JPH0352572B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学系の屈折力の測定装置に関し、他
覚式眼屈折力測定装置、自動レンズメータ等とし
て利用できるものである。

以下他覚的眼屈折力測定装置の例にて説明す
る。

一般に眼の屈折力測定においては、乱視主径線
方向と、その方向での屈折力とを測定することが
必要である。このような測定を検影法の原理に基
づいて行なう装置は既に公知である。検影法は、
被検眼の瞳孔内にてスリツト状光束を動かす時、
眼底からの反射光の動きを観察し、光の動かなく
なるいわゆる中和状態を現出せしめることによ
り、被検眼の屈折力を測定するものである。この
ような中和状態を現出せしめるために、被検眼の
直前に種々の屈折力を有するレンズを配置して所
定位置から観察し、中和状態をもたらすレンズに
より屈折力を求める方法と、観察距離を変えて観
察し中和状態となる距離から屈折力を求める方法
とがある。検影法により眼屈折力を光電的に測定
するための装置としては、前者の方法によるもの
が米国特許3136839号明細書に、また後者の方法
によるものが特開昭49−68693号明細書にそれぞ
れ開示されている。これらの測定装置では被検眼
の乱視軸方向を検出するための装置全体が回転
し、かつ装置全体を主径線方向に正確に合致させ
るための精度よりサーボ機構が不可欠である。こ
のため装置が複雑かつ大型化するとともに迅速な
測定にも不利であつた。

このような欠点を解決するために、眼底からの
反射光の動く速さと方向とにより眼屈折力を知る
方法が例えば特開昭55−160538号公報として公知
である。しかしながら、このものは乱視の主径線
方向を検出するために、光束を回転させる像回転
プリズムが必要であるが、このような像回転プリ
ズムを誤差なく光軸を中心に連続回転すること
は、製造、調整上かなり困難であり、又時間を要
することであつた。

上述の如き眼屈折測定装置が原理的には何ら変
更することなく眼鏡レンズ等の光学系の屈折力を
測定する装置として用いることができることは、
眼も光学系の一つとして考えることができること
から当然であり、またその場合、上述の議論が同
様に成立することは言うまでもない。

本発明の目的は、製造、製作が容易でかつ又測
定精度を向上した光学系（例えば眼、眼鏡レン
ズ）の屈折力を測定する装置の提供にある。

上記目的を達成するために、本発明において
は、スリツト状の照明光束にて被検光学系を走査
し、前記光学系からの光束を２対の光電変換器に
て受光し、各々の対を構成する光電変換器間の出
力信号の位相差に基づいて前記光学系の屈折力を
測定する装置において、前記照明光束を予め定め
られた２つの方向から択一操作する投影装置と、
該投影装置による照明光束の走査方向の判別信号
を出力する出力装置と、前記判別信号と少なくと
も３つの前記位相差とを入力して主経線の方向と
その方向での屈折力とを求める演算装置と、で測
定装置を構成した。

以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を
説明する。

第１図は本発明の一実施例の光学系の構成図、
第２図は第１図のＡ−A′矢視図、第３図は第１
図の絞り平面図、第４図は第１図のＢ−B′矢視
図である。

光源１は固視標２を照明し、固視標２からの光
束は反射鏡３により反射され、コリメータレンズ
４によりほぼ平行光束となる。この光束は第１光
路分割器５で反射されて後、第２光路分割器６を
透過して被検眼７に達し、被検眼７は固視標２を
固視する。ここで、固視標２は装動装置３３５に
よつて光軸方向に移動可能である。後述の如く駆
動装置３３５は被検眼７が無調節の状態で固視で
きる位置に固視標２を移動しうる如く演算回路３
３１の出力により制御され、いわゆる自動雲霧装
置を構成している。以上、光源１、固視標２、反
射鏡３、コリメータレンズ４、第１光路分割器５
によつて固視標光学系８を形成する。

