JPH0771934A - 湾曲面の表面状態を決定する装置 - Google Patents
湾曲面の表面状態を決定する装置Info
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- JPH0771934A JPH0771934A JP5006103A JP610393A JPH0771934A JP H0771934 A JPH0771934 A JP H0771934A JP 5006103 A JP5006103 A JP 5006103A JP 610393 A JP610393 A JP 610393A JP H0771934 A JPH0771934 A JP H0771934A
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2531—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object using several gratings, projected with variable angle of incidence on the object, and one detection device
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
- A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
- A61B3/107—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining the shape or measuring the curvature of the cornea
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 物体の傾きの符号を判定できないモアレ像の
欠点を解消した湾曲面の表面輪郭状態を決定する装置、
特に角膜計を提供する。 【構成】 検査する湾曲面上に付加的なモアレ模様が生
じるように線模様を投影する装置が互いに角度を有して
配置された2つの投影機3を含み、投影機3は平行直線
のラスターを備えており、これらの直線は投影軸線を通
る平面および長方形のダイヤフラム9に対して直角に位
置付けられ、ダイヤフラム9の長辺はラスターの直線に
平行とされる。光源はスリット形連続光源5とスリット
形閃光ランプ6との組み合わせとされる。ランプ5は装
置に連動されたテレビカメラ2と同期され、フィラメン
トおよびガス放電管はダイヤフラム9を通して垂直状態
で投影するように設置される。最終状態を得るために形
成された高さの線図の記録は電子的にフィルター処理さ
れ、モニターにリアルタイムで高コントラストのモアレ
高さ輪郭を形成するようになされる。
欠点を解消した湾曲面の表面輪郭状態を決定する装置、
特に角膜計を提供する。 【構成】 検査する湾曲面上に付加的なモアレ模様が生
じるように線模様を投影する装置が互いに角度を有して
配置された2つの投影機3を含み、投影機3は平行直線
のラスターを備えており、これらの直線は投影軸線を通
る平面および長方形のダイヤフラム9に対して直角に位
置付けられ、ダイヤフラム9の長辺はラスターの直線に
平行とされる。光源はスリット形連続光源5とスリット
形閃光ランプ6との組み合わせとされる。ランプ5は装
置に連動されたテレビカメラ2と同期され、フィラメン
トおよびガス放電管はダイヤフラム9を通して垂直状態
で投影するように設置される。最終状態を得るために形
成された高さの線図の記録は電子的にフィルター処理さ
れ、モニターにリアルタイムで高コントラストのモアレ
高さ輪郭を形成するようになされる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、検査する湾曲面上に線
模様を投影する装置と、この表面に形成された像記録す
る検出装置と、データ処理装置とを含んでなる湾曲面の
表面輪郭形状(トポグラフィー)を決定する装置に関す
る。このような装置は、特にいわゆる角膜計と称される
場合には、例えばコンタクトレンズに関する測定や、外
科治療の前後における角膜表面輪郭形状の正確な決定を
行うために、人間の眼の外形、特に角膜外面の湾曲状態
を決定するために使用される。
模様を投影する装置と、この表面に形成された像記録す
る検出装置と、データ処理装置とを含んでなる湾曲面の
表面輪郭形状(トポグラフィー)を決定する装置に関す
る。このような装置は、特にいわゆる角膜計と称される
場合には、例えばコンタクトレンズに関する測定や、外
科治療の前後における角膜表面輪郭形状の正確な決定を
行うために、人間の眼の外形、特に角膜外面の湾曲状態
を決定するために使用される。
【0002】この装置は湾曲物体を製造し、検査するこ
とにも使用できる。
とにも使用できる。
【0003】
【従来の技術】知られている商業的に入手可能な光学角
膜計によれば、角膜の湾曲半径は空気と涙液との境界面
における反射測定図を試験図と比較することによって局
部的に測定される。
膜計によれば、角膜の湾曲半径は空気と涙液との境界面
における反射測定図を試験図と比較することによって局
部的に測定される。
【0004】傾斜の等しい箇所がこのようにして作図で
きる。このような記録の判断において対象物の予備知識
がなくして誤差が決定できない。測定される角膜面積部
分は限られている。
きる。このような記録の判断において対象物の予備知識
がなくして誤差が決定できない。測定される角膜面積部
分は限られている。
【0005】角膜の表面輪郭形状の明確な記録は、特に
テツオ・カワラ氏が記載した形式の角膜計によって得る
ことができる(1)。このような角膜計はモアレ輪郭線
を使用するものであり、モアレ輪郭線は高さの等しい箇
所の線である。このためには、モアレ技術に必要とされ
