KR20000073778A - 시력측정장치용 광학계 - Google Patents

Abstract

시력 측정용 광원, 조명 Lens, Hole 거울, 검사용 Lens, 결상용 Lens,

Image Sensor, 연산장치로 구성되는 시력 측정용 광학계에 있어서 피검

안의 각막에서 반사되는 시력 측정광을 제거할 목적으로 피검자의 각막

위치와 Hole 거울의 위치를 검사용 Lens에 대하여 Conjugate 관계에 있도

록 하여 피검자의 각막에서 반사되는 조명광이 검사용 Lens에 의하여

Hole 거울의 Hole 위치에 결상된 후 다시 조명계 방향으로 빠져나가

Image Sensor쪽으로는 들어오지 못하게 함으로서 Image Sensor쪽의 Noise

Level을 낮추도록 설계된 것을 특징으로 하는 시력 측정장치용 광학계.

Description

시력측정장치용 광학계{Optical architecture for measuring the refraction of eye }

1)발명의 기술분야에 대한 설명

본 발명은 인간의 시력을 타각적으로 측정하기 위한 자동시력장치의 광학계 구성에관한 것으로 특히 모터를 사용치 않고 측정할수 있는 기계적구조가 간단한 System에서노이즈광을 적절히 제거하여 적은 광으로도 측정이 충분히 가능 하도록 하는 고효율의자동시력측정을 실현할 수 있는 광학계의 구성 방법에 관한 것이다.

2)발명의 기술분야에 대한 개괄적 설명

본 발명은 시력측정용 적외선광의 대부분이 망막에 까지 도달 못하고 각막에서 8-90%정도 반사되는 노이즈광의 대부분을 제거하고 망막에서부터 나오는 신호광만을 다룰수있는 효과적인 수단을 제공한다.

3)종래의 기술

-종래 기술 구성

모터를 사용하지 않는 종래의 시력 측정용 광학계의 구성은 측정용 적외선광을 발생시키는 적외선광원 S와 광원 S로부터 나온 측정용 렌즈L1으로 보내주는 조명렌즈L2조명렌즈L2에서 나온 측정광을 피검안에 입사 시킨후 피검안의 망막에서 나오는 시력정보를 가진 신호광을 다시 자신의 초점위치 부근에 결상되도록 하는 측정용 렌즈 L1측정용 렌즈 L1에서 나오는 신호광을 Image Sensor쪽으로 방향을 바꾸어 주는 홀미러HM, 홀미러 HM에서 반사된 신호광에서 노이즈를 제거할 목적으로 사용하는 ApertureA, Aperture A에서 나오는 신호광을 분리해주는 분리 프리즘 P, 분리 프리즘P에서 분리된 신호광을 Image Sensor에 결상 시켜주는 결상렌즈 L3, 결상렌즈 L3의 결상면에 위치하여 결상된 상의 광신호를 전기신호로 바꾸어 주는 Image Sensor IS와 측정시 적외선 광원 S를 점등시키고 Image Sensor IS에서 나온 신호를 받아 시력으로 환산하는 연산장치로 구성된다.

-종래 기술의 동작설명

모터를 사용하지 않는 종래의 시력 측정용 광학계의 동작은 먼저 연산장치에서 측정지시가 나오면 적외선광원 S에서 측정용 적외선광이 발생하고 발생된 적외선광은 조명렌즈L2에 의하여 측정용 렌즈 L1의 초점위치에 모아지게 되어 측정용 렌즈 L1을 통과하므로 평행광으로 되어 피검안에 입사된다. 피검안에 도달한 측정광은 대부분 각막의표면에서 난반사 되고 소량의 광량만이 망막에 도달하여 시력정보를 입수하면서 반사된후 피검안을 빠져 나오면서 전술한 각막표면에서 강력하게 난반사되는 광과 섞이게 된다.

