JPH0249732B2 - - Google Patents

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やコンタクトレンズの曲率半
径を測定するラジアス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
主に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ーリツク曲面体の曲面の主
径線の曲率半径（以下、単に「曲率半径」と言う
こともある）を測定する装置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、眼全体の総屈折力の
略80％約45Diopterの屈折力をもち、また、乱視
眼においては約75％が角膜乱視すなち角膜前面が
球面でなくトーリツ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主径線の曲率半径をも
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、種々の形式のオフサルモメータ
ーが実用化されている。いずれの型式のオフサル
モメーターも、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主径
線軸角度を測定するものであつた。

オフサルモメータにおいては、特に角膜がトー
リツ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
動がつねにともなつており、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つ
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２
次元型のポジシヨ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角度を
測定する装置が開示されている。

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ーと同様に、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
いう欠点があつた。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
ながらなかつた。

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点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イテクターや
TVカメラの撮像面に投影し、上記点開口を通過
した光線の該デイ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つ
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。自動的に球
面またはトーリツク面形状の曲面の主径線の曲率
半径を測定出来る曲率測定装置を提供することで
ある。

本発明の更にもう一つの目的は、従来の装置が
視準により行なつ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である。

すなわち、本発明によるならば、光軸と垂直な
実質的な平面上に少なくとも２本の直線で少なく
とも１つの実質的な交点を有するように直線を成
す光源と、該光軸上に配置されたピンホールを通
して該直線光源を射出した照明光束の主光線を該
光軸と平行にし、被検曲面に投影する投影レンズ
とを有する照明光学系と；この照明光の前記被検
曲面から反射光を前記直線光源と光学的に非共役
な第１と第２の各々の面上で検出する検出手段を
有する検出光学系と；この検出手段が検出した前
記反射光の前記直線光源に対応した直線投影パタ
ーンから被検曲面の曲率半径を演算する演算手段
とから構成されてなる曲率測定装置が提供され
る。

なお本発明で「実質的な交点」とは実際に交点
を有する場合と、仮想的な交点を有する場合の両
方を包含する。

本発明において、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、測定時間が短かく、外乱影響に対し、強く
かつ測定精度が高く、さらに安価で、しかも自動
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
に測定時間の短縮と測定精度の向上が実現でき
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
けない測定精度が高く測定時間の短かい小型で、
かつ安価な自動測定を可能化したオフサルモメー
タを提供することができる。

また本発明をコンタクトレンズのベースカーブ
あるいは前面の曲率半径を測定するいわゆるラジ
アスメータに応用すれば、ターゲツト像をコンタ
クトレンズの表面と、その曲率中心に２度合焦
し、そのときの対物レンズの移動量からベース・
カーブ等の曲率半径を測定していた従来のラジア
スメータに比較して、従来のラジアスメータがも
つていたターゲツト像観察及びそれによる測定用
の顕微鏡光学系を一切必要とせず、ゆえに測定精
度を直接左右する視度調節を一切必要としないば
かりか、測定者間のパーソナルエラーも発生しな
い自動測定が出来、測定精度の高い、しかも測定
時間の短い新しいタイプのラジアスメータを提供
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図は、本発明の測定原理を説明するための
斜視図であり、第２図はその平面図である。

これらの図において、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
標系を含む接平面Ｈ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C_CをX₀軸方向にE_H、Y₀軸方向に
E_Vずらして配置されておりかつ曲率半径γ₁の第
１主径線（強主径線）がX₀軸と角度θ_r1だけ傾け
て配置されているものとする。またその第２主径
線（弱主径線）の曲率半径をγ₂とする。第１と第
２主径線は直交しいる。今、このX₀―Y₀座標系
から装置光軸O₁にそつて距離ｌ離れた位に、そ
の装置光軸O₁上に原点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。

