KR20050063071A - 광계측장비의 자동정렬시스템 - Google Patents

광계측장비의 자동정렬시스템 Download PDF

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KR20050063071A KR1020030094130A KR20030094130A KR20050063071A KR 20050063071 A KR20050063071 A KR 20050063071A KR 1020030094130 A KR1020030094130 A KR 1020030094130A KR 20030094130 A KR20030094130 A KR 20030094130A KR 20050063071 A KR20050063071 A KR 20050063071A
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Abstract

정렬 광원에서 출사되어 피검자의 안구 각막에서 반사된 정렬 시그널을 결상하는 이미지 결상소자를 포함하는 정렬 광학계를 포함하는 광계측유니트를 포함하는 광계측장비의 자동정렬시스템에 있어서, 광계측유니트의 작업거리 방향에서의 유효 이동거리를 전자눈금자를 이용하여 측정하고, 중앙연산장치 및 제어부로 하여금 서로 다른 작업위치에서 얻어진 이미지 결상소자에 결상된 2개 이상의 정렬 시그널 간의 크기 변화량과 측정수단에서 출력된 광계측유니트의 작업거리 방향에서의 이동거리의 변화량을 이용하여, 피검자에게 적합한 작업거리를 산출하고, 산출 결과에 따라서 광계측유니트를 이동시킬 모터를 구동시킴으로써, 광계측유니트를 피검자에게 적합한 작업거리로 자동으로 이동시켜 정렬하는 기술이 개시된다.

Description

광계측장비의 자동정렬시스템{Automatic alignment ophthalmic system of optometric apparatus}
본 발명은 광계측장비의 자동정렬시스템에 관한 것으로서, 특히 광계측장비와 안구와의 거리(작업거리: WD(Working Distance))에 따른, 각막에서 반사된 시그널의 크기와 강도 변화에 기초하여 광계측장비를 최적의 작업거리에 두고 광계측장비의 광축에 피검자의 안구를 정렬시키는 자동정렬시스템에 관한 것이다.
안 관련 광계측장비는 검안기 (Auto Refracto-Keratometer), 안압기(Tonometer), 케라토미터, 각막곡률분포 측정기(Topographer) 등이 있다. 이러한 안 관련 광계측시스템은 피검자의 안구 위치를 감지할 위치감지수단, 검안에 사용되는 광계측유니트 및 상기 위치감지수단의 결과에 대응하여 상기 광계측장비를 상하·좌우·전후로 이동시킬 구동수단을 포함하고 있다.
이러한 광계측장비의 광계측유니트의 측정값의 신뢰도와 정확성은 광계측장비와 피검자의 안구의 정렬 상태 및 이들 사이의 거리인 작업거리에 의해 큰 영향을 받는다. 한편, 최적의 작업거리는 피검자의 안구 크기, 두뇌 크기 등에 따라 다르므로, 매 검사 때 마다 최적의 작업 거리를 찾아야만 측정의 신뢰성이 확보되게 된다.
최근에는 이러한 정렬 작업의 편의를 제공하기 위한 자동정렬시스템을 가지는 광계측장비들이 다수 제안되어 있다. 이들 중의 하나가 미국특허 6,145,990호에 개시되어 있다. 상기 미국특허 6,145,990호에 개시된 광계측장비에서는, 정렬을 위해서 정렬광 소스가 피검자의 안구에서 반사되어 이미지결상소자로 전송되는 경로 상에, 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 같은 3개의 개구부(aperture; 14a, 14b 및 14c)를 갖는 마스크(14) 및 한 쌍의 프리즘(15a 및 15b)으로 이루어진 프리즘 세트(15)를 배치하고, 마스크(14)의 가운데 개구부(14c)를 피검자의 안구에서 반사된 조명광만을 투과시키는 필터(14d)로 덮었다. 따라서 이미지결상소자에는 도 1c 내지 도 1e에 나타난 것과 같이 조명광에 의한 안구전면이미지(Re)와 정렬광에 의한 2개의 점(Rc)이 중첩된 이미지(17)가 나타나게 된다. 정렬상태에서 이미지결상소자에 나타난 이미지는 도 1e에 나타나 있으며, 작업거리가 광계측장비의 지정거리보다 길거나 짧을 경우에는 도 1c 및 도 1d의 이미지가 나타나게 된다. 따라서 검사자는 이미지결상소자에 나타난 이미지로부터 정렬광에 의한 2점의 회전 이동각을 통해 광계측장비와 안구 사이의 거리를 유도해내고, 정렬광에 의한 2개의 점이 도 1e와 같이 되도록 광계측장비를 움직여서, 피검자의 안구를 광계측장비의 광축에 정렬시킨다.