投影装置は、スリツト状光束を直交する径線方
向（紙面内と紙面に垂直な方向）のみにて択一的
に走査する機構を有する。すなわち、第２図より
明らかな如く、互いの光軸が直交する如く配置さ
れた２つの光源１０，２０は赤外線発光ダイオー
ドの如き光源で、駆動回路１００により択一的に
点灯される。光源１０からの光束は、レンズ１１
を透過後モータ１２にて回転される回転円筒１３
の側面に一定間隔で形成されたスリツト状開口部
１３Ａを透過して光路を第１図紙面上へ変更する
プリズム１４に入射する。スリツト状開口部１３
Ａは第１図紙面中上下方向を長手方向とする。プ
リズム１４にて２度反射し、プリズム１４を射出
した光束はプリズム１５に入射し、プリズム１５
の光路分割面１５ａにてささらに反射される。プ
リズム１５を射出した光束はレンズ１６を透過
後、第２光路分割器６を反射して被検眼７へ向か
う。レンズ１１及び１６によつて光源１０は被検
眼７の角膜とほぼ共役であり、また被検眼７が正
視眼であれば、レンズ１６によつてスリツト状開
口部１３Ａが被検眼７の眼底にほぼ共役である。
従つて、回転円筒１３が回転すると、光源１０、
レンズ１１、回転円筒１３、プリズム１４及び１
５、レンズ１６、第２光路分割器６によつて被検
眼７は第１図紙面に垂直な径線方向へスリツト状
光束にて走査されることになる。

一方、光源２０からの光束は、レンズ２１を透
過後、第１図紙面手前から回転円筒１３に入射
し、スリツト状開口部１３Ａを透過した光束は光
路を紙面垂直方向に変更するプリズム２２へ第１
図紙面垂直方向から入射する。そして紙面内に光
路を変更された光束は、プリズム１５の光路分割
面１５ａを透過して光源１０の光路と重なり、レ
ンズ１６、第２光路分割器６を経て被検眼７へ向
かう。レンズ２１及び１６によつて光源２０は被
検眼７の角膜とほぼ共役であり、また被検眼７が
正視眼であればレンズ１６によつてスリツト状開
口部１３Ａが被検眼の眼底にほぼ共役である。従
つて、回転円筒１３が回転すると、光源２０、レ
ンズ２１、回転円筒１３、プリズム２２及び１
５、レンズ１６、第２光路分割器６によつて被検
眼７は第１図紙面内の径線方向にスリツト状光束
にて走査されることになる。

被検眼７の瞳孔内に投射された走査光束のう
ち、眼底で反射された光束は、第２光路分割器
６、第１光路分割器５を透過後、集光レンズ３０
により集光される。集光レンズ３０の後方には光
軸を中心とした円形の開口を有する絞り３１（光
軸方向から見た形状を第３図に示す）が、さらに
後方には光電変換器３２がそれぞれ固設されてい
る。絞り３１は被検眼７の眼底にほぼ共役になる
如く、また光電変換器３２の受光面は被検眼７の
角膜にほぼ共役になる如く、光軸上の位置が決定
される。光電変換器３２の受光面上には第４図の
如き光軸外の４つの光電変換素子３２０，３２
１，３２２及び３２３と光軸を分割の中心とする
アライメント用の４分割光電変換素子３２４とが
設けられている。

一対の光電変換素子３２０，３２２は、一つの
測定径線の方向、すなわち、第１図紙面内で光軸
に直交する線上でかつ光軸に対称に配置され、他
の一対の光電変換素子３２１，３２３は、上記測
定径線の方向に直交する測定径線の方向、すなわ
ち、第１図紙面内で光軸に直交する面内でかつ光
軸に直交する線上において光軸と対称に配置され
ている。４分割光電変換素子３２４は被検眼７の
角膜からの反射光をアライメントのために受光す
る。被検眼７と実施例の測定装置とのアライメン
トが完了している時には、４分割光電変換素子３
２４の各素子には反射像が均等に入射するため各
素子の出力は等しくなるが、アライメントが不十
分な時には各素子の出力が等しくならず、その大
小によりズレの方向を知ることが可能である。

