲツト板１５
と、ターゲツトを交差点Ｐを含む面内に投影する
投影レンズ１６，１７及び、レンズ１６と１７の
間に配置され、光源１３から光を光軸O₃にそつ
て反射するミラー１８とから構成されている。こ
こでターゲツト板１５には、第１２図Ａに示すよ
うに水平な２本の平行スリツト線１５ａ，１５ｂ
が形成されている。

一方、照準受光系３ｂは、第１１図に示すよう
にその光軸O₃が装置光軸O₁を含む水平面内にあ
り、かつ光軸O₁と点Ｐで交差するようになつて
いる。受光系３ｂは、対物レンズ１９とその焦点
面におかれるスプリツトプリズム２０、リレーレ
ンズ２１、絞り２２、結像レンズ２３及び撮像管
２４とから構成されている。ここで撮像管２４は
CRTデイスプレイ１００に接続されており、ま
たスプリツトプリズム２０の後面は第１２Ｂ図に
示すような垂直な２本の平行なスリツト線２０
ａ，２０ｂが形成されている。

また平面型センサアレイＤはマイクロプロセツ
サ１０１のクロツクパルス２０１の制御を受けて
センサ素子を順次走査駆動する駆動回路１０２に
接続されている。また、センサアレイＤは、その
出力端をアナログスイツチ１０３に接続してお
り、このアナログスイツチはＡ／Ｄ変換器１０４
に接続されている。Ａ／Ｄ変換器１０４はマイク
ロプロセツサ１０１に接続される。

マイクロプロセツサ１０１には、またRAM
（ランダム・アクセス・メモリー）等からなる記
憶回路１０５と、インターフエース回路１０６が
接続されている。インターフエース回路１０６は
CRTデイスプレイー１００に接続されている。
そして更に、マイクロプロセツサ１０１は、プロ
グラムメモリ１０８に記憶されたプログラムに従
つて処理を行う。

次に本実施例の作用を説明する。まず光源１３
を点燈し、被検眼Ｅの前眼部を照明する、この被
検眼前眼部像を照準受光系で受光し、その像を
CRTデイスプレーに画像表示する。

ここで受光系３ｂにはスプリツトプリズム２０
が配置されているので、被検眼と装置との距離が
予め定められた距離△ｄと異つているとCRTデ
イスプレイ１００の前眼部画像はスプリツトプリ
ズム２０の作用により第１３図Ａに示すように左
右にズレを生じた画像として受像される。そこ
で、装置を前後方向に微少移動させ、スプリツト
イメージが合致するようにワーキングデイスタン
スを調整する。またCRTデイスプレイの前眼部
画像には、スリツト線１５ａ，１５ｂ及び２０
ａ，２０ｂも同時に撮されており、上記のワーキ
ングデイスタンス調整をすると第１３Ｂ図に示す
ようにスリツト線は、視野中央で交差し、四辺形
を形成する。この四辺形内に被検眼の瞳孔がくる
ように装置を上下、左右に微小移動しアライメン
トをする。次に光源１０を点燈し被検眼に固視標
１１を固視させる。以上の準備操作が完了したら
光源６を点燈しスポツト光を被検眼網膜に照射す
る。網膜からの反射発散光束は被検眼瞳孔を通し
て、眼外に射出され、このとき射出光束は被検眼
の屈折特性により偏向されて射出される。この射
出光束は、マスクＭの開口で選択透過され、セン
サアレイＤに入射する。センサアレイＤは、マス
クの開口パターンに対応しかつ被検眼の屈折特性
に応じて変形された投影像を検出する。そして、
プログラムメモリ１０８のプログラムに従つて、
センサアレイＤは、マイクロプロセツサ１０１の
クロツクパルスに周期して駆動回路１０２により
順次センサ素子が走査され、各センサ素子出力は
クロツクパルスに同期してアナログスイツチ１０
３に入力される。アナログスイツチ１０３はマイ
クロプロセツサの制御でセンサアレイからの検出
出力をＡ／Ｄ変換器１０４に入力する。Ａ／Ｄ変
換器１０４は入力された各センサ素子の検出アナ
ログ出力をデジタル値に変換し、マイクロプロセ
ツサ１０５の制御により記憶回路１０５のあらか
じめ定められた番地に順次書込まれる。この記録
されたデータをもとに、マイクロプロセツサ１０
１の演算部で前述の原理説明でのべた検出点座標
をもとめ、この座標値をもとに上記の方程式をも
とに被検眼の屈折特性を計算する。この計算結果
はインターフエース回路を介してCRTデイスプ
レイ１００に表示される。また必要に応じてプリ
ンター１０７で印字出力される。