한편, 광계측장비의 정렬시스템의 다른 예는 미국 특허 5,905,562호에 나타나 있는데, 여기서는 정렬용 광학계를 구성하기 위해, 4개의 라이트 소스와 2개의 렌즈를 사용한다. 2개의 렌즈와 그에 대응하는 2개의 라이트 소오스는 초점거리 무한대의 라이트 소스를 만들기 위해 사용되며, 따라서 이들에 의한 점 이미지(시그널)는 작업거리에 영향을 받지 않는다. 다른 2개의 라이트 소오스는 그 앞에 렌즈가 배치되지 않아서 작업거리에 영향을 받게 된다. 따라서 초점거리 무한대에 의해 결상된 2개의 시그널과 작업거리의 영향을 받는 시그널을 분석함으로써 정확한 작업거리를 유도할 수 있었다.
그러나 전술한 광계측장비의 안구정렬시스템은 광학계만으로 구성되므로, 이를 구성하기 위해서는 다수의 광학부품(예를 들면, 3개의 개구부와 필터가 설치되어 있는 마스크와 한 쌍의 프리즘 또는 4개의 라이트 소오스와 2개의 렌즈 등)이 요구된다. 따라서 광계측장비의 비용이 증가되며, 또한 정렬을 위해 추가되는 광학 부품들은 그 위치가 정확하게 배치되지 않으면 정렬기능을 수행할 수 없으므로, 광계측장비의 구성이 까다롭게 되는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 광학계와 전자/기구 장치가 결합되어 작업거리를 조절할 수 있는 자동정렬시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 광계측장비의 자동정렬시스템은, 정렬 광원에서 출사되어 피검자의 안구 각막에서 반사된 정렬 시그널을 결상하는 이미지 결상소자를 포함하는 정렬 광학계를 포함하는 광계측유니트, 광계측유니트를 작업거리 방향으로 이동시키기 위한 이동 수단, 이동수단을 제어하고 이동수단에 의한 광계측유니트의 작업거리 방향에서의 광계측유니트의 이동거리를 측정하는 연산 및 제어부, 광계측유니트 및 이동수단을 지지하는 베이스의 하단에 설치되어 있되 상기 연산 및 제어부의 제어 하에서 베이스가 광계측유니트의 작업거리 방향으로 이동가능 하도록 하는 이동레일, 및 이동레일에 부착되어 있어서, 베이스의 이동량을 측정하는 측정수단을 포함한다. 그리고 연산 및 제어부는, 이동수단에 의한 광계측유니트의 이동거리를 이용하여 작업위치를 산출해 내거나 또는 이동수단에 의한 광계측유니트의 이동거리와 측정수단의 결과를 고려하여 광계측유니트의 작업위치로 계산해 내고, 이동수단 및/또는 이동레일에 의한 광계측유니트의 이동 이전의 초기 작업위치에 대한, 광계측유니트의 이동에 따른 작업 위치의 변화량 및 초기 작업위치 및 이동된 작업위치에서 얻어진, 이미지 결상소자에 결상된 2개 이상의 정렬 시그널 간의 크기 변화량을 연산하여, 피검자에게 적합한 작업거리를 산출하고, 산출 결과에 따라서 상기 이동수단을 구동시켜서 광계측유니트를 작업거리 방향으로 이동시키도록 되어 있다.
구체적으로, 측정수단으로서 전자 눈금자를 사용할 수 있다. 그리고 연산 및 제어부는 상기 피검자에 적합한 작업거리(MZ )는 [(Ei -Ei-1)/(Si -Si-1)] X [(SOPT -Si )/C3]를 사용하여 결정한다. Ei-1 는 상기 초기 작업위치를 나타내고 Ei 는 초기 작업위치의 측정 시간(제 1 시간)으로부터 소정 시간 경과한 제 2 시간에서의 상기 측정수단의 위치를 나타내며, Si-1 및 Si 는 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 시간에서의 정렬시그널의 크기를 나타내며, SOPT는 상기 광계측장비의 작업거리가 정확할 때의 정렬 시그널의 크기를 나타내고, C3는 상기 작업거리 방향으로 배치된 상기 이동수단의 모터의 기본 펄스에 대한 상기 정렬 시그널의 크기 변화량을 나타낸다. 그리고 광계측장비의 자동정렬시스템은 또한, 작업거리 방향에 수직인 면 상에서 광계측유니트를 위치 이동시키기 위한 X축 모터 및 Y축 모터를 포함하는 제 2 이동 수단을 더 포함하고, 중앙연산장치 및 제어부는 정렬 시그널이 표시되는 디스플레이부에 표시된 기준 중심원의 위치와 정렬 시그널의 위치 간의 차이(△X, △Y)를 X축 모터 및 Y축 모터의 기본 펄스에 대한 정렬 시그널의 위치변화상수(C1, C2)로 나누어서 , 제 2 이동수단의 이동량을 결정한다.