第５図に示した如く光電変換素子３２０，３２
１，３２２及び３２３は夫々波形整形回路３２
５，３２６，３２７及び３２８に接続されてい
る。一対の光電変換素子３２０，３２２の出力信
号を波形整形する一対の波形整形回路３２５，３
２７は夫々第１位相差回路３２９に接続され、一
対の光電変換素子３２１，３２３の出力信号を波
形整形する一対の波形整形回路３２６，３２８は
夫々第２位相差回路３３０に接続されている。第
１位相差回路３２９、第２位相差回路３３０は演
算回路３３１に接続されている。演算回路３３１
にはさらに光源１０，２０の駆動回路１００から
光源１０を駆動しているのか、光源２０を駆動し
ているのかの判別信号が入力される。演算回路３
３１は、光源１０が駆動されている時の第１位相
差回路３２９、第２位相差回路３３０の出力と、
光源２０が駆動されている時の第１位相差回路３
２９、第２位相差回路３３０の出力とを各々記憶
回路３３６，３３７に記憶せしめ、その後記憶値
の間で演算を行ない、乱視主径線の方向θと、球
面屈折力ｓと、円柱面屈折力ｃとを演算し、その
結果を表示装置３３２に表示せしめる。

一方、４分割光電変換素子３２４の各素子はＡ
−Ｄコンバータ３３３にてデジタル信号に変換さ
れた後、演算回路３３１に入力される。演算回路
３３１は各素子からの信号の大小と最大値とを比
較し、表示装置３３２にアライメントのための光
軸に直交する方向及び光軸方向の移動量を表示す
る信号を入力する。演算回路３３１はさらに固視
標２の光軸上での位置を検出する位置検出装置３
３４の出力を入力し、演算した球面屈折力ｓと、
円柱面屈折力ｃとが減少する方向へ固視標２を順
次一定のステツプにて移動せしめる如く固視標２
の駆動装置３３５へ信号を送る。すなわち、固視
標２、位置検出装置３３４、演算装置３３１、駆
動装置３３５によつて米国特許第4190332号に開
示ある如き自動雲霧装置を構成している。

以下、構成を上述した屈折力測定装置の動作を
説明する。

初めに光源の駆動回路１００により光源１０が
点灯しているとする。すなわち、被検眼７は紙面
に垂直な方向の径線に沿つてスリツト状光束によ
り走査されている。検査は、表示装置３３２の表
示を見ながら被検眼７と屈折力測定装置とのアラ
イメントを行なう。アライメントが完了した後、
図示なき測定スイツチをONすると測定が開始す
る。

演算回路３３１は駆動回路１００からの信号に
よつて光源１０が点灯していることを判別し、位
相差測定装置３２９，３３０から得られる位相差
（多数回測定した平均値を使うのが一般的）を記
憶回路３３６に記憶せしめる。記憶が完了すると
駆動回路１００への光源の切換信号Ｐを入力せし
め、それにより光源１０が消灯し光源２０が点灯
する。演算回路３３１は駆動回路１００からの信
号によつて光源２０が点灯していることを判別
し、位相差測定回路３２９，３３０から得られる
位相差を記憶回路３３７に記憶せしめる。演算回
路３３１は記憶が完了すると記憶回路３３６，３
３７の記憶値を読み出し、被検眼７の屈折力を演
算する。この屈折力に基づいて自動雲霧装置が作
動し、各ステツプ毎に上述の動作を繰り返し、屈
折力がそれ以上変化しなくなつた時にその時の屈
折力（ｓ、ｃ、θ）を表示装置３３２に表示せし
める。以下より具体的に述べる。

被検眼７に乱視が無いとすれば、スリツト状光
束は被検眼７によつて回転を受けることはない。
そして眼底で反射したスリツト状光束は、被検眼
７の屈折力に応じた速さで光電変換器３２上を走
ることになる。光源１０が点灯している時、スリ
ツト状光束の走査方向は変化しないから光電変換
素子３２０，３２２からは第６図ａ，ｃに示す如
く同じ信号が得られ、光電変換素子３２１，３２
３からは第６図ｂ，ｄに示す如くスリツト状光束
の光電変換器３２上での速さに応じた位相ずれの
信号が得られる。従つて光電変換素子３２１，３
２３から得られる信号の位相差を₁とすれば、
第１位相差回路３２９の出力は₃₂₉＝０を示し、
第２位相差回路３３０の出力は₃₃₀＝₁を示す。
演算回路３３１は₃₂₉＝₁を記憶回路３３６に記
憶せしめる。