さらに、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ｉで互いに交差し、それ
ぞれの端点をｊ，ｋとする。直線光源ＡはX₀軸
と平行な直線X_pに対し角度θ₁傾斜しており、ま
た直線光源Ｂは直線X_p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線を装
置光軸O₁に対し平行になるようにX₀―Y₀座標面
に結像投影されたとすると、光源Ａ，Ｂからの主
光線は角膜Ｃで反射され、前記直線光源Ａ，Ｂと
光学的に非共役な検出面Ｄに到達する。直線光源
Ａが角膜Ｃで反射して検出面Ｄに投影された投影
直線をA′、直線光源Ｂが角膜Ｃで反射して検出
面Ｄに投影された投影直線をB′とすると、角膜
Ｃの前面のトーリツク面の形状特性、すなわちそ
れぞれの主径線の方向およびその曲率半径によつ
て、投影直線A′とB′の交点はi′に、投影直線A′の
端点はj′に、その傾きはＸ軸とθ₁′の角度に変化
し、投影直線B′の端点はk′、そのＸ軸との傾きは
θ₂′に変化しいる。そしてまた、直線光源Ａの長
さ、すなわち交点ｉと端点ｊとの間の長さ₀l_Aは、
投影直線A′については交点i′と端点j′の間の長さ
₀l_A′に変化しており、同様に直線光源Ｂの長さ、
すなわち交点ｉと端点ｋとの間の長さ₀l_Bは、投
影直線B′については交点i′と端点k′の間の長₀l_A′
に変化しいる。ここでtanθ₁＝₀m_A、tanθ₂＝₀m_B、
tanθ₁′＝₀m_A′、tanθ₂′＝₀m_B′すると、 4_{0 A}・_{0 B}（₀m_A−₀m_B）（ｌ／γ＋１）² −２〔_{0 A}（₀m_A−₀m′_B）＋_{0 B}（₀m′_A −₀m_B）（ｌ／γ＋１）＋（₀m_A′−₀m_B′）＝０ ……(1)式 但し の二次方程式が得られる。

この二次方程式の２根をλ₁、λ₂とすると λ₁＝ｌ／r₁、λ₂＝ｌ／r₂ ……(2)式 となる。

ここで第２図に示すように検出面Ｄを角膜Ｃか
ら距離l′離れた位置に移動した場合の直線光源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(1)式と同様の二次方程式 4_A・_B（m_A−m_B）（l′／ｒ＋１）² −２〔_A（m_A−m_B′）＋_B（m_A′ −m_B）（l′／ｒ＋１）＋（m_A′−m_B′）＝０ ……(1)′式 が成立するので、この二次方程式の２根をそれぞ
れλ₁′、λ₂′とし λ₁′＝l′／r₁、λ₂′＝l′／r₂ ……(2)′式 を得る。これら(2)式、(2)′式から角膜Ｃの第１及
び第２主径線の曲率半径r₁及びr₂は r₁＝λ₁′−λ₁′／ｌ−l′、r₂＝λ₂′−λ₂′／ｌ
−l′……(3)式 としてもとめることができる。

また第１主径線の軸角度θ_r1は θ_r1＝tan^-1〔m_A・_A（１＋ｌ／r₁）−m_A′／（１
＋ｌ／r₁）−１〕
……(4)式 としてもとめられる。また第２主径線の軸角度
θ_r2は、通常の角膜であれば、θ_r2＝θ_r1＋90゜である
が、測定から決定したければ θ_r2＝tan^-1〔m_A・_A（１＋ｌ／r₂）−m_A′／_A（
１＋ｌ／r₂）−１〕
……(4)′式 として得ることができる。

以上の測定原理は、直線光源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′の面上での座標検出を利用したが、次
にＸ―Ｙ座標系の両座標軸すなわちＸ軸及びＹ軸
上だけの座標検出でこれら投影直線A′，B′を決
定する方法を述べる。

第３図に示すように、直線光源Ａ，Ｂの相方に
交差する今一つの直線光源Ｃを想定し、その交点
をそれぞれｊ，ｋとする。

この三つの直線光源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A′，B′及び
C′とする。そしてＸ軸及びＹ軸とこれら投影直線
A′，B′及びC′の交点を検出するＸ軸上の検出点
をxa₁，xa₂及びxa₃、Ｙ軸上の検出点をya₁，ya₂
及びya₃とそれぞれすると、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i′，j′及びk′の座標が算出で
き、これよりi′とj′間の長さl_A′，i′とk′間の長さ
l_B′がもとめられるし、また、上記投影直線A′の
方程式よりその傾きtanθ₁′＝m_A′を、投影直線
B′の方程式よりその傾きtanθ₂′＝m_B′をそれぞれ
算出でき、これより、上述の第(1)式ないし第(4)′
式を使つて角膜Ｃの曲率半径r₁，r₂及び主径線角
度θをもとめることができる。