第１４図は、上述の第１の原理を利用する場合
のマスクＭの開口パターンを示す図であり、点開
口２０１が複数十字型に配列したマスクを用いる
とよい。

また、検出器としては第１５図に示すような多
数のセンサ素子を直線状に配列してなるリニアセ
ンサアレイLDを使用し、これを光軸O₁を回転中
心としてパルスモータ２１０で回転してもよい。
このパルスモータ２１０はマイクロプロセツサの
制御を受けるパルスモーター駆動回路２１１で駆
動制御される。

第１６図は本発明の第２の原理を利用した場合
のマスクＭの開口パターンの一例を示すものであ
る。

マスクＭには、太い直線開口パターン２２０ａ
と２２０ｂとからなる第１平行直線群２２０と、
これに直交する細い３本の直線から成る平行直線
群２２１ａと２２１ｂからなる第２平行直線群２
２１とが形成されている。

また、測定光学系の検出器としては第１７図に
示すように２本のリニアセンサアレイLD₁，LD₂
を使用される。マスクＭの後方には、はね上げミ
ラー２３０が配置されている。はね上げミラー２
３０の反射光軸O₁′上には、図面に対して直角な
方向に延在するリニアアレイLD₂が配置され、ま
た、はね上げミラーがはね上げられたときの光軸
O₁の延長上にはリニアセンサアレイLD₁がそれぞ
れ共役検出面D′上で直交するように配置されて
いる。共役検出面D′上での投影像は第１８図に
示すように被検眼の屈折特性により変形される。

測定に際しては、まずはね上げミラー２３０を
第１７図に実線で示す位置におき、リニアセンサ
アレイLD₂を走査し、マイクロプロセツサで検出
点X₁′、X₂′、X₃′、X₄′を決定する。次にはね上げ
ミラー２３０を破線で示す位置にはね上げ、リニ
アセンサLD₁を走査して、検出点Y₁′、Y₂′、Y₃′、
Y₄′を決定する。そしてX′とY₂′で投影直線２２
１′ａの方程式を、X₂′とY₄′で投影直線２２０′ａ
の方程式を、X₃′とY₁′で投影直線２２０′ｂの方
程式を、X₄′とY₃′で投影直線２２１′ｂの方程式
をそれぞれ演算し、これら４つの直線の方程式の
から、４直線の交点U′，V′，W′，Q′の座標を算
出し、この座標値と、あらかじめ設計値としてメ
モリーされているマスク上の直線開口パターンの
交点Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｑの座標値とをもとに、上述の
第(1)式から第(5)式を利用して、被検眼の屈折特性
がもとめられる。

第３の原理を第１０図あるいは第１７図の実施
例に適用する場合のマスクＭの開口パターンは第
１９図に示すような開口パターンにすればよい。
第１９図においてマスクＭには、ピツチＰで傾き
m₁の平行直線群３００ａと、ピツチは同一で傾
きm₂の平行直線群３００ｂとが形成されている。
また、それぞれの平行直線群には、他の直線開口
パターンと区別するための太さ、あるいは透過率
の異なる直線パターン３０１ａ，３０１ｂが形成
してある。この様に多数の平行直線からなる平行
直線群をマスクパターンとして使用すると、リニ
アセンサアレイでの投影像検出点数が多くとれ投
影直線の方程式の傾き、及びピツチが平均化で
き、より測定精度をあげることができる。また直
線パターン３０１ａ，３０１ｂを形成したのは、
検出点の２点を結び投影直線の方程式をもとめる
とき、どの検出点を結ぶかを決定する基準とする
ためである。このマスクパターンを通過した検出
面Ｄ上での投影パターンを上述と同様の平面型セ
ンサアレイＤやリニアセンサアレイLD₁，LD₂で
検出し、以下同様の演算処理をほどこして被検眼
の屈折特性を算出する。尚、第１７図の実施例を
適用させる場合はリニアセンサアレイLD₁，LD₂
はそれぞれ共役検出面D′で角度γで交差するよ
うに配置する必要がある。

