JP2002267604A - 光電性アレイにおけるシャドーラインの位置を決定するための方法および同方法を用いる臨界角屈折計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光電セルの線形走査型アレイの照射領域と暗領
域との間のシャドーラインのセル交差番号を決定するた
めの方法および同方法を用いる自動屈折計であって、照
射強度の変化するレベルによりよく適応するために、改
良した正確さを提供できる方法および同方法を用いる自
動屈折計を提供する。 【解決手段】セルの確立された範囲にわたる照射分布曲
線の２階微分が算出され、２階微分によって境界を定め
られた最大の正領域が識別される。最大の正領域の重心
が求められ、そのセル番号座標がシャドーラインのセル
交差番号であるとみなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に、光電セルの
線形走査型アレイにおける照射領域と暗領域との間の遷
移境界または「シャドーライン」の位置を決定するため
の方法に関する。そのような方法は、シャドーラインの
位置がテスト試料の屈折率と相関があるような臨界角屈
折計に特に適用することができる。

【０００２】

【従来の技術】屈折計は、試料の屈折率を測定するため
に広く用いられている。固体および／または液体の試料
を測定するために設計された屈折計において、全反射の
臨界角は、高い屈折率のプリズムと試料との間の面対面
の境界で、光が斜めに入射する集束ビーム方向を向け、
そして境界における相互作用の後の、一部の光を観察す
ることによって測定される。透過光屈折計では試料およ
びプリズムを透過する光が観測されるが、反射光屈折計
では面対面の境界における全反射によって反射される光
が観測される。いずれの場合も、照射領域が検出視野の
一部に形成され、検出視野において照射領域と隣接する
暗領域との間のシャドーラインの位置が、試料の屈折率
を幾何学的に推論することを可能にする。業界で用いら
れるより簡素な手動屈折計において、十字線目盛りが視
野に重ね合わされ、使用者は、試料における固体のパー
セント濃度などの所望の情報を得るために印が付けられ
た十字線目盛りに関して、シャドーラインの位置を観測
するため接眼レンズを通して見る。

【０００３】自動屈折計は、十字線目盛りに関するシャ
ドーラインの位置を視覚的に決定することに関連する当
て推量を排除し、測定された読取り値の確度（真の値に
対する接近度）および精度（精度にかかわらない再現
性）を向上するために開発された。１９８７年２月３日
公開のＭｉｃｈａｌｉｋに付与された米国特許第４，６
４０，６１６号は、自動アッベ屈折計を開示しており、
光電素子または「セル」の線形走査型アレイ（ＬＳＡ）
が試料／プリズム境界で全反射される光を検出するため
に配置されている。市販の実施形態では、線形走査型ア
レイは、それぞれが入射光からセルによって受光される
照射量に比例した振幅を有する一連のパルス信号を得る
ために、電子的に走査される直線状の電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）セルを具備している。線形走査型アレイによって
受光される光は、アレイを照射領域と隣接する暗領域と
に分割することによって、アレイ上にシャドーラインを
形成する。シャドーラインが線形走査型アレイ上で位置
する特定のセルまたは内挿されたセル間の端数は、「セ
ル交差番号」と呼ばれ、光学装置と接触して配置される
試料物質の屈折率によって決定される。したがって、セ
ル交差番号を得るために、光電セルからのパルス信号を
評価するための方法が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｍｉｃｈａｌｉｋの特
許は、セル交差番号を決定するために、アレイセルから
の光強度信号を処理するための「閾値化」処理法を教示
している。この対処法は、本願明細書では図４にグラフ
表示されている。閾値化処理法に従って、参照照射曲線
を確立するために、空の基準線または参照走査が試料の
存在しない状態で（すなわち空気に対して）行われて格
納される。図５に示されているような閾値曲線を形成す
るために、参照走査に基づく曲線は、たとえば９４％な
どの予め決定された一定の換算係数によって換算され
る。試料走査曲線が閾値曲線と交差する結果生ずるセル
が、セル交差番号を示している。

【０００５】このような処理法は精密かつ正確な測定と
なるが、参照走査および試料の走査が同程度であること
が決定的であるため、入射光レベルを高度に制御しなけ
ればならない。強度レベルのどのような偏差でも、読取
り値に誤りが生じるとことになる。開示された自動屈折
計は「反射光」屈折計であるため、線形走査型アレイに
達する光が試料を貫通することはなく、照射源を制御す
ることにより、入射光レベルを適切に制御することがで
きる。閾値化処理法の利点は、計器の電源を入れるたび
に新たな参照走査を行うため、セルが寿命になるまでの
各光電セルの応答特性におけるゆるやかな変化（「応答
ドリフト」として知られている）が計器の性能に影響を
及ぼさないことである。さらに、参照走査を用いること
によって、所与のレベルの照射に応答するセル対セルの
変動を補償する。