また装置光軸O₁と被検角膜Ｃの頂点O_Cとのア
ライメントは、直線光源Ａ，Ｂ及びＣの交点ｉ，
ｊ及びｋの座標をそれぞれｉ（₀X₁，₀Y₁）、ｊ
（₀X₂，₀Y₂）及びｋ（₀X₃，₀Y₃）とするとき、₀X₁＋
₀X₂＋₀X₃＝０及び₀Y₁＋₀Y₂＋₀Y₃＝０を満たすよ
うに直線光源Ａ，Ｂ，Ｃを予め設定し、これら直
線光源の角膜Ｃによる検出面Ｄ上への投影直線
A′，B′及びC′により作られる交点i′，j′及びk′の
座標をそれぞれi′（X₁，Y₁），j′（X₂，Y₂）及び
k′（X₃，Y₃）とするとき、 をもとめα＝β＝０となるように装置本体を左右
上下に移動して合わせることができる。

これらアライメント量α及びβは、第１図及び
第３図に示すように、角膜Ｃの頂点O_CがX₀軸方
向にE_H、Y₀軸方向にE_Vずれているために発生す
るものである。

以上説明したように、第３図の方法によれば、
第１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′及びk′を
算出できるので、装置構成上有利であることがわ
かる。

また、この測定原理は、次の長所をもつ。第２
図に示すように検出面ＤとD′の間の距離Δが予
め定められた一定値を取るならば、直線光源Ａ，
Ｂ，Ｃからの角膜Ｃにより反射光束の反射方向は
検出面Ｄ（およびD′）の位置に無関係に一定であ
るから、検出面Ｄにおける到達点例えばｉから検
出面D′における到達点i′への変化量Δiはつねに一
定である。このことから、本測定原理を使用すれ
ば、装置の基準面、通常装置の最前面Ｐから角膜
Ｃの頂点O_Cとの間の作動距離εに測定結果は左
右されないといえ、従来のオフサルモメータのよ
うに測定に際して予められた装置固有の作動距離
の調整をする必要がない。このことは本測定原理
の大きな長所である。

第４図は、上記の測定原理の第２の態様を示す
斜視図である。第４図の態様は、投影直線A′，
B′，C′をＸ―Ｙ面上の二つのＹ軸すなわちY₁軸
上及びY₂軸と交差する位置から検出するもので
ある。

第４図に示すように、投影直線は、y₁，y₂，y₃
においてY₁軸と交差し、y₄，y₅，y₆においてY₂
軸と交差する。しがつて、y₂とy₆から直線B′の方
程式が得られ、y₁とy₄から直線A′の方程式が、ま
たy₃とy₅から直線C′の方程式がそれぞれ得られ
る。そしてこれら直線の方程式を基にして、投影
直線A′，B′のそれぞれの長さl_A′，l_B′及び傾き
m_A′，m_B′を求めることができ、また投影直線の
交点i′，j′，k′の座標を求めることができる。

第５図は、上記測定原理の第３の態様を示す検
出面Ｄの部分のみを示す斜視図である。検出面Ｄ
において角度γで交差する斜交座標系X′―Y′を
考えた場合の例である。この場合、第６図に示す
ように投影直線は点X′₁，X′₂，X′₃及びy′₁，y′₂，
y′₃で交差し、点X′₃とy′₂とから直線A′の方程式
が、点X′₁，y′₁とから直線B′の方程式が、点X′₂，
y′₃とから直線C′の方程式がそれぞれ得られる。
ここで検出面上の斜交座標系X′―Y′と直交座標
系Ｘ―Ｙとの間に第７図に示すような関係がある
とき、斜交座標系X′―Y′から直交座標系Ｘ―Ｙ
への変換は、次式 ｘ＝X′ sinα＋y′ sinβ＋ξ ｙ＝−X′ cosα＋y′ cosβ＋η ……(6) を使つて変換でき、その後前述の第(1)〜(4)′式を
使つて計算することにより被検角膜Ｃの形状特性
を計算できる。

