專利名稱：鏡片大口徑自動測量儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于焦度儀(屈光度儀)類型的光電子自動化檢測儀器，主要用于眼鏡片或隱形鏡片的大口徑范圍中的光學中心、球面屈光度、柱面屈光度和軸向以及棱鏡度和底軸等光學性質的測量。尤其適用雙焦、多焦和變焦鏡片光學中心位置的測量，和變焦鏡片的整體測量。
到目前為止，眼鏡片光學性質的測量主要采用兩類屈光度儀。第一類是光學頂點屈光度儀，基本原理采取焦距儀的方式，測量時轉動讀數手輪使清晰地觀察十字線的中心，這時該儀器手輪上給出了屈光度值，在儀器主軸線上給鏡片打上印記代表光學中心位置。這類儀器采用目鏡觀察或投影觀察，采用標尺刻度讀數或電子數字化讀數。第二類是全自動屈光度儀，一般采用四束光束掃描鏡片，檢測其偏折可計算出屈光度，測量時在儀器載物架上放置被測鏡片即可顯示出屈光度等光學性質數據，同時也給出鏡片光學中心偏離儀器主軸方向的指示，移動鏡片使指示表明兩中心符合，這時正確給出光學性質數據，在該類儀器的主軸上給鏡片打上標記代表光學中心位置。這兩類儀器只能對鏡片的一個小區域測出該區域中心所代表的鏡片的屈光度等光學性質，有如下缺點1.不能對鏡片的大口徑范圍進行無機械移動的一步性測量。
2.不能實時給出鏡片大口徑范圍的光學中心位置、球面屈光度、柱面屈光度、棱鏡度、柱鏡軸向和棱鏡底軸的數值的兩維分布。
3.不能同時測定雙焦、多焦和變焦鏡片的各光學中心位置。
4.不能區分變焦鏡片的視近區、視遠區、變焦區和畸變區，不能測定變焦區中屈光度漸變的情況，不能測定畸變區中的畸變情況。
5.不能區分多焦鏡片的各個視區。
6.不能以圖象方式顯示和表征鏡片大口徑范圍內的光學性質分布的情況。
還應當說明多焦鏡片和變焦鏡片還沒有專用的測量儀器。
本發明的目的為克服上述已有技術的問題，是用掃描列陣光束發生器的多單元平行細光束依次照射被測鏡片，用一個付里葉變換透鏡把鏡片折射的光束變換到光電位置探測器上，用電子計算機的圖象處理器收集并處理這些折射角數據，并通過列陣照明器參考坐標點上的折射角數據可計算出與各點有關的光學中心位置、球面屈光度、柱而屈光度及軸向和棱鏡度及底軸的數值，因此一次掃描整個列陣光束發生器就能求得整個測量口徑上的全部光學性質的兩維分布數值，用圖象處理技術在顯示屏上即可形象地顯示出光學性質的兩維分布，也可數字化給出測量結果，打印機輸出的兩維數據圖附貼在鏡片上也能實時地給出鏡片的光學性質分布。
本發明的鏡片大口徑自動測量儀，在光學系統上沿光路行進方向從掃描列陣光束發生器15開始，依次是置放被測鏡片6的載物架5、濾光片7、付里葉變換透鏡8、光電位置探測器9，電子系統是由光電位置探測器9輸出電訊號通過模數轉換電路10進入圖象處理器11，圖象處理器11通過掃描驅動電路12連到掃描列陣光束發生器15，圖象處理器還帶有顯示器13和打印機14。
一、光學系統為保證測量精度，掃描列陣光束發生器15的多單元細光束采用方格形列陣排列，其掃描列陣光束發生器15的輸出口徑Ld為圓形或方形，單元細光束占有面積與占空面積比以1∶4-1∶1為宜，單元細光束之間的間隔以1mm-5mm為宜。為保證鏡片的大口徑測量，掃描列陣光束發生器15的有效輸出口徑Ld為φ30mm—φ60mm為宜，幀率等于或大于3幀/秒為宜。
掃描列陣光束發生器有多種結構，如由點光源11、擴束準直系統2、反射鏡3和電記址空間光調制器4所構成的；或者是單光束源，角度偏轉器和微透鏡所構成；或者是兩維發光二極管和微透鏡列陣所構成；或者是二維激光二極管列陣和微透鏡列陣所構成。
光電位置探測器是位置靈敏器件，為保證屈光度測量范圍和測量精度，它的位置定位精度好于1/1000。