【０００６】上述の反射光屈折計と異なり、「透過光」
屈折計において、光は検出器アレイに達する前に試料を
通過しなければならないため、参照走査および換算され
た閾値を用いることは問題が多い。したがって、試料の
色、不透明さ、厚さ、均質性などの試料によって決まる
因子のために、検出器アレイにおける入射光レベルを制
御することは実用的ではない。たとえば、空気の参照走
査は、浄水試料には適している可能性があるが、ケチャ
ップなどの透過率の低い試料の測定には適していないで
あろう。閾値処理法の別の欠点は、誤差のある応答信号
を提供する１つの欠陥のあるセルが、最悪の場合には、
測定結果をゆがめる恐れがあることである。

【０００７】１９９７年４月１日公開のＫａａｈｒｅに
付与された米国特許第５，６１７，２０１号は、シャド
ーライン境界のセル交差番号を決定するための別の方法
を用いる反射光屈折計について述べている。この方法
は、数学モデルによって照射分布曲線を描くことと、セ
ル交差番号を求めるためにその数学モデルを用いること
と、を含む。記載した実施形態において、照射分布曲線
は、アレイの明領域、明領域から暗領域までのアレイの
遷移領域、アレイの暗領域をそれぞれ３本の異なる直線
Ａ，Ｂ，Ｃによって表されている。線Ｂと線Ｃの交点
が、セル交差番号として選定される。非線型モデルも提
案されている。透過光屈折計に関して類似の処理法が、
２００１年１月９日公開のＢｙｒｎｅらに付与された米
国特許第６，１７２，７４６号（この特許は本出願と共
通の譲受人を共有している）に教示され、本願明細書で
は図６に示されている。しかし、この方法は、検出器ア
レイの遷移領域および暗領域を表す「最適」な直線を交
差することを含み、検出光レベルは制御することが困難
であるような透過光利用の場合には不正確すぎることが
明らかになっている。得られる正確さは、この計器が用
いられることができる光強度の範囲にわたって不適切で
あり、この方法は最終的に選択されなかった。

【０００８】この発明は、上述した事情に鑑み、適切な
正確さを維持すると同時に光り強度レベルの変動の影響
を比較的受けない光電アレイにおけるシャドーラインの
セル交差番号を決定するための新たな方法を提供するこ
とを主な目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１の
ステップの方法によって実現される。すなわち、上述し
た課題を解決するため、請求項１のステップの方法は、
複数の光電セルを有する線形アレイにおける照射領域と
隣接する暗領域との間のシャドーラインのセル交差番号
を決定するための方法であり、前記複数のセルのそれぞ
れから応答信号を得るために前記アレイを走査するステ
ップであって、前記応答信号の振幅が入射光による対応
するセルの照射量によって決定されるようになっている
ステップと、前記走査アレイからの前記応答信号を、前
記アレイからの前記応答信号に関する情報を含むディジ
タル信号に変換するステップであって、前記ディジタル
信号が集合的に、前記アレイに関する照射分布曲線を表
すようになっているステップと、前記シャドーラインが
内部に存在する前記線形走査型アレイのセルの範囲を確
立するステップと、セルの前記範囲にわたって前記照射
分布曲線の２階微分を算出するステップと、前記２階微
分によって境界をなす最大の正領域を識別するステップ
と、前記最大の正領域の重心を求めるステップと、前記
重心のセル番号座標を前記セル交差番号であるように割
り当てるステップと、を含むことを特徴とする。

【００１０】上記の方法は、試料物質の屈折率を測定す
るための自動屈折計を利用している。この屈折計は、請
求項７にあげられた特徴を具備している。請求項７の屈
折計は、屈折計であって、複数の光電セルを含む線形走
査型アレイであって、各セルが走査中に応答信号を生成
し、各応答信号の振幅が入射光による対応するセルの照
射量によって決定される線形走査型アレイと、光を前記
アレイに向けるための光学装置であって、前記アレイの
特定の光電セルが前記光によって照射され、前記アレイ
の照射領域および暗領域によって定義されるシャドーラ
インのセル交差番号が前記光学装置と連動するように配
置される物質の屈折率によって決定されるようになって
いる光学装置と、前記線形走査型アレイからの前記応答
信号を、前記線形走査型アレイからの前記応答信号の振
幅に関する情報を含むディジタル信号に変換するための
アナログ／ディジタル変換装置であって、前記ディジタ
ル信号が集合的に前記アレイに関する照射分布曲線を表
しているアナログ／ディジタル変換装置と、前記シャド
ーラインが表されている前記照射分布曲線の少なくとも
一部における２階微分を算出し、前記２階微分によって
境界をなす最大の正領域を識別し、前記最大の正領域の
重心を求め、前記重心のセル座標を前記セル交差番号に
割り当て、前記セル交差番号に基づく前記屈折率を算出
するためのディジタル処理回路装置と、前記物質の前記
屈折率に基づく測定値を記録するための前記ディジタル
処理回路装置に接続された出力装置と、を具備する屈折
計である。