被検角膜Ｃの形状特性すなわち第１主径線の曲
率半径r₁、第２主径線の曲率半径r₂及び主径線角
度θの算出にあたつては、被検角膜Ｃに直線光源
Ａ，Ｂ，Ｃからの照明光束を照射する前に測定光
路中に装置光軸に垂直な反射面に直線光源からの
照明光束を照射し、反射面からの反射光束により
作られる投影直線A′，B′，C′を斜交X′―Y′座標
系で検出し、長さl_A，l_Bと傾きm_A，m_Bを算出し、
この値を初期値とする。つぎに被検角膜Ｃを測定
光路中に配置し、同様に投影直線A′，B′，C′を
検出し、長さl_A′，l_B′と傾きm_A′，m_B′を算出し、
前記初期値l_A，l_B，m_A，m_Bと今回求めたl_A′，l_B′，
m_A′，m_B′とから被検角膜の形状特性を測定でき
る。このように、本発明は、座標系の取り方に無
関係な装置であり、以下の実施例で述べるごるご
とく、リニアポジシヨンセンサをX′―Y′座標系
の各軸にあわせて配置するとき、このX′―Y′座
標系は任意に選択できるため、装置製作上及び保
守管理上非常にすぐれた特徴となる。

また、直線光源Ａ，Ｂ，Ｃは第８図に示すよう
に実際の交点でなく、仮想交点，，を有す
ればよい。このことは本発明が、投影直線A′，
B′，C′と、検出面上でのＸ―Ｙ座標系（またはＸ
―Y₁―Y₂座標系あるいはX′―Y′座標系）の各軸
との交点を検出し、この検出点から、直線の方程
式をもとめ、この方程式をもとに交点i′，j′，
k′の位置を計算により算出するものであるから、
交点ｉ，ｊ，ｋは現実にパターとして存在する必
要はないものである。

さらに、直線光線Ａ，Ｂ，Ｃは第９図に示すよ
うに、X_L―Y_L座標系で規定される光源面Ｌ上で
三角形を形成する必要もない、直線光源Ａ，Ｂ，
Ｃをそれぞれ、延長することにより、仮想的に三
角形ｉ，ｊ，ｋを形成すればよい。このような直
線光源Ａ，Ｂ，Ｃも上述の原理と同様に被検角膜
Ｃの形状特性により変化をうけて、検出面Ｄに投
影直線A′，B′，C′を作る。すなわち、第１０図
に示すように、仮想三角形ｉ，ｊ，ｋを光源面Ｌ
であるX_L―Y_L座標系に作る直線光源Ａ，Ｂ，Ｃ
は、検出面Ｄ上のX′―Y′斜交座標系でX′₁，X′₂，
X′₃及びy′₁，y′₂，y′₃として検出され、第６図と
同様の原理で、投影直線A′，B′，C′の方程式が
それぞれ算出でき、ゆえにこの算出された直線
A′，B′，C′の方程式から仮想三角形i′，j′，k′を
算出できる。そし、仮想三角形ｉ，ｊ，ｋと仮想
三角形i′，j′，k′とから長さl_A，l_B，l_A′，l_B′と
傾
きm_A，m_B，m_A′，m_B′を求め第(1)〜第(4)′式によ
り同様に被検角膜の曲率半径r₁，r₂及び主径線角
度θを算出できる。

アライメント量α，βの算出は上記第(5)式と同
様に直線光源Ａ，Ｂ，Ｃで形づくられる仮想三角
形ｉ，ｊ，ｋよりあらかじめ ΔX＝X_i＋X_j＋X_k ΔY＝y_i＋y_j＋y_k ……(7) を計算記憶しておき、投影直線A′，B′，C′より
交点i′，j′，k′を算出し、 ΔX′＝X′_i＋X′_j＋X′_k ΔY′＝y′_i＋y′_j＋y′_k ……(8) を求める事より水平、垂直方向アライメント量
α，βは以下のように求めることができる。

ここに Ａ＝Xcosθ_r1＋Ysinθ_r1 Ｂ＝Xsinθ_r1＋Ycosθ_r1 ……(10) これは第７図のような斜交座標系においては(6)
式の変換を行つて計算すれば、アライメント量
α，βを求める事が可能であることを示すもので
ある。