즉 시력정보를 가진 신호광보다는 각막에서 강하게 난반사되는 노이즈광의 강도가 훨신 높아진다. 그러나 신호광과 노이즈광은 발생위치가 서로 다르기 때문에 이점을 이용하여피검안의 각막 위치와 Aperture A의 위치를 측정용 렌즈 L1에 대하여 서로 물상관계에있도록 한후 Aperture A를 중심이 가려지는 구조로 하면 노이즈광은 이 Aperture의 중심에 모이게 되므로 Aperture A를 통과한 광은 모두 신호광이 된다. Aperture A를 통과한 신호광은 분리 프리즘 P와 결상렌즈 L3를 거처 Image Sensor IS에 결상되어 전기신호 로 변환된 뒤 연산장치에서 시력으로 환산되어 표시되게 된다.

-종래 기술의 문제점

종래의 시력 측정용 광학계는 각막에서 난반사 되는 노이즈광의 제거를 위해서 피검안의 각막 위치와 Aperture의 위치를 측정 렌즈 L1에 대하여 상호 물상관계를 갖게한후 각막에서 산란된 노이즈광이 다시 모이는 위치인 Aperture 의 중심부가 광이 차단되는 형상으로 하여 노이즈광을 제거하는데 기본적으로 이 산란광은 매우 강하여Aperture의 중심부에서 노이즈광을 모두 흡수하는 것이 아니라 상당한 양이 난반사되어 결국 일부는 Aperture의 개구부를 통하여 들어가기 때문에 Aperture 중심부는 물론 주변부위도 상당부분 차단시켜야 한다.

즉 종래의 시력측정용 광학계는 전술한 Aperture 개구부의 폭을 미세한 크기로 하여주어야만 적절한 S/N비율을 얻을 수 있는데 이 경우 신호광도 많은 양이 유실된다.

이 때문에 종래의 시력 측정용 광학계의 적외선광 S는 고출력 적외선 LED를 사용

해야하는 동시에 극저조도에서도 안정적으로 동작하는 고휘도 Image Sensor를 사용해야 하는 것은 물론 고출력 적외선 LED광을 눈에 직접 조사해야 하기 때문에 조사

되는 시간을 정밀하게 조절해야 하는 제어방식이 뒤따라야 한다.

전술한 내용을 정리하면 종래의 방식은 다음 2가지의 문제점을 가지고 있다.

측정시 System이 오동작 할 경우 약간의 위험이 동반 될수 있다.

고감도 Image Sensor 및 고출력 적외선 LED가 사용되는 등 생산비용이 높다.

종래의 시력측정용 광학계는 전술한 Aperture 개구부의 폭을 미세한 크기로 하여 주어야만 적절한 S/N비율을 얻을 수 있는데 이 경우 신호광도 많은 양이 유실된다. 이 때문에 종래의 시력 측정용 광학계의 적외선광 S는 고출력 적외선 LED를 사용해야하는 동시에 극저조도에서도 안정적으로 동작하는 고휘도 Image Sensor를 사용해야 하는 것은 물론 고출력 적외선 LED광을 눈에 직접 조사해야 하기 때문에 조사되는 시간을 정밀하게 조절해야 하는 제어방식이 뒤따라야 한다. 본 발명은 모터를 사용하지 않는 시력 측정용 광학계에 있어서 피검안의 각막위치에서 나오는 노이즈성 산란광을 근원적으로 Image Sensor방향으로 향하지 못하게 하여 Aperture의 개구부를 충분히 크게 하여도 양호한 S/N비율이 유지되는 것이 가능하도록 설계되어 측정광으로 사용하는 적외선광의 강도가 높지않게 유지하는 것이 가능하므로 측정시 오동작에 의하여 적외선 LED가 점등된 시간이 길어 졌다해도 피검자의 눈에 크게 무리가 없기 때문에 측정광이 조사되는 시간을 정밀제어 해야 할 필요가 없는 동시에 Aperture의 개구부가 커서 필요한 충분한 양의 측정광을 받아 들일수 있으므로 일반규격의 Image Sensor를 사용하는 것이 가능 하므로 사용안정성을 높일수 있고, 생산가격을 낮출수 있는 장점이 있다.

