KR100717528B1 - 파면 분석 기술을 이용한 자동검안기 - Google Patents

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Abstract

내부 장치를 이동시키기 위한 별도의 이동설비를 필요로 하지 않으며, 넓은 영역의 굴절력을 측정할 수 있는 파면 분석 기술을 이용한 자동검안기가 개시된다. 상기 자동검안기는 측정광을 발생시키는 광원, 및 상기 광원으로부터 출사된 측정광의 초점이 피검안의 주요면에 맺히도록 하는 바달 렌즈를 포함하며, 피검안의 망막에 측정광의 광점을 형성하는 광원 광학계; 상기 바달 렌즈를 통과한 측정광을 선형편광시켜, 피검안의 망막으로 유도하며, 상기 망막에서 반사되는 신호광 중 일부의 경로를 변경하는 편광 빔스프리터 상기 편광 빔스프리터에 의하여 경로가 변경된 신호광을 검출하는 결상 광학계; 및 상기 결상 광학계에서 검출된 신호광을 분석하여 시력 정보를 산출하는 연산제어장치를 포함한다.
자동검안기, 굴절력, 난시력, 편광, 미소렌즈어레이, 바달렌즈

Description

파면 분석 기술을 이용한 자동검안기{Auto refractometer using wavefront analyzation technique}
도 1은 종래의 자동검안기의 구성을 설명하기 위한 광학 회로도.
도 2는 통상의 자동검안기에 사용되는 미소렌즈어레이의 평면도.
도 3a 내지 3d는 입사되는 신호광의 상태에 따라 미소렌즈어레이를 통과한 신호광의 상태가 변경되는 것을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파면 분석 기술을 이용한 자동검안기의 구성을 설명하기 위한 광학 회로도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동검안기에 사용되는 미소렌즈어레이의 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동검안기에 사용되는 미소렌즈어레이의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 자동검안기에 있어서, 입사되는 신호광이 발산하는 경우, 미소렌즈어레이를 통과한 신호광의 상태를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 안구(眼球)의 상태를 측정하는 자동검안기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부 장치를 이동시키기 위한 별도의 이동설비를 필요로 하지 않으며, 넓은 영역의 굴절력을 측정할 수 있는 파면 분석 기술을 이용한 자동검안기에 관한 것이다.
자동검안기란 광학, 전자, 정밀기계 및 컴퓨터 프로그램 분야가 혼합된 안광학 정밀 계측장비로서, 굴절력, 난시력, 난시축 등의 안구 특징을 피측정자의 판단에 의존하지 않고, 광(光) 및 전자 시스템을 통해 타각식으로 정확하고 빠르게 측정하는 장비이다. 도 1은 종래의 자동검안기의 구성을 설명하기 위한 광학 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 자동검안기는 측정광을 출사하는 광원(11), 광원(11)에서 나온 측정광을 평행광으로 만드는 시준렌즈(collimation lens, 12), 상기 평행광을 피검안(15) 방향으로 전환시키는 반투명 거울(13), 상기 방향이 전환된 측정광의 초점을 피검안(15)의 망막(16)에 맺게 하는 동시에, 망막(16)에서 반사된 신호광을 모으는 대물렌즈(14), 상기 신호광을 평행하게 만드는 결상(結像)렌즈(17), 및 상기 결상렌즈(17)를 통과한 신호광의 초점을 2차원 영상소자(19)에 맺게 하는 미소렌즈어레이(micro lens array, 18)로 구성된다. 이와 같은 자동검안기의 동작을 살펴보면, 측정용 광원(11)에서 출사된 적외선 측정광은 시준렌즈(12)를 통과하면서 평행해진다. 