直線光源に対応する投影直線の検出面Ｄでの検
出点xa₁，xa₂，xa₃，ya₁，ya₂，ya₃、やy₁，y₂，
y₃，y₄，y₅，y₆、あるいはx₁′，x₂′，x₃′，y₁′，
y₂′，y₃′がそれぞれどの直線光源に対応している
かを判別するためには、直線光源の直線の幅を違
えるとか、或いは１本の直線の代りに２本又は３
本の直線群を用いるとかの方法を講じればよい。
例えば直線光源としては、２組の平行直線光源を
互いに直交させた配置を用いることが望ましい。
直線光源の交点の投影点が座標軸上に位置する場
合には、各直線間で幅に差を持たせたり、一本の
直線の代りに複数本の直線群を用いたりしても、
その直線の中心位置の算出が困難になることが考
えられるが、この問題は、直線光源の交差部で一
方の直線を切断し、適当な間〓を設けることによ
り解決できる。

以上説明した本発明の原理に基づく実施例を以
下説明する。

第１１図は前述の測定原理を利用したオフサル
モメータの光学配置図である。本実施例において
は、検出器として平面型ポジシヨンセンサを利用
てしいるが、この平面型ポジシヨンセンサの代り
に、２本の平行または交差するリニア型ポジシヨ
ンセンサを使用してもよいことは上述の原理説明
から明らかであろう。

本実施例のオフサルモメータは、大きく３つの
光学系、即ち、照明光学系１、測定光学系２、固
視光学系３とから構成されている。

照明光学系１の直線光源としては、多数の微少
発光体を直線状に配列したリニア発光素子アレイ
を使用してもよいが、以下の構成を取ることも出
来る。照明光学系１には、光源サンプ４と、この
ランプ４からの光のうち赤外光のみを透過する赤
外フイルター５と、拡散板６と、コンデンサレン
ズ７とからなる光源部８があり、この光源部８か
らの光は、第１２図ａに示すような太い直線開口
２５，２６を平行に形成し、かつこの平行直線２
５，２６に直交する細い３本の直線開口を１組と
した直線開口群２７と２８をそれぞれ平行に形成
してなる開口板９を照明する。この開口板９の太
い直線開口と細い３本の直線開口群の交点ｉ，ｌ
はX₀軸上にあり、交点ｊ，ｋはY₀軸上ある。そ
してこれら交点は第１２図ｂに示すように直線開
口群２７が直線２５で切断された型となつてい
る。また、直線開口２６と直線開口群２８につい
ても同様である。

この開口板９のそれぞれの直線開口２５，２
６，２７，２８が、前述の原理説明における直線
光源としてそれぞれ作用する。直線開口２５，２
６，２７及び２８からの光は、ピンホール板のピ
ンホール１０を通つて投影レンズ１１により角膜
Ｃの頂点O_Cに接する接平面Ｈ上に結像される。
この投影レンズ１１は、その焦点を前記ピンホー
ル１０の位置にもつているので、投影レンズ１１
を通つた照明光束は測定光学系２の光軸O₁上に
傾設された穴開きハーフミラー１２で反射された
のち、その主光線は光軸O₁と平行になつて角膜
Ｃを照明する。

一方、測定光学系２には、その光軸O₁に垂直
な平面上に平面型ポジシヨンセンサ、例えば平面
型CCDアレイ１３が配置されている。このポジ
シヨンセンサ１３は、穴開きリレーレンズ１４に
よりその光学的共役像がＤの位置に結像されてい
る。そして、この光学的共役像Ｄの位置は、前記
開口板９とは光学的に非共役は位置になつてい
る。またリレーレンズ１４とポジシヨンセンサ１
３との間には、ポジシヨンセンサ１３のリレーレ
ンズ１４による共役像ＤをD′の位置にずらすた
めの例えば平行平面ガラスからなる光路長変換部
材１５が光路中に挿脱可能に配置されている。

また固視光学系３は、光源１６、コンデンサレ
ンズ１７、固視標板１８、コリメータレンズ１９
及び光軸O₁上に傾設された可視光反射赤外光透
過型のハーフミラー２０とから構成され、固視標
板１８からの可視光は、穴開きリレーレンズ１
４、穴開きハーフミラー１２の穴を通つて平行光
線となつて被検角膜Ｃをもつ被検眼に入射され被
検者に固視される。この固視標板１８には、例え
ば第１３図に示すように２重同心円型の固視標１
８ａが形成されている。