光電位置探測器也可以是光電池列陣，光電二極管列陣，光電三極管列陣，電荷耦合器件或電荷注入器件。為保證測量精度，這些器件的探測單元采用與掃描列陣光束發生器15的單元細光束排列格形相同的方格形排列，其探測有效口徑Dd也為圓形或方形，探測單元占有面積與占空而積之比也以1∶4--1∶1為宜，單元數以400×400--5000×5000為宜。
為保證掃描列陣光束發生器掃描時的光電位置探測器的整幅采樣，整個光電位置探測器的采樣，轉換和存儲時間應小于掃描列陣光束發生器一個單元細光束的單元光電開關或發光器件周期時間。光電位置探測器9與掃描列陣光束發生器15按其幾何排列圖案是平行置放如圖4所示或者兩者成45°角置放。
在上述掃描列陣光束發生器15的第一種結構情況下，掃描列陣光束發生器的輸出口徑應等于或大于電記址空間光調制器4的有效口徑。擴束準直系統可以是準直透鏡也可以是擴束透鏡，空間濾波小孔和準直透鏡的組合。
為與掃描列陣光束發生器15的口徑匹配，付里葉變換透鏡8的有效口徑Sd應當大于其有效輸出口徑Ld。為保證像質，付里葉變換透鏡8的相對孔徑取1∶1.5--1∶3為宜。為保證最大屈光度值的測量，付里葉變換透鏡的焦距f與光電位置探測器列陣的有效口徑Dd之比應當等于或小于8∶1，即f∶Dd＝8∶1。
為減少環境雜散光產生的噪聲和產生標準波長，在載物架5前后加入濾光片7或干涉濾光片。
載物架5能支撐被測眼鏡片6或隱形鏡片，并附有可伸縮的固定裝置用于固定被測鏡片6。
為記錄被測鏡片6在儀器上的位置，儀器有可伸縮的打印標志的裝置。
為方便地調整被測鏡片6的放置位置，儀器在載物架5附近有可移動的擋板。
為縮小儀器的外形尺寸，光學系統的主軸上有一個或更多的反射鏡3。
二、電子系統為保證掃描，采樣和計算的同步，圖象處理器11作為主控計算機控制掃描列陣光束發生器15的驅動，以及控制光電位置探測器9的采樣和本身的計算執行程序。所以，圖象處理器11通過模數轉換電路10與光電位置探測器9相連，圖象處理器11通過掃描驅動電路12與掃描列陣光束發生器15相連。
為存儲采樣數據，計算結果和計算中間結果，圖象處理器有一個或更多的內存儲器，有數字化和兩維圖象顯示器。
為保證采樣和處理的同步，采樣和處理交替進行。為保證處理速度達到實時性，存儲器是圖象處理器的內存。
為控制掃描列陣光束發生器15上所輸出的每個單元細光束的形狀持續時間，掃描驅動電路12內含有與其單元細光束數量相等的并與其單元細光束一一相對應的控制單元細光束持續周期的單元光電開關或發光器件。
本發明具有如下明顯的優點1.能對鏡片的大口徑范圍進行無機械移動的一步性測量。
2.能實時地給出鏡片大口徑范圍上光學中心位置，球面屈光度，柱面屈光度，棱鏡度，柱鏡軸向和棱鏡底軸的數值的兩維分布。
3.能同時測定雙焦，多焦和變焦鏡片的各光學中心位置。
4.能區分變焦鏡片的各個視區，能測定變焦區中屈光度漸變的情況，能測定畸變區中的畸變情況。
5.能區分多焦鏡片的各個視區。
6.能以圖象方式顯示和表征鏡片大口徑范圍內的光學性質分布的情況。
7.測量自動化，操作簡單。
8.測量范圍大，精度高。
9.棱鏡度測量時不需附加補償用的標準棱鏡。
10.以1∶1比例的打印圖象直接表征多焦和變焦鏡片的特征。
11.保留了普通自動屈光度儀只測量儀器主軸方向一小區域上光學性質的功能。
圖1是本發明鏡片大口徑自動測量儀一種實施例的系統示意圖。
圖2是電記址空間光調制器4的單元排列格式示意圖。
圖3是物面上計算點排列示意圖。
圖4是光電位置探測器9的取向示意圖。
圖5是計算點位置示意圖。