るように、角膜の反射面はモアレ技術に必要なフルオレ
セインフィルムを適用して完全拡散放射面に変換され
る。フルオレセインフィルムの蛍光は像を形成するのに
使用され、一方、励起光(スペクトル反射によって像を
歪める)はフィルター処理される。球面の精度を得るた
めに、テツオ・カワラ氏は1mm当たり約12線組の格
子を使用しており、これは角膜計の視軸に対して傾いた
投影角度を光学的に補償する投影装置のダイヤフラムが
狭いスリット形のダイヤフラムであること、そして必要
な視野深度を有するカメラのダイヤフラムが十分に小さ
いなダイヤフラムであることから、カメラの基準格子上
に像を形成する。傾いた投影角度のために、凸面である
角膜によって僅かに変形された投影格子と基準格子との
重ねられた模様をカメラが「見る」ことになる。干渉現
象として可視状態になる格子間の空間的なうねり(ビー
ト)はモアレとして知られている。この干渉像は等しい
高さ位置の線を表す。このモアレ構造においては倍増コ
ントラストが得られるので、高さの線は写真から直線に
読み取れる。これらの高さの線を3次元形状に変換する
ことは角膜表面の局部的半径の情報を有生む。
テツオ・カワラ氏が記載した形式の角膜計によって得る
ことができる(1)。このような角膜計はモアレ輪郭線
を使用するものであり、モアレ輪郭線は高さの等しい箇
所の線である。このためには、モアレ技術に必要とされ
るように、角膜の反射面はモアレ技術に必要なフルオレ
セインフィルムを適用して完全拡散放射面に変換され
る。フルオレセインフィルムの蛍光は像を形成するのに
使用され、一方、励起光(スペクトル反射によって像を
歪める)はフィルター処理される。球面の精度を得るた
めに、テツオ・カワラ氏は1mm当たり約12線組の格
子を使用しており、これは角膜計の視軸に対して傾いた
投影角度を光学的に補償する投影装置のダイヤフラムが
狭いスリット形のダイヤフラムであること、そして必要
な視野深度を有するカメラのダイヤフラムが十分に小さ
いなダイヤフラムであることから、カメラの基準格子上
に像を形成する。傾いた投影角度のために、凸面である
角膜によって僅かに変形された投影格子と基準格子との
重ねられた模様をカメラが「見る」ことになる。干渉現
象として可視状態になる格子間の空間的なうねり(ビー
ト)はモアレとして知られている。この干渉像は等しい
高さ位置の線を表す。このモアレ構造においては倍増コ
ントラストが得られるので、高さの線は写真から直線に
読み取れる。これらの高さの線を3次元形状に変換する
ことは角膜表面の局部的半径の情報を有生む。
【0006】以上のモアレ投影装置の過酷な制約は、一
方においては視野に十分な深度が要求されることで、こ
のために小さなダイヤフラムが必要とされる。他方にお
いては、高さ輪郭の間隔ができるだけ小さくなければな
らず、このためには線組/mmの数値が大きい格子が必
要となる。それ故、テツオ・カワラ氏の装置は回折限界
を受ける。高解像度は高価となる視野深度で得られる
か、カメラの光軸に対する格子の投影角度を増大するこ
とで得ることができる。視野の小さな深度では角膜全体
を1回の露出によって作図できず、約18°以上の大き
な投影角度は、光学的な人為結果を生じるために、もは
や視覚的に解釈できない像を生む。前述機器の場合に
は、高さの線は記録される表面上に位置される代わりに
基準格子の位置に表示され、このことは像のサイズおよ
び像の角度の変化に対してその機器の融通性が小さいこ
とを意味する。傾きの符号(正負)は知られない(既存
の知識によって「凸面」と知る)。テツオ・カワラ氏の
角膜計は写真を出力する。このように記録された高さの
線を局部的な湾曲半径、偏心量等へと変換することはそ
れから行わねばならない。
方においては視野に十分な深度が要求されることで、こ
のために小さなダイヤフラムが必要とされる。他方にお
いては、高さ輪郭の間隔ができるだけ小さくなければな
らず、このためには線組/mmの数値が大きい格子が必
要となる。それ故、テツオ・カワラ氏の装置は回折限界
を受ける。高解像度は高価となる視野深度で得られる
か、カメラの光軸に対する格子の投影角度を増大するこ
とで得ることができる。視野の小さな深度では角膜全体
を1回の露出によって作図できず、約18°以上の大き
な投影角度は、光学的な人為結果を生じるために、もは
や視覚的に解釈できない像を生む。前述機器の場合に
は、高さの線は記録される表面上に位置される代わりに
基準格子の位置に表示され、このことは像のサイズおよ
び像の角度の変化に対してその機器の融通性が小さいこ
とを意味する。傾きの符号(正負)は知られない(既存
の知識によって「凸面」と知る)。テツオ・カワラ氏の
角膜計は写真を出力する。このように記録された高さの
線を局部的な湾曲半径、偏心量等へと変換することはそ
れから行わねばならない。
【0007】制限されたモアレ輪郭の間隔(測定位置)
を保持するために非常に微細な格子に依存することは、
モアレ像の強さ分布の代わりに投影された格子の局部的
な位相が測定点として使用されるならば、基本的に除去
できる。
を保持するために非常に微細な格子に依存することは、
モアレ像の強さ分布の代わりに投影された格子の局部的
な位相が測定点として使用されるならば、基本的に除去
できる。
【0008】物体表面のモアレ高さの線は、投影された
格子と基準格子との間の相対的な位相によって形成され
る。これらの高さの線は一方の格子を変位させることで
変位され、この結果、1つの測定点における連続した位
相測定が可能になる。強さの変化は従って位相変化の尺
度である。移動する格子の移動装置は知られているの
で、傾きの符号(正負)は決定できる。角膜計の場合に
は、避けられない眼の運動を考慮すれば、そのような運
動測定を遂行することは殆どできない。しかし義歯のよ
うな他の物体の表面の検査では、装置を使用することが