또한, 광계측장비는 이동수단 및 제 2이동수단에 연결되어서 광계측유니트를 제 1축, 제 2축 및 작업거리 방향으로 수동 이동시키기 위한 조이스틱을 더 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a는 본 발명의 일예에 따른 자동정렬시스템이 포함된 광계측장비의 외형을 나타내고 도 2b는 광계측장비의 내부 구성도를 나타내며, 도 3은 본 발명의 일예에 따른 자동정렬시스템의 광학계가 포함되어 있는 광계측장비의 광학계를 나타내며, 도 5는 본 발명의 일예에 따른 자동정렬시스템의 회로부의 일부를 블럭도를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 광계측장비는, 몸체(21)와 피검자의 턱받침대(22a)가 마련된 얼굴지지유니트(22)로 이루어져있다. 몸체(21)는 캡춰된 피검자의 안구 이미지를 결상하는 결상소자를 포함하는 광학계(도 3)가 포함되어 있는 광학계 하우징(23a)와 광학계의 결과를 연산처리하여 굴절력 등의 측정값 등을 출력하는 회로부가 집적되어 있는 집적회로기판(23b)으로 이루어진 광계측 유니트(23) 및 광계측유니트(23)의 출력을 보여주는 디스플레이부(25)를 포함한다. 그리고 광계측장비는 광계측유니트(23)를 X, Y 및 Z축으로 이동시키기 위한 이동부들을 포함한다. X축 이동부는 상기 광계측유니트(23)를 X축 방향으로 이동시키기 위한 동력을 제공하는 X축 모터(21a)), 일측에서 구동모터축(21b)을 감고 타측에서 이동로드(21d)를 감아서 X축 모터(21a)의 구동력을 이동로드(21d)에 전달하는 풀리(21c), 풀리(21c)를 통해 구동모터(21a)의 회전력을 받아 X축 방향으로 직선운동하는 이동로드(21d)를 포함하며, Y 축 이동부는 광계측유니트(23)를 Y축 방향으로 이동시키기 위한 동력을 제공하는 Y축 모터(뒷면에 설치되어 있으므로 도 2b에 나타나지 않음), 일측에서 구동모터축(미도시)을 감고 타측에서 이동로드(28b)를 감아서 Y축 모터의 구동력을 이동로드(28b)에 전달하는 풀리(28c), 풀리(28c)를 통해 Y축 구동모터의 회전력을 받아 Y축 방향으로 직선 운동하는 이동로드(28b)를 포함한다. 그리고 Z축 이동부도 마찬가지로 상기 광계측유니트(23)를 Z축 방향으로 이동시키기 위한 동력을 제공하는 Z축 모터(29a), 일측에서 구동모터축(29b)을 감고 타측에서 이동로드(29d)를 감아서 X축 모터(29a)의 구동력을 이동로드(29d)에 전달하는 풀리(29c), 풀리(29c)를 통해 구동모터(29a)의 회전력을 받아 X축 방향으로 직선운동하는 이동로드(29d)로 이루어진다.
또한, X축 이동부, Y축 이동부 및 Z축 이동부는 베이스(27) 놓여져 있으며, 또한 베이스(27)는 Z방향으로 배치된 이동레일(미도시)위에 놓여져 있으며, 이동레일에는 베이스(27)의 전후 방향(Z축 방향)의 이동량을 측정하는 전자 눈금자(26)가 부착되어 있다.
그리고 몸체(21) 내에는 광계측유니트(23)의 디스플레이부(25), 3축 이동부 및 전자 눈금자(26)와 연결되어서, 이들을 제어하는 중앙연산장치 및 제어부(도 5의 50)가 집적회로기판(23b)에 마련되어 있다. 또한 몸체(21)에는 조이스틱(24)이 마련되어서 검사자가 스스로 정렬용 시그널의 위치가, 기준이 되는 안구의 동심원의 중앙에 오도록 조정할 수 있다. 그리고 이러한 조정명령에 따라서 해당 축의 모터가 구동되어서 X, Y 및 Z축 방향으로 광계측장비를 수동으로 이동시킬 수 있다. 구체적으로 광계측유니트(23)를 X축 방향으로 이동시키기 위해서는 조이스틱(24)을 좌우로 이동시키며, 광계측유니트(23)의 Z축 방향 이동을 위해서는 조이스틱(24)을 전후방향으로 이동시킨다. 그리고 조이스틱(24)을 회전함으로써 광계측유니트(23)를 Y축 방향 이동시킬 수 있다.