평행해진 측정광은 반투명 거울(13)에 의해 피 검안(15)쪽으로 방향이 바뀌고, 대물렌즈(14)에 의해 수렴되면서 피검안(15)이 정시안일 때 각막과 수정체를 통과하여 망막(16)에 초점을 맺는다. 만일 피검안(15)에 굴절 이상이 있으면, 초점의 위치가 변화하여 망막(16)의 앞 또는 뒤쪽에 초점면이 형성되어 망막(16)에 맺히는 광점이 커지게 된다. 따라서, 이를 보정하기 위해, 별도의 이송장치(미도시)를 이용하여 광원부(10)의 광원(11) 및/또는 시준렌즈(12)를 앞뒤로 움직이면서, 측정광의 초점이 망막(16)에 정확히 맺히도록 한다. 망막(16)에서 반사된 신호광은 다시 수정체, 각막을 거쳐 대물렌즈(14)를 통과하면서 수렴된다. 수렴 후, 다시 퍼지는 신호광은 결상렌즈(17)를 통과하면서 평행광으로 변환되며, 미소렌즈어레이(18)를 통과하면서 2차원 영상소자(19)에 초점을 맺는다. 그러나 측정광과 마찬가지로, 신호광도 피검안(15)의 굴절력에 따라 대물렌즈(14)에 의해 수렴되는 위치가 달라지므로, 이를 보정하기 위해 결상렌즈(17), 미소렌즈어레이(18), 및 2차원 영상소자(19)로 구성된 광검출부(20)가 별도의 이송장치(미도시)에 의해 앞뒤로 움직이며 대물렌즈(14)를 통과한 신호광의 초점이 2차원 영상소자(19)에 정확히 맺히도록 되어 있다. 끝으로 상기 2차원 영상소자(19)에 결상된 신호광의 특성과 이송장치의 위치를 연산장치로 분석하여 피검안(15)의 굴절력(Spherical Power: S), 난시력(Cylindrical Power: C), 난시축(Cylindrical Axis: a) 등의 시각정보를 계산한다.
상술한 바와 같이, 종래의 자동검안기에 있어서는, 피검안(15)의 굴절력에 따라 초점면이 변화하므로, 측정광을 망막(16)에 정확히 집속시키거나, 신호광, 즉 망막(16)의 공액상(conjugate image)을 2차원 영상소자(19)에 정확히 결상시키기 위해, 광원(11), 시준렌즈(12), 결상렌즈(17), 미소렌즈어레이(18) 및/또는 2차원 영상소자(19)의 위치를 조절하는 별도의 이송장치가 설치되어야 한다. 만일, 이와 같은 이송장치를 사용하지 않으면 측정할 수 있는 굴절력 영역이 현저히 제한된다. 또한, 피검안(15)의 개략적인 굴절력을 알지 못한 상태에서, 피검안(15)의 굴절력을 측정하는 경우, 광원부(10) 및/또는 광검출부(20)의 초기 위치를 적절히 설정할 수 없으므로, 이들의 초기 위치를 결정하기 위한 별도의 예비계측 시스템을 설치하거나, 측정자가 상점의 결상 상태를 직접 육안으로 확인하면서 이들의 초기 위치를 적절히 설정하여야 한다. 이와 같이, 별도의 예비계측 시스템을 사용할 경우, 광학계 구성이 복잡해져 제품 안정성이 저하되고, 생산비가 상승하며, 측정자가 육안에 의한 판단으로 광원부(10) 및/또는 광검출부(20)의 초기 위치를 찾는 경우, 조작이 복잡하고 많은 시간이 소요된다.
도 2는 통상의 자동검안기에 사용되는 미소렌즈어레이(18)의 평면도이고, 도 3a 내지 3d는 입사되는 신호광의 상태에 따라 미소렌즈어레이(18)를 통과한 신호광의 상태가 변경되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 통상의 미소렌즈어레이(18)는 렌즈 플레이트(180)와 상기 렌즈 플레이트(180)의 일면에 형성되어 있는 다수의 미소렌즈(182)로 이루어져 있으며, 상기 다수의 미소렌즈(182)는 미소렌즈(182)를 통과하지 않는 광의 양을 최소화하여 광수집 효율을 증가시키도록, 서로 인접하게 배치되어 있다. 즉, 통상의 미소렌즈 어레이(18)에 있어 서는, 미소렌즈(182)들의 중심 사이의 간격(a)과 미소렌즈(182)의 구경(clear aperture, b)의 크기가 동일하게 설정되어 있다. 상기 미소렌즈(182)의 초점거리는 미리 결정되어 있으므로, 각 미소렌즈(182)에 도달한 파면의 곡률에 따라, 2차원 영상소자(19)에 도달하는 광들의 집속 특성이 달라진다.