知られている。これにおいては、2つの干渉模様が互い
に対して角度を有して干渉計により投影される(2)。
その角度の二等分軸に対して直角で、且つまた交互に拡
散するように照明されるか、または多少ながら高コント
ラストの線模様を含んでいる面が、2つの光ビームの交
差する空間内に作られる。これらの平行面間の距離は等
しく、光ビーム間の角度および投影された格子模様にお
ける線間距離に依存する。物体がこの空間内に置かれる
と、物体は拡散照明された面および格子模様の像を有す
る面と交互に交わる。この結果、交差線が物体上に見え
るようになり、和の効果によって2つの強度のコントラ
ストは非常に小さいにもかかわらずにこれらの線は互い
に一定した高さの差を有する。前述した高さの線を見え
るようにするために、(2)に記載したような空間的
(光学的)または時間的(電子的)なフィルター処理を
依然として使用しなければならない。
格子と基準格子との間の相対的な位相によって形成され
る。これらの高さの線は一方の格子を変位させることで
変位され、この結果、1つの測定点における連続した位
相測定が可能になる。強さの変化は従って位相変化の尺
度である。移動する格子の移動装置は知られているの
で、傾きの符号(正負)は決定できる。角膜計の場合に
は、避けられない眼の運動を考慮すれば、そのような運
動測定を遂行することは殆どできない。しかし義歯のよ
うな他の物体の表面の検査では、装置を使用することが
知られている。これにおいては、2つの干渉模様が互い
に対して角度を有して干渉計により投影される(2)。
その角度の二等分軸に対して直角で、且つまた交互に拡
散するように照明されるか、または多少ながら高コント
ラストの線模様を含んでいる面が、2つの光ビームの交
差する空間内に作られる。これらの平行面間の距離は等
しく、光ビーム間の角度および投影された格子模様にお
ける線間距離に依存する。物体がこの空間内に置かれる
と、物体は拡散照明された面および格子模様の像を有す
る面と交互に交わる。この結果、交差線が物体上に見え
るようになり、和の効果によって2つの強度のコントラ
ストは非常に小さいにもかかわらずにこれらの線は互い
に一定した高さの差を有する。前述した高さの線を見え
るようにするために、(2)に記載したような空間的
(光学的)または時間的(電子的)なフィルター処理を
依然として使用しなければならない。
【0009】モアレ像の欠点は、物体に関する予備知識
以外から傾きの符号(正負)を決定できないことであ
る。この問題を解決する1つの方法は1974年11月
21日付けで出願された仏国特許願第2,292,21
3号に記載されている(3)。この特許願は、2つのモ
アレ投影像が互いに比較される方法を記載している。モ
アレの記録は、第2モアレの記録の基準面がそのモアレ
輪郭距離の半分よりも小さい距離だけ移動されるように
して作られる。小さい間隔および大きな間隔が交互に有
する二重輪郭がこうして作られる。この輪郭は例えば黄
色および青色の格子を使用して色でラベル付けされる。
従ってこの結果は色記録となり、比較的小さな輪郭間隔
が黄色〜青色または青色〜黄色となる。傾きの符号(正
負)の情報はこの距離および色の組み合わせに含まれ
る。
以外から傾きの符号(正負)を決定できないことであ
る。この問題を解決する1つの方法は1974年11月
21日付けで出願された仏国特許願第2,292,21
3号に記載されている(3)。この特許願は、2つのモ
アレ投影像が互いに比較される方法を記載している。モ
アレの記録は、第2モアレの記録の基準面がそのモアレ
輪郭距離の半分よりも小さい距離だけ移動されるように
して作られる。小さい間隔および大きな間隔が交互に有
する二重輪郭がこうして作られる。この輪郭は例えば黄
色および青色の格子を使用して色でラベル付けされる。
従ってこの結果は色記録となり、比較的小さな輪郭間隔
が黄色〜青色または青色〜黄色となる。傾きの符号(正
負)の情報はこの距離および色の組み合わせに含まれ
る。
【0010】他の形式の色ラベル付けは1990年3月
9日付けで出願されたドイツ国特許願第P40 075
028号に記載されている(5)。この特許願は如何
にして2つの色の異なる格子が同時に異なる角度から物
体に投影されるかを記載している。検出装置におけるこ
の2つの格子は色分離によって別々に処理できる。検出
装置に対する傾きの角度および方向は物体上の局部的空
間的な格子の頻度から計算できる。この装置における基
本は2つの格子を機械的に連結して、それらの位相関係
が固定されることである。この結果として、格子を移動
させることによって雑音は平均化されるが、高さの輪郭
は位置を代えない。
9日付けで出願されたドイツ国特許願第P40 075
028号に記載されている(5)。この特許願は如何
にして2つの色の異なる格子が同時に異なる角度から物
体に投影されるかを記載している。検出装置におけるこ
の2つの格子は色分離によって別々に処理できる。検出
装置に対する傾きの角度および方向は物体上の局部的空
間的な格子の頻度から計算できる。この装置における基
本は2つの格子を機械的に連結して、それらの位相関係
が固定されることである。この結果として、格子を移動
させることによって雑音は平均化されるが、高さの輪郭
は位置を代えない。
【0011】角膜の湿気および反射面の曖昧でない外径
情報が望まれるならば、この反射面をランベルト放射体
に変換するために(1)に記載された蛍光技術が使用で
きる。これらの状態において良好に定められた照明がな
されるならば、局部的放出が計算できる。モアレコント
ラストを得るためには、(4)で知られた投影技術を
(1)に記載された形式の投影装置によって使用でき
る。これに好適なレーザーは入手できる。また、(4)
に記載された干渉計を格子発生装置として選択すること
ができ、あるいはその他の干渉装置を使用できる。位相