E: 피검안 R: 피검안의 망막 C: 피검안의 각막 S: 적외선광원 IS: Image Sensor L1 : 측정렌즈 L2: 조명렌즈 L 3: 결상렌즈 L4:집속렌즈 HM: 홀미러

P: 분리프리즘 A: Aperture A2: Aperture

1) 본 발명의 구성

본 발명의 구성은 측정용 적외선광을 발생시키는 적외선광원 S와 광원 S로부터

나온 측정용 렌즈L1으로 보내주는 조명렌즈L2, 조명렌즈L2에서 나온 측정광이

측정렌즈 L1을 통해서 피검안을 향해서 진행 할 때 피검안의 각막에 떨어지는 측정용적외선 광의 크기를 제어할 목적으로 사용되는 Aperture A2, 측정용 적외선광을 피검안에 입사 시킨후 피검안의 망막에서 나오는 시력정보를 가진 신호광을 다시 자신의 초점위치 부근에 결상되도록 하는 측정용 렌즈 L1, 측정용 렌즈 L1에서 나오는 신호광을 Image Sensor쪽으로 방향을 바꾸어 주는 홀미러HM, 홀미러 HM에서 반사된 신호광 에서 노이즈를 제거할 목적으로 사용하는 ApertureA, Aperture A에서 나오는 신호광을 분 리프리즘으로 집속해주기 위한 집속렌즈 L4, 신호광을 분리해주는 분리 프리즘 P, 분리프리즘P에서 분리된 신호광을 Image Sensor에 결상 시켜주는 결상렌즈 L3, 결상렌즈 L3 결상면에 위치하여 결상된 상의 광신호를 전기신호로 바꾸어 주는 Image Sensor IS와 측정시 적외선 광원 S를 점등시키고 Image Sensor IS에서 나온 신호를 받아 시력으로환산하는 연산장치로 구성된다.

2)본 발명의 작용설명

본 발명의 기술을 적용한 시력 측정용 광학계의 동작은 먼저 연산장치에서 측정지시가나오면 적외선광원 S에서 측정용 적외선광이 발생하고 발생된 적외선광은 조명렌즈L2에 의하여 측정용 렌즈 L1의 초점위치에 모아지게 되는데 조명렌즈L2에서 나온 측정광이 측정렌즈 L1을 통해서 피검안을 향해서 진행 할 때 피검안의 각막에 떨어지는 측정용 적외선 광의 크기를 제어할 목적으로 Aperture A2를 통과시켜 측정광이 각막에 도달 했을 때는 직경이 일정크기 이하가 되도록 제한한다. 측정용 렌즈 L1을 통과하여 평행광으로 되어 피검안에 입사된 측정광은 상당부분이 각막의 표면에서 난반사 되어 광로 Ni를 따라 돌아오게 되고 소량의 광량만이 망막에 도달하여 시력정보를 입수하면서 반 사된후 피검안을 광로 Si를 따라 빠져 나오면서 전술한 각막표면에서 강력하게 난반사되는 광과 섞이게 되는데 측정용 렌즈 L1에 대하여 피검안의 각막위치와 홀미러HM의Hole위치를 물상관계가 되도록 측정용 렌즈 L1의 초점거리를 정하면 각막의 표면에서난반사 되어 광로 Ni를 따라 돌아오는 노이즈광은 홀미러HM의Hole위치에 모두 모이게 되는데 이때 각막에 떨어지는 측정광의 직경을 d , 측정렌즈 L1의 배율을 m, 이라 할경우 홀미러 HM에 있는 홀의 직경이 d*m 보다 충분히 크면 홀미러 HM에 있는 홀위치에 모인 노이즈광은 모두 적외선광원 방향으로 빠져나가고 홀미러 HM에서 반사되는 광선은 모두 시력정보를 가진 신호광만으로 된다. 이는 본 발명의 광학계는 홀미러HM에서 반사된후 Image Sensor IS 방향으로 가는 광선의 대부분이 노이즈광이 없는 순수 신호광이라는 것을 의미 하므로 Aperture A의 개구부를 충분히 크게 할 수 있음을 의미한다. Aperture A의 큰 개구부를 통과한 신호광은 그 강도가 높지만 광이 급격히 발산하기 때문에 분리 프리즘P로 들어가기 전에 집속렌즈 L4를 통과하여 집속이 된후분리 프리즘 P로 들어가서 분리된 후 결상렌즈 L3를 거처 Image Sensor IS에 결상되어 전기신호로 변환된 뒤 연산장치에서 시력으로 환산되어 표시되게 된다.