第２０図は、第３の原理を適用する他の実施例
を示す部分光学配置図である。第１０図、第１７
図と同様の構成要素には同一の符号を附して説明
は省略する。

はね上げミラーの反射光軸上にはミラー３１０
が配置され、このミラー３１０で反射された光束
はマスクM₁を通過後、ハーフミラー３１２の半
透過膜３１２ａで２分割され、２分割された光束
のそれぞれがリニアセンサアレイLD₁，LD₂に入
射する。また、はね上げミラー２３０をはね上げ
たときの装置光軸O₁の延長上にはミラー３１１
が配置されており、その反射光束はマスクM₂を
通過後ハーフミラー３１２の半透過膜３１２ａで
２分割され、それぞれリニアセンサアレイLD₁，
LD₂に入射する。なお、本実施例のマスクM₁に
は、第１９図に示した第１平行直線群３００ａの
みがマスクM₂には、第２平行直線群３００ｂの
みがそれぞれ全面に形成されており、且つこれら
平行直線群３００ａ，３００ｂはリレーレンズ５
によりその共役マスク面M′で互の配列方向が異
なるようにマスクM₁，M₂は配置されている。測
定に際しては、まずはね上げミラー２３０を実線
の位置に保持し、リレーレンズ５を通る被検眼Ｅ
からの射出光束をマスクM₁で選択させる。マス
クM₁で選択された光束はリニアセンサアレイ
LD₁，LD₂の両方に投影され、リニアセンサアレ
イLD₁をまず走査し、検出点をもとめる。つぎ
に、リニアセンサアレイLD₂を走査し、検出点を
もとめ、これら検出点によりマスクM₁に形成さ
れた第１平行直線群３００ａに対応した投影像の
方程式を決定する。

次に、はね上げミラー２３０をはね上げ、被検
眼Ｅからの射出光束をマスクM₂で選択させ、リ
ニアセンサアレイLD₁，LD₂に入射させる。以下
同様にリニアセンサアレイLD₁，LD₂で検出点を
得たのちマスクM₂に形成された第２平行直線群
３００ｂに対応した投影像の直線の方程式をもと
める。これら２回の測定で得られた直線像の方程
式から、ピツチP′と傾きM₁′、M₂′をもとめ、以
下、前述の第５ａ図、第５ｂ図の方法にしたがつ
て第(1)式から第(5)式を使つて被検眼の屈折特性を
もとめる。

第２１図は、第２０図の実施例では２枚のマス
クM₁，M₂を使用したかわりに、マスクM₁を一
枚のみ使用し、マスクM₁をパルスモータ２１０
で回転させ、第２０図の実施例と同様の作用効果
をもたせた実施例である。

また、第２２図は、マスクM₁を固定して、そ
のかわりにマスクM₁で選択された光束自身をパ
ルスモータで回転されるイメージロテータ４００
で回転し、同様の作用・効果をもたせた実施例で
ある。

