JPS61280508A - 曲率半径の自動測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は角膜、レンズ等の曲率半径を測定する曲率半径
測定装置に関し、特にトーリック面を含む面の２つの主
経線方向及びその方向での曲率半径を測定するのに便利
な装置に関する。

〔従来の技術］ 従来から、この種の曲率半径の自動測定装置においては
、機構的に簡単にしてその製造、調整等を容易にし、し
かも測定時間を短縮す−るとともに測定精度を向上させ
るべく種々の改良が加えられ、特開昭５７−１９７４０
５号公報に示される曲率半径の自動測定装置が提供され
た。

該測定装置は、それぞれ別方向から４つの輝点を被検物
に投影し、該被検物からの反射光束を２方向に分割し、
それぞれの方向で４つの反射光束あるいはそのうちの２
つの反射光束に対応した４つあるいは２つの光電変換素
子を有する２組の光電変換器で受光するとともに、全て
同一傾斜角度をなすスリット開口を一方向に走査して上
記２方向に分割された反射光束をチョッピングし、上記
各充電変換素子間の出力信号の位相差に基づき演算する
ことによって被検物の曲率半径及び主経線方向を測定す
るものであった。

そして、反射光束を２方向に分割する手段として半透過
鏡１１０及びプリズム１１１　、１１２を使用し、反射
光束をチョッピングする手段として、展開した状態を示
す矛９図示の如き回転方向Ｗに対して全て同一傾斜角度
に構成したスリット開口１３０を備えた回転チョッパー
１２０等を使用するものであった。なお、牙８図に上記
測定装置を示す。同図において、Ｏは測定光学系の光軸
で紙面に対して垂直方向に延び、該光軸０上の紙面の手
前側に被検物がある。また、同図において、１５０　、
１５１は光電変換器であり、矛１０図示の如く光電変換
器１５０は独立した光電変換素第１５０α、１５０Ａ、
１５０Ｃ，１５０ＣＬを有し、光電変換器１５１は独立
した光電変換素第１５１α、　１５１Ａを有している。

そして、今、測定光学系の光軸ＯＫ対し各々θをなす方
向で該光軸０回りにそれぞれ９０’をなす４つの方向か
らそれぞれ輝点を被検物に投影したとする。

このときに、被検物が球面であるとすれば。

上記投影した４つの輝点に対応した像ｌｏｏα。

１００Ａ、１００ｃ、１０（Ｍが回転チョッパー１２０
の面上に、光電変換器１５０上では矛１ｏ図（α）の如
く、光電変換器１５１上では、？１ｏ図（Ａｌの如く結
像する。そして、充電変換器１５０上では矛１ｏ図（α
）の如く、光電変換器１５１上では矛１ｏ図（ｈ）の如
く、回転チョッパー１２０のスリット開口１３０が矢印
Ｗ方向に走査され、上記各像１ｏｏα、１００Ａ。

１００Ｃ，１００ｄを結ぶ反射光束をチョッピングする
ものであった。

そして、被検物がトーリック面であるとすれば、上記各
像１００α、１００Ａ、１００Ｃ，１００ｄは被検物の
ねじれの影響を受け、牙１０図（α）及び（Ａ）に対し
そのねじれに応じた角度αだけずれるものであった。な
お、このねじれ角度αが主経線の方向を定める角度であ
る。

したがって、スリット開口１３０の走査速度が一定速度
であると仮定した場合に、光電変換素第１５０Ｃ１１５
０ｄの出力信号間の位相差から得られた値をｈｉ、光電
変換素第１５１α、　１５１Ａの出力信号間の位相差か
ら得られた値をｈコ、光電変換素第１５０α、　１５０
Ａの出力信号間の位相差から得られた値をΔとし、また
、一方の主経線方向での曲率半径をｒノ、他方の主経線
方向での曲率半径なｒコとすれば、 となるものであった。

したがって、以上（１）〜（３）式から、ｒ／、ｒコ、
αを演算によって求めることができ、曲率半径及び主経
線方向を求めることができたものである。

しかしながら、上記特開昭５７−１９７４０５号公報に
示される曲率半径の自動測定装置においては、上述の如
く反射光束を２方向に分割しなければならず、半透過鏡
１１０及びプリズム１１１　、１１２が必要であったた
め光量的に有効でないので測定精度が低下し、また光電
変換器も２組必要であり、装置をさほど簡略化できない
欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記従来技術の欠点を除去するもので、被検物
からの反射光束を２方向に分割する必要がなく、また光
電変換器も一組でよく、機構が単純化でき、光量的に有
利で測定精度の良い曲率半径の自動測定装置を提供しよ
うとするものである。

′〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するため、本発明は、それぞれ別方向
から４つの輝点な被検物に投影し、該被検物からの反射
光束をそれぞれ対応した４つの光電変換素子で受光する
とともに、スリット開口を走査して上記反射光束をチョ
ッピングし、上記各光電変換素子間の出力信号の位相差
に基づいて上記被検物の曲率半径及び主経線方向を測定
する曲率半径の自動測定装置にオ６いて、上記スリット
開口の走査方向に対する該スリット開口の傾斜角度を二
つ以上の異なる既知の角度にせしめるとともに、上記反
射光束をチョッピングしているスリット開口の傾斜角度
の判別信号を出力する出力装置を設け、該判別信号と上
記位相差とを演算手段に人力せしめて曲率半径及び主経
線方向を得る構成としたものである。

〔作　用〕

本発明によれば、被検物からの反射光束をチョッピング
するスリット開口の傾斜角度を、該スリット開口の走査
方向に対して、二つ以上の異なる既知の角度にせしめた
ため、被検物からの反射光束を２方向に分割してそれぞ
れの方向で２組の光電変換器で受光するとともに、全て
同一傾斜角度をなすスリット開口を一方向に走査して上
記２方向に分割された反射光束をチョッピングすること
と実質的に等価となる。

したがって、本発明によれば、従来の如く反射光束を２
方向に分割する必要がなくなるため、プリズム等が不要
となるとともに光電変換器も１組でよいこととなる。

〔実施例〕

以下、本発明を一実施例に基づいて詳細に説明する。

才１図はこの実施例の光学系の構成図である。

同図において測定光学系の対物レンズ４の光軸Ｏに対称
な方向から一対の輝点を被検眼Ｅｔへ投影するために、
対物レンズ４０光軸Ｏを含む面内（才１図ではその紙面
内の如く表現しているが、実際には後述の矛２図示の如
く、矛１図紙面に対し対物レンズ４の光軸０を中心に４
５°回転した面内）には一対の投影光学系の光軸０／、
ＯＪが形成されている。対物レンズ４の光軸○に対し投
影光軸Ｏｔ、Ｏコの成す角度は共にθである。光軸０／
、ＯＪ上の照明光源１α、１ｈを射出した光束はピンホ
ール板２α、２Ａを透過後肢ピンホール板２α、２ｈ上
を焦点面とするコリメータレンズ３α、３ｈにより平行
光束にされた後、被検眼Ｅ／へ投影される。

一方、牙１図の光学系を被検眼Ｅ／の方向から見た矛２
図からもわかるように、対物レンズ４の光軸０を含む上
記投影光軸Ｏ７，０コが形成された面と直交する面内に
も対物レンズ４の光軸Ｏに対称な方向から一対の輝点な
被検眼Ｅ／へ投影するために一対の投影光学系の光軸０
７゜Ｏｌが形成されている。投影光軸０７．Ｏｌが対物
レンズ４０光軸０と成す角度は共にθである。

投影光軸Ｏｉ、Ｏコ、○Ｊ、Ｏｎ！、対物レンズ４の光
軸Ｏｌの一点で交差する如く配置されている。

上記投影光軸Ｑ／、ＯＪが形成された面と直交する面内
にあるこの投影光学系も矛１図に図示の投影光学系と同
様それぞれの光軸０３．○参上に照明光源ｌＣ，ｌｃｊ
、ピンホール板２ｃ、２ｄ、コリメータレンズ３ｒ、３
ｄを有する。

なお、上記投影光軸Ｏ／、０コ、ＯＪ、Ｏ≠が対物レン
ズ４の光軸Ｏとなす角度は必ずしも等しい必要はなく、
既知であればよいものである。

測定光学系はビームスプリッタ５によって自動測定光路
と検者眼Ｅコの観察光路とに分離される。前置対物レン
ズ４は両党路に共通であり、ビームスプリッタ５を透過
した観察光路中には、対物レンズ４と共にテレセントリ
ック系を構成する後置対物レンズ７が設けられており、
前置対物レンズ４の後側焦点面と後置対物レンズ７の前
側焦点面との一致する面内には絞り６が設けられている
。対物レンズ４，７により焦点板８上に形成される像は
接眼レンズ９を介し−０て検者眼Ｅコに観察される。し
たがって、検者は被検眼Ｅ、７に投影された４つの輝点
のピント合せ及びセンタリングを行うことができるもの
である。