예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 미소렌즈어레이(18)로 입사되는 신호광이 평행광인 경우, 즉, 신호광이 미소렌즈어레이(18)에 대하여 평행한 파면(wf1)을 형성하며 입사되는 경우, 신호광은 일정한 간격의 작은 상점으로 2차원 영상소자(19)에 집속된다. 한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 미소렌즈어레이(18)로 입사되는 신호광이 수렴하는 광인 경우, 즉, 신호광이 미소렌즈어레이(18)에 대하여 오목한 파면(wf2)을 형성하며 입사되는 경우, 신호광은 2차원 영상소자(19)의 전면에서 집속하였다가 다시 발산하여 2차원 영상소자(19)에 큰 상점을 형성한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 미소렌즈어레이(18)로 입사되는 신호광이 발산하는 광인 경우, 즉, 신호광이 미소렌즈어레이(18)에 대하여 볼록한 파면(wf3)을 형성하며 입사되는 경우, 신호광은 2차원 영상소자(19)의 후면에서 집속되거나, 미소렌즈어레이(18)를 통과한 후에도 계속 발산하여, 평행광 또는 수렴하는 파면(wf1, wf2)과 비교하여, 2차원 영상소자(19)에 더욱 큰 상점을 형성한다. 특히 원시 굴절력이 클 경우, 미소렌즈어레이(18)를 통과한 후에도 신호광이 발산하며, 이 경우, 상점이 서로 중첩되어 정확한 굴절력을 측정하기 어렵다. 또한 도 3d에 도시된 바와 같이, 미소렌즈어레이(18)로 입사되는 신호광이 왜곡된 광인 경우, 즉, 신호광이 미 소렌즈어레이(18)에 대하여 오목 및 볼록한 파면(wf4)을 형성하며 입사되는 경우에도, 미소렌즈어레이(18)를 통과한 신호광이 2차원 영상소자(19)에 중첩되는 상을 형성할 수 있다. 이와 같이, 통상적인 미소렌즈어레이(18)는 광수집 효율면에서는 효과적이지만, 발산하는 파면이 미소렌즈어레이(18)를 통과하면, 인접한 상점이 서로 중첩되어 굴절력를 정확히 측정할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 내부 장치를 이동시키기 위한 별도의 설비 및 굴절력 측정을 위한 예비계측 시스템을 설치할 필요가 없으면서도, 넓은 영역의 굴절력을 측정할 수 있는 자동검안기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제품의 안정성, 생산성 및 조작성이 우수한 자동검안기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 배경 잡음광, 광점크기의 변화를 최소화하고, 광부품의 광축 정렬이 가능한 자동검안기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 측정광을 발생시키는 광원, 및 상기 광원으로부터 출사된 측정광의 초점이 피검안의 주요면에 맺히도록 하는 바달 렌즈를 포함하며, 피검안의 망막에 측정광의 광점을 형성하는 광원 광학계 상기 바달 렌즈를 통과한 측정광을 선형편광시켜, 피검안의 망막으로 유도하며, 상기 망막 에서 반사되는 신호광 중 일부의 경로를 변경하는 편광 빔스프리터 상기 편광 빔스프리터에 의하여 경로가 변경된 신호광을 검출하는 결상 광학계 및 상기 결상 광학계에서 검출된 신호광을 분석하여 시력 정보를 산출하는 연산제어장치를 포함하는 자동검안기를 제공한다. 여기서, 상기 결상 광학계는 신호광을 집속 및 수렴하는 결상렌즈, 상기 결상렌즈에 의하여 수렴된 신호광을 다수의 신호광으로 분할하여 집속하는 미소렌즈어레이 및 상기 미소렌즈어레이에 의하여 분할하여 집속된 신호광을 검출하는 2차원 영상소자를 포함하며, 상기 미소렌즈어레이는 렌즈 플레이트와 상기 렌즈 플레이트의 일면에 형성되어 있는 다수의 미소렌즈로 이루어져 있으며, 상기 다수의 미소렌즈는 인접하는 미소렌즈들의 중심 사이의 간격이 미소렌즈의 구경보다 크도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파면 분석 기술을 이용한 자동검안기의 구성을 설명하기 위한 광학 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동검안기는 광원 광학계(30), 편광 빔스프리터(40, beam splitter), 결상 광학계(50), 및 연산제어장치(60)를 포함하며, 필요에 따라 각막 위치확인 광학계(70)을 더욱 포함한다. 상기 광원 광학계(30)는 피검안(25)의 망막(26)에 측정광의 광점을 형성시키기 위한 것으로서, 측정광을 발생시키는 광원(32), 상기 광원(32)로부터 출사된 측정광의 초점이 피검안(25)의 주요면에 맺히도록 하는 바달 렌즈(34, Badal lens), 및 상기 바달 렌즈(34)를 통과한 측정광을 선형편광시키는 선형 편광 자(36)을 포함할 수 있다. 상기 광원(32)로는 LED(light emitting diode), LD(laser diode), SLD(super luminescent diode) 등을 광범위하게 사용할 수 있다.