【００１１】

【発明の実施の形態】図面の図１をはじめに参照する
と、本発明によって製作される屈折計が、概略的に示さ
れ、主に参照符号１０によって識別される。屈折計１０
は、図１には上述の米国特許第４，６４０，６１６号に
よって教示されたものと類似の反射光屈折計として示す
が、屈折計１０は、図２に示されるような上述の米国特
許第６，１７２，７４６号によって教示されたものと類
似の透過光屈折計であってもよい。屈折計１０が反射光
設計または透過光設計のいずれであるかに関係なく、一
般に１４で識別される光学装置によって向けられる光を
検出するための線形走査型アレイ１２を具備している。
さらに詳細には、図３によってさらに図示されるよう
に、線形走査型アレイ１２は、それぞれが走査中に応答
信号を提供する複数の光電セル１３を具備し、各応答信
号の振幅は入射光による対応するセルの照射量によって
決定される。線形走査型アレイは当業界では公知であ
り、たとえば、ＳＯＮＹを含む多数のメーカーから入手
可能である。

【００１２】光学装置１４は、光学装置１４と連動する
ように配置された試料物質１６の屈折率によって決定さ
れる光によって照射される特定のセルを用いて、線形走
査型アレイ１２に光を向けるように作用する。図１の具
体的な反射光の実施形態に示される光学装置１４は、順
番に光源１８と、光源の後の拡散板２０と、拡散板に続
くコリメーティングレンズ２２と、コリメーティングレ
ンズに密接に隣接し、中心波長５８９ｎｍで狭い帯域幅
の光を透過するための単色フィルタ２４と、フィルタに
密接に隣接する集束レンズ２６と、試験対象である試料
物質を収容するための試料面３０Ａを有する高屈折率プ
リズム３０に光を再び向けるためのミラー２８と、プリ
ズム３０における光学的な変化を補償するために作用す
る補償レンズ３２と、線形走査型アレイ１２の方向にお
いて光を再指向するためのもう１つのミラー３４と、を
具備している。十分に理解されるように、光学装置１４
は、線形走査型アレイ１２へ導く光路を提供し、光路で
は一部の光が光路から試料物質１６へ透過され、光の別
の一部が試料面３０Ａおよび試料物質１６の境界で内部
反射され、光路にとどまる。したがって、光によって照
射される特定のセル１３は、試料物質１６の屈折率に左
右されよう。図３において、照射領域５から暗領域７へ
の遷移領域で境界またはシャドーライン９を定義する線
形走査型アレイ１２における光の分布は、照射領域５お
よび隣接する暗領域７を含むことをみてとることができ
る。したがって、シャドーライン９のセル交差番号は、
試料物質１６の屈折率に左右される。

【００１３】図示される光学装置は、大部分は米国特許
第４，６４０，６１６号に記載されるものと類似してい
る。尚、米国特許第４，６４０，６１６号は、本願明細
書に参照によって組み込まれるものとする。当然のこと
ながら、試料物質を透過する一部の光が線形走査型アレ
イに向けられ、プリズムと試料の境界で反射される一部
の光が光路から出るように向けられる図２に示された構
成などの透過光構成を含めて、さまざまな光学的構成が
類似の機能を実現することができることを理解された
い。図２の光学装置１４は、配列順に光源１８’と、光
源の後の照射窓２０’と、試料物質１６を照射するため
の照射プリズム２１と、試料物質を支持するための試料
プリズム３０’と、角度位置調整可能なミラー２３と、
５８９ｎｍ単色フィルタ２４と、コリメーティングレン
ズ系２２’と、ビームスプリッタ２５と、を具備してい
る。光学装置１４用の透過光構成の図示された実施例
は、米国特許第６，１７２，７４６号に教示されてお
り、この特許は本願明細書に参照によって組み込まれ
る。本発明にとって重要であることは、線形走査型アレ
イ１２からの応答信号の処理であるため、屈折計１０の
光学装置の特定の構成は、当業者にゆだねてもよい。実
際に、本発明は、広義には、屈折計に限定されるわけで
はなく、検出器アレイに関するシャドーラインの位置
（セル交差番号）を決定しようと探す任意の用途に適用
される。