第１径線方向での測定が完了すると演算回路３
３１からの切換信号Ｐにより駆動回路１００は光
源１０を消燈し光源２０を点灯する。そうすると
被検眼７はスリツト状光束で紙面上の径線方向に
走査されることになる。上述の仮定の如く被検眼
７に乱視がなければ、被検眼７は全径線にて等し
い球面屈折力ｓを有するから、当然のことながら
第１位相差回路３２９の出力は₃₂₉＝₁を示し、
第２位相差回路３３０の出力は₃₃₀＝０を示し、
従つて、演算回路３３１は、記憶回路３３７に
₃₂₉＝′_{1 330}＝０を記憶せしめる。演算回路３３
１は記憶回路３３６，３３７に記憶されている第
１、第２径線方向での測定値を読み出し、屈折力
（球面屈折力ｓ、円柱面屈折力０、乱視軸ｏ）を
演算する。この場合、第１位相差測定回路３２９
と第２位相差測定回路３３０各々の出力₁は
各々被検眼７の球面屈折力ｓに対応している。演
算回路３３１は、球面屈折力の正負によつて被検
眼７が近視眼か遠視眼かを判別し、視標板２を被
検眼７の弛緩する方向へ移動せしめる如く視標板
２の移動回路３３５へ信号を入力する。演算回路
３３１はこのようにして視標板２をそれ以上変化
させても屈折力（この場合は球面屈折力Ｓ）が変
化しなくなつた時の屈折力を表示装置３３２に表
示せしめる。

被検眼７に乱視があるとすると、周知の如くス
リツト状光束は被検眼７によつて走査方向と乱視
主径線の方向に対応した角度θだけねじれてしま
う。その結果、光電変換器３２の受光面上では第
７図に示す如くａ，ｂ，ｃの順で斜めに傾いたス
リツト状光束が走ることになる。勿論、これは一
般的な場合であつて、特殊な場合、すなわち乱視
主径線の方向がθ＝０、90（すなわち紙面内と紙
面に垂直な方向）の時は、スリツト状光束の被検
眼７によるねじれは生じない。この特殊な場合に
は、光源１０を点灯すると第１位相差測定回路３
２９は位相差₃₂₉＝０を出力し、第２位相差測定
回路３３０は位相差₃₃₀＝₂を出力する。また光
源２０を点灯すると、第１位相差測定回路３２９
は位相差₃₂₉＝₃を出力し、第２位相差測定回路
３３０は位相差₃₃₀＝０を出力する。ここにおい
て₂≠₃である。

このような場合は、上述の如き一般化した例に
おいてねじれ角θ＝０と考えればよい。第７図
ａ，ｂ，ｃの如く受光面が走査されると、一対の
光電変換素子３２０，３２２の出力及び他の一対
の光電変換素子３２１，３２３の出力共に位相差
を生ずる。この時の位相差₄，₅がどのような
情報を有しているかを第８図を用いて説明する。
第８図においてＸ，Ｙは測定径線の方向であり、
換言すればＸは光源１０を点灯した場合の被検眼
７上でのスリツト状光束の移動方向、Ｙは光源２
０を点灯した場合の被検眼７上でのスリツト状光
束の移動方向でもある。いま被検眼７の主径線の
方向が光源２０を点灯した場合のスリツト状光束
の走査方向Ｙを基準にしてθだけ傾いているとす
れば、光源２０を点灯すると光電変換器３２の受
光面上でのスリツト光束の走査方向はＹ方向に対
しθ傾くことになる。従つて、このθだけ傾いた
方向に光電変換素子３２０′，３２２′を第８図の
如く配置すれば、Ｙ方向での楕円屈折力Ccosθに
球面屈折力Ｓを加味した値が光電変換素子３２
０′，３２２′の位相差として得られるが、第１図
の屈折力測定装置ではＹ方向に光電変換素子３２
０，３２２が配置されているから、光電変換素子
３２０，３２２の位相差として得られる値は上記
楕円屈折力CcosθのＹ方向への投影値、すなわち
Ccosθ、cosθに球面屈折力Ｓを加味した値であ
る。従つて、従来の如く光電変換素子３２０，３
２２の出力信号の位相差₄から得られた値D₁は D₁＝Ｓ＋Ｃ cos²θ ………(1) である。