次に本実施例による被検角膜Ｃの形状特性すな
わち第１及び第２主径線の曲率半径r₁，r₂及び主
径線角度θ₁，θ₂の測定方法について説明する。ま
ず、測定光学系２の光軸O₁と角膜Ｃのアライメ
ントを行う。照明光学系１で被検角膜Ｃを照明
し、光路長変換部材１５を光路に挿入した状態で
ポジシヨンセンサ９を走査駆動し、第１４図に示
すように投影直線２５′，２６′，２７′及び２
８′を検出する。この検出された投影直線２５′〜
２６′の交点i′，j′，k′及びl′の光軸O₁上に原点を
もつＸ―Ｙ座標上の座標値を求め、それら座標値
i′（X₁，Y₁），j′（X₂，Y₂），k′（X₃，，Y₃），l′
（X₄′，
Y₄′）から、前述の第(5)式を拡張した を使用してアライメント量α，βを計算し、α＝
β＝Ｏとなるように図示しない装置本体の左右上
下移動機構を作動させてアライメントする。また
光軸O₁上に原点を持つ予め定めた座標系を使用
するかわりに、第１１図に示すように光軸O₁に
垂直な反射面をもつ反射鏡２１を被検角膜Ｃの前
方に挿入し、この反射鏡２１で反射される直線開
口２５〜２８と同一の形状、大きさをもつ投影直
線を検出して、この交点ｉ，ｊ，ｋ，ｌをもとに
第１４図に示すようにＸ―Ｙ座標系を決定しても
よい。この方法を使えば、予め設計された座標系
に一致するように、開口板９の直線開口の製作及
び開口板９自身の組込みをする必要はなく、測定
毎にその任意に形成、組込まれた直線開口を基準
に座標系が作られ、その後の測定値演算上の基準
座標系とすることができるのでオフサルモメータ
の組立、調整上非常に便利である。

アライメントが完了すると、再度ポジシヨンセ
ンサを走査し、投影直線２５′，２６′，２７′及
び２８′を検出しその傾きと長さを記憶しておく。
次に光路長変換部材１５を光路外に脱出させ、共
役検出面をD′からＤの位置に変化させたのち、
再度ポジシヨンセンサ１３を走査し、このときの
投影直線２５″，２６″，２７″及び２８″を検出す
る。この状態を第１５図に示す。この検出された
共役検出面Ｄ上での投影直線の長さ及び傾きと、
前回の共役検出面D′上での役影直線の長さ及び
傾きとから、前述の第(1)〜第(4)式を使つて被検角
膜Ｃの曲率半径r₁，r₂及び主径線角度θを演算す
る。

第１６図は、以上の検出及び演算処理をするた
めの駆動演算処理回路を示すブロツク図である。

マイクロプロセツサ１００のクロツクパルス発
振器１０１からのクロツクパルス２０１の制御の
もとに走査駆動回路１０２は、平面型ポジシヨン
センサ１３を走査する。ポジシヨンセンサ１３の
各受光単位素子からの出力信号２０２は、Ａ／Ｄ
変換器１０３で予め定められた分解能でデジタル
値に変換されたのち、マイクロプロセツサ１００
に入力される。マイクロプロセツサ１００は、そ
の入力信号から投影直線２５′，２６′，２７′及
び２８′のそれぞれの方程式を演算し、これをも
とにその交点i′，j′，k′，l′の座標を決定し、予め
定められた座標系をもとに第（5′）式からα，β
を計算し、この値をもとにインターフエース回路
１０５を介してCRTデイスプレイ１０６上にア
ライメント量を図形表示し、測定者にアライメン
ト方向とアライメント量を知らせる。測定者は、
この表示をもとに図示しない装置本体を移動する
移動機構を走査して、アライメント調整する。ま
たは算出されたα，β値から装置本体を電気駆動
させる電気−機械駆動系１０７にこのα，β値を
入力し、この入力信号により自動的に上下左右に
装置本体を駆動してアライメント調整をさせても
よい。

アライメント調整後のポジシヨンセンサ１３の
走査出力２０２は、Ａ／Ｄ変換器１０３、マイク
ロプロセツサ１００を介してランダムアクセスメ
モリー（RAM）等で構成されたメモリ回路１０
４のポジシヨンセンサ１３の各受光素子に対応し
たメモリ番地に順次記憶される。次に、マイクロ
プロセツサ１００の制御で光路変換部材駆動回路
１０８を駆動して光路変換部材１５を測定光学系
２の光路外に脱出させ其後検出面Ｄでの検出をす
る。その検出値を前記メモリー回路１０４の別の
メモリ番地に順次記憶していく。これら２回の走
査検出値をもとにマイクロプロセツサの演算部１
０９は次の演算処理をする。