【００１４】線形走査型アレイ１２および光学装置１４
のさまざまな素子は、ハウジング（図示せず）の中で互
いに対して固定した関係で取付けられることが好まし
い。

【００１５】ここで、図４に移ると、線形走査型アレイ
１２のセル１３からの応答信号を処理するための電子回
路のブロック図が示されている。中央処理装置３６が、
アドレス／データバス３７を経由して、屈折計１０の他
の回路および電子入出力装置に連結されている。キーパ
ッド入力装置３８およびＬＣＤディスプレイ３９は、入
出力装置として設けられることが好ましいが、キーボー
ドおよびマウスなどの他の入力装置およびＣＲＴモニ
タ、プリンタなどの他の出力装置が可能である。記憶装
置ブロックは、計器の電源を切った場合には保存する必
要がないプログラム変数を格納するための静的ランダム
アクセス記憶装置（ＳＲＡＭ）４０と、Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｕｎｉ
ｆｏｒｍＭｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｓｕｇａｒ Ａｎａｌ
ｙｓｉｓによって提供される実行可能なコードおよび蔗
糖変換係数を格納するためのフラッシュ電気消去可能プ
ログラム可能読出し専用記憶装置（ＥＥＰＲＯＭ）４１
と、変更可能な利用者設定、較正データおよび注文に会
わせて変更可能な変換表を格納するためのＥＥＰＲＯＭ
４２と、を具備している。試料プリズム３０，３０’に
関連する温度センサ３１からの情報、線形走査型アレイ
１２からの信号情報をはじめとする測定情報を読み出す
タスクは、プログラム可能なタイマ回路４３およびプロ
グラム可能論理回路４４によって制御される。セルが最
後に放電されたため、各応答信号の振幅は、入射光によ
る対応するセル１３の照射量によって決定される。応答
信号は、低域通過フィルタ４５の影響を受け、応答信号
の振幅は、アナログ・ディジタル変換器４６によってア
ナログ形式からディジタル形式に変換され、それによっ
て線形走査型アレイ１における特定のセル１３の順序を
戻す位置を識別するセル番号と、そのセルによって検出
される照射量を表す対応するディジタル化された振幅
と、からなる一連のデータ点を提供する。これらのデー
タは全体として集合的に、線形走査型アレイ１２に関す
る照射分布曲線を表している。

【００１６】ここで、図７〜１２に移ると、線形走査型
アレイ１２のセル１３からのディジタル化された振幅情
報に基づいて、シャドーライン９のセル交差番号を決定
するための本発明によって好ましい方法が、説明され
る。まず、ステップ５０によれば、上述したように、線
形走査型アレイ１２が電子走査され、応答パルスがディ
ジタル化される。ディジタル化された応答信号を、以下
では「画素」と呼ぶ。

【００１７】ステップ５２の下で、暗電流補正ルーチン
が生じたデータセットに対し実行される。ＣＣＤアレイ
技術の２つの主な望ましくない副作用の１つは、画素に
いわゆる「暗電流」が加算されることである。露光時間
に比例して関連する暗電流は、光が存在しない時にセル
によって生成される信号情報であり、不規則な熱効果お
よび他の原因によって生じる。暗電流補正は、信号処理
の応用において共通であるが、ここでは簡単に述べる。
屈折計１０の電源がまず入ると、暗電流雑音の場合に
は、線形走査型アレイ１２は、できる限り高速の露光で
１回の走査をさせ、そして、できる限り低速の露光で１
回の走査を行うことによって特徴付けられ、いずれの走
査も記憶装置に格納される。高速および低速の走査の１
次補間を行い、現行走査が必要とする理論的な暗電流を
求めることによって、補正が行われる。言い換えれば、
例えば所与のセルに関する高速露光暗電流が１０であ
り、そのセルに関する低速露光暗電流が２０である場合
には、高速と低速のちょうど中間の露光速度では、暗電
流値１５となる。個々の暗電流値は、各画素の現行走査
値から減じられる。

【００１８】暗電流補正の後には、ステップ５４の下
で、画素データに移動平均フィルタを適用する。第２の
望ましくないＣＣＤアレイの副作用は、アレイにおける
セルからセルへの感度の変動である。この変動に対処す
るためには、移動平均フィルタが信号処理において共通
の方法でデータに適用される。移動平均フィルタは、高
い周波数の信号成分を排除すると同時に、低い周波数成
分を通過させる。各画素がその周囲のセルによって生成
される画素の平均となる。たとえば、５点移動平均フィ
ルタにおいて、画素Ｘは、値（（画素（Ｘ−２）＋画素
（Ｘ−１）＋画素Ｘ＋画素（Ｘ＋１）＋画素（Ｘ＋
２））／５）が与えられる。