一方、ビームスプリッタ５を反射した自動測定光路中に
は対物レンズ４と共にテレセントリツク系を構成する・
後置対物レンズ１１が設げられており、上述の観察光学
系の場合と同様に対物レンズ４の後側焦点面と後置対物
レンズ１１の前側焦点面との一致する面内には絞り１ｏ
が設けられている。なお、対物レンズ１１は上記光源１
α、１ｂ、ｌｃ、ｌｄから被検眼Ｅｔに投影した４０回
回転チョッパー１２表面に結像させるものである。

また、１２は後に詳述するスリット開口１３４゜１３ｈ
を備えた回転チョッパー、１４は該回転チョッパー１２
を一方向に回転させるモータであり、回転チョッパー１
２によって上記光源１α乃至１ｄから被検眼Ｅ／に投影
した４つの輝点の各反射光束がチョッピングされる。ま
た、１５は回転チョッパー１２のスリット開口１３ｃＬ
あるいはｉ３Ａを透過した光束を受光する光電変換器で
あり、矛１図のＡ−Ａ矢視図を示す矛３図の如く、４つ
の独立した光電変換素第１５α。

１５ｈ、１５Ｃ，１５ｄを有している。なお、該各光電
変換素第１５α乃至１５ｄは上記光源１α乃至１ｄに対
応している。

そして、本発明では、被検眼Ｅｉからの反射光束をチョ
ッピングするスリット開口の走査方向に対する該スリッ
ト開口の傾斜角度が二つ以上の異なる既知の角度にされ
る。

図面実施例の場合、回転チョッパー１２の展開図を示す
、！ｆ’４図示の如く、回転チョッパー１２の回転方向
Ｘに対する矛１スリット開口１３αの傾斜角度が＋４５
°、矛２スリット開口１３Ａの傾斜角度が一４５°とさ
れている。・もつとも、他の角度にしてもよく、三つ以
上の異なる既知の角度にしてもよいものである。また、
スリット開口は、任意に配列すればよいものであり、例
えば回転チョッパー１２の代わりに、矛５図示の如く矛
１スリット開口１３α及びオ２スリット開口１３ｈの配
列を変！した回転チョッパー１６を使用してもよいもの
である。なお、矛５図は回転チョッパー１６の展開図を
示すものである。なお、スリット開口の形状は実際には
一定の傾ぎ角をもっている方が望ましい。

さらに、本発明では、いかなる傾斜角度のスリット開口
にて被検眼Ｅ／からの反射光束をチョッピングしている
かの判別信号（以下、単に生別信号という）を出力する
出力装置１７が設けられる。

図面実施例の場合、該出力装置１７は、例えばスリット
開口部１３α、１３ｈの位置に対応した回転チョッパー
１２の回転角を検出するセンサー等が使用されている。

なお、図面実施例の場合、牙６図示の如く、光電変換素
第１５α、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄは各々波形整形回
路１８α、　１８／ｌ、　１８Ｃ及び１８ｄに接続され
ている。一対の光電変換素第１５α、　１５ｂの出力信
号を波形整形する一対の波形整形回路１８α。

１８Ａは各々矛１位相差測定回路１９に接続され、一対
の光電変換素第１５Ｃ、１５ｄの出力信号を波形整形す
る一対の波形整形回路１８？　、　１８ｄは各々、？２
２位相差測定路２０に接続されている。

矛１位相差測定回路１９及び牙２位相差測定回路２０は
マイクロコンピュータ２１のインターフェイス２４に接
続されている。マイクロコンピュータ２１のインターフ
ェイス２４にはさらに上記出力装置１７が接続されてお
り、判別信号が入力される。マイクロコンピュータ２１
は主にマイクロプロセッサ（中央演算装置）２２と、メ
モリ（記憶装置）２３と、インターフェイス（入出力信
号処理回路）２４とから構成され、＋１スリツト開ロエ
３αが被検眼Ｅｔからの反射光束をチョッピングしてい
るときの、３ｔ−１位相差測定回路１９及び矛２位相差
測定回路２０の出力と、牙２スリット開口１３５が被検
眼Ｅｌからの反射光束をチョッピングしているときの矛
１位相差測定゛回路１９及び矛２位相差測一定回路２０
の出力とを各々メモリ２３の所定番地に記憶せしめ、そ
の後記憶値間で後述の如き演算を行い、各主経線におけ
る曲率半径Ｔ／及びｒ４と主経線の方向αとを演算し、
その結果を表示装置２５に表示せしめるものである。も
つとも、図面実施例の場合、マイクロコンピュータ２１
は後述の如く位相差補正手段としての機能も併せて担う
ものである。

