CN103115753A - 基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统 - Google Patents

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CN103115753A CN2013100724225A CN201310072422A CN103115753A CN 103115753 A CN103115753 A CN 103115753A CN 2013100724225 A CN2013100724225 A CN 2013100724225A CN 201310072422 A CN201310072422 A CN 201310072422A CN 103115753 A CN103115753 A CN 103115753A
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张学典
侯英龙
董世琨
常敏
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Abstract

本发明涉及一种基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，激光器发出激光光源经空间滤波器和准直透镜扩束准直形成平行光，通过多焦点待测镜片后再依次通过两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅，在接收屏上得到含有被测镜片焦度信息的畸变莫尔条纹，通过PC机对接收屏上所得进行图像处理和计算，得到被测镜片焦度信息。光线经过不同的焦度的镜片，镜片使光线产生相位差，从而产生对应的畸变莫尔条纹，然后通过对莫尔条纹的处理得到被测镜片的焦度信息参数，实现多焦点镜片的测量。可以实现多焦点镜片的一次性测量；计算机的实时处理，可以自动算出镜片的焦度信息，提高了效率；本系统的光路搭建比较简单，提高了系统的稳定性。

Description

基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统
技术领域
本发明涉及一种镜片焦度测试技术，特别涉及一种基于泰伯效应的莫尔条纹畸变技术的多焦点镜片焦度检测系统。
背景技术
目前，多焦点镜片已经逐渐进入人们的生活，作为一种新技术，解决了远、中、近距离的视觉矫正，视觉成像更为完整和清晰，增加了舒适度。但是多焦点镜片的焦度测量却一直没有很好的办法，原有的单光镜的焦度测量设备只能进行一个点的测量，测量多焦点镜片需要多次测量而且需要较好的测量经验和操作技巧。而现有的哈特曼法测量条件比较苛刻，处理起来计算量大；傅立叶滤波法需要针对不同的眼镜需要选择不同的光学元器件，很不方便。所以需要新的测试方法方便准确的进行多焦点镜片的测量。
发明内容
本发明是针对测量多焦点镜片存在的问题，提出了一种基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，基于泰伯效应的莫尔条纹畸变技术，光线经过镜片时，镜片不同的焦度使光线产生相位差，从而产生对应的畸变莫尔条纹，然后通过对莫尔条纹的处理得到被测镜片的焦度信息参数，实现多焦点镜片的测量。
本发明的技术方案为：一种基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，激光器发出激光光源经空间滤波器和准直透镜扩束准直形成平行光，通过多焦点待测镜片后再依次通过两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅，在接收屏上得到含有被测镜片焦度信息的畸变莫尔条纹，PC机对接收屏上所得进行图像处理和计算，得到被测镜片焦度信息并且输出。
所述激光器采用532nm高稳态半导体激光器为光源。
所述两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅之间的距离由泰伯距离公式：                                               
Figure 308697DEST_PATH_IMAGE002
计算得到，k为泰伯级数，p为光栅周期，
Figure 225837DEST_PATH_IMAGE004
为光源波长。所述两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅之间的距离选择一阶泰伯距离，即k=1，且光栅周期取p=0.15mm。
所述两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅之间夹角选择3°。
本发明的有益效果在于：本发明基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，可以实现多焦点镜片的一次性测量；通过图像采集卡对原始图像进行采集，实现计算机的实时处理，可以自动算出镜片的焦度信息，提高了效率；本系统的光路搭建比较简单，提高了系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统结构示意图；
图2为本发明泰伯效应示意图；
图3为本发明基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统使用原理图；
图4为本发明两片朗奇光栅结构示意图；
