CN106872145A - 一种自由曲面镜片成像质量的检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自由曲面镜片成像质量的检测方法及装置。本发明利用镜‑眼联合光学系统来评检测基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片的成像质量，提出的一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测方法，通过对镜‑眼联合光学系统的MTF测量分析来检测渐进多焦点镜片的成像质量。本发明能够合理的检测渐进多焦点镜片的成像质量，有效的区别不同设计的渐进多焦点镜片质量差别，同时确认渐进多焦点镜片的参数是否符合个性化定制的需求，为建立完善的检测方法与相关评价标准体系提供理论基础，使得渐进多焦点镜片市场合理有序的发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种眼镜镜片的质量检测方法及装置，特别涉及一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测方法及装置。
背景技术
眼睛是人们非常重要的感光器官，同时也是精密的光学成像仪器。由于现代社会人们生活不规律、用眼过度等原因，眼睛会出现一些问题，如近视、远视等，人们常用眼镜来矫正这些问题是与保护视力。随着年龄的增加，人眼晶状体逐渐坚实和硬化，睫状肌收缩力量减弱，使人眼调节能力下降，表现为视近和视远无法同时清晰。传统的镜片无法同时满足视远和视近的要求，基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片不但可以利用一副眼镜同时解决视近和视远的问题，而且外观精美、丰富多样受到很多人喜爱欢迎。传统的镜片屈光度参数的相关检测国际标准已经接近完善，由于基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片的特殊性，无论是设计、验配，还是检测等方面，都与传统的镜片完全不同，现有的检测标准和检测设备不适用于检测基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片。由于尚未建立合理的检测并评价体系，导致目前市场混乱，产品质量参差不齐，消费者对此种镜片无法区别质量差异，同时无法确认该镜片是否符合用户需求，镜片质量的好坏只能通过消费者自己的主观感受，如何合理的检测并评价基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片的成像质量成为了当前的重要问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测方法及装置。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
本发明提出的一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测方法，具体实现包括下述步骤：
1）建立镜-眼联合光学系统；
眼睛是人们非常重要的感光器官，在一定程度上可将眼睛看作一种精密的光学成像仪器。从角膜到眼底视网膜间的每一个界面都是复合光学系统的组成部分，通常将人眼的所有屈光度加在一起，用一个与人眼的折光相同的等效光学模型来分析人眼的成像原理和有关的计算，对人眼建立光学模型是研究眼睛光学系统特性的主要手段。由于目前无法直接测得渐进多焦点镜片的MTF（调制传递函数）对其进行成像质量评价，所以本发明用渐进多焦点镜片+人眼模型组成的联合光学系统来代替。本发明选用的人眼模型为Liou人眼模型，是根据实际获取的高精度的眼球生理结构参数建立的，在结构和光学特性上与人的眼球具有较高的相似性。本发明选用的渐进多焦点镜片是基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片，镜片设置为外表面渐进。在人眼模型的基础上建立渐进多焦点镜片光学系统。
2）镜-眼联合光学系统MTF的软件仿真，仿真结果分析；
镜-眼联合光学系统建立完成后，运用光学设计软件进行仿真实验分析。考虑到人眼在视物时的视近、视远与渐进多焦点镜片佩戴角度等因素，选择多重结构设置人眼倾斜角、镜片倾斜角与镜片镜面角。
所述的人眼倾斜角为人眼在垂直方向向上看与向下看的人眼倾斜角度，人眼倾斜角主要为0°~10°。所述的镜片倾斜角为渐进多焦点镜片与人眼垂直方向之间的夹角，渐进多焦点镜片与人眼垂直方向平行则镜片倾斜角为0°，镜片倾斜角主要为0°~10°。所述的镜片镜面角为渐进多焦点镜片与人眼水平方向之间的夹角，渐进多焦点镜片与人眼水平方向平行则镜片镜面角为0°，镜片镜面角主要为0°~10°。