検出にて達成できる感度および精度のゲインに鑑みて計
算プログラムが開発されており、これにおいて測定され
る表面上に投影された格子の局部的な位相は、検出装置
の光軸に対して直角な基準面に対して計算される。搬送
波自体が情報を引き出すための基になり、搬送波の変調
が基になるのではないので、比較的粗い従って相応に大
きなダイヤフラムを許容する格子で作動できる。このよ
うにして眼に過大の放射負荷を生じることなく高解像度
のCCDテレビカメラの使用が可能になり、これはフレ
ームグラバー(glabber)を使用して像のリアル
タイムデジタル化が可能になる。
情報が望まれるならば、この反射面をランベルト放射体
に変換するために(1)に記載された蛍光技術が使用で
きる。これらの状態において良好に定められた照明がな
されるならば、局部的放出が計算できる。モアレコント
ラストを得るためには、(4)で知られた投影技術を
(1)に記載された形式の投影装置によって使用でき
る。これに好適なレーザーは入手できる。また、(4)
に記載された干渉計を格子発生装置として選択すること
ができ、あるいはその他の干渉装置を使用できる。位相
検出にて達成できる感度および精度のゲインに鑑みて計
算プログラムが開発されており、これにおいて測定され
る表面上に投影された格子の局部的な位相は、検出装置
の光軸に対して直角な基準面に対して計算される。搬送
波自体が情報を引き出すための基になり、搬送波の変調
が基になるのではないので、比較的粗い従って相応に大
きなダイヤフラムを許容する格子で作動できる。このよ
うにして眼に過大の放射負荷を生じることなく高解像度
のCCDテレビカメラの使用が可能になり、これはフレ
ームグラバー(glabber)を使用して像のリアル
タイムデジタル化が可能になる。
【0012】測定される角膜は動いており、固定できな
い。この結果、収集時間は非常に短い(テレビカメラの
成分時間よりも短い)。更に、像の一部は角膜での反射
のために局部的な露出過多を生じて失われる。
い。この結果、収集時間は非常に短い(テレビカメラの
成分時間よりも短い)。更に、像の一部は角膜での反射
のために局部的な露出過多を生じて失われる。
【0013】これらの問題はCCDテレビカメラを使用
し、このカメラと同期された2つの閃光管を使用して解
決できる。第1の閃光管は最初の半ラスター周期の終わ
りに同期され、ダイヤフラムの閃光管は次の半ラスター
の始めに同期される。全積分時間はここで閃光時間およ
び閃光間隔に制限される。2つの閃光露出互いに独立し
た(しかし時間的に関連されている)独自の写真を作る
ので、1方の写真が他方の写真で失われている情報を補
完できる。この状況は記載された二重閃光技術を使用し
て達成される。これにおいて例えば奇数のテレビ線を最
初に分析し、次に偶数の線を分析することができる。
し、このカメラと同期された2つの閃光管を使用して解
決できる。第1の閃光管は最初の半ラスター周期の終わ
りに同期され、ダイヤフラムの閃光管は次の半ラスター
の始めに同期される。全積分時間はここで閃光時間およ
び閃光間隔に制限される。2つの閃光露出互いに独立し
た(しかし時間的に関連されている)独自の写真を作る
ので、1方の写真が他方の写真で失われている情報を補
完できる。この状況は記載された二重閃光技術を使用し
て達成される。これにおいて例えば奇数のテレビ線を最
初に分析し、次に偶数の線を分析することができる。
【0014】信号を分析する1つの方法はフーリエ分析
を使用することである。この分析のための条件は、モア
レコントラストの使用で回避できないように信号が過変
調されないことである。記録されたテレビ画像は位相変
調されると見なされることができ、測定する物体の高さ
は投影した格子の位相において変調される。図2は1次
元的な方法において格子が如何にして変調され、投影さ
れるかを示している。ダイヤフラムの設置は1そして0
の順に伝え、この結果、強度が次式で計算できる。
を使用することである。この分析のための条件は、モア
レコントラストの使用で回避できないように信号が過変
調されないことである。記録されたテレビ画像は位相変
調されると見なされることができ、測定する物体の高さ
は投影した格子の位相において変調される。図2は1次
元的な方法において格子が如何にして変調され、投影さ
れるかを示している。ダイヤフラムの設置は1そして0
の順に伝え、この結果、強度が次式で計算できる。
【数1】i(α)=Asin(ωo /2)+d ここで、 ωo :ラスター関数 A :振幅 d :D.C.変位
【0015】投影された変調波形は次にこの形式の形状
を得る。
を得る。
【数2】 i(β)=Asin(ωo /2)+c(β)+d ここで、 c(β):関数として表された物体の高さ i(β)はカメラによって測定された像であることに注
意すること。位相は、従って物体の高さは変調された波
形i(β)からフーリエ変換によって復元できる。原理
において、以下の段階は高さを復元するのに必要であ
る。
意すること。位相は、従って物体の高さは変調された波
形i(β)からフーリエ変換によって復元できる。原理
において、以下の段階は高さを復元するのに必要であ
る。
【数3】I(ω)=F{i(β)}
【数4】Y(ω)=D{I(ω)}
【数5】Y(β)=F-1{Y(ω)}
【数6】 c(β)=argy(β)・Σc(β)+kπc(β)ke ここで、 F{ }:前方へのフーリエ変換 F{ }:後方へのフーリエ変換 D{ }:復調変換 arg( ):複素数/シリーズの偏角/位相
【0016】データ処理装置はこれらの計算を計数型に
て実行する。計数型フーリエ変換にとって必要とされる
計算数を減少する非常に好適な方法がある。この方法は
高速フーリエ変換(FFT)と呼ばれている。記載した
1次元的な分析技術に似て2次元分析を実行することが
できる。この2次元的フーリエ変換は互いに別々に実行