(i) 投影直線２５′，２６′，２７′及び２８′を決
定し、 (ii) 投影直線の交点i′，j′，k′，l′を決定し、 (iii) 上記(ii)の値をもとに投影直線の長さをl_A′，
l_B′，l_C′，l_D′及び傾きm_A′，m_B′m_C′，m_D′を決
定し、 (iv) 上記(i)〜(iii)と同様の手順で投影直線２５″，
２６″，２７″，２８″についてその長さl_A″，
l_B″，l_C″，l_D″及び傾きm_A″，m_B″，m_C″，m_D″を
決定し、 (v) 上記(iii)と(iv)の決定値をもとに第(1)式〜第(4)
式
をそれぞれ作り、その計算結果をさらに平均し
て被検角膜Ｃの曲率半径r₁，r₂及び主径線角度
θをもとめる。

この演算結果をインターフエース回路１０５を
介してCRTデイスプレイ１０６に出力して測定
結果として表示する。ま必要に応じて、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、プログラムメモリー１１１に予
め格納されている処理プログラムによつて実行さ
れる。

第１７図は、第１１図の照明光学系１の別の構
成を示す第２の実施例である。この実施例は、２
つの光源部８―１，８―２を有しており、それぞ
れの光源部に開口板９―１，９―２をそれぞれ配
している。開口板９―１には例えば第１２図ａの
直線開口２５及び２６が形成され、開口板９―２
には第１２図ａの直線開口２７，２８が形成され
ている。そして２つの光源部８―１，８―２から
の照明光はハーフミラー２２に入射され、それぞ
れ投影レンズ１１に入射される。ハーフミラー２
２の上面には前述の第１の実施例のピンホール板
１０と同様の働きをするピンホール２３ａを開け
た遮光膜２３が被覆されている。このように本発
明においては１枚の開口板９上に直線光源として
働く直線開口のすべてを形成する必要はなく、複
数の開口板にそれぞれ一部を形成し、ハーフミラ
ー２２と投影レンズ１１によつて接平面Ｈ上でけ
合成されればよい。

以上説明した１及び第２実施例が検出器として
固定的に配置された平面型ポジシヨンセンサや複
数本のリニアポジシヨンセンサを利用したが、本
発明はこれに限られるものでなく、少なくとも１
本のリニアポジシヨンセンサを測定光学系１の光
軸O₁と垂直な面内で平行移動させたり、あるい
は光軸O₁を中心に回転してもよい。その一例を
第１８図に示す。リニアセンサ３８は、光軸O₁
を回転軸としてマイクロプロセツサ１００の制御
を受けるパルスモータ駆動回路３１０によつて回
転されるパルスモータ３１１により回転される。
このパルスモータ３１１でリニアセンサ３８を連
続回転して平面センサと同一の機能をもたせた
り、あるいは所定角度回転して、交差する２本の
リニアセンサと同一の機能をもたせることができ
る。

第１９図は、本発明の測定原理をコンタクトレ
ンズのベースカーブあるいは前面のカーブを測定
するラジアスメータに応用した実施例を示す光学
配置図である。上述の第１実施例と同様の構成要
素には同一の符号を附して説明は省略する。

コンタクトレンズCLのベースカーブを測定す
る時は、コンタクトレンズの凸面を下にして、コ
ンタクトレンズ保持手段６００の円管状突出部６
０１に保持される。

この円管状突出部の底面には、第１１図の反射
鏡２１と同様の作用をする反射鏡６０２がはめ込
まれている。コンタクトレンズCLを保持手段６
００に保持する前に、この反射鏡６０２を使つて
基準座標系の設定が出来るようになつている。

尚、本実施例においては、ポシシヤンセンサ１
３のリレーレンズ１４による共役面Ｄ，D′は、
それぞれ測定しようとするコンタクトレンズの後
面の焦点距離f_CLより内側に位置するように設計
する。

以上説明した測定原理、及び各実施例のマスク
手段には光束を選択的に透過させる直線開口を形
成した例を示したがこのかわりに光束を選択的に
反射する反射型直線パターンを利用しても本発明
と同一の作用、効果が得られることは言うまでも
ない。