ここで、演算により曲率半径及び主経線方向を求めるこ
とができる理由について述べる。

被検眼Ｅ／が球面であるとすれば、光源１α。

ＩＡ、ｌＣ，ｌｄから投影した４つの輝点に対応した牙
７図（α）及び（／＋ｌの如く回転チョッパー１２の面
上に結像する。そして１．ｔ−１スリット開口１３αが
牙７図（α）の如く矢印Ｘ方向に走査され、オ２スリッ
ト開口１３Ａがオフ図（ｈ）の如く矢印Ｘ方向に走査さ
れ、各スリット開口１３α、１３ｈがそれチョッピング
することとなる。上記オフ図（α）の状況は従来技術の
項で説明した牙１０図（α）の状況と実質的に同一であ
り、上記矛７図（／Ｓ）の状況は従来技術の項で説明し
た牙１０図（Ａ）の状況と実質的に同一である。

したがって、矛１スリット開口１３αが走査して上記反
射光束をチョッピングした場合において、その走査速度
が一定であると仮定した場合に、光電変換素第１５Ｃ，
１５ｄの出力信号の位相差から得られた値をｈｔｏ、光
電変換素第１５α。

１５１４の出力信号の位相差から得られた値をΔ１０と
し、矛２スリット開口１３ｂが走査して上記反射光束を
チョッピングした場合において、その走査速度が一定で
あると仮定した場合Ｋ、光電変換素第１５α、１５ｂの
出力信号の位相差から得られた値をｈコＯ１光電変換素
第１５Ｃ，１５ｄの出力信号の位相差から得られた値を
ΔＪＯとすれば、・・・・・・（４） ・・・・・・（５１ と・なるものである。ただし、Δ／　Ｏａ−ＩＵＯであ
る。

したがって、未知数がｒ／、ｒコ、αであり、測定デー
タがＡ／１７．ルコＯ，Δ１Ｏ（−Δコθ）と３つある
ため、上記１定式（４１ｒ５１（６１から演算すること
により、一方の主経線方向での曲率半径ｒｌ、他方の主
経線方向での曲率半径ｒ、２及び主経線方向の定めるα
を求めることができるわけである。

なお、図面実施例の場合にはさらに、スリット開口１３
α、　１３Ａの走査速度を検出する走査速度検出手段２
６が設けられている。該走査速度検出手段２６は例えば
回転チョッパー１２が所定の回転角を回転したときに要
した時間に対応した信号を出力するように構成され、そ
の出力信号はマイクロコンピュータ２１のインターフェ
イス２４に人力されている。

そして、マイクロコンピュータ２工は上記走査速度検出
手段２６の出力信号に基づき光電変換素子間の出力信号
の位相差を補正するようにもされている。すなわち、光
電変換素子間の出力信号の位相差がスリット開口１３α
、１３ｈの走査速度に反比例することに着目し、実際の
走査速度における位相差を同一条件下の所定の一定走査
速度における位相差に換算するも・のであり、その後に
その補正された位相差によって上述の如き演算を行うも
のである。したがって、スリット開口１３ａ、　１３ｈ
の走査速度、具体的にはモータ１４の回転速度が変動す
る場合においても、モータ１４の回転速度を厳密に一定
に保った場合と同様に高精度な測定が可能となる。

もつとも、モータ１４の回転速度を厳密に一定に保てば
、上記走査速度検出手段２６及び上ｌｅマイクロコンピ
ュータ２１の位相差補正手段としての機能は不要である
。

以下、上記構成の本発明の詳細な説明する。

検者は、焦点板８上に形成される被検眼Ｅ／の像を見な
がら装置の位置合せを行なう。位置合せが完了した後、
図示なき測定スイツ乏をＯＮすると測定か開始する。

牙１スリット開口１３αが被検眼Ｅ／からの反射光束を
チョッピングしているときには、マイクロコンピュータ
２１はその状態を判別し、位相差測定回路１９．２０か
ら得られる位相差データ（多数回測定した平均値を使う
のが一般的）をそのメモリ２３０所定番地Ｋｌｅ憶する
。また。