される1次元変換を含むので、数3、数4、数5および
数6に記載されたのと同じ方法が応用される。
て実行する。計数型フーリエ変換にとって必要とされる
計算数を減少する非常に好適な方法がある。この方法は
高速フーリエ変換(FFT)と呼ばれている。記載した
1次元的な分析技術に似て2次元分析を実行することが
できる。この2次元的フーリエ変換は互いに別々に実行
される1次元変換を含むので、数3、数4、数5および
数6に記載されたのと同じ方法が応用される。
【0017】復調された像の湾曲半径を決定するため
に、特に楕円もしくは多項式曲線の適応が可能である。
このための方法は、例えばガウスの消去である。離心
率、非点収差等がこの適応から決定もしくは計算でき
る。この適応による決定はまた1次元または2次元的な
方法で実行できる。変換技術および適応技術の両方に関
して、2次元方法はより正確である。何故ならば、基本
的に全ての測定された像点は実際に一致するように互い
に関係付けられる。測定誤差はまたこの方法においてい
っそう効果的に平均的な値に落ち着き、あるいは無視さ
れる。更に改良するためにデジタルフィルター技術が使
用される。
に、特に楕円もしくは多項式曲線の適応が可能である。
このための方法は、例えばガウスの消去である。離心
率、非点収差等がこの適応から決定もしくは計算でき
る。この適応による決定はまた1次元または2次元的な
方法で実行できる。変換技術および適応技術の両方に関
して、2次元方法はより正確である。何故ならば、基本
的に全ての測定された像点は実際に一致するように互い
に関係付けられる。測定誤差はまたこの方法においてい
っそう効果的に平均的な値に落ち着き、あるいは無視さ
れる。更に改良するためにデジタルフィルター技術が使
用される。
【0018】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、横
方向に高解像度である正確な高さの線すなわち輪郭模様
が、例えばコンタクトレンズの取り付けや眼媒質の外科
手術に必要とされるような所望データを得るための基礎
とされるような湾曲面を決定する装置を提供することで
ある。この装置が角膜計である場合、高さの線図は角膜
上にその全体を含めて作られる。また、検出装置もまた
更に他の処理のために全高さの線図がリアルタイムでデ
ジタル形式で得られるように設計される。この結果、角
膜の中央および周辺部の湾曲の正確な決定が可能にな
る。
方向に高解像度である正確な高さの線すなわち輪郭模様
が、例えばコンタクトレンズの取り付けや眼媒質の外科
手術に必要とされるような所望データを得るための基礎
とされるような湾曲面を決定する装置を提供することで
ある。この装置が角膜計である場合、高さの線図は角膜
上にその全体を含めて作られる。また、検出装置もまた
更に他の処理のために全高さの線図がリアルタイムでデ
ジタル形式で得られるように設計される。この結果、角
膜の中央および周辺部の湾曲の正確な決定が可能にな
る。
【0019】
【課題を達成するための手段】本発明によれば、この装
置が、互いに角度を有して配置され、それぞれ投影軸線
を通る面に対して直角に配置された2つの投影機と長辺
が格子の線に平行とされている長方形ダイヤフラムとで
構成される。
置が、互いに角度を有して配置され、それぞれ投影軸線
を通る面に対して直角に配置された2つの投影機と長辺
が格子の線に平行とされている長方形ダイヤフラムとで
構成される。
【0020】これらの投影装置、拡散照明される平面、
および多少ながら高コントラストの格子像を有する平面
が得られ、これら平面はアナログまたはデジタル信号処
理の後に、物体と交わって高い線図を作る。
および多少ながら高コントラストの格子像を有する平面
が得られ、これら平面はアナログまたはデジタル信号処
理の後に、物体と交わって高い線図を作る。
【0021】被検査眼球に許容できる放射負荷は、必要
な青色〜緑色の励起光を使用した場合でさえも、比較的
大きなダイヤフラム開口を使用することで検出装置側か
ら得られる。
な青色〜緑色の励起光を使用した場合でさえも、比較的
大きなダイヤフラム開口を使用することで検出装置側か
ら得られる。
【0022】投影の行われる角度は検査する表面の傾き
もしくは湾曲による。データ処理の性質により、モアレ
像の直接的な形成の場合よりもかなり大きな投影角度が
可能である。一方、感度ゲインも直接的なモアレ装置に
比べて非常に小さな角度を使用しうる。角膜計の場合に
は、セッティングのためおよびビューファィンダー像の
ためにリアルタイムのモアレ像がアナログ電子フィルタ
ーによって作られる。
もしくは湾曲による。データ処理の性質により、モアレ
像の直接的な形成の場合よりもかなり大きな投影角度が
可能である。一方、感度ゲインも直接的なモアレ装置に
比べて非常に小さな角度を使用しうる。角膜計の場合に
は、セッティングのためおよびビューファィンダー像の
ためにリアルタイムのモアレ像がアナログ電子フィルタ
ーによって作られる。
【0023】更に、角膜計の場合には特に、ビューファ
インダー像のための光源はスリット形フィラメントまた
はスリット形ガス放電を有するランプとされる。これは
投影機の垂直なスリット形ダイヤフラム上に垂直に配向
されて投影される。投影装置の熱負荷を最小限に抑える
ため、また、眼の光負荷を低く維持するために比較的粗
い格子が投影される。この格子はダイヤフラム開口が大
きい場合に十分な視野深度を有して投影できる。検出装
置は、高さの線図の形成が非常に短い時間で可能な装置
を備えることができ、この結果露出の際の眼の不可避の
動きは記録の質に悪い影響を及ぼさない。
インダー像のための光源はスリット形フィラメントまた
はスリット形ガス放電を有するランプとされる。これは
投影機の垂直なスリット形ダイヤフラム上に垂直に配向
されて投影される。投影装置の熱負荷を最小限に抑える