【００１９】ステップ５６〜７４の次のグループは、範
囲内でさらに処理するために、内部にシャドーライン９
が存在する線形走査型アレイのセルの範囲を確立するた
めの好ましいルーチンを含む。また、このルーチンの説
明図を提供する図１１も参照されたい。ステップ５６に
応じて、最も高い画素値を有する最も明るいセルを求め
るために、画素データの全体の集合が探索され、そのセ
ル番号および画素値が記憶装置に格納される。次に、ス
テップ５８において、図１１に見られるように右方への
次のセルの画素データが読み出され、ステップ６０にお
いて、そのデータがステップ５６に位置し、格納された
最も明るいセルの画素値の２５％以下であるかどうかを
決定するために比較される。ステップ６０の２５％条件
に適合するセルに達するまで、ステップ５８が反復さ
れ、ステップ６２の下で、その点に対応するセル番号が
記憶装置にその範囲のＳＴＡＲＴセルとして格納され、
画素値がＤＩＭＭＥＳＴ画素として格納される。範囲の
ＳＴＡＲＴセルを割り当てるためのこの手順は常に、シ
ャドーラインの位置の相当前であり、かつ最も明るいセ
ルの相当後であるＳＴＡＲＴセルを提供し、また、走査
において任意の異常が確実に無視するのを助ける。一
旦、ＳＴＡＲＴセルが識別されると、図１１に見られる
ように、右方向の次のセルを読み出すことによってルー
チンはステップ６４に進む。この画素値はステップ６６
によって、以前に格納されたＤＩＭＭＥＳＴ画素値と比
較される。比較された画素値が以前に格納されたＤＩＭ
ＭＥＳＴ画素値未満である場合には、比較された画素値
はステップ６８において新たなＤＩＭＭＥＳＴ画素値と
して格納される。しかし、比較された画素値が以前に格
納されたＤＩＭＭＥＳＴ画素値以上である場合には、照
射曲線はこれ以上下がらず、ステップ７０において、そ
のセルの画素値が予め決定された終了基準に適合してい
るかどうかを決定するために調べられる。好ましいルー
チンでは、画素値がＤＩＭＭＥＳＴ画素値の１０５％以
上である場合には、ステップ７２でそのセル番号がＥＮ
Ｄセルとして格納される。１０５％の終了条件を満たす
セルが存在しない場合には、アレイの最後のセルがＥＮ
Ｄセルとして割り当てられるようなデフォルトの終了条
件が、ステップ７４によって課せられる。１０５％条件
にも最後のセルの条件にも適合しない場合には、ステッ
プ７４から次のセルを読み出すためのステップ６４にフ
ローが戻る。図１１でみてとることができるように、範
囲のＥＮＤを求めるための好ましい技術における目標
は、照射曲線において５％の上昇を求め、それに失敗し
た場合には、最後のセルをＥＮＤセルとして選定するこ
とである。一定のタイプの試料は、このステップによっ
て無視される走査における異常を発生する恐れがある。

【００２０】前の段落で述べた範囲を求めるルーチンの
利点の１つは、シャドーライン９のための探索を急速に
狭めるため、シャドーラインの局所領域において存在し
ない画素に対してさらに計算時間を費やす必要がないこ
とであることをここに明記しておく。しかし、以下の詳
細から明白であるように、第１のセルがＳＴＡＲＴ、最
後のセルがＥＮＤであるような線形走査型アレイ１２に
おけるセルの全体のラインを含むような範囲を単純に処
理するだけである可能性があるが、この処理法は好まし
くない。何故かというと結果に影響を及ぼす可能性があ
る照射曲線の潜在的な異常を排除することができないた
めである。当然のことながら、範囲を求める他の技術を
利用することもできる。したがって、シャドーラインが
内部に存在する線形走査型アレイのセルの範囲を確立す
るステップは、上述の好ましい技術に限定されるわけで
はなく、アレイ全体にわたる範囲を確立する簡素な技術
のほか、アレイ全体に対するセルの範囲を狭めるさらに
選択的な技術も広義には含むことを意味する。

【００２１】図７に戻り、ここで図８〜１０も参照する
と、セル交差番号を決定するための本発明の方法は、Ｓ
ＴＡＲＴからＥＮＤまでのセルの範囲に集中することに
よって継続する。さらに具体的にいえば、ＳＴＡＲＴか
らＥＮＤまでの照射曲線の２階微分がステップ７８にお
いて算出することができるように、ＳＴＡＲＴからＥＮ
Ｄまでの照射曲線の１階微分がステップ７６において算
出される。図８は、試料走査から得た照射曲線に重ね合
わされた１階微分および２階微分の作図を含んでいる。
１階微分は、照射曲線の傾きの測定値であり、この応用
の場合には、隣接するセル間の画素値の差として算出す
ることができる。２階微分は、照射曲線の傾きの傾きの
測定値（すなわち、変化率の変化率）である。この応用
において、２階微分は、画素値の１階微分の間の差であ
る。