상기 바달 렌즈(22)는 바달 렌즈의 2번째 초점과 눈의 첫 번째 절점(nodal point) 또는 주요점이 일치하게 하는 시스템을 말하며, 바달 렌즈의 초점과 피검안의 절점 또는 주요점이 일치하기 때문에 피검안(25)의 굴절력에 상관없이 망막에 항상 일정한 크기의 상을 맺게 하는 시스템이다. 따라서 본 발명에서도 바달 렌즈의 원리를 적용하여 피검안의 굴절력에 상관없이 항상 일정한 크기의 광점을 망막(26)에 형성시키게 하였고, 망막에서 광점의 크기가 일정하기 때문에 피검안의 굴절력으로 인해 발생하는 신호광의 크기변화를 최소화 하는 장점을 가진다.
상기 편광 빔스프리터(40)는 상기 측정광을 선형편광시켜, 피검안(25)의 망막(26)으로 유도하는 기능과, 망막(26)에서 반사되는 신호광 중 일부의 경로를 변경하여 결상 광학계(50)로 유도하는 기능을 한다. 상기 편광 빔스프리터(40)가 상기 선형 편광자(36)와 함께 사용되는 경우에는, 선형 편광자(36)에 의하여 선형편광된 측정광을 추가적으로 선형편광시키는 기능을 한다. 따라서, 상기 편광 빔스프리터(40)는 상기 선형 편광자(36)와 일체로 형성되거나, 상기 선형 편광자(36)의 기능을 대신하여 수행할 수도 있으며, 상기 편광 빔스프리터(40)가 측정광을 충분히 선형편광시킬 수 있으면, 상기 선형 편광자(36)를 별도로 설치하지 않을 수도 있다. 상기 결상 광학계(50)는 상기 피검안(25)의 망막(26)에서 반사되어, 각막을 통과하면서 시력 정보를 가지게 된 신호광을 검출하는 기능을 하는 것으로서, 신호광을 집속하는 대물렌즈(52), 상기 대물렌즈(52)에 의하여 집속된 신호광을 수렴하 여, 신호광의 상(image)이 소정의 영역에 형성되도록 하는 결상렌즈(54), 상기 결상렌즈(54)에 의하여 수렴된 신호광을 다수의 신호광으로 분할하여 집속하는 미소렌즈어레이(56), 및 상기 미소렌즈어레이(56)에 의하여 분할하여 집속된 신호광을 검출하여, 신호광 파면의 파면 지형도를 측정하는 2차원 영상소자(58)을 포함한다. 따라서, 결상 광학계(50)는 주요면의 상태 정보(2차원적 시력정보)를 가진 신호광을 2차원 영상소자(58)에 결상시킨다. 즉 각막표면과 미소렌즈어레이는 서로 공액(conjugate)관계를 가지며, 피검안(25)의 주요면에서 반사된 노이즈가 미소렌즈어레이(56) 표면에 정확히 초점을 맺고, 미소렌즈 어레이(56) 중앙부분 한점만 통과하도록 하여 잡음을 최소화 시킨다.
상기 결상 광학계(50)는 대물렌즈(52)와 결상렌즈(54)의 사이에 장착된 편광거울(53)을 더욱 포함할 수 있으며, 상기 편광거울(53)은 대물렌즈(52)를 통과한 편광된 신호광의 방향을 전환하여, 결상렌즈(54)로 입사시킴으로서, 결상 광학계(50)를 구성하는 각각의 장치가 자동검안기에 효율적으로 배치되도록 할 수도 있으며, 상기 대물렌즈(52), 편광거울(53) 및 결상렌즈(54)는 신호광을 적절히 집속하는 하나의 결상렌즈로 대체될 수도 있다.