도 3에는 광계측유니트(23)의 광학계의 일예를 나타낸다. 도 3의 광계측유니트(23)의 광학계는 정렬용 광학계와 측정용 광학계로 이루어지며, 정렬용 광학계는 정렬용 광원(31), 정렬용 광 신호의 크기를 조절해주는 핀홀(32), 정렬용 광 신호를 집중시키는 집속렌즈(33), 정렬광이 안구(30) 각막에 상을 형성하도록 하는 조준렌즈(34), 정렬용 광원(31)에서 각막으로 진행하는 신호는 투과시키고, 각막에서 반사된 신호는 반사시키는 하프미러(35), 하프미러(35)에서 반사된 각막 시그널이 결상되는 결상렌즈(36) 및 결상렌즈(36)의 이미지를 아날로그 또는 디지털신호와 같은 전기적 신호로 변환하는 이미지 결상소자인 CCD카메라(37)를 포함한다. 여기서 정렬용 광학계의 광원(31)은 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 특허 386514호에 나타난 바와 같은 구성으로 이루어져서 측정용 광원(31)으로도 사용될 수 있도록 되어 있다. 즉 측정용 광학계는 측정용 광원(31), 핀홀(32), 집속렌즈(33) 및 조준렌즈(34)외에 측정용 광원(31)에서 피검자의 안구로 진행하는 신호는 투과시키고, 안구의 망막에서 반사된 신호는 반사시키는 하프미러(38), 하프미러(38)에서 반사된 망막 이미지를 결상하는 결상렌즈(39) 및 결상렌즈(39)의 결과를 전기적 신호로 변환하는 CCD카메라(40)를 포함한다. 또한, 광학계에는 안구 전면 이미지의 밝기를 증가시키기 위해 안구 전면 조명(41)이 더 포함될 수 있다.
시력측정을 수행하기 이전에, 피검자의 안구(30)의 중심을 광학계의 광축에 일치시키기 위해서, 먼저 정렬용 광원(31)으로부터 출사되는 광신호는 핀홀(32), 집속렌즈(33), 조준렌즈(34)를 거쳐 피검안 안구(30)의 각막에 상을 맺고, 각막에서 반사된 광신호는 하프미러(35)에서 반사되어 결상렌즈(36)에서 결상된다. 그리고 이것은 CCD카메라(37)를 거쳐 디스플레이부(25)에 점의 형태(정렬 시그널)로 표시된다. 이때, 안구 전면광원(41)이 턴온되어서 안구 전면이미지(Re)가 하프미러(35), 결상렌즈(36) 및 CCD카메라(37)를 거쳐서, 도 4a 및 도 4b와 같이 정렬 시그널(Rc)과 함께 CCD카메라(37)에 나타나게 된다. 도 4a는 정렬 시스널(Rc)이 디스플레이부(25)의 모니터에 나타난 기준 동심원(45)의 중앙에 위치하는 것을 나타내며 이는 광계측유니트(23)가 X 및 Y축 방향으로 정렬되어 있음을 나타낸다. 반면 도 4b는 정렬 시스널(Rc)이 기준 동심원(45)의 중앙에서 벗어나 있음을 나타낸다. 즉 광계측유니트가 X 및 Y축 방향으로 정렬되기 위해서는 정렬 시그널(Rc)이 각막의 중앙에 주사되어야 함을 나타낸다. 광계측장비를 좌우(X축) 및 상하(Y축)에서 정렬시키기 위한, X축방향의 오차량(△X)과 Y축 방향의 오차량(△Y)에 따른 X축 및 Y축 모터의 이동거리 또는 운동량(MX, MY)은 다음의 식(1)으로 나타낼 수 있다.
MX = △X/C1, MY= △Y/C2 (1)
여기서, X축방향의 오차량(△X)과 Y축 방향의 오차량(△Y)은 기준 동심원(45)의 중앙의 위치 벡터에서 정렬 시그널의 위치벡터의 차이를 말하며, C1은 X축 모터의 기본 펄스에 대한 시그널의 X축 방향의 위치 변화량을 의미하는 상수이며, C2는 Y축 모터의 기본 펄스에 대한 시그널의 Y축 방향의 위치 변화량을 의미하는 상수이다.
이러한 연산과정은 후술하는 광계측유니트의 회로부를 구성하는 중앙연산장치 및 제어부(도 5의 50)의 정렬위치연산부(51)에서 계산되며, 이를 바탕으로 중앙연산장치 및 제어부(도 5의 50)가 해당하는 각 축에 연결된 모터를 구동하여 X 및 Y축방향의 정렬과정이 자동으로 수행되게 된다. 정렬위치연산부(51)는 X 및 Y축의 정렬뿐만 아니라 최적의 작업거리를 확보하기 위한 Z축 방향의 이동을 위한 위치(작업거리)를 찾기 위한 연산 과정도 수행한다.