将渐进多焦点镜片的前表面设置为泽尼克边缘矢高面型，泽尼克多项式系数Z1-Z8设置为变量，用于矫正像散等像差，并为镜片前表面的设置顶点曲率，后表面设置为球面面型。设置渐进多焦点镜片与人眼模型之间的距离为12mm。最后对镜-眼联合光学系统进行优化，得到该系统的MTF并进行分析，从而得到渐进多焦点镜片的MTF对镜片成像质量的影响。
3）镜-眼联合光学系统MTF的实验测量，实验结果分析；
根据建立的镜-眼联合光学系统搭建镜-眼联合光学系统实验装置，并用MTF测量仪对镜-眼联合光学系统实验装置进行MTF实验测量分析，包括在不同人眼倾斜角、镜片倾斜角与镜片镜面角情况下的MTF。所述的MTF测量仪可以测量MTF、PTF、有效焦距、曲率、像散和畸变等参数，其MTF的精度达到±0.02，重复性为±0.01，空间频率范围为0～2000lp/mm，最大离轴角为±60°。通过MTF测量仪得到该系统的MTF进行分析，得到渐进多焦点镜片的MTF与其成像质量的关系。
4）实验结果对比分析；
将镜-眼联合光学系统的光学设计仿真得到的MTF实验结果与MTF测量仪测量的MTF实验结果进行对比分析，得到渐进多焦点镜片的MTF与其成像质量的关系，为用MTF方法评价渐进多焦点镜片的成像质量提供理论基础。
本发明提出的一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测装置，主要包括固定平台、固定旋钮、调整支架、人眼模型、固定夹具、滑动导轨、长度刻度尺、角度调整旋钮、镜片模型、角度刻度尺。
所述的固定平台，主要用于固定调整支架、人眼模型、长度刻度尺、角度刻度尺、角度调整旋钮、镜片模型等结构，其中镜片模型与人眼模型之间的距离为可调。所述的调整支架，主要用于将固定旋钮、人眼模型、镜片模型、固定夹具、角度调整旋钮等结构固定组合在一起，并与滑动导轨配合连接来调整镜片模型与人眼模型之间的距离，或调整镜片模型间的距离，便于固定不同长度的被测镜片。所述的固定旋钮，主要用于将固定人眼模型的固定夹具固定在调整支架上，或将固定镜片模型的固定夹具固定在调整支架上。所述的长度刻度尺，主要用于控制人眼模型与镜片模型之间的距离。
所述的角度调整旋钮，主要用于控制人眼模型倾斜角，即人眼模型在垂直方向向上看或向下人眼倾斜角，平视是人眼倾斜角为0°；或控制镜片模型的倾斜角，即镜片模型与人眼模型在垂直方向之间的夹角，镜片模型与人眼模型在垂直方向平行则镜片模型的倾斜角为0°；或控制镜片模型的镜面角，即镜片模型与人眼模型在水平方向之间的夹角，镜片模型与人眼模型在水平方向平行则镜片模型的镜面角为0°。所述的角度刻度尺，主要用于控制镜片模型镜面角的旋转度数。
本发明的有益效果在于：本发明验证了利用镜-眼联合光学系统来检测渐进多焦点镜片成像质量的可行性，提出的一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测方法，通过对镜-眼联合光学系统的MTF测量分析实现了检测渐进多焦点镜片的成像质量。本发明能够合理的检测渐进多焦点镜片的成像质量，使得渐进多焦点镜片得以正确的推广和应用，增加了渐进多焦点镜片的附加值，提高了渐进多焦点镜片的成像质量，增加佩戴的舒适度，并为消费者提供合理选择渐进多焦点镜片的依据。
附图说明
图1为本发明的检测流程图。
图2为本发明的检测装置示意图1。
图3为本发明的检测装置示意图2。
图4为本发明的检测装置示意图3。
图5为本发明的检测装置I项放大示意图。
具体实施方式
本发明利用镜-眼联合光学系统来评检测基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片的成像质量，提出的一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测方法，通过对镜-眼联合光学系统的MTF测量分析来检测渐进多焦点镜片的成像质量。该方法能够合理的检测渐进多焦点镜片的成像质量，有效的区别不同设计的渐进多焦点镜片质量差别，同时确认渐进多焦点镜片的参数是否符合个性化定制的需求，为建立完善的检测方法与相关评价标准体系提供理论基础，使得渐进多焦点镜片市场合理有序的发展。
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测方法的检测流程图，包括建立镜-眼联合光学系统、镜-眼联合光学系统MTF的软件仿真，仿真结果分析、镜-眼联合光学系统MTF的实验测量，实验结果分析、实验结果对比分析。