また、発光素子又は受光素子を走査駆動しそし
て検出データを演算処理する回路は、前述した回
路に限らず、必要なデータが得られそして前述し
た演算式を処理できるならばどのような回路でも
よく、当業者には様々な回路が設計できるであろ
うことは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定原理を説明するための斜
視図、第２図はその平面図、第３図はその測定原
理の別の態様を説明するための斜視図、第４図
は、その測定原理のさらに別の態様を説明するた
めの斜視図、第５図は検出面での斜交座標系を示
す図、第６図は斜交座標に表われる投影直線の
図、第７図は斜交座標と直交座標の関係を示す
図、第８図は、仮想交点を有する直線光源の図、
第９図は、直線光源の別の実施例とその投影直線
の図、第１０図は、仮想交点を有する直線光源と
斜交座標上に表われるその投影直線を示す図、第
１１図は本発明の実施例を説明する光学配置図、
第１２図ａは直線光源の例を示す図、第１２図ｂ
図は直線光源の交差部を示す図、第１３図は固視
標の例を示す図、第１４図はアライメント調整の
方法を示す図、第１５図は測定方法を示す投影直
線の関係を示す図、第１６図は第１の実施例の検
出演算処理回路を示すブロツク図、第１７図は本
発明の第２の実施例を示す照明光学系を示す図、
第１８図は本発明の第３の実施例を示す図でセン
サの回転機構部分を示す図、そして、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。 ９……開口板、１０……ピンホール板、１１…
…投影レンズ、１４……リレーレンズ、１５……
光路長変換部材、１３，３８……ポジシヨンセン
サ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的な平面上に少なくとも２本の直線で少
   なくとも１つの実質的な交点を有するように直線
   を成す光源と、 光軸上に配置されたピンホールを通して該光源
   を射出した照明光束の主光線を該光軸と平行に
   し、被検曲面に投影する投影レンズとを有する照
   明光学系と； 前記照明光の前記被検曲面からの反射光を前記
   光源と光学的に非共役な第１と第２の各々の面上
   で検出する検出手段とを有する検出光学系と； 該検出手段が検出した前記反射光の前記光源に
   対応する投影直線パターンから前記被検曲面の曲
   率半径を演算する演算手段と から構成されてなることを特徴とする曲率測定装
   置。 ２ 前記直線をなす光源は、少なくとも３本の直
   線で少なくとも３点で実質的に交差して成ること
   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 前記直線をなす光源は、それを構成する前記
   直線が互いに太さ、もしくは本数、または発光強
   度を異にして成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 前記直線をなす光源は、それぞれ１本の互い
   に平行は直線からなる第１平行直線群と、該第１
   平行直線群と実質的に交差するそれぞれ３本の直
   線を１組とする２組の直線群を平行に形成してな
   る第２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２項または第３項記載
   の曲率測定装置。 ５ 前記直線をなす光源は、発光光源からの光を
   透過する直線開口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４項のいずれかに記載の
   曲率測定装置。 ６ 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項ないし第５項のいずれか
   に記載の曲率測定装置。 ７ 前記検出手段は、平面型ポジシヨンセンサで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第６項のいずれかに記載の曲率測定装置。 ８ 前記検出手段は、前記非共役面内で実質的に
   交差する少なくとも２本のリニア型ポジシヨンセ
   ンサであることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項ないし第６項のいずれかに記載の曲率測定装
   置。 ９ 前記検出手段は、前記非共役面内で実質的に
   平行な少なくとも２本のリニア型ポジシヨンセン
   サであることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   ないし第６項のいずれかに記載の曲率測定装置。 １０ 前記検出手段は、前記非共役面上で回転す
   る少なくとも１本のリニア型ポジシヨンセンサで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第６項のいずれかに記載の曲率測定装置。 １１ 前記検出光学系は、前記検出手段を前記非
   共役面に結像させ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
   １０項のいずれかに記載の曲率測定装置。 １２ 前記検出光学系は、前記被検出面と前記検
   出手段の間に光路長変換手段を配したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第１１項のい
   ずれかに記載の曲率測定装置。 １３ 前記検出光学系は、前記被検出面と前記検
   出手段の間に前記照明光軸と垂直な反射面をもつ
   反射部材を挿入可能に配して成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれ
   かに記載の曲率測定装置。 １４ 前記リレー光学手段の光軸と、前記照明光
   軸とを少なくとも一部共通にしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１１項ないし第１３項のいず
   れかに記載の曲率測定装置。