下而結合附圖進一步詳細說明本發明實施例如圖1是本發明的一個實施例的系統示意圖。照明點光源1是鹵素燈。擴束準直系統2采用一準直透鏡2產生擴大的平行照明光。反射鏡3是為縮小儀器的外形尺寸而設置的。電記址空間光調制器4是液晶器件，排列格式為方格形，如圖2所示。受圖象處理器11控制而逐次開通其包含的單元電光開關。一個開關通時產生一單元細光束照射放于載物架5上的被測鏡片6，濾光片7濾去環境雜散光，產生標準測試波長，付里葉變換透鏡8將經過鏡片折射的該光束投射到位于其后焦而上的光電位置探測器9上。由于付里葉變換性質，該投射光束的位置就代表了折射角。光電位置探測器件9是位置靈敏器件，由圖象處理器11控制進行采樣，并通過模數轉換電路10變為數字信號。然后將該光束中心位置的沿x軸和y軸的兩個坐標信號存儲進圖象處理器11的一個存儲器中。液晶空間光調制器4的一次全屏掃描過程中，圖象處理器11存儲下全部折射光束位置的數據。
實際操作運算
鏡片物面上任一坐標點的有關光學中心位置，球面屈光度，柱面屈光度及軸向和棱鏡度及底軸的六個光學性質量能夠用該物點鄰近域中(包含或不包含該點)的三個不在同一直線上的物點的折射角求出。
為保證測量精度，應求出折射光束的中心位置。
為保證測量精度，取四個位于正方形角上排列的物點，如圖3所示，來推算出中央物點的光學性質，或取正十字線排列的五個物點來推算出中心點的光學性質。
為保證計算的正確性，方格柵形的掃描空間光束發生器和光電位置探測器按相同方向放置，如圖2和圖4所示。
為使兩維離散點數據向兩維連續或等位線數據轉換，采用數字圖象處理技術。
為形象化地顯示兩維測量結果，采用單色或彩色編碼的等位線表示。
為實地表達被測鏡片6的數據分布，采用1∶1比例打印等位線圖案。
如圖1的系統中，準直透鏡2的輸出口徑為φ50mm，液品空間光調制器4的單元細光束的口徑為0.8mm×0.8mm，間隔3.5mm，有效輸出口徑Ldφ50mm，位置靈敏探測器的有效口徑尺寸Dd為100mm×100mm，分辨率1/1000。付里葉變換透鏡8的口徑為φ60mm，焦距f＝100mm，圖象處理器中的中心處理器為486，66兆，32位，內存32兆。
光束的折射角θx和θy由其在位置靈敏器件上的位置x和y決定，其為tgθx=xf]]>tgθy=yf]]>圖5表示由四個液晶開關單元的折射角決定其中心物點上的光學參數的示意圖。假定計算點坐標為(x，y)，測試點坐標為(x＋Δ，y)，(x，y－Δ)，(x－Δ，y)，(x，y＋Δ)，它們的折射角分別為(tgθx(1)，tgθy(1))，(tgθx(2)，tgθy(2))，(tgθx(3)，tgθy(3))和(tgθx(4)，tgθy(4))，x，y和Δ為毫米單位，則中間變量定義為A=tgθx(1)-tgθx(3)2Δ]]>B=tgθy(4)-tgθy(2)2Δ]]>C=tgθy(1)-tgθy(3)+tgθx(4)-tgθx(2)4Δ]]>G=tgθx(1)+tgθx(3)2]]>H=tgθy(4)+tgθy(2)2]]>E＝Ax＋Cy－GF＝By＋Cx－H該計算點對應的光學性質為，光學中心位置x0=BE-CFAB-C2-----(mm)]]>y0=AF-CEAB-C2-----(mm)]]>柱鏡軸向tg2θ=2CA-B]]>球面屈光度D1=-1000(A+B2+Ccos2θ)----(D)]]>柱鏡屈光度D2=-1000(A+B2-Ccos2θ)----(D)]]>柱鏡底軸tgφ=GH]]>棱鏡度Δ=G2+H2×100----(Δ)]]>求得全部參考物點上的光學性質后，通過圖象處理方法求得其兩維等位線分布，并進行顯示和打印。
權利要求
1.一種鏡片大口徑自動測量儀，含有光學系統，沿其光路行進方向從輸出口徑Ld內包含多單元細光束的掃描列陣光束發生器(15)開始，依次是支撐被測鏡片(6)的載物架(5)、濾光片(7)，有效口徑Sd與掃描列陣光束發生器(15)的輸出口徑Ld相匹配的付里葉變換透鏡(8)、光電位置探測器(9)，電子系統有由光電位置探測器(9)輸出的電訊號通過模數轉換電路(10)進入圖象處理器(11)，圖象處理器(11)通過掃描驅動電路(12)接與掃描列陣光束發生器(15)，圖處理器(11)還連有顯示器(13)和打印機(14)。