광계측장비가 X 및 Y축 방향에서의 정렬이 이루어진 상태라도 최적의 작업거리가 확보된 것은 아니다. X축 및 Y축에서의 광계측장비의 위치가 변하지 않으면서 Z축의 작업거리에 따라 정렬 시그널의 크기와 농도(단위면적당의 세기) 변화가 나타나는데, 이는 도 4c에 나타나 있다. 도 4c에서, 실제의 작업거리와 광계측장비의 작업거리가 일치할 때의 시그널(46)은 크기가 가장 작고 농도가 가장 큼을 알 수 있으며, 실제 작업거리가 광계측장비의 작업거리보다 작은 경우의 시그널(47a, 47b)과 상대적으로 큰 경우의 시그널(48a, 48b)의 크기는 적합한 작업거리에 위치하는 시그널(46)의 것보다 크고, 이들 양 경우의 농도는 상대적으로 엷음을 알 수 있다.
다만, 도 4c에 나타난 것과 같은 정렬 시그널의 크기와 농도 비교만으로는 광계측장비가 위치하는 현재의 작업거리가 정상적인 작업거리가 아닌 위치에 있음을 알 수 있으나, Z축의 이동 방향과 이동량을 알 수 없다. 따라서 본 발명에서는 광계측장비의 Z축 방향의 전후 이동량을 알아내기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 광계측장비의 몸체(21) 내에 전자 눈금자(linear encoder:26)를 마련하였다. 그리고 전자 눈금자(26)는 광계측장비의 하단의 베이스(27)아래에 마련된 Z축 방향으로 설치된 선형 이동레일(미도시)에 부착되어 있다.
이제 도 5 및 도 6을 참고로 하여, X 및 Y 방향에서의 정렬 시그널의 오차량에 따른 각 축에 배치된 모터의 운동량, 그리고 최적의 작업 거리를 확보하기 위한 Z축 방향의 위치 제어과정을 설명한다.
광계측장비에서 정렬 스위치(미도시)를 누르게 되면(S1), 정렬용 광원(31)이 턴온되고 이때 안구 전면 광원(40)도 턴온되어 CCD카메라(37)에는 정렬 시그널(Rc)과 안구 전면 이미지(Re)로 이루어진 이미지가 결상된다(S2). CCD카메라(37)에서 결상된 이미지는 중앙연산장치 및 제어부(50)로 입력되어, 일부는 이미지 합성회로(미도시)를 거쳐서 디스플레이부(25)에 표시되고, 다른 일부는 디지털 신호로 변환되어서 비디오 메모리(64)에 저장된다(S3).
한편, 본 발명에 따른 자동정렬과정을 수행하기 위한 임의의 시그널을 얻기 위해 광계측유니트(23)를 X, Y 및 Z축으로 이동시키는 동작은, 조이스틱(24)을 이용하거나(수동모드) 또는 전술한 중앙연산장치 및 제어부(도 5의 50)에 프로그램되어 있는 제어정보에 따른 각축 모터의 자동 이동(자동모드)에 의해 이루어진다.
자동모드에서는 중앙연산장치 및 제어부(50)는 정렬 시그널(Rc)과 안구 전면 이미지(Re)로 이루어진 이미지가 메모리(64)에 저장된 후, 이동레일에 놓여져 있는 광계측장비를 Z축 방향으로 소정 거리 이동시킨다(S4). 이때 Z축 모터(29a)에 의해 광계측 유니트(23)도 Z축 방향으로 이동하도록 되어 있으므로, 광계측유니트(23)와 검안자와의 거리는, Z축 모터에 의한 광계측유니트(23)의 이동거리와 이동레일 위에 설치된 베이스(27)의 이동거리를 모두 고려해야 한다. 즉, Z축 모터의 펄스를 카운팅한 결과와 이동레일에 부착된 전자눈금자(26)의 결과의 합이 광계측유니트(23)와 검안자와의 작업거리가 된다. 이 결과는 데이터 버스를 통해 RAM(65)에 저장된다. 그리고 CCD 카메라(37)에는 광계측장비가 Z축 방향으로 소정 거리 이동 한 후의 정렬 시그널(Rc)과 안구 전면 이미지(Re)로 이루어진 이미지가 결상되고, 이것은 디지털 신호로 변환되어서 비디오 메모리(64)에 저장된다(S5). 한편 변형의 예로서, 중앙연산장치 및 제어부(50)는 후속하는 정렬 시그널(Rc)과 안구 전면 이미지(Re)로 이루어진 이미지가 디스플레이부(25)에도 나타나도록 할 수 도 있다.