ため、また、眼の光負荷を低く維持するために比較的粗
い格子が投影される。この格子はダイヤフラム開口が大
きい場合に十分な視野深度を有して投影できる。検出装
置は、高さの線図の形成が非常に短い時間で可能な装置
を備えることができ、この結果露出の際の眼の不可避の
動きは記録の質に悪い影響を及ぼさない。
【0024】物体表面のスペクトル反射のために2つの
格子像の間に強さの差が生じ、この結果、局部的な強度
から格子の位相高さのズレが局限的となり、また、高さ
の線図の形成も局限的となる。
格子像の間に強さの差が生じ、この結果、局部的な強度
から格子の位相高さのズレが局限的となり、また、高さ
の線図の形成も局限的となる。
【0025】物体に蛍光層を形成しておくことはこの方
法の場合のスペクトル反射を防止する。物体に付与され
た蛍光物質に発光を引き起こす波長の光を放射する光源
が使用できる。これに好適な物質はNaフルオレセイン
である。その最適な励起波長は溶剤によるが460〜5
10nm(青色〜緑色)であり、発光波長は520〜5
60nm(黄色)である。この投影装置は励起波長の光
だけを伝えるフィルターを取り付け検出系では、発光波
長を有用な光のみ通すフィルターが用いられる。励起光
の反射の結果として干渉の影響はこの後者のフィルター
を通して除去される。角膜計の実施例の場合は、視野軸
線および角膜計の光軸は次のように記録される。被検査
人は光源に向けて眼球を固定するように指示される。光
源の光軸は機器の光軸と一致されている。次に角膜計の
操作者はこの光源が眼で反射されて像の中心に向かうよ
うにする。
法の場合のスペクトル反射を防止する。物体に付与され
た蛍光物質に発光を引き起こす波長の光を放射する光源
が使用できる。これに好適な物質はNaフルオレセイン
である。その最適な励起波長は溶剤によるが460〜5
10nm(青色〜緑色)であり、発光波長は520〜5
60nm(黄色)である。この投影装置は励起波長の光
だけを伝えるフィルターを取り付け検出系では、発光波
長を有用な光のみ通すフィルターが用いられる。励起光
の反射の結果として干渉の影響はこの後者のフィルター
を通して除去される。角膜計の実施例の場合は、視野軸
線および角膜計の光軸は次のように記録される。被検査
人は光源に向けて眼球を固定するように指示される。光
源の光軸は機器の光軸と一致されている。次に角膜計の
操作者はこの光源が眼で反射されて像の中心に向かうよ
うにする。
【0026】本発明は図面に図解的に示された実施例の
例を参照して極めて詳細に説明される。
例を参照して極めて詳細に説明される。
【0027】
【実施例】本発明による角膜計は2つの投影機3を含
み、これらの投影機はカメラ2の光軸1と角度を有して
設置されている。両方の投影機はスライド4を含み、こ
のスライドは1mm当たり約5本の線組による線模様を
含んでいる。これらの線は投影軸線(図1)を通る面に
直角に走っている。上述したように、2つの線模様を角
度を有して投影することによって、拡散照明された平面
および多少高コントラストのラスター像を有する平面
が、2つの光ビームが交差する空間に交互に生じる。こ
の像は物体によって遮られて高さの線図すなわち輪郭の
チャートを形成する。
み、これらの投影機はカメラ2の光軸1と角度を有して
設置されている。両方の投影機はスライド4を含み、こ
のスライドは1mm当たり約5本の線組による線模様を
含んでいる。これらの線は投影軸線(図1)を通る面に
直角に走っている。上述したように、2つの線模様を角
度を有して投影することによって、拡散照明された平面
および多少高コントラストのラスター像を有する平面
が、2つの光ビームが交差する空間に交互に生じる。こ
の像は物体によって遮られて高さの線図すなわち輪郭の
チャートを形成する。
【0028】検査される眼はハイプロメローゼ−ブルノ
ンヴィル(Hypromellose−Bournon
ville)(登録商標)内のNaフルオレセインで処
理される。「ドライアイ」の場合には自然の涙液の代わ
りとして薬品を使用されるハイプロメローゼは、Na−
フルオレセインの溶剤となる数回につき瞬きして、Na
フルオレセインが涙フィルムに吸収されるようにして、
しかる後に記録が行われる。
ンヴィル(Hypromellose−Bournon
ville)(登録商標)内のNaフルオレセインで処
理される。「ドライアイ」の場合には自然の涙液の代わ
りとして薬品を使用されるハイプロメローゼは、Na−
フルオレセインの溶剤となる数回につき瞬きして、Na
フルオレセインが涙フィルムに吸収されるようにして、
しかる後に記録が行われる。
【0029】角膜の輪郭の正確な測定のために、この場
合は液体フィルムは均一厚さでなければならず、このた
めヒーロン(Healon)が使用できる。これは小さ
な分子量を有し、Naフルオレセインを溶かす。これは
例えばエクサイマーレーザーに助成された角膜プラスチ
ックの場合と類似する。
合は液体フィルムは均一厚さでなければならず、このた
めヒーロン(Healon)が使用できる。これは小さ
な分子量を有し、Naフルオレセインを溶かす。これは
例えばエクサイマーレーザーに助成された角膜プラスチ
ックの場合と類似する。
【0030】投影ランプ5は投影機の光源として使用さ
れる。眼の急激な動きを「止める」ために、閃光ランプ
6が使用される。これはテレビカメラと同期される。ま
た、一時的に投影機の連続ランプと置き換えられる。フ
ィルターがランプとスライドとの間に取り付けられる。
このフィルターは(7)光源の熱を反射し、また、
(8)青空〜緑色を除く全ての色を反射して、眼の放射
負荷をその青色〜緑色の励起光に制限させる。格子を投
影するために、投影装置は投影対物レンズ10を備えて
いる。物体が位置する側の投影対物レンズの焦点面に長
方形のダイヤフラム9が配置される。このダイヤフラム
の長辺は格子の線に平行とされる。短辺に沿うダイヤフ