一方、スリツト光束の走査方向がＹ方向よりθ
だけねじれることによりＸ方向の成分も生じてく
る。但し、ねじれの成分は円柱面にのみ依存する
ものであつて球面屈折力にはねじれの成分に寄与
する成分を有しないから、光電変換素子３２１，
３２３の位相差₅は前述のＣ・cosθのＸ方向成
分、すなわちＣ cosθ・sinθのみに対応する。従
つて、従来の如く光電変換素子３２１，３２３の
出力信号の位相差から得られた値D₂は、 D₂＝Ｃ cosθ・sinθ ＝Ｃ／２sin2θ ………(2) である。

次に光源１０を点灯せしめ、スリツト状光束を
Ｘ方向に走査すれば、光電変換素子３２１，３２
３の位相差から得られた値D₃は、 D₃＝Ｓ＋Ｃ cos²（θ＋90） ＝Ｓ＋Ｃ sin²θ ………(3) となる。

同様に、光電変換素子３２０，３２２の位相差
から得られた値D₄は、 D₄＝Ｃ／２sin2（θ＋90） ＝−Ｃ／２sin2θ ………(4) である。

上述の実施例では未知数がＣ、Ｓ、θであり、
測定データがD₁（＝−D₄）、D₂、D₃と３つあり、
従つて方程式(1)、(2)、(3)（又は(4)）を演算回路３
３１にて処理することにより球面屈折力Ｓ、円柱
面屈折力Ｃ、乱視主径線の方向θを求めることが
できるわけである。なお、θ＝０のときは、乱視
主径線の方向がＸ方向、Ｙ方向に一致し、当然の
こととしてD₁＝Ｓ＋Ｃ、D₂＝Ｓとなる。

ただし、上述の如き演算を演算回路３３１に行
なわせる如く成すと、演算に時間が、かかると
か、光学系の配置により位相差測定回路３２９，
３３０の出力と値D₁、D₂、D₃、D₄との間の定数
が変化したりする。そのため、実際の装置では装
置を作つた後、あらかじめ屈折力のわかつている
模擬眼を用いて測定を行ない、その時の位相差測
定回路３２９，３３０の出力（各走査方向で２つ
ずつ計４種類）を上述の既知の屈折力と対応せし
めて演算回路３３１に記憶せしめておくように成
すことにより、上述の不都合を解消しうる。未知
数はＣ、Ｓ、θの３つで測定データは３つ（実際
は４つであるがそのうちの２つは乱視軸が互いに
直交するという条件から符号が、異なるだけであ
るから実質３つ）であるから屈折力（Ｃ、Ｓ、θ
にて定まる）は一義的に定まる。

このように位相差測定回路３２９，３３０の出
力と屈折力とを対応ずける如く成すことによれ
ば、何ら複雑な手間を付加することなく光学系の
配置を比較的自由にできる。例えば、第１図にお
いて、スリツト状開口部１３Ａは被検眼７の眼底
に共役でなくとも良く、投影装置として単にスリ
ツト状の光束にて被検眼を周期的に走査しうれば
良い。さらに、絞り３１は測定光軸上任意の位置
に移動しうる。

さらに投影装置による走査方向と２対の光電変
換素子の方向も一致させる必要はなく、既知であ
りさえすれば自由な方向に定めることができる。
さらに投影装置による走査方向は既知でありさえ
すれば互いに直交せしめる必要もなく、また２対
の光電変換素子各々の対の方向も既知でありさえ
すれば互いに直交せしめる必要もない。それは、
あくまでも未知数は２つの乱視主径線の方向とそ
の方向での屈折力の合計４つ（これから球面屈折
力Ｓ、円柱面屈折力Ｃ、乱視主径線の方向θが求
まる）で、測定値も４つであるから、ある測定値
（４種類の位相差）は屈折力と一対一の対応関係
となるから、上述の如き模擬眼を用いて対応表を
求め、これを演算回路３３１に入れておくことに
より複雑な計算をすることなく、きわめて簡単な
演算になる。