3)본 발명의 다른 실시예

가) 본 발명에서 피검안의 각막에 떨어지는 측정용 적외선 광의 크기를 제어할 목

적으로 중심에 일정크기의 hole이 있는 이hole로 적외선 광이 통과할 수 있는Aperture A2를 적외선광원 S와 조명렌즈L2사이의 임의의 위치에 설치할 수 있도록 고안한 기구물

나) 본 발명에서 광학계의 구성을 단순화 할 목적으로 집속렌즈 L4의 한면을 평면으로 하고 그 평면에 분리프리즘 P을 부착하여 한 개의 부품으로 하는 것이 특징인 렌즈프리즘을 집속렌즈 L4와 분리프리즘 P를 대치하도록 하는 것

본 발명의 광학계는 Aperture의 개구부를 충분히 크게 하는 것이 가능하기 때문에 측정광으로 사용하는 적외선광의 강도가 높지않게 유지하는 것이 가능하므로 측정시오동작에 의하여 적외선 LED가 점등된 시간이 길어 졌다해도 피검자의 눈에 크게무리가 없기 때문에 측정광이 조사되는 시간을 정밀제어 해야 할 필요가 없는 동시에Aperture의 개구부가 커서 필요한 충분한 양의 측정광을 받아 들일수 있으므로 일반규격의 Image Sensor를 사용하는 것이 가능 하므로 사용안정성을 높일수 있고, 생산가격을 낮출수 있는 장점이 있다

Claims (3)

1. 측정용 적외선광을 발생시키는 적외선광원과 광원 으로부터 나온 측정용 렌즈로 보내주는 조명렌즈, 조명렌즈에서 나온 측정광이 측정렌즈를 통해서피검안을 향해서 진행 할 때 피검안의 각막에 떨어지는 측정용광의 크기를 제어할목적으로 사용되는 Aperture와, 측정용 적외선광을 피검안에 입사 시킨후 피검안의 망막에서 나오는 시력정보를 가진 신호광을 다시 자신의 초점위치 부근에 결상되도록 하는 측정용 렌즈와, 측정용 렌즈에서 나오는 신호광을 Image Sensor쪽으로 방향을 바꾸어 주는 홀미러와, 홀미러에서 반사된 신호광에서 노이즈를 제거할 목적으로 사용하는 Aperture와, Aperture 에서 나오는 신호광을 분리프리즘으로 집속해주기 위한 집속렌즈, 신호광을 분리해주는 분리 프리즘, 분리프리즘에서 분리된 신호광을 Image Sensor에 결상 시켜주는 결상렌즈, 결상렌즈의 결상면에 위치하여 결상된 상의 광신호를 전기신호로 바꾸어 주는 Image Sensor와 측정시 적외선 광원을 점등시키고 Image Sensor에서 나온 신호를 받아 시력으로 환산하는 연산장치로 구성되는 시력측정장치에 있어서 측정용 렌즈에 대하여 피검안의 각막위치와 홀미러의 Hole위치를 물상관계가 되는 동시에 각막에 떨어지는 측정광의 직경을 d , 측정렌즈의 배율을 m, 이라 할 경우 홀미러에 있는 홀의 직경이 d*m 보다 충분히 큰 것이 특징인 시력측정장치
2. 청구항1에 있어서 피검안의 각막에 떨어지는 측정용 적외선 광의 크기를 제어할 목적으로 중심에 일정크기의 hole이 있는 이 hole로 적외선 광이 통과할 수 있는Aperture를 적외선광원 과 조명렌즈 사이의 임의의 위치에 설치할 수 있도록 고안한 기구물을 가지고 있는 것이 특징인 청구항 1의 시력측정장치
3. 청구항1에 있어서 광학계의 구성을 단순화 할 목적으로 집속렌즈의 한면을평면으로 하고 그 평면에 분리프리즘을 부착하여 한 개의 부품으로 하는 것이특징인 렌즈프리즘을 집속렌즈와 분리프리즘 을 대치하도록 하는 것이 특징인 청구항 1의 시력측정장치