所述的建立镜-眼联合光学系统，人眼主要组成部分包括角膜、前房、瞳孔、晶状体、玻璃体和视网膜。光线从角膜进入，通过房水液、瞳孔，在晶状体内发生折射，再通过玻璃体内的玻璃液照射到视网膜上成像，后传递到视神经上传导视觉信息，最后进入大脑视觉中枢产生视觉。通常将人眼的所有屈光度加在一起，用一个与人眼的折光相同的等效光学模型来分析人眼的成像原理和有关的计算，对人眼建立光学模型是研究眼睛光学系统特性的主要手段。由于目前无法直接测得渐进多焦点镜片的MTF对其进行成像质量评价，所以本发明用渐进多焦点镜片+人眼模型组成的联合光学系统来代替。本发明选用的人眼模型为Liou人眼模型，是根据实际获取的高精度的眼球生理结构参数建立的，在结构和光学特性上与人的眼球具有较高的相似性。本发明选用的渐进多焦点镜片是基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片，镜片设置为外表面渐进。在人眼模型的基础上建立渐进多焦点镜片光学系统。
所述的镜-眼联合光学系统MTF的软件仿真，仿真结果分析；镜-眼联合光学系统建立完成后，运用光学设计软件进行仿真实验分析。考虑到人眼在视物时的视近、视远与渐进多焦点镜片佩戴角度等因素，选择多重结构设置人眼倾斜角、镜片倾斜角与镜片镜面角。所述的人眼倾斜角为人眼在垂直方向向上看与向下看的人眼倾斜角度，人眼倾斜角主要为0°~10°。所述的镜片倾斜角为渐进多焦点镜片与人眼垂直方向之间的夹角，渐进多焦点镜片与人眼垂直方向平行则镜片倾斜角为0°，镜片倾斜角主要为0°~10°。所述的镜片镜面角为渐进多焦点镜片与人眼水平方向之间的夹角，渐进多焦点镜片与人眼水平方向平行则镜片镜面角为0°，镜片镜面角主要为有0°~10°。将渐进多焦点镜片的前表面设置为泽尼克边缘矢高面型，泽尼克多项式系数Z1-Z8设置为变量，用于矫正像散等像差，并为镜片前表面的设置顶点曲率，后表面设置为球面面型。设置渐进多焦点镜片与人眼模型之间的距离为12mm。最后对镜-眼联合光学系统进行优化，得到该系统的MTF并进行分析，从而得到渐进多焦点镜片的MTF对镜片成像质量的影响。
所述的镜-眼联合光学系统MTF的实验测量，实验结果分析；根据建立的镜-眼联合光学系统搭建镜-眼联合光学系统实验装置，并用MTF测量仪对镜-眼联合光学系统实验装置进行MTF实验测量分析，包括在不同人眼倾斜角、镜片倾斜角与镜片镜面角情况下的MTF。所述的MTF测量仪可以测量MTF、PTF、有效焦距、曲率、像散和畸变等参数，其MTF的精度达到±0.02，重复性为±0.01，空间频率范围为0～2000lp/mm，最大离轴角为±60°。测量原理为采用高性能的CCD相机将星点像拍摄下来形成数字图像，再输入计算机处理得到点扩散函数，并进行快速离散傅里叶变换，就能得到镜-眼联合光学系统的MTF。通过MTF测量仪得到该系统的MTF进行分析，得到渐进多焦点镜片的MTF与其成像质量的关系。
所述的实验结果对比分析；将镜-眼联合光学系统的光学设计仿真得到的MTF实验结果与MTF测量仪测量的MTF实验结果进行对比分析，得到渐进多焦点镜片的MTF与其成像质量的关系，为用MTF方法评价渐进多焦点镜片的成像质量提供理论基础。
如图2所示，一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测装置示意图1，包括固定平台1、固定旋钮21、调整支架22、人眼模型23、固定夹具24、滑动导轨25、长度刻度尺26、角度调整旋钮27、角度调整旋钮301、滑动导轨302、角度调整旋钮304、固定旋钮305、固定夹具306、镜片模型307、角度刻度尺308、刻度指针309。所述的固定平台1，主要用于固定调整支架22、人眼模型23、长度刻度尺26、角度刻度尺308、角度调整旋钮301、镜片模型307等结构，其中镜片模型与人眼模型之间的距离为可调。所述的调整支架22，主要用于将固定旋钮21、人眼模型23、固定夹具24、角度调整旋钮27等结构固定组合在一起，并与滑动导轨25配合连接来调整镜片模型与人眼模型之间的距离。所述的固定旋钮21，主要用于将固定人眼模型23的固定夹具24固定在调整支架21上。所述的长度刻度尺26，主要用于控制人眼模型与镜片模型之间的距离。所述的角度调整旋钮27，主要用于控制人眼模型倾斜角0°~10°，即人眼模型在垂直方向向上看人眼倾斜角最大为10°，在垂直方向向下看人眼倾斜角最小为-10°，平视是人眼倾斜角为0°。所述的角度调整旋钮304，主要用于控制镜片模型的倾斜角0°~10°，即镜片模型与人眼模型在垂直方向之间的夹角，镜片模型与人眼模型在垂直方向平行则镜片模型的倾斜角为0°。所述的固定旋钮305，主要用于将固定镜片模型307的固定夹具306固定在调整支架303上。所述的角度调整旋钮301，主要用于控制镜片模型的镜面角0°~10°，即镜片模型与人眼模型在水平方向之间的夹角，镜片模型与人眼模型在水平方向平行则镜片模型的镜面角为0°。所述的滑动导轨302，主要用于控制调整支架303之间的距离，便于固定不同长度的被测镜片。所述的角度刻度尺308与刻度指针309，主要用于控制镜片模型镜面角的旋转度数。