상기 연산제어장치(60)는 자동검안기의 온/오프 등 동작을 제어하며, 상기 결상 광학계(50)에서 검출된 신호광을 분석하여 피검안(25)의 시력 정보를 산출하는 기능을 하는 것으로서, 구체적으로 2차원 영상소자(58)에 배열된 신호광의 상점 분포를 분석하여, 굴절력 등 피검안(25)의 시력 정보를 산출한다. 상기 연산제어장치(50)에 의한 측정 광원(30)의 점등과 2차원 영상소자(58)의 전기 신호 수집은 거의 동시에 이루어진다. 본 발명에 따른 자동검안기에 있어서, 필요에 따라 사용되는 각막 위치확인 광학계(70)는 피검안(25)의 각막 정점을 측정 위치, 즉 광원(32)로부터 출사된 측정광의 초점 거리에 위치시키기 위한 것으로서, 피검안(25)의주요면에서 반사되는 측정광의 방향을 전환하는 이미지 빔스플리터(72), 상기 이미지 빔스플리터(72)에 의하여 방향이 전환된 측정광을 집속하는 집속 렌즈(74) 및 상기 집속 렌즈(74)에 의하여 집속된 상을 검출하는 이미지 센서(76)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(76)는 피검안(25)의 주요면에서 반사되는 측정광의 상(image)을 검출하므로, 반사된 측정광의 상(image) 크기로부터 피검안(25)의 각막이 측정광의 초점 거리에 정확히 위치하는지를 확인한 후, 자동검안기 또는 피검안의 위치를 이동시켜, 피검안(25)의각막 정점이 측정광의 초점 거리에 위치하도록 할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 자동검안기의 동작을 설명한다. 먼저, 연산제어장치(60)의 제어에 의하여, 광원(32)으로부터 측정광이 출사되면, 피검안(25)의 주요면에서 반사되는 측정광의 상을 이미지 센서(76)로 검출하고, 이미지 센서(76)에서, 피검안 안구의 이미지가 선명하도록 자동검안기의 위치를 조절하여, 피검안(25)의 각막 정점이 측정 위치에 놓이도록 한다. 그 후, 측정 시작 스위치(미도시)를 작동시키면, 연산제어장치(60)에서 측정지시 신호가 발생하고, 상기 신호에 의해 광원(32)로부터 측정광이 출사되며, 출사된 측정광은 바달 렌즈 (34), 선형 편광자(36) 및 편광 빔스프리터(40)를 통과하며, 선형 편광되고, 피검안(25)의 주요면(각막 정점)에 초점을 맺는다. 피검안(25)의 각막 정점에 초점을 맺은 선형편광된 측정광의 대부분은 피검안(25)의 굴절력과 무관하게, 망막(26)에 일정한 크기의 광점을 형성하고, 측정광의 일부(약 4 내지 5%)는 피검안 (25)의 각막에서 반사된다. 망막(26)에 도달한 측정광은 망막(26)에 흡수되거나 산란에 의해 신호광으로 전환되는데, 산란된 신호광은 비편광 특성을 가지며, 각막을 통과하여 각막에서 반사된 광과 동일한 경로로 편광 빔스프리터(40)로 입사된다. 상기 편광 빔스프리터(40)로 입사된 신호광 중, 측정광의 편광과 동일한 편광 방향을 갖는 망막 산란광(신호광)과 각막 반사광(잡음광)은 편광 빔스프리터(40)를 통과하여, 광원(32)쪽으로 진행되며, 측정광의 편광과 수직 편광방향의 망막 산란광(신호광의 약 50%) 성분은 편광 빔스프리터(40)에서 반사되어, 즉 경로가 변경되어, 결상 광학계(50)로 입사된다. 따라서, 잡음광으로 작용하는 각막 반사광(잡음광)은 결상 광학계(50)로 입사되지 않으며, 편광 빔스프리터(40)에서 완전히 제거된다. 결상 광학계(50)로 입사된 신호광은 대물 렌즈(52)에서 집속되고, 편광거울(53)에서 반사된 후, 결상렌즈(54)를 통과하며 소정의 영역에 신호광의 상(image)을 형성한다. 상기 결상렌즈(54)를 통과한 신호광은 피검안(25)의 굴절력에 따라 평행 또는 수렴, 발산되는 형태로 미소렌즈어레이(56)로 입사되며, 미소렌즈어레이(56)에서 다수의 신호광으로 분할, 집속되고, 분할 집속된 신호광은 2차원 영상소자(58)에 의하여 검출된다. 즉, 피검안(25)의 굴절력에 따라, 이에 대응하는 신호광의 파면도 변형되어 미소렌즈어레이(56)를 통과한다. 상기 2차원 영상소자(58)에 형성된 다수 의 신호광의 상점들은 전기 신호로 전환되어, 자동검안기 메모리에 저장되고, 저장된 전기신호 데이터를 분석하여 피검안(25)의 특성 정보를 산출할 수 있다. 이때 전기 신호의 세기분포는 상점의 광세기 분포와 비례한다.