ラムの開口は1mm当たり5本の線組を十分大きな視野
深度で投影する大きさで十分に小さい。長辺に沿うダイ
ヤフラムの比較的大きな開口は高さの線図の光の目的強
度を得る役割をなす。
れる。眼の急激な動きを「止める」ために、閃光ランプ
6が使用される。これはテレビカメラと同期される。ま
た、一時的に投影機の連続ランプと置き換えられる。フ
ィルターがランプとスライドとの間に取り付けられる。
このフィルターは(7)光源の熱を反射し、また、
(8)青空〜緑色を除く全ての色を反射して、眼の放射
負荷をその青色〜緑色の励起光に制限させる。格子を投
影するために、投影装置は投影対物レンズ10を備えて
いる。物体が位置する側の投影対物レンズの焦点面に長
方形のダイヤフラム9が配置される。このダイヤフラム
の長辺は格子の線に平行とされる。短辺に沿うダイヤフ
ラムの開口は1mm当たり5本の線組を十分大きな視野
深度で投影する大きさで十分に小さい。長辺に沿うダイ
ヤフラムの比較的大きな開口は高さの線図の光の目的強
度を得る役割をなす。
【0031】距離設定はモニター像に助けられて行われ
る。これに対してアナログフィルター作用の後、(2)
によって知られているように、同心リングが角膜上に現
れ(図3)て、この角膜はその焦点深度において全体的
に像を形成される。
る。これに対してアナログフィルター作用の後、(2)
によって知られているように、同心リングが角膜上に現
れ(図3)て、この角膜はその焦点深度において全体的
に像を形成される。
【0032】黄色帯域の絞りフィルター11がカメラの
前側に取り付けられ、このフィルターが青色励起光を遮
断し、黄色を放つ光のみ伝える。
前側に取り付けられ、このフィルターが青色励起光を遮
断し、黄色を放つ光のみ伝える。
【0033】各CCDカメラの位置のフィルター処理さ
れていないモアレ像はx,yおよびzの空間座標におけ
る画素情報を含む。デジタル像処理の助けにより、角膜
の形状を、例えば軸線方向断面として、または3次元構
造として詳細に見えるようにできる。軸線方向および横
方向の高解像度を得るために、電子的にアナログフィル
ター処理後に得られるようなリング模様は、開始点では
使用されないが、その代り、フィルター処理されていな
いテレビ画像がテレビ線一本ずつ分析される。
れていないモアレ像はx,yおよびzの空間座標におけ
る画素情報を含む。デジタル像処理の助けにより、角膜
の形状を、例えば軸線方向断面として、または3次元構
造として詳細に見えるようにできる。軸線方向および横
方向の高解像度を得るために、電子的にアナログフィル
ター処理後に得られるようなリング模様は、開始点では
使用されないが、その代り、フィルター処理されていな
いテレビ画像がテレビ線一本ずつ分析される。
【0034】機器が設定されたならばすぐに、フレーム
グラバーはコンピュータに連結されたモニターに対する
信号のデジタル化および伝達を見るようにする。そこで
信号は線一本ずつ分析される(図4)。これは投影装置
における左側の投影機および右側の投影機の両方につい
て行われ、同時に行われることが可能である。このよう
にして、一方の像で失われた全ての情報が他方の像によ
って補完できる。これは焦点外れ作用にも応用され、こ
れは2つの投影の場合には左右反対である。
グラバーはコンピュータに連結されたモニターに対する
信号のデジタル化および伝達を見るようにする。そこで
信号は線一本ずつ分析される(図4)。これは投影装置
における左側の投影機および右側の投影機の両方につい
て行われ、同時に行われることが可能である。このよう
にして、一方の像で失われた全ての情報が他方の像によ
って補完できる。これは焦点外れ作用にも応用され、こ
れは2つの投影の場合には左右反対である。
【0035】この技術において、横方向の水平解像度は
テレビ装置のバンド幅により、あるいはフレームグラバ
ーの解像度によって決定される。もはや定義されたうな
り(ビート)模様として非常に少ない横方向の解像度を
有するモアレ模様の縞によって決まるのではない。垂直
方向の解像度はテレビ線の数によって決定される。角膜
計として使用される以外に、傾きの符号(正負)を決定
するために物体の予備知識をもつ必要がないことから、
この装置はその他の物体、例えばコンタクトレンズ、義
歯、ひな型および工業的な物体の3次元形状を決定する
上で好適な装置とされることができる。 参考文献 1.Tetsuo Kawara著、“モアレ輪郭縞”
応用物理第18巻、1979年11月3675頁〜36
78頁 2.F.H.M.Jongsma et al著、歯型
のリアルタイム輪郭SPIE 第49巻、1985年
500頁〜506頁 3.仏特許出願 FR229213 4.J.Wasowski著 モアル輪郭形状線図、光
通信第2巻 321頁〜322頁 5.独特許出願DE40075028A1.
テレビ装置のバンド幅により、あるいはフレームグラバ
ーの解像度によって決定される。もはや定義されたうな
り(ビート)模様として非常に少ない横方向の解像度を
有するモアレ模様の縞によって決まるのではない。垂直
方向の解像度はテレビ線の数によって決定される。角膜
計として使用される以外に、傾きの符号(正負)を決定
するために物体の予備知識をもつ必要がないことから、
この装置はその他の物体、例えばコンタクトレンズ、義
歯、ひな型および工業的な物体の3次元形状を決定する
上で好適な装置とされることができる。 参考文献 1.Tetsuo Kawara著、“モアレ輪郭縞”
応用物理第18巻、1979年11月3675頁〜36
78頁 2.F.H.M.Jongsma et al著、歯型
のリアルタイム輪郭SPIE 第49巻、1985年
500頁〜506頁 3.仏特許出願 FR229213 4.J.Wasowski著 モアル輪郭形状線図、光
通信第2巻 321頁〜322頁 5.独特許出願DE40075028A1.