한편 수동모드에서는, 중앙연산장치 및 제어부(50)에 의한 광계측장비의 베이스(27)의 이동은 이루어지지 않고, 검안자가 조이스틱(24)을 조작하고 Z축모터(29a)를 구동시켜 광계측유니트(23)를 Z축방향으로 소정 거리 이동시킨다. 중앙연산장치 및 제어부(50)는 이때의 Z축 모터(29a)의 펄스를 카운트하여 그 결과를 RAM(65)에 저장한다. 그리고 전술한 단계 S5에서와 같이 변동된 작업거리에서의 정렬 시널(Rc)과 안구 전면 이미지(Re)로 이루어진 이미지를 결상하고, 이를 디지털 신호로 변환하여 비디오 메모리(64)에 저장한다.
즉 검사자와 광계측유니트간의 작업위치의 변화 또는 작업거리의 변동량의 유효량은 수동모드에서는 이동수단에 의한 광계측유니트의 이동거리를 작업위치로부터 바로 나오며, 자동모드에서는 이동수단에 의한 광계측유니트의 이동거리와 전자눈금자의 측정 결과의 합으로부터 나오게 된다.
여기서 비디오메모리(64)에 저장된 2개의 데이터를 구분하기 위해서 먼저 저장된 즉, 제 1 위치에서 측정된 데이터를 제 1 데이터라 칭하고 후속하여 제 2 위치에서 측정된 데이터를 제 2 데이터로 칭한다.
다음, 중앙연산장치 및 제어부(50)는 비디오메모리(64)로부터 제 1 데이터 또는 제 2 데이터를 받아서, X 및 Y 방향의 정렬 오차량과 오차량에 대응하는 X축 및 Y축 모터의 운동량을 계산해 낸다(S6). X축방향의 오차량(△X)과 Y축 방향의 오차량(△Y) 또는 위치 변동량은 제1 데이터 또는 제 2 데이터의 시그널의 위치와 디스플레이부(25)의 화면 중심 위치 간의 X 및 Y축 방향의 필셀의 수를 계산함으로써 얻을 수 있다. X축 및 Y축 모터의 운동량(즉, 모터의 이동 거리량) (MX, MY)은 전술한 바와 같이 각 축의 오차량을 각축의 모터 기본 이동거리에 대한 각 축의 시그널의 위치 변동량으로 나눈 값으로 결정된다.
그리고, 중앙연산장치 및 제어부(50)는 제 1 데이터 및 제 2데이터의 시그널이 차지하는 픽셀의 위치 좌표를 찾고 이들이 차지하는 수를 카운팅함으로써 각각의 정렬 시그널(Rc)의 면적 또는 크기(S)를 계산해 낸다(S8).
제 1 데이터에 나타난 정렬 시그널(Rc)의 크기를 Si-1 하고, 이 때의 전자 눈금자(26)의 위치를 Ei-1 하며, 제 2 데이터에 나타난 정렬 시그널(Rc)의 크기를 Si 하고, 이 때의 전자 눈금자(26)의 위치를 Ei 라 하면 광계측장비와 피검자의 안구의 상대위치는 아래의 표에 나타난 바와 같이 4가지의 경우 중의 어느 하나로 표시될 수 있다. 그리고 아래의 표에는 각 경우에 있어서 최적의 작업 거리를 확보하기 위해 광계측장비를 이동시킬 방향이 표시되어 있다. 이동목표의 방향은 눈금자의 신장 방향으로 Z 방향을 평행하며, (+)는 눈금자에 표시된 길이 증가 방향으로서, 검사자가 대면하는 디스플레이부(25)의 화면을 뚫고 나오는 방향이며 (-)는 눈금자에 표시된 길이 감소 방향으로 디스플레이부(25) 화면 안쪽, 즉 피검자 쪽으로 진행하는 방향을 나타낸다.
종류 Ei -Ei-1 Si -Si-1 이동목표(Z 방향)
상태 1 + + -
상태 2 - - -
상태 3 + - +
상태 4 - + +
상태 1은 제 1 데이터의 정렬 시그널(Rc)이 도 4c의 '48a'이며 제 2 데이터의 정렬 시그널이 '48b'로 되는 경우를 나타내는 것으로서, 최적의 작업 거리에 대응하는 정렬 시그널(46)에 일치시키기 위해서는 전자 눈금자(26)를 (-Z) 방향으로 이동시켜야 한다. 상태 2는 제 1 데이터의 정렬 시그널(Rc)이 도 4c의 '48b'이며 제 2 데이터의 정렬 시그널이 '48a'로 되는 경우를 나타내는 것으로서, 최적의 작업 거리에 대응하는 정렬 시그널(46)에 일치시키기 위해서는 전자 눈금자(26)를 (-Z) 방향으로 이동시켜야 함을 알 수 있다.
