CN102564739A

CN102564739A - 一种光焦度计

Info

Publication number: CN102564739A
Application number: CN2011104452254A
Authority: CN
Inventors: 张雨东; 杨金生; 史国华; 魏凌; 王飞
Original assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2012-07-11

Abstract

公开了一种光焦度计，用于测量眼镜片的光学参数，其特点在于能够快速测量被测透镜的各种光学参数。另一实施例不仅能够测量单焦眼镜片的光学参数，还能够测量渐进多焦点眼镜片的光学参数。包括光源、准直透镜、多孔板、哈特曼板、镜片夹持机构、散射屏以及成像和图像采集系统。光源出射的光经多孔板或者哈特曼板调制后入射到被测镜片，经过被测镜片后的光束入射到散射屏之后被成像和图像采集系统采集，而后经过图像处理获得被测眼镜片的各种光学参数。

Description

一种光焦度计

技术领域

本发明的实施例涉及一种用于测量透镜的光学参数的测量系统，其特点在于该光焦度计能够快速测量被测透镜的光学参数。本发明的另一实施例的光焦度计能够测量单焦点透镜和渐进多焦点透镜二者的光学参数。

背景技术

眼镜片光学参数测量是眼镜片制造和验光配镜过程中必不可少的环节之一。目前广泛使用的测量眼镜片光学参数的设备是光焦度计，以下是其工作的基本原理。

测量单焦点眼镜片的光焦度计的工作原理如图2所示，它由光源12、准直物镜13、多孔板14、反射镜15、镜片支撑机构16、散射屏17、反射镜18、成像镜头19和图像采集元件20组成。工作原理为：光源12发出的光经过准直物镜13形成平行光束，该平行光束经多孔板14空间调制后形成多束细光束，细光束经过反射镜15转折后到达放置于镜片支撑机构16上的被测镜片上，透过被测镜片的光线到达散射屏17上形成散射光，散射光经过反射镜18反射后被成像镜头19成像到图像采集元件20上，图像采集元件20采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理获得被测眼镜片的光学参数。

渐进多焦点眼镜片是上世纪五十年代推向市场的一种新型眼镜片。渐进多焦点眼镜片光学区域的光焦度逐渐改变的特性适应了人到中年后远视与近视视力不一致的生理现象，而且渐进多焦点眼镜片还可以在一定程度上阻止青少年近视的加深(参见文献1，倪额，余景池，郭培基，丁泽钊.渐变多焦点眼镜片的测量.光学仪器.2003.25(1).19-24)。由于渐进多焦点眼镜片的上述特性，有着单焦点眼镜片和双光眼镜片不可比拟的优点，渐进多焦点眼镜片越来越受到人们的青睐。传统的光焦度计可以测量单焦点眼镜片光学参数以及渐进多焦点眼镜片远光和近光区局部光学参数，不能够测量渐进多焦点眼镜片的所有区域的光学参数。

文献1提出的基于小型非球面轮廓仪的测量方法从渐变多焦点镜片的水平标记线(弧矢截线)开始每隔预定的角度逆时针测量各个截线，得到180度范围内全部截线上各个离散点的矢高数据。然后，分别对这些矢高数据进行多项式拟合，获得以多项式表示的各截线的表达式。对多项式拟合后的各截线根据屈光度公式计算出曲线上各点的屈光度。文献1的这种测量方法由于采用测量部分数据进行多项式拟合的方式，所以测量速度慢，并且同样不能测量所有的参数，只能测量渐变多焦点镜面子午方向的屈光度。

发明内容

克服现有技术的不足，提供一种光焦度计，该光焦度计能够快速测量被测透镜的光学参数。

另一实施例的光焦度计不但能够测量单焦点透镜的光学参数，而且能够测量渐进多焦点透镜的光学参数。

本发明的一个实施例的一种光焦度计，包括：光源、准直物镜、哈特曼板、第一反射镜、夹持机构、散射屏、第二反射镜、监控成像镜头和图像采集元件。光源发出的光经过准直物镜形成平行光束。该平行光束经哈特曼板调制后的光入射到被夹持机构夹持的渐进多焦点透镜上。经过渐进多焦点透镜的光线最终入射到散射屏上形成散射。散射光经过第二反射镜反射后被监控成像镜头成像到图像采集元件上。图像采集元件采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理获得被测渐进多焦点透镜的光学参数信息。