【図1】本発明による角膜計の概略図。
【図2】物体c(x)を通るx軸上での強度の関数の投
影を示しており、a(x)は原点を通るp(x)の直角
な線、{Z(x)}はc(x)との交差点がβであると
きの直角な線p(x)の集合、ψは投影角度、p(x)
は原点としての0を有する強度の関数、そしてc(x)
は物体を示す。
影を示しており、a(x)は原点を通るp(x)の直角
な線、{Z(x)}はc(x)との交差点がβであると
きの直角な線p(x)の集合、ψは投影角度、p(x)
は原点としての0を有する強度の関数、そしてc(x)
は物体を示す。
【図3】電子的なリアルタイムでフィルター処理された
ビューファインダー像。
ビューファインダー像。
【図4】テレビ画像を示しており、(a)は完全なテレ
ビ画像、(b)は(a)の画像を構成する成分である第
1の半ラスター画像、そして(c)は(a)の画像を構
成する成分である第2の半ラスター画像。
ビ画像、(b)は(a)の画像を構成する成分である第
1の半ラスター画像、そして(c)は(a)の画像を構
成する成分である第2の半ラスター画像。
【図5】テレビの線のデジタル的に得られた位相復元
図。
図。
【図6】球面におけるテレビの半ラスターの2次元復元
図。
図。
1 光軸 2 カメラ 3 投影機 4 スライド 5 投影ランプ 6 閃光ランプ 9 ダイヤフラム 10 対物レンズ 11 フィルター
Claims (13)
- 【請求項1】 検査する湾曲面上に付加的なモアレ模様
が生じるようにして線模様を投影する装置と、この表面
に形成された像を記録する検出装置とを含んでなる湾曲
面の表面輪郭状態(トポグラフィー)を決定する装置で
あって、投影装置が互いに対して角度を有して配置され
た2つの投影機を含み、各々の投影機は平行直線のラス
ターを備えており、これらの直線は投影軸線を通る平面
および長方形のダイヤフラムに対して直角に位置付けら
れていて、ダイヤフラムの長辺がラスターの直線に平行
とされていることを特徴とする湾曲面の表面輪郭状態を
決定する装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載された装置であって、こ
れらの投影機が10°〜45°の角度でそれぞれ配置さ
れていることを特徴とする湾曲面の表面輪郭状態を決定
する装置。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載された装
置であって、光源またはフィルターが投影装置に使用さ
れて、検査されるべき表面に付与された蛍光物質が光を
放つような波長の光を放射もしくは伝えること、また、
この放たれた光だけを伝えるフィルターを検出装置が備
えていることを特徴とする湾曲面の表面輪郭状態を決定
する装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載された装置であって、例
えばハイプロメローゼーブルノンヴィル(Hyprom
ellose−Bournonville)またはヒー
ロン(Healon)で分解される520〜560nm
の発光波長を有するNaフルオレセインのような蛍光物
質が使用され、また、510nm以下の波長の励起光の
みを伝えるフィルターが投影装置に使用されることを特
徴とする湾曲面の表面輪郭状態を決定する装置。 - 【請求項5】 請求項1から請求項4までの何れか1項
に記載された装置であって、両方の投影機の光源がスリ
ット形連続光源がその装置に連動するテレビカメラと同
期したスリット形閃光と組み合わされた光源であり、フ
ィラメントおよびガス放電管がスリット形ダイヤフラム
を通して垂直位置に突出されるように組み立てられてい
ることを特徴とする湾曲面の表面輪郭状態を決定する装
置。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5までの何れか1項
に記載された装置であって、スリット形ダイヤフラムが
ラスター投影対物レンズの焦点面に配置されて、オルソ
スコピック投影が得られるようになされたことを特徴と
する湾曲面の表面輪郭状態を決定する装置。 - 【請求項7】 請求項1から請求項6までの何れか1項
に記載された装置であって、適正な焦点合わせを行うた
めもしくは最終結果を得るために形成された高さ線図の
記録が電子的にフィルター処理を施されて、リアルタイ
ムでモニターにより高コントラストのモアレ高さ輪郭を
見ることができるようになされたことを特徴とする湾曲
面の表面輪郭状態を決定する装置。 - 【請求項8】 請求項1から請求項7までの何れか1項
に記載された装置であって、信号をデジタル化させるた
めに左から右へ設置された電子閃光が使用され、この閃
光は、第1のラスター周期の終わりおよび第2のラスタ
ー周期の始めにそれぞれ同期されて、たった数マイクロ
秒の間に全てのテレビラスターを照明し、また、望まし
くない反射、過度の焦点外れ等の局部的な障害がある場
合には半ラスターはその後に明かなデジタル分析によっ
て互いに補完できることを特徴とする湾曲面の表面輪郭
状態を決定する装置。 - 【請求項9】 請求項1から請求項8までの何れか1項
に記載された装置であって、フィルター処理されていな
いビデオ信号が2つの連続する半テレビラスターに明ら
かに存在している2つの相互にうなり(ビート)作用す
る周期信号に関して分析され、特に局部的な傾斜の信号
が導き出されることを特徴とする湾曲面の表面輪郭状態
を決定する装置。 - 【請求項10】 請求項1から請求項9までの何れか1
項に記載された装置であって、等距離高さの差に対応す
る等距離位相の距離においてうなり(ビート)作用する
周期信号の計算位相高さが、詳細高さ輪郭図として2次
元または3次元でグラフィックディスプレーされること
を特徴とする湾曲面の表面輪郭状態を決定する装置。 - 【請求項11】 請求項1から請求項10までの何れか
1項に記載された装置であって、既に計算された高さ輪
郭のデジタル処理によって、例えば光学器械従事者、コ
ンタクトレンズのスペシャリスト、眼科医あるいは技術
者にとって必要情報が入手できるようになされることを
特徴とする湾曲面の表面輪郭状態を決定する装置。 - 【請求項12】 請求項1から請求項11までの何れか
1項に記載された装置であって、計算はフーリエ変換、
位相復調、逆フーリエ変換、投影角度補正によって実行
され、高さ像の復元のために1つ以上のラスターは時間
または周波数の領域に、あるいは1次元、2次元または
多次元形状において、可能なデジタルフィルター技術を
同時に含むことを特徴とする湾曲面の表面輪郭状態を決
定する装置。 - 【請求項13】 請求項1から請求項12までの何れか
1項に記載された装置であることを特徴とする角膜計。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL9200071 | 1992-01-15 | ||
NL9200071A NL9200071A (nl) | 1992-01-15 | 1992-01-15 | Inrichting voor het bepalen van de topografie van een gekromd oppervlak. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0771934A true JPH0771934A (ja) | 1995-03-17 |
JP2599876B2 JP2599876B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=19860300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5006103A Expired - Fee Related JP2599876B2 (ja) | 1992-01-15 | 1993-01-18 | 湾曲面の表面状態を決定する装置 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5406342A (ja) |
EP (1) | EP0551955B1 (ja) |
JP (1) | JP2599876B2 (ja) |
DE (1) | DE69312975T2 (ja) |
DK (1) | DK0551955T3 (ja) |
ES (1) | ES2108203T3 (ja) |
NL (1) | NL9200071A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011252835A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | Myuu Skynet:Kk | 三次元形状計測装置 |
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