【００２２】図８〜１０においてみてとることができる
ように、２階微分のグラフは、シャドーラインの付近で
最大領域を有する正の「こぶ」を提供する。重要なこと
は、図１０によって実証されているように、この最大の
正領域は、線形走査型アレイに入射する光の強度レベル
に関係なく、同一のセル番号座標に出現することであ
る。ステップ８０は、ＳＴＡＲＴからＥＮＤまで数値積
分などによる２階微分によって定義される最大の正領域
を探索することを含む。上述した範囲を求める技術は、
速度のほかに第２の利点を提供する。何故なら照射曲線
の潜在的な異常を排除するためであるが、この異常は２
回微分に実際のシャドウライン位置に生ずるこぶよりも
大きなこぶを生ずる場合がある。このような異常が無視
されない場合には、誤った読出し値が生じる可能性があ
る。

【００２３】次のステップ８２は、２階微分によって定
義される最大の正領域の「重力の中心」または重心（ce
ntroid）を求めることである。数学的にいえば、２階微
分は最大の正領域の始まりにおいてゼロと交差して正と
なるところから開始して、２階微分が再びゼロと交差し
て負となるまで積分することによって行う。これは、こ
ぶ全体の正の面積を示している。正の交差で再び始め、
この２回目の積分が全体の面積の２分の１に達するセル
まで積分を実行する。次に、この半分のセルより１つセ
ルを下げ、重心の実際のセル座標を求めるために内挿す
ることによって、重心の位置が決められる。図１２に示
されているように、このセル座標は、シャドーラインの
セル交差番号であると考えられ、図７のステップ８４な
どで格納される。

【００２４】上述したように、シャドーライン９のセル
交差番号は、試料物質１６の屈折率に応じて変化する。
したがって、光学装置１４の光路および他の物理特性は
格納されることができる既知のシステム変数であるた
め、屈折率を算出するためにセル交差番号を用いること
ができる。屈折率は出力として直接記録されるか、また
は固体百分率などさらに有用な形態に変換される。ま
た、温度センサが試料物質１６の温度を測定するために
設けられている場合には、温度補償された読出し値を算
出し、記録することもできる。

【００２５】本発明の方法は、広範囲の光強度が含まれ
ている場合であっても、屈折計の測定の改良した精度
（再現性）を提供する。読出しが行われる前に、十分既
知の特性を有する試料を用いて、確度が「較正される」
ため、改良された測定確度は、改良された精度に伴う。
したがって、シャドーラインの決定のための本方法は、
反射光自動屈折計および透過光自動屈折計のいずれにも
適用することができ、他の用途にも適している可能性が
ある。

【００２６】なお、本発明の性質および操作モードは、
添付の図面を用いて、本発明の詳細な説明において十分
に説明されている。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明は、複数
の光電セルを有する線形アレイにおける照射領域と隣接
する暗領域との間のシャドーラインのセル交差番号を決
定するための方法であって、前記複数のセルのそれぞれ
から応答信号を得るために前記アレイを走査するステッ
プであって前記応答信号の振幅が入射光による対応する
セルの照射量によって決定されるようになっているステ
ップと、前記走査アレイからの前記応答信号を、前記ア
レイからの前記応答信号に関する情報を含むディジタル
信号に変換するステップであって、前記ディジタル信号
が集合的に、前記アレイに関する照射分布曲線を表すよ
うになっているステップと、前記シャドーラインが内部
に存在する前記線形走査型アレイのセルの範囲を確立す
るステップと、セルの前記範囲にわたって前記照射分布
曲線の２階微分を算出するステップと、前記２階微分に
よって境界をなす最大の正領域を識別するステップと、
前記最大の正領域の重心を求めるステップと、前記重心
のセル番号座標を前記セル交差番号であるように割り当
てるステップと、を含む前記方法であることを特徴とす
るから、この発明により、適切な正確さを維持すると同
時に光り強度レベルの変動の影響を比較的受けない光電
アレイにおけるシャドーラインのセル交差番号を決定す
るための新たな方法を提供することができる。また、本
願発明は、屈折計であって、複数の光電セルを含む線形
走査型アレイであって、各セルが走査中に応答信号を生
成し、各応答信号の振幅が入射光による対応するセルの
照射量によって決定される線形走査型アレイと、光を前
記アレイに向けるための光学装置であって、前記アレイ
の特定の光電セルが前記光によって照射され、前記アレ
イの照射領域および暗領域によって定義されるシャドー
ラインのセル交差番号が前記光学装置と連動するように
配置される物質の屈折率によって決定されるようになっ
ている光学装置と、前記線形走査型アレイからの前記応
答信号を、前記線形走査型アレイからの前記応答信号の
振幅に関する情報を含むディジタル信号に変換するため
のアナログ／ディジタル変換装置であって、前記ディジ
タル信号が集合的に前記アレイに関する照射分布曲線を
表しているアナログ／ディジタル変換装置と、前記シャ
ドーラインが表されている前記照射分布曲線の少なくと
も一部における２階微分を算出し、前記２階微分によっ
て境界をなす最大の正領域を識別し、前記最大の正領域
の重心を求め、前記重心のセル座標を前記セル交差番号
に割り当て、前記セル交差番号に基づく前記屈折率を算
出するためのディジタル処理回路装置と、前記物質の前
記屈折率に基づく測定値を記録するための前記ディジタ
ル処理回路装置に接続された出力装置と、を具備するこ
とを特徴とする自動屈折計であるため、この自動屈折計
の利用により、上記方法を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によって製作される反射光屈折
計の光学的な概略図である。