根据本发明的实施例一种光焦度计，包括光源、准直物镜、多孔板、哈特曼板、第一反射镜、夹持机构、支撑机构、散射屏、第二反射镜、监控成像镜头和图像采集元件。所述光焦度计有两种工作模式，第一种是测量单焦点透镜模式，第二种是测量渐进多焦点透镜模式。

工作于单焦点透镜测量模式时，哈特曼板从光路中移出。光源发出的光经过准直物镜形成平行光束。该平行光束经多孔板空间调制后形成多束细光束。细光束经过第一反射镜转折后通过夹持机构的光阑孔后到达放置于支撑机构上的被测透镜上。透过被测透镜的光线到达散射屏上形成散射光。散射光经过第二反射镜反射后被监控成像镜头成像到图像采集元件上。图像采集元件采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理获得被测眼镜片的光学参数信息。

工作于渐进多焦点眼镜片测量模式时，多孔板和单焦镜片支撑机构从光路中移出。光源发出的光经过准直物镜形成平行光束，该平行光束经哈特曼板调制后的光入射到被夹持机构夹持的渐进多焦点透镜上。经过渐进多焦点透镜的光线最终入射到散射屏上形成散射。散射光经过第二反射镜反射后被监控成像镜头成像到图像采集元件上。图像采集元件采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理获得被测渐进多焦点透镜的光学参数信息。

上述实施例的光焦度计能够快速测量被测透镜的光学参数。另外实施例的光焦度计能够测量单焦点透镜和渐进多焦点透镜二者的光学参数

附图说明

图1为本发明一个实施例的光焦度计的结构示意图；

图2为根据现有技术的光焦度计的结构示意图；

附图标记列表：

1：光源，2：准直物镜，3：多孔板，4：哈特曼板，5：第一反射镜，6：渐进多焦点眼镜片夹持机构，7：单焦点眼镜片支撑机构，8：散射屏，9：第二反射镜，10：监控成像镜头，11：图像采集元件，12：光源，13：准直物镜，14：多孔板，15：反射镜，16：镜片支撑机构，17：散射屏，18：反射镜，19：成像镜头，20：图像采集元件

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

如图1所示，根据本发明实施例的光焦度计包括光源1、准直物镜2、多孔板3、哈特曼板4、第一反射镜5、渐进多焦点眼镜片夹持机构6、单焦点眼镜片支撑机构7、散射屏8、第二反射镜9、监控成像镜头10和图像采集元件11。光焦度计有两种工作模式，第一种是测量单焦点眼镜片模式，第二种是测量渐进多焦点眼镜片模式。

当光焦度计工作于单焦点眼镜片测量模式时，哈特曼板4从光路中移出，移动到如图1中对应的虚线位置。在测量之前光焦度计需要先进行标定，其目的是消除光焦度计内部的固有误差以及产生测量眼镜片时的参考标准，标定时光源1发出的光经过准直物镜2形成平行光束，该平行光束经多孔板3空间调制后形成多束细光束，细光束经过第一反射镜5转折后通过渐进多焦点眼镜片夹持机构6的光阑孔，再穿过单焦点眼镜片支撑机构7的通光孔，之后光线到达散射屏8上形成散射光，散射光经过第二反射镜9反射后被监控成像镜头10成像到图像采集元件11上，在图像采集元件11上形成与多孔板对应的光斑阵列，图像采集模块将该光斑阵列记录并且存储起来，而后图像处理模块将使用专用的质心计算方法就算出标定光斑阵列各个光斑的质心。

测量时，将被测眼镜片(图1中并未画出)放置在单焦点眼镜片支撑机构7上，此时光路中由于被测眼镜片的引入，经过第一反射镜转折后的细光束在穿过被测眼镜片后光束将会发生偏折，从而导致到达散射屏上的光束发生改变，从而在图像采集元件11上形成新的光斑阵列，图像采集模块将新的光斑阵列记录并且存储起来，而后图像处理模块将使用专用的质心计算方法就算出测量光斑阵列各个光斑的质心。最终通过计算标定光斑阵列质心位置和测量光斑质心位置之间的偏移情况，就可以获得被测镜片的光学参数。