矛２スリット開口１３Ａが被検ｔｌＥｔからの反射光束
をチョッピングしているとぎには、マイクロコンピュー
タ２１はその状態を判別し、位相差測定回路１９．２０
から得られる位相差データをそのメモリ２３の異なる所
定番地に記憶する。

なお、上記各位相差データにそれぞれ対応したスリット
開口１３αあるいは１３ｂの走査速度データも走査速度
検出手段２６からメモリ２３の所定番地に記憶される。

次に、マイクロコンピュータ２１で、上記位相差データ
及びそのときの走査速度データ（メモリ２３の記憶値で
ある）とから、その位相差データが同一条件下でスリッ
ト開口１３αあるいは１３Ａの走査速度が所定の一定速
度である場合における位相差に補正され、その後その補
正された位相差データに基づき、式（４）〜（６）によ
って演算され、被検眼Ｅ、の曲率半径ｒｌ、ｒコ及び主
経線方向αが求められ、その結果が表示装置２５に表示
される。

ただし、マイクロコンピュータ２１で式（４）〜（６）
に基づく演算を行うと、演算に時間がかかるとか、光学
系の配置により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った後、あらかじめ曲率半径及び主
経線方向のわかっている模擬眼を用いて測定を行い、そ
のときのｈｔｏ、ｈコＯ９Δ１０（ｗｍ−〇）の値を上
述の既知の曲率半径及び主経線方向と対応させてメモリ
２３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ｒ／、ｒコ、αの３つで
ｄｉ［１１定データはｈｌｏ、ｈλ０．Δｔｏ　（−ｍ
ｏ　）の３つであるから、曲率半径及び主経線方向は一
義的に定まる。

なお、以上の説明においては、被検眼ＥｌＯ曲率半径及
び主経線方向を測定する場合について述べたが、被検眼
ＥｌＯ代りに他の被検物、例えばレンズの曲率半径及び
主経線方向を測定できるのは明白である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の如く被検物からの反射光束を２
方向に分割する必要がなく、また光電変換、器も一組で
すむ、したがって、機構が単純化でき安価となるととも
に、光量的に有利で測定精度も向上する効果が得られる
ものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、矛１図は光学系
の構成図、矛２図は牙１図を被検眼の方向から見た図、
矛３図は牙１図におけるＡ−Ａ矢視図、矛４図は矛１図
における回転チョッパーの展開図、牙５図は他の回転チ
ョッパーの展開図、牙６図は上記実施例における回路図
。 牙７図（ａｌ及び（／＋１は被検眼からの反射光束のチ
ョッピングの状態を示す説明図、矛８図は従来例を示す
もので光学系の一部の構成図、矛９図は従来例を示すも
ので牙４図に対応する図、牙１０図（α）及び＜ｈ＞は
従来例を示すもので牙７図（α）及び（Ａ＋に対応する
図である。 Ｅ／・・・被検眼、１２・−一回転チョッパー、１３α
、１３ｈ・・・スリット開口、１９−・出力装置。 矛　１　　Σ １ｈ 矛　２　図 矛　６ＷＪ １５ｄ　　　　　７

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ別方向から４つの輝点を被検物に投影し
   、該被検物からの反射光束をそれぞれ対応した４つの光
   電変換素子で受光するとともに、スリット開口を走査し
   て上記反射光束をチョッピングし、上記各光電変換素子
   間の出力信号の位相差に基づいて上記被検物の曲率半径
   及び主経線方向を測定する曲率半径の自動測定装置にお
   いて、上記スリット開口の走査方向に対する該スリット
   開口の傾斜角度を二つ以上の異なる既知の角度にせしめ
   るとともに、上記反射光束をチョッピングしているスリ
   ット開口の傾斜角度の判別信号を出力する出力装置を設
   け、該判別信号と上記位相差とを演算手段に入力せしめ
   て曲率半径及び主経線方向を得ることを特徴とする曲率
   半径の自動測定装置。
2. （２）スリット開口の走査方向に対する該スリット開口
   の傾斜角度を＋４５°及び−４５°の２種類にしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の曲率半径の自
   動測定装置。