상기 2차원 영상소자(58)로부터 출력되는 신호광의 정보(상점의 분포 및 세기)를 분석하여, 연산제어장치(60)에서 굴절력(S), 난시력(C), 난시축(a) 등의 시각정보를 산출하는 알고리듬의 일 예는 다음과 같다. 표준 파면과 입사 파면 사이의 광로정차(optical path difference)를 파면 오차(wavefront error) W(x,y) 라 하면, 파면 오차 W(x,y)는 일반적으로 제르니크(Zernike) 다항식 Z k (x,y)으로 전개할 수 있다. 제르니크(Zernike) 다항식은 서로 직교하며, 그 계수(C k )는 특정한 수차의 크기를 직접 나타낸다.
Figure 112005020303906-pat00001
-------------------------------------(1)
상기 식을 x,y로 각각 미분하면 다음과 같다.
Figure 112005020303906-pat00002
-------------(2)
Figure 112005020303906-pat00003
--------------(3)
한편, 2차원 영상 소자(58)에서 표준 파면의 상점에 대해서, 입사 파면의 상 점이 각각 ΔX i , ΔY i 편이 되었다면, 편이에 대한 기울기(P i 및 P n+i )는 다음과 같으며, 이때 n은 상점수, F는 보정값이다.
Figure 112005020303906-pat00004
------------------------(4)
Figure 112005020303906-pat00005
-------------------------(5)
이제,
Figure 112005020303906-pat00006
,
Figure 112005020303906-pat00007
라 하면, 위의 식은 행렬식으로 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005020303906-pat00008
-----------------------------------(6)
상기 식의 양변에[ZM jk ]의 전치행렬을 곱하면 다음과 같이 되고,
Figure 112005020303906-pat00009
------(7)
마지막으로, 양변에 [ZMZM kk ]의 역행렬을 곱하여 수차 계수를 구하면 다음과 같다.
Figure 112005020303906-pat00010
---------------------(8)
상기 수차계수 Ck를 가지고 피검안(25)의 굴절력(S), 난시력(C) 및 난시축(a)을 표현하면 다음과 같다. 여기서 M=4C 4 , J 45 =2C 3 , J 0 =2C 5 이다.
Figure 112005020303906-pat00011
--------------------------------(9)
Figure 112005020303906-pat00012
--------------------------------(10)
Figure 112005020303906-pat00013
------------------------------------(11)
이와 같이, 2차원 영상소자(58)로부터 출력되는 신호광의 분석에 있어서, 인접한 신호광이 2차원 영상소자(58)에서 서로 중첩되어 상(image)을 형성하면(도 3b 내지 3d 참조), 피검안(25)의 굴절력(S), 난시력(C) 및 난시축(a)을 정확히 산출할 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 자동검안기에 있어서는 이와 같은 신호광의 중첩을 방지할 수 있는 미소렌즈어레이를 사용한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동검안기에 사용되는 미소렌즈어레이(56)의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동검안기에 사용되는 미소렌즈어레이(56)의 사시도이며, 도 7은 입사되는 신호광이 발산하는 경우, 미소렌즈어레이(56)를 통과한 신호광의 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용될 수 있는 미소렌즈어레이(56)는 렌즈 플레이트(560)와 상기 렌즈 플레이트(560)의 일면에 형성되어 있는 다수의 미소렌즈(562)로 이루어져 있으며, 상기 다수의 미소렌즈(562)는 인접하는 미소렌즈(562)들 중심 사이의 간격(a)이 미소렌즈(562)의 구경(clear aperture, b)보다 크도록 설정되어 있다. 