2.按照權利要求1的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是掃描列陣光束發生器(15)是由點光源(1)、擴束準直系統(2)、反射鏡(3)和電記址空間光調制器(4)所構成；或者是由單光束光源、角度偏轉器和準直透鏡所構成；或者是二維發光二極管列陣和微透鏡列陣所構成；或者是二維激光二極管列陣和微透鏡列陣所構成。
3.按照權利要求1或2的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是掃描列陣光束發生器(15)上單元細光束以方格形列陣排列，單元細光束之間的間隔為1mm～5mm，單元細光束占有面積與占空面積之比為1∶4～1∶1，幀率Af≥3幀/秒。
4.按照權利要求1的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是付里葉變換透鏡(8)的有效口徑Sd等于或者大于掃描列陣光束發生器(15)的輸出口徑Ld。
5.按照權利要求1的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是光電位置探測器(9)是位置靈敏器件、光電池列陣、光電二極管列陣、電荷耦合器件或者是電荷注入器件。
6.按照權利要求1或3、5的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是光電位置探測器(9)的探測單元排列格式與占空比均與掃描列陣光束發生器(15)相同，并按其幾何排列圖案兩者是平行置放，或者是成45°角置放。
7.按照權利要求1或4、5的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是付里葉變換透鏡(8)的焦距f與光電位置探測器(9)列陣的有效口徑Dd之比為f∶Dd≤8∶1。
8.按照權利要求1的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是掃描驅動電路(12)內含有與掃描列陣光束發生器(15)上所包含的單元細光束數量相同，并與單元細光束一一相應的控制單元細光束持續周期的單元電光開關或發光器件。
9.按照權利要求1或5、8的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是光電位置探測器(9)的整個列陣的采樣時間等于或小于掃描驅動電路(12)內控制掃描列陣光束發生器(15)上單元細光束的一個單元電光開關或發光器件的開通持續時間。
10.按照權利要求1的鏡片大口徑自動測量儀，其特征是圖象處理器(11)含有一個或更多的內存貯器、有數字化和兩維圖象顯示器。
全文摘要
一種鏡片大口徑自動測量儀，用于鏡片或隱形鏡片大口徑范圍中光學中心、球面屈光度、柱面屈光度和軸向以及棱鏡度和底軸等光學性質的測量。它用掃描列陣光束發生器產生多單元細光束掃描被測鏡片，用付里葉變換透鏡產生折射光束的偏振角，用光電位置探測器轉換偏振角信號為電信號，輸進圖像處理器內運算，最后顯示和打印出兩維分布。本發明的優點是大口徑無機械移動一步實時測量、操作自動化、結構簡單、能直接形象精確地取得大口徑范圍內的全部光學性質數據。
文檔編號G01M11/02GK1122910SQ9511157
公開日1996年5月22日 申請日期1995年3月29日 優先權日1995年3月29日
發明者吳宗焱, 劉立人, J·L·德·布格內 申請人:劉立人, 吳宗焱, J·L·德·布格內