通过图像处理模块对图像进行处理并且与标定时存储的信息对比获得被测眼镜片的光学参数。

当光焦度计工作于渐进多焦点眼镜片测量模式时，多孔板3和单焦镜片支撑机构7从光路中移出，例如移至图1所示对应的虚线位置。在测量之前光焦度计同样需要先进行标定，其目的是消除光焦度计内部的固有误差以及产生测量眼镜片时的参考标准，标定时光源1发出的光准直物镜2形成平行光束，该平行光束经哈特曼板4调制后的光穿过渐进多焦点眼镜片夹持机构6的中心光阑孔，之后光线到达散射屏8上形成散射光，散射光经过第二反射镜9反射后被监控成像镜头10成像到图像采集元件11上，在图像采集元件11上形成与多孔板对应的光斑阵列，图像采集模块将该光斑阵列记录并且存储起来，而后图像处理模块将使用专用的质心计算方法就算出标定光斑阵列各个光斑的质心。图像采集元件采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理，并将处理后的信息存储起来。

测量时，将被测眼镜片(图1中未画出)放置在渐进多焦点眼镜片夹持机构6上，此时光路中由于被测眼镜片的引入，经过第一反射镜转折后的细光束在穿过被测眼镜片后光束将会发生偏折，从而导致到达散射屏上的光束发生改变，从而在图像采集元件11上形成新的光斑阵列，图像采集模块将新的光斑阵列记录并且存储起来，而后图像处理模块将使用专用的质心计算方法就算出测量光斑阵列各个光斑的质心。最终通过计算标定光斑阵列质心位置和测量光斑质心位置之间的偏移情况，就可以获得被测镜片的光学参数。通过图像处理模块对图像进行处理并且与标定时存储的信息对比获得被测眼镜片的光学参数。

光焦度计在标定和测量过程中都要计算光斑的质心位置，主要是根据下面的公式(1)和(2)来计算光斑质心的位置(x_i，y_i)：

x_{i} = \frac{Σ_{m = 1}^{M} Σ_{n = 1}^{N} x_{nm} I_{nm}}{Σ_{m = 1}^{M} Σ_{n = 1}^{N} I_{nm}} - - - (1)

y_{i} = \frac{Σ_{m = 1}^{M} Σ_{n = 1}^{N} y_{nm} I_{nm}}{Σ_{m = 1}^{M} Σ_{n = 1}^{N} I_{nm}} - - - (2)

上式中，m＝1，...，M，n＝1，...，N为子孔径映射到光电探测器光敏靶面上对应的像素区域，I_nm是光电探测器光敏靶面上第(n，m)个像素接收到的信号，x_nm，y_nm分别为第(n，m)个像素的x坐标和y坐标。

根据本发明的实施例，上述的光源1为功率在1mW-10mW之间、波长为532nm的发光二极管。另外，在该实施例中，哈特曼板4通光小孔的直径在0.2mm到0.4mm之间，所述通光小孔之间的间距在1.5-2.5mm之间。

本发明的该实施例的光焦度计具备了测量渐进多焦点透镜的能力，同时还保留了测量单焦点透镜的功能。

【变型】

虽然如图1所示的实施例是既能测量单焦点眼镜片又能测量多焦点眼镜片的光焦度计，本领域的普通技术人员应该能够意识到本发明的实施例也可以是只包含测量多焦点眼镜片的元件的光焦度计。

根据变型实施例，光焦度计包括光源1、准直物镜2、哈特曼板4、第一反射镜5、渐进多焦点眼镜片夹持机构6、散射屏8、第二反射镜9、监控成像镜头10和图像采集元件11。在这种情况下，光焦度计仅仅工作在测量渐进多焦点眼镜片的模式。