상기 미소렌즈(562)의 구경(b)에 대한 미소렌즈(562)들 중심 사이의 간격(a)의 비율(a/b)은 비한정적으로 1.05 내지 1.5배인 것이 바람직하며, 상기 비율(a/b)이 너무 작으면 분할된 신호광의 중첩문제를 충분히 해소하기 어렵고, 너무 크면 미소렌즈(562)를 통과하는 광의 양이 작아져 광효율이 저하될 우려가 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 미소렌즈(562)들 사이의 빈 공간들은, 예를 들면 합성수지제 불투명막(570)으로 차단될 수 있으며, 이와 같이 불투명막(570)을 사용하면, 미소렌즈(562)들 사이의 빈 공간으로 입사되는 신호광에 의한 신호광의 중첩문제를 해소할 수 있는 장점이 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미소렌즈어레이(56)는 인접하는 미소렌즈(562)들 중심 사이의 간격(a)이 미소렌즈(562)의 구경(b)보다 크도록 설정되고, 미소렌즈(562) 사이의 빈 공간은 불투명막(570)으로 차단되므로, 발산하는 파면(wf3)이 미소렌즈(562)에 도달하여도, 인접한 상점들이 중첩되는 현상을 방지하여, 광학계 위치를 변경하지 않고도 넓은 영역의 굴절력 계측이 가능하다. 즉, 본 발명에 사용되는 미소렌즈어레이(56)의 광효율(fill factor)은 100% 이하이지만, 인접한 상점들이 중첩되는 현상을 방지하여, 굴절력 측정 영역을 확장할 수 있는 장점이 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동검안기는 내부 장치를 이동시키기 위한 별도의 설비 및 굴절력 측정을 위한 예비계측 시스템을 설치할 필요가 없으면서도, 넓은 영역의 굴절력을 측정할 수 있고, 제품의 안정성, 생산성 및 조작성이 우수하다. 또한 본 발명에 따른 자동검안기는 배경 잡음광, 광점크기의 변화 등을 최소화하고, 광부품의 광축 정렬 및 고정이 가능한 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 측정광을 발생시키는 광원, 및 상기 광원으로부터 출사된 측정광의 초점이 피검안의 주요면에 맺히도록 하는 바달 렌즈를 포함하며, 피검안의 망막에 측정광의 광점을 형성하는 광원 광학계;
    상기 바달 렌즈를 통과한 측정광을 선형편광시켜, 피검안의 망막으로 유도하며, 상기 망막에서 반사되는 신호광 중 일부의 경로를 변경하는 편광 빔스프리터;
    상기 편광 빔스프리터에 의하여 경로가 변경된 신호광을 검출하는 결상 광학계; 및
    상기 결상 광학계에서 검출된 신호광을 분석하여 시력 정보를 산출하는 연산제어장치를 포함하며,
    상기 결상 광학계는 신호광을 집속 및 수렴하는 결상렌즈; 상기 결상렌즈에 의하여 수렴된 신호광을 다수의 신호광으로 분할하여 집속하는 미소렌즈어레이; 및 상기 미소렌즈어레이에 의하여 분할하여 집속된 신호광을 검출하는 2차원 영상소자를 포함하며, 상기 미소렌즈어레이는 렌즈 플레이트와 상기 렌즈 플레이트의 일면에 형성되어 있는 다수의 미소렌즈로 이루어져 있으며, 상기 다수의 미소렌즈는 인접하는 미소렌즈들의 중심 사이의 간격이 미소렌즈의 구경보다 크도록 설정되어 있으며, 상기 미소렌즈들 사이의 빈 공간들은 불투명막으로 차단되어 있는 자동검안기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원 광학계는 상기 바달 렌즈를 통과한 측정광을 선형편광시키는 선형 편광자를 포함하는 것인 자동검안기.
  3. 제1항에 있어서, 피검안의 각막 정점을 상기 광원으로부터 출사된 측정광의 초점 거리에 위치시키기 위한 각막 위치확인 광학계를 포함하는 자동검안기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 각막 위치확인 광학계는 피검안의 주요면에서 반사되는 측정광의 방향을 전환하는 이미지 빔스플리터 상기 이미지 빔스플리터에 의하여 방향이 전환된 측정광을 집속하는 집속 렌즈 및 상기 집속 렌즈에 의하여 집속된 상을 검출하는 이미지 센서를 포함하는 것인 자동검안기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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