【図２】図２は、本発明によって製作される透過光屈折
計の光学的な概略図である。

【図３】図３は、図１または図２のいずれかに現れる光
電セルの線形走査型アレイの拡大図である。

【図４】図４は、線形走査型アレイに関連する信号処理
回路のブロック図である。

【図５】図５は、線形走査型アレイにおけるシャドーラ
インのセル交差番号を決定するための先行技術の方法を
示すために、線形走査型アレイに関する参照照射曲線お
よび閾値曲線を示すグラフである。

【図６】図６は、線形走査型アレイにおけるシャドーラ
インのセル交差番号を決定するための別の先行技術の方
法を示すために、試料照射曲線と、照射曲線の遷移部分
および暗部分に適合する線と、を示すグラフである。

【図７】図７は、線形走査型アレイにおけるシャドーラ
インのセル交差番号を決定するための本発明の方法を示
すフローチャートである。

【図８】図８は、試料照射曲線の１階微分および２階微
分が一緒にプロットされている試料照射曲線を示すグラ
フである。

【図９】図９は、同一の試料であるが線形走査型アレイ
上に入射する光の３つの異なる強度レベルの一連の照射
曲線を示すグラフである。

【図１０】図１０は、図９に示される３つの照射曲線の
２階微分を示すグラフである。

【図１１】図１１は、試料照射曲線および本発明の方法
で用いられる好ましい範囲を求めるステップを示すグラ
フである。

【図１２】図１２は、本発明によるセル交差番号を割り
当てるステップを示すために、シャドーラインの領域に
おける試料照射曲線の２階微分を示すグラフである。

【符号の説明】

５ 照射領域、 ７ 暗領域、 ９ シャドーライン、
１０ 屈折計、 １２線形走査型アレイ、 １３ 光
電セル、 １４ 光学装置、 １６ 試料物質、 １８
光源、 １８’ 光源、 ２０ 拡散板、 ２０’
照射窓、 ２１照射プリズム、 ２２ コリメーティン
グレンズ、 ２２’ コリメーティングレンズ系、 ２
３ 角度位置調整可能なミラー、 ２４ 単色フィル
タ、 ２５ ビームスプリッタ、 ２６ 集束レンズ、
２８ ミラー、 ３０Ａ 試料面、 ３０ 高屈折率
プリズム、 ３０’ 試料プリズム、 ３１ 温度セン
サ、 ３２ 補償レンズ、 ３４ ミラー、 ３６ 中
央処理装置、 ３７ アドレス／データバス、 ３８
キーパッド入力装置、 ３９ ＬＣＤディスプレイ、
４０ 静的ランダムアクセス記憶装置（ＳＲＡＭ）、
４１ フラッシュ電気消去可能プログラム可能読出し専
用記憶装置（ＥＥＰＲＯＭ）、 ４２ ＥＥＰＲＯＭ、
４３ プログラム可能なタイマ、 ４４ プログラム
可能論理回路（ＰＡＬ）、 ４５ 低域通過フィルタ、
４６ Ａ／Ｄ変換器、 ５０ 走査を行い、Ａ／Ｄ変
換を行うステップ、 ５２ 「暗電流」補正を施すステ
ップ、５４ 移動平均フィルタを適用するステップ、
５６ 最も明るいセルを探して格納するステップ、 ５
８ 右にある次のセルを読み出すステップ、 ６０最も
明るいセルの２５％以上の値であるかを比較するステッ
プ、 ６２ ＳＴＡＲＴセル数および対応するセル値が
格納されるステップ、 ６４ 右側の次のセルを読み出
すステップ、 ６６ ＤＩＭＭＥＳＴの画素値との比較
ステップ、６８ 新たなＤＩＭＭＥＳＴ画素値を格納す
るステップ、 ７０ セルの画素値が終了基準に適合し
ているかどうかを調べるステップ、 ７２ ＥＮＤセル
のセル番号を格納するステップ、７４ デフォルトの終
了基準に適合しているかどうかを調べるステップ、 ７
６ ‘ＳＴＡＲＴ’から‘ＥＮＤ’まで１階微分を行う
ステップ、 ７８ ‘ＳＴＡＲＴ’から‘ＥＮＤ’まで
２階微分を行うステップ、 ８０ 最大の正領域を求め
るステップ、 ８２ 最大の正領域の重心を求めるステ
ップ、 ８４ シャドーラインセル番号を決定するステ
ップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA02 BB04 EE01 EE02 EE04 JJ11 JJ12 JJ13 JJ22 KK04 MM01 MM05 MM09 MM10 MM14 NN08 PP04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光電セルを有する線形アレイにお