유사하게 상태 3은 제 1 데이터의 정렬 시그널(Rc)이 도 4c의 '47b'이며 제 2 데이터의 정렬 시그널이 '47a'로 되는 경우를 나타내는 것으로서, 최적의 작업 거리에 대응하는 정렬 시그널(46)에 일치시키기 위해서는 전자 눈금자(26)를 (+Z) 방향으로 이동시켜야 하며, 상태 4는 제 1 데이터의 정렬 시그널(Rc)이 도 4c의 '47a'이며 제 2 데이터의 정렬 시그널이 '47b'로 되는 경우를 나타내는 것으로서, 최적의 작업 거리에 대응하는 정렬 시그널(46)에 일치시키기 위해서는 전자 눈금자(26)를 (+Z) 방향으로 이동시켜야 한다.
그리고 Z축 방향의 운동량(이동거리와 방향)(MZ)은 다음의 식(2)으로 계산될 수 있다(S6).
MZ = [(Ei -Ei-1)/(Si -Si-1)] X [(SOPT -Si )/C3] (식2)
여기서 SOPT는 광계측장비의 작업거리가 정확할 때의 시그널의 크기로서 RAM(65)에 저장되어 있으며, C3는 Z축 기본 펄스 당 이미지 변화량을 의미한다. 기본 펄스당 이미지 변화량이란, Z축 모터의 기본 펄스에 대한 시그널의 크기 변화량을 의미한다.
한편, Z축 방향의 운동량을 계산하는 도중, 제 1 데이터의 정렬 시그널의 크기(Si)와 SOPT와의 차이가 크기 여유치(STOLERANCE) 보다 작은 것으로 밝혀질 경우에는, 중앙연산장치 및 제어부(50)는 광계측장비의 Z방향의 이동을 수행하지 않으며, Si의 크기를 갖는 정렬 시그널(Rc)이 생기는 위치가 적절한 작업거리에 해당하게 된다.
그리고 제 1 데이터 및 제 2 데이터의 정렬 시그널의 크기 및 눈금자의 위치 정보와 함께 제 1 위치 및 제 2 위치와 다른 제 3 위치에 위치한 광계측장비를 통해 획득된 정렬 시그널의 크기 및 대응하는 눈금자의 위치 정보를 이용하여, 전술한 바와 같은 Z축 이동량을 결정하는 것은, 연속되는 3개의 데이터(정렬 시그널의 크기 및 전자 눈금자의 위치)가 동일방향으로 움직일 때에만 적용될 수 있다.
X, Y 및 Z축 방향의 이동량이 계산 된 후에, 중앙연산장치 및 제어부(50)는 X축 이동부(61), Y축 이동부(62) 및 Z축 이동부(63)를 구동시켜서 광계측장비의 광축이 피검자의 안구 중심에 일치하도록 하면서 최적의 작업거리에 두게 된다(S7).
정렬 과정이 완료된 후, 굴절력광학계와 중앙연산장치 및 제어부(50)의 굴절력연산부(52)를 이용하여 피검자의 안구의 굴절력을 측정한다(S89).
이상에서, 본 발명에 따른 광계측장비의 자동정렬시스템은 시력측정광학계를 가지는 시스템에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 안압측정용 광학계 또는 각막곡률분포 측정용 광학계 등으로 이루어진 광계측유니트를 포함하는 광계측장비에도 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
본 발명에 따른 자동 안구정렬시스템은, 안구 정렬용 광학 시스템의 부품을 특별하게 디자인하지 않고, 정렬광이 각막의 중앙에 주사되도록 하여 광계측장비의 상하 및 좌우 방향의 정렬을 유도하고, 광계측장비의 Z축방향의 이동 거리를 측정할 전자눈금자와 광계측장비의 Z축 방향의 이동 거리에 따른 정렬 시그널의 크기와 농도변화를 이용하여, 광계측장비가 최적의 작업거리에 오도록 하였다. 따라서 광계측장비의 자동정렬시스템의 구성이 간단해지고 조립 및 유지비용이 높지 않게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술의 일예에 따른 정렬용 광학시스템에 사용된 마스크의 전면도 및 마스크와 프리즘의 배치상태를 나타내는 측면도이다.
도 1c 내지 도 1e는 도 1a 및 도 1b의 마스크와 프리즘을 통과한 광으로부터 획득된 안구전면이미지 및 정렬 시그널을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 일예에 따른 자동정렬시스템이 포함된 광계측장비의 외형을 나타내고 도 2b는 그의 내부 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일예에 따른 자동정렬시스템의 광학계가 포함되어 있는 광계측장비의 광학계를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 광계측장비를 통해 관찰된 안구전면이미지 및 각막 시그널을 나타낸다.
도 4c는 광계측장비와 안구와의 거리(작업거리: WD(Working Distance))에 따른 각막 시그널의 크기와 강도 변화를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일예에 따른 자동정렬시스템을 포함하는 광계측장비의 회로 블럭도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 자동정렬시스템을 이용하여 최적의 작업거리 조정 과정을 포함하는 정렬 과정을 설명하는 플로우 챠트이다.