以上の説明では眼屈折力測定装置について述べ
たが、上述の装置はレンズメータとしても原理的
には何ら変更を加えることなく用いることができ
る。眼屈折力の測定の場合には、眼底での反射光
束を測定するために、照明光束が被検光学系（被
検眼７の水晶体）を２回透過するということと、
投影光路と測定光路とが一部共用される点に構成
上の特徴があるが、通常レンズメータの場合には
被検レンズを１回透過で測定でき、被検レンズを
挾んで投影光路と測定光路とが形成される。勿
論、被検レンズの透過光束を反射鏡にて再び被検
レンズに入射させる如く成せば、上述の眼屈折力
測定装置と同様の構成と成すこともできる。

なお、上述の第１図から第６図にて示される実
施例は、回転円筒１３のみが移動部材であるので
光学的に微妙な調整を必要としない。検者による
光路の切換操作が不必要である等極めて秀れたも
のであるが、本発明の目的を達成するためには、
光源１０，２０は常時点灯させておき、光源１
０，２０の前に択一的に遮光板を挿入する如く成
すこともできる。この場合は遮光板に連動せしめ
て、いずれの光路が選択されているかの判別信号
を得る如く成せば良い。また遮光板を用いる如く
成せば、第９図（第２図に対応）に示した如く光
源１０，２０、レンズ１１，２１を各々１つのみ
にすることができる。第９図において９０はビー
ムスプリツタ、プリズム９１，９２は光路を90度
変更するプリズムである。遮光板９３，９４は一
体に形成され、図示なき機構によりビームスプリ
ツタ９０の３つの光軸へほぼ交点を中心とする円
上を回転移動して択一的に希望の光路を選択しう
る如く構成され、図示なき検出スイツチ（機械ス
イツチ、光電スイツチ等）にていずれの光路が選
択されているかの判別信号を得る構成である。勿
論、検者が手動で光路切換を行なわず、モータ等
にて自動的に光路を選択しうる如く成しても良
い。この場合光学部材を動かす構成ではないの
で、ラフな構成で十分である。

また遮光板９３，９４を用いずにチヨツパ１３
の開口のピツチを適当に定めることによりチヨツ
パ１３に遮光板９３，９４を兼用せしめることも
できる。すなわち、チヨツパ１３の開口のピツチ
を、プリズム９２からの光路が形成されたとき、
プリズム９１からの光路が遮断される如く成せば
良い。極端な場合には、２つの開口を互いに対向
する位置に設ける如く成せば良い。

以上述べた如く本発明によれば、製作が容易で
ありながら、測定精度が向上され、しかも測定時
間の短縮した光学系の屈折力を良好に測定できる
測定装置が得られる効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光学系の構成
図、第２図は第１図におけるＡ−A′矢視図、第
３図は第１図における絞りの平面図、第４図は第
１図におけるＢ−B′矢視図、第５図は上記実施
例における回路図、第６図は光電変換素子から得
られる信号を示すグラフ、第７図ａ，ｂ及びｃは
スリツト状光束の走査を示す説明図、第８図は被
検眼と光電変換素子との関連を示す説明図、第９
図は別の態様を示す第２図に対応する図である。 〔主要部分の符号の説明〕７……被検眼、１
０，２０……光源、１１，２１……レンズ、１３
……回転円筒、１４，２２……プリズム、３２…
…光電変換器、１００……駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スリツト状の照明光束にて被検光学系を走査
   し、前記光学系からの光束を２対の光電変換器に
   て受光し、各々の対を構成する光電変換器間の出
   力信号の位相差に基づいて前記光学系の屈折力を
   測定する装置において、 前記照明光束を予め定められた２つの方向から
   択一操作する投影装置と、該投影装置による照明
   光束の走査方向の判別信号を出力する出力装置
   と、前記判別信号と少なくとも３つの前記位相差
   とを入力して主経線の方向とその方向での屈折力
   とを求める演算装置と、を有することを特徴とす
   る測定装置。