このイメージロテータ４００を使用する方法
は、第１５図のリニアセンサLDを回転する方法
のかわりに使用することも出来る。

なお、第４の原理である円形開口パターンを使
用する実施例は、記載しないが、第１０図、第１
５図の実施例をそのまま利用でき、また、円形開
口パターンと直線開口パターンの両方を有するマ
スクの場合は第１６図以下の他の実施例が利用で
きることは理解出来るであろう。また、以上述べ
た原理、実施例が開口パターンを使用している
が、これに限定されずに、マスクのパターンは反
射型パターンでよいことも当業者であれば理解さ
れよう。また、リニアセンサアレイあるいは平面
型センサアレイを検出手段としてもちいたが、こ
れに限定されずに、すでに公知の直線内あるいは
平面内を走査し、光検知できる走査手段を利用し
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは、レンズ屈折力と眼の屈折力の
定義を説明するための図、第２図は、本発明の第
１の原理を説明する光学系の斜視図、第３ａ図
は、本発明の第２の原理を説明する光学系の斜視
図、第３ｂ図は、第２の原理のマスクパターンの
他の例を示す図、第４図は、本発明の第３の原理
を説明するための光学系の斜視図、第５ａ図及び
第５ｂ図は、本発明の第３の原理の他の方法を示
す図、第６図は、直交座標系と斜交座標系の関係
を示す図、第７図は、本発明の第４の原理を説明
する光学系の斜視図、第８図及び第９図は、第４
の原理の他の例を示す図、第１０図は、本発明の
第１の実施例を示す光学配置図、第１１図は、第
１実施例の光学配置を示す部分平面図、第１２図
Ａ及びＢは、ターゲツト板を示す図、第１２図Ｃ
は固視標を示す図、第１３図Ａ及びＢは、照準方
法を説明するための図、第１４図は、マスクパタ
ーンの第１の実施例を示す図、第１５図は、本発
明の第２の実施例を示す部分図、第１６図は、マ
スクパターンの第２の実施例を示す図、第１７図
は、本発明の第３の実施例を示す部分図、第１８
図は、検出方法を説明するための図、第１９図
は、マスクパターンの第３の実施例を示す図、第
２０図は本発明の第４の実施例を示す光学系配置
の部分図、第２１図は本発明の第５の実施例を示
す光学配置の部分図、そして、第２２図は本発明
の第６の実施例を示す光学配置の部分図である。 Ｍ……マスク、Ｄ……平面型センサアレイ、
LD，LD₁，LD₂……リニアセンサアレイ、Ｅ…
…被検眼、１……測定光学系、２……固視標光学
系、３ａ，３ｂ……照準光学系、４……光源投影
光学系、２１０……パルスモーター、４００……
イメージロテータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検眼の屈折力に関わり無く略点状の二次光
   源を前記被検眼の眼底に形成するための細い赤外
   ビーム光を装置光軸上に沿つて前記被検眼に向け
   て照射する照明手段と、 前記被検眼眼底で反射された前記二次光源から
   の発散光束で前記被検眼を射出してくる光束を選
   択するマスク手段と、 前記マスク手段により選択された光束を前記被
   検眼眼底と非共役位置で検出する検出手段と、 前記検出手段の検出情報に基づいて前記被検眼
   の屈折特性を演算する演算手段と から構成されたことを特徴とするオートレフラク
   トメータ。 ２ 前記マスク手段と被検眼の間には前記マスク
   手段及び前記検出手段のそれぞれの光学的共役像
   を前記被検眼眼前に形成するためのリレー光学手
   段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項記載のオートレフラクトメータ。 ３ 前記マスク手段は前記光束を選択的に透過す
   る開口パターンが形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載のオー
   トレフラクトメータ。 ４ 前記開口パターンは少なくとも３点の点状開
   口であることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載のオートレフラクトメータ。 ５ 前記開口パターンは少なくとも２本で少なく
   とも１点で実質的もしくは仮想的に交差する直線
   開口パターンであることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載のオートレフラクトメータ。 ６ 前記直線開口パターンのうち少なくとも１本
   は他の直線開口パターンとその太さもしくは透過
   率を異にしていることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載のオートレフラクトメータ。 ７ 前記直線開口パターンは少なくとも２本の平
   行な直線開口パターンからなる第１の平行直線群
   と、該第１の平行直線群に交差しかつ該直線開口
   パターンとその本数を異にする少なくとも２組の
   平行直線パターンから成る第２の平行直線群とか
   ら構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載のオートレフラクトメータ。 ８ 前記マスク手段は、少なくとも２本の平行な
   直線開口パターンからなる第１の平行直線群と、
   該第１の平行直線群の配列方向と異なる方向に配
   列された複数の平行な直線開口パターンからなる
   第２の平行直線群とを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載のオートレフラクトメー
   タ。 ９ 前記マスク手段は第１と第２のマスク手段か
   らなり、第１のマスク手段には前記第１の平行直
   線群が、第２のマスク手段には第２の平行直線群
   がそれぞれ形成され、前記リレー光学手段による
   共役面内で該第１及び第２の平行直線群が交差す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の
   オートレフラクトメータ。 １０ 前記開口パターンは円形開口パターンであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   オートレフラクトメータ。 １１ 前記円形開口パターンはさらにこれに実質
   的に又は仮想的に交差する少なくとも１本の直線
   開口パターンを有してなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１０項記載のオートレフラクトメー
   タ。 １２ 前記照明手段は赤外光を照射する半導体レ
   ーザ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１１項のいずれかに記載のオートレフ
   ラクトメータ。 １３ 前記検出手段は多数の受光素子を平面状に
   配列してなる平面型センサーアレイであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１２項
   いずれかに記載のオートレフラクトメータ。 １４ 前記検出手段は多数の受光素子を直線状に
   配列してなりかつ実質的もしくは前記共役面内で
   仮想的に互いに交差する少なくとも２本のリニア
   センサアレイからなることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項ないし第１３項いずれかに記載のオ
   ートレフラクトメータ。 １５ 前記検出手段は実質的もしくは前記共役面
   内で仮想的に平行な少なくとも２本のリニアセン
   サアレイであることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項ないし第１３項いずれかに記載のオートレ
   フラクトメータ。