在测量之前光焦度计同样需要先进行标定，其目的是消除光焦度计内部的固有误差以及产生测量眼镜片时的参考标准，标定时光源1发出的光准直物镜2形成平行光束，该平行光束经哈特曼板4调制后的光穿过渐进多焦点眼镜片夹持机构6的中心光阑孔，之后光线到达散射屏8上形成散射光，散射光经过第二反射镜9反射后被监控成像镜头10成像到图像采集元件11上，图像采集元件采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理，并将处理后的信息存储起来。

测量时，将被测眼镜片放置在渐进多焦点眼镜片夹持机构6上，此时光路中由于被测眼镜片的引入，经过第一反射镜转折后的细光束在穿过被测眼镜片后光束将会发生偏折，从而导致到达散射屏上的光束发生改变，这些变化被监控成像镜头10和图像采集元件11成像并且记录和存储。最终，通过图像处理模块对图像进行处理并且与标定时存储的信息对比获得被测眼镜片的光学参数。

此外，尽管上述实施例中的测量对象是用于眼镜上的光学透镜，即眼镜片，本领域的普通技术人员也应该意识到，也可以测量其他用途的光学透镜，例如多焦点透镜等。

本领域的技术人员还应理解，本发明所用的实施例所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims

1.一种光焦度计，包括：光源(1)、准直物镜(2)、哈特曼板(4)、第一反射镜(5)、夹持机构(6)、散射屏(8)、第二反射镜(9)、监控成像镜头(10)和图像采集元件(11)；

其中，光源(1)发出的光经过准直物镜(2)形成平行光束，该平行光束经哈特曼板(4)调制后的光入射到被夹持机构(6)夹持的渐进多焦点透镜上，经过渐进多焦点透镜的光线最终入射到散射屏(8)上形成散射，散射光经过第二反射镜(9)反射后被监控成像镜头(10)成像到图像采集元件(11)上，图像采集元件(11)采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理获得被测渐进多焦点透镜的光学参数信息。

2.根据权利要求1所述的光焦度计，其中所述的光源(1)为功率在1mW-10mW之间、波长为532nm的发光二极管。

3.根据权利要求1所述的光焦度计，其中所述哈特曼板(4)通光小孔的直径在0.2mm到0.4mm之间，所述通光小孔之间的间距在1.5-2.5mm之间。

4.一种光焦度计，包括光源(1)、准直物镜(2)、多孔板(3)、哈特曼板(4)、第一反射镜(5)、夹持机构(6)、支撑机构(7)、散射屏(8)、第二反射镜(9)、监控成像镜头(10)和图像采集元件(11)；所述光焦度计有两种工作模式，第一种是测量单焦点透镜模式，第二种是测量渐进多焦点透镜模式；

工作于单焦点透镜测量模式时，哈特曼板(4)从光路中移出，光源(1)发出的光经过准直物镜(2)形成平行光束，该平行光束经多孔板(3)空间调制后形成多束细光束，细光束经过第一反射镜(5)转折后通过夹持机构(6)的光阑孔后到达放置于支撑机构(7)上的被测透镜上，透过被测透镜的光线到达散射屏(8)上形成散射光，散射光经过第二反射镜(9)反射后被监控成像镜头(10)成像到图像采集元件(11)上，图像采集元件(11)采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理获得被测眼镜片的光学参数信息；

工作于渐进多焦点眼镜片测量模式时，多孔板(3)和单焦镜片支撑机构(7)从光路中移出，光源(1)发出的光经过准直物镜(2)形成平行光束，该平行光束经哈特曼板(4)调制后的光入射到被夹持机构(6)夹持的渐进多焦点透镜上，经过渐进多焦点透镜的光线最终入射到散射屏(8)上形成散射，散射光经过第二反射镜(9)反射后被监控成像镜头(10)成像到图像采集元件(11)上，图像采集元件(11)采集后的图像信息传输到图像处理模块进行图像处理获得被测渐进多焦点透镜的光学参数信息。

5.根据权利要求4所述的光焦度计，其中所述的光源(1)为功率在1mW-10mW之间、波长为532nm的发光二极管。

6.根据权利要求4所述的光焦度计，其中所述哈特曼板(4)通光小孔的直径在0.2mm到0.4mm之间，所述通光小孔之间的间距在1.5-2.5mm之间。