   ける照射領域と隣接する暗領域との間のシャドーライン
   のセル交差番号を決定するための方法であり、 前記複数のセルのそれぞれから応答信号を得るために前
   記アレイを走査するステップであって、前記応答信号の
   振幅が入射光による対応するセルの照射量によって決定
   されるようになっているステップと、 前記走査アレイからの前記応答信号を、前記アレイから
   の前記応答信号に関する情報を含むディジタル信号に変
   換するステップであって、前記ディジタル信号が集合的
   に、前記アレイに関する照射分布曲線を表すようになっ
   ているステップと、 前記シャドーラインが内部に存在する前記線形走査型ア
   レイのセルの範囲を確立するステップと、 セルの前記範囲にわたって前記照射分布曲線の２階微分
   を算出するステップと、 前記２階微分によって境界をなす最大の正領域を識別す
   るステップと、 前記最大の正領域の重心を求めるステップと、 前記重心のセル番号座標を前記セル交差番号であるよう
   に割り当てるステップと、を含む前記方法。
2. 【請求項２】 暗電流補正を前記照射分布曲線に施すス
   テップをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 移動平均フィルタを前記照射分布曲線に
   適用するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 セルの範囲を確立する前記ステップが、 ピークセル振幅を求めることによって、最大の照射量を
   受光する最も明るいセルを発見するサブステップと、 最も明るいセルから前記暗領域に向かう方向に探索し、
   前記ピークセル振幅の予め定められた百分率にほぼ相当
   する振幅を有する領域開始セルを位置付けるサブステッ
   プと、 前記領域開始セルから前記方向に探索を続け、複数の領
   域終了セル基準のいずれか１つに適合する領域終了セル
   を位置付けるサブステップと、をさらに含む請求項１に
   記載の方法。
5. 【請求項５】 前記複数の領域終了セル基準が、前記領
   域のセルの中で最も暗い（dimmest）セル振幅に対して
   少なくとも予め決定された百分率だけ増大した対応する
   振幅を有する前記領域終了セルを含む請求項４に記載の
   方法。
6. 【請求項６】 前記複数の領域終了セル基準が、前記ア
   レイにおける前記複数のセルの最後である前記領域終了
   セルを含む請求項４に記載の方法。
7. 【請求項７】屈折計であって、 複数の光電セルを含む線形走査型アレイであって、各セ
   ルが走査中に応答信号を生成し、各応答信号の振幅が入
   射光による対応するセルの照射量によって決定される線
   形走査型アレイと、 光を前記アレイに向けるための光学装置であって、前記
   アレイの特定の光電セルが前記光によって照射され、前
   記アレイの照射領域および暗領域によって定義されるシ
   ャドーラインのセル交差番号が前記光学装置と連動する
   ように配置される物質の屈折率によって決定されるよう
   になっている光学装置と、 前記線形走査型アレイからの前記応答信号を、前記線形
   走査型アレイからの前記応答信号の振幅に関する情報を
   含むディジタル信号に変換するためのアナログ／ディジ
   タル変換装置であって、前記ディジタル信号が集合的に
   前記アレイに関する照射分布曲線を表しているアナログ
   ／ディジタル変換装置と、 前記シャドーラインが表されている前記照射分布曲線の
   少なくとも一部における２階微分を算出し、前記２階微
   分によって境界をなす最大の正領域を識別し、前記最大
   の正領域の重心を求め、前記重心のセル座標を前記セル
   交差番号に割り当て、前記セル交差番号に基づく前記屈
   折率を算出するためのディジタル処理回路装置と、 前記物質の前記屈折率に基づく測定値を記録するための
   前記ディジタル処理回路装置に接続された出力装置と、
   を具備する屈折計。