Claims (6)

  1. 정렬 광원에서 출사되어 피검자의 안구 각막에서 반사된 정렬 시그널을 결상하는 이미지 결상소자를 포함하는 정렬 광학계를 포함하는 광계측유니트,
    상기 광계측유니트를 작업거리 방향으로 이동시키기 위한 이동 수단,
    상기 이동수단을 제어하고 상기 이동수단에 의한 광계측유니트의 작업거리 방향에서의 광계측유니트의 이동거리를 측정하는 연산 및 제어부,
    상기 광계측유니트 및 상기 이동수단을 지지하는 베이스의 하단에 설치되어 있되 상기 연산 및 제어부의 제어 하에서 상기 베이스가 상기 광계측유니트의 작업거리 방향으로 이동가능 하도록 하는 이동레일, 및
    상기 이동레일에 부착되어 있어서, 상기 베이스의 이동량을 측정하는 측정수단을 포함하고,
    상기 연산 및 제어부는, 상기 이동수단에 의한 상기 광계측유니트의 이동거리를 바탕으로 작업위치를 출력하거나 또는 상기 이동수단에 의한 광계측유니트의 이동거리와 상기 측정수단의 결과를 고려하여 상기 광계측유니트의 작업위치를 출력해 내고, 상기 이동수단 및/또는 상기 이동레일에 의한 상기 광계측유니트의 이동 이전의 초기 작업위치에 대한, 상기 광계측유니트의 이동에 따른 작업 위치의 변화량 및 상기 초기 작업위치 및 이동된 작업위치에서 얻어진, 상기 이미지 결상소자에 결상된 2개 이상의 정렬 시그널 간의 크기 변화량을 연산하여, 피검자에게 적합한 작업거리를 산출하고, 산출 결과에 따라서 상기 이동수단을 구동시켜서 상기 광계측유니트를 작업거리 방향으로 이동시키도록 되어 있는 광계측장비의 자동정렬시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정수단은 전자 눈금자인 광계측장비의 자동정렬시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연산 및 제어부는 상기 피검자에 적합한 작업거리(MZ )는 [(Ei -Ei-1)/(Si -Si-1)] X [(SOPT -S i )/C3]를 사용하여 결정하며, 여기서 Ei-1 는 상기 초기 작업위치를 나타내고 Ei는 상기 초기 작업위치의 측정 시간(제 1 시간)으로부터 소정 시간 경과한 제 2 시간에서의 상기 측정수단의 위치를 나타내며, Si-1 및 Si 는 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 시간에서의 정렬시그널의 크기를 나타내며, SOPT는 상기 광계측장비의 작업거리가 정확할 때의 정렬 시그널의 크기를 나타내고, C3는 상기 작업거리 방향으로 배치된 상기 이동수단의 모터의 기본 펄스에 대한 상기 정렬 시그널의 크기 변화량을 나타내는 광계측장비의 자동정렬시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 작업거리 방향에 수직인 면 상에서 상기 광계측유니트를 위치 이동시키기 위한 제 1축(X축) 모터 및 제 2축(Y축) 모터를 포함하는 제 2 이동 수단을 더 포함하고, 상기 연산 및 제어부는 상기 정렬 시그널이 표시되는 디스플레이부에 표시된 기준 중심원의 위치와 상기 정렬 시그널의 위치 간의 차이(△X, △Y)를 상기 제 1축 모터 및 제 2축 모터의 기본 펄스에 대한 상기 정렬 시그널의 위치변화상수(C1, C2)로 나누어서 , 상기 제 2 이동수단의 이동량을 결정하는 광계측장비의 자동정렬시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 이동수단 및 상기 제 2이동수단에 연결되어서 상기 광계측유니트를 제 1축, 제 2축 및 상기 작업거리 방향으로 수동으로 이동시키기 위한 조이스틱을 더 포함하는 광계측장비의 자동정렬시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 정렬광학계는 상기 정렬 광원에서 출사된 광신호의 크기를 조절해주는 핀홀, 상기 정렬 광 신호를 집중시키는 집속렌즈, 상기 정렬광이 피검자의 안구 각막에 상을 형성하도록 하는 조준렌즈, 상기 정렬 광원에서 각막으로 진행하는 신호는 투과시키고, 각막에서 반사된 신호는 반사시키는 하프미러, 상기 하프미러에서 반사된 상기 정렬 시그널이 결상되는 결상렌즈, 상기 결상렌즈의 이미지를 전기적 신호로 변환하는 상기 이미지 결상소자인 CCD카메라 및 상기 피검자의 안구 전면을 조명하는 안구 전면 조명광원을 포함하는 광계측장비의 자동정렬시스템.
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