图5为本发明基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统中软件流程图。
具体实施方式
如图1所示基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统结构示意图，激光器发出激光光源1经空间滤波器2和准直透镜3扩束准直形成平行光，通过多焦点待测镜片4后在依次通过两片有夹角的主朗奇光栅5和辅助朗奇光栅6，在CCD接收屏7上得到含有被测镜片焦度信息的畸变莫尔条纹，通过PC机8进行图像处理和计算，得到被测镜片焦度信息并且输出。
采用532nm高稳态半导体激光器为光源，人眼对该波长的光最为敏感，从而采用该波长的光源对多焦点镜片的测量更为准确有效。采用空间滤波器2和准直透镜3进行扩束，形成的平行相干光线经过被检测的多焦点待测镜片4，由于镜片的焦度不同，对光线的相位变化产生不同的影响，然后依次经过两片有指定角度差3°的朗奇光栅5、6，两片朗奇光栅间的距离由泰伯效应原理计算得到，在之后接收屏7上的会得到畸变的莫尔条纹，畸变的条纹和无待测镜片的区别是莫尔条纹倾角的变化，通过PC机8对CCD接收屏7上的图像进行处理，经过均值滤波、中值滤波、直方图均衡、阈值分割、图像细化、图像二值化，然后用最小二值法求出莫尔条纹倾角，根据倾角角度和焦度的关系得到焦度，然后再在PC机8上进行显示输出。
图2为泰伯效应示意图，泰伯效应则是一种无透镜的自成像现象。平行光经过周期光栅，由于衍射和干涉在其后的泰伯距离
Figure 67891DEST_PATH_IMAGE006
上成条纹像，k为泰伯级数，p为光栅周期，
Figure 463101DEST_PATH_IMAGE004
为光源波长，距离不同可形成多个周期性的条纹。可以看到光栅常数越大泰伯距离也越大，即成的像也越远，它是一种特殊的衍射现象。本发明选择一阶泰伯距离，即k=1，且光栅周期取p=0.15mm。
图3为本发明使用原理图。在第一片光栅P1后泰伯距离处放置与之具有一定夹角的光栅P2，在P2后成像会得到莫尔条纹。如果在光栅的前面放入光透性的物体TL，当物体的相位发生变化时，会在成像处OS得到畸变的莫尔条纹。因此可以通过畸变的莫尔条纹来得到光透性物体的具体相位信息，多焦点镜片的检测技术就是基于这种理论。光线经过多焦点镜片后莫尔条纹会发生畸变，平行条纹将随焦度变化相应倾角，通过畸变的莫尔条纹倾角来计算镜片的焦度，从而得到镜片的焦度参数信息。本发明平行光通过待测镜片4后，在两片有角度差的朗奇光栅后形成的畸变莫尔条纹，畸变的莫尔条纹还有被测镜片的焦度信息，通过计算畸变莫尔条纹的焦度得到被测镜片的焦度参数信息，焦度和焦度的公式：
Figure 277473DEST_PATH_IMAGE008
其中，λ为光源波长、K为泰伯阶数、p为光栅周期、θ为两光栅夹角。
图4为两片朗奇光栅P1 P2间夹角示意图，本系统采用夹角θ等于3°的方案，朗奇光栅的周期为p=0.15mm。理论上讲，光栅的周期越大，整个系统的测量误差就会越小，可如果光栅周期较大，得到的条纹就会较疏，会影响整个系统的测量精度。通过多次远视和近视两种镜片的测量和分析后，采取3°方案，且周期p=0.15，效果综合性和精确性最高。
图5为软件流程图，在CCD确认采集到符合要求的含有多焦点镜片信息的莫尔条纹的图像后，pc机进行图像处理和运算，依次经过图示滤波、阈值分割、图像二值化，图像细化，得到清晰的准确可分辨的倾斜畸变莫尔条纹，然后用最小二值法求出莫尔条纹倾角，最后通过焦度和焦度的公式得到所求镜片焦度情况。通过PC机将结果输出。

Claims (5)

1.一种基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，其特征在于，激光器发出激光光源经空间滤波器和准直透镜扩束准直形成平行光，通过多焦点待测镜片后再依次通过两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅，在接收屏上得到含有被测镜片焦度信息的畸变莫尔条纹，PC机对接收屏上所得进行图像处理和计算，得到被测镜片焦度信息并且输出。
2.根据权利要求1所述基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，其特征在于，所述激光器采用532nm高稳态半导体激光器为光源。
3.根据权利要求1所述基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，其特征在于，
所述两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅之间的距离由泰伯距离公式：计算得到，k为泰伯级数，p为光栅周期，                                               
Figure 2013100724225100001DEST_PATH_IMAGE002
为光源波长。
4.根据权利要求3所述基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，其特征在于，
所述两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅之间的距离选择一阶泰伯距离，即k=1，且光栅周期取p=0.15mm。
5.根据权利要求1所述基于泰伯效应的多焦点镜片焦度检测系统，其特征在于，所述两片有夹角的主朗奇光栅和辅助朗奇光栅之间夹角选择3°。
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