如图3所示，一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测装置示意图2，包括固定平台1、固定旋钮21、调整支架22、人眼模型23、固定夹具24、滑动导轨25、角度调整旋钮301、滑动导轨302、调整支架303、角度调整旋钮304、固定旋钮305、固定夹具306、镜片模型307。所述的调整支架303，主要用于将固定旋钮305、镜片模型307、固定夹具306、角度调整旋钮304等结构固定组合在一起，并与滑动导轨302配合连接来调整镜片模型间的距离，便于固定不同长度的被测镜片。
如图4所示，一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测装置示意图3，包括长度刻度尺26、角度调整旋钮27、角度刻度尺28、角度刻度尺308、刻度指针309、角度调整I项。所述的I项主要用于镜片模型的倾斜角的角度调整。
如图5所示，一种基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片成像质量的检测装置I项放大示意图，包括角度调整旋钮310、角度刻度盘311。所述的角度调整旋钮310，主要用于控制镜片模型的倾斜角为0°~10°，即镜片模型与人眼模型在垂直方向之间的夹角，镜片模型与人眼模型在垂直方向平行则镜片模型的倾斜角为0°。所述的角度刻度尺311，主要用于控制镜片模型镜面角的旋转度数。
Claims (2)
1.一种自由曲面镜片成像质量的检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）建立镜-眼联合光学系统；
采用渐进多焦点镜片和人眼模型组成的联合光学系统；所述的人眼模型为Liou人眼模型；所述的渐进多焦点镜片是基于自由曲面技术的渐进多焦点镜片，镜片设置为外表面渐进；在人眼模型的基础上建立渐进多焦点镜片光学系统；
2）镜-眼联合光学系统调制传递函数的软件仿真，仿真结果分析；
镜-眼联合光学系统建立完成后，运用光学设计软件进行仿真实验分析，选择多重结构设置人眼倾斜角、镜片倾斜角与镜片镜面角；
所述的人眼倾斜角为人眼在垂直方向向上看与向下看的人眼倾斜角度，人眼倾斜角主要为0°~10°；
所述的镜片倾斜角为渐进多焦点镜片与人眼垂直方向之间的夹角，渐进多焦点镜片与人眼垂直方向平行，则镜片倾斜角为0°，镜片倾斜角主要为0°~10°；
所述的镜片镜面角为渐进多焦点镜片与人眼水平方向之间的夹角，渐进多焦点镜片与人眼水平方向平行，则镜片镜面角为0°，镜片镜面角主要为0°~10°；
将渐进多焦点镜片的前表面设置为泽尼克边缘矢高面型，泽尼克多项式系数Z1-Z8设置为变量，用于矫正像散，并为镜片前表面的设置顶点曲率；后表面设置为球面面型；
设置渐进多焦点镜片与人眼模型之间的距离；对镜-眼联合光学系统进行优化，得到该系统的调制传递函数并进行分析，从而得到渐进多焦点镜片的调制传递函数对镜片成像质量的影响；
3）镜-眼联合光学系统调制传递函数值的实验测量，实验结果分析；
根据建立的镜-眼联合光学系统搭建镜-眼联合光学系统实验装置，并用调制传递函数测量仪对镜-眼联合光学系统实验装置进行调制传递函数值实验测量分析，包括在不同人眼倾斜角、镜片倾斜角与镜片镜面角情况下的调制传递函数值；通过调制传递函数测量仪得到该系统的调制传递函数值进行分析，得到渐进多焦点镜片的调制传递函数与其成像质量的关系；
4）实验结果对比分析；
将镜-眼联合光学系统的光学设计仿真得到的调制传递函数实验结果与调制传递函数测量仪测量的调制传递函数实验结果进行对比分析，得到渐进多焦点镜片的调制传递函数与其成像质量的关系。
2.一种自由曲面镜片成像质量的检测装置，包括固定平台、固定旋钮、调整支架、人眼模型、固定夹具、滑动导轨、长度刻度尺、角度调整旋钮、镜片模型、角度刻度尺，其特征在于：
所述的固定平台，主要用于固定调整支架、人眼模型、长度刻度尺、角度刻度尺、角度调整旋钮和镜片模型，其中镜片模型与人眼模型之间的距离为可调；所述的调整支架，主要用于将固定旋钮、人眼模型、镜片模型、固定夹具、角度调整旋钮固定组合在一起，并与滑动导轨配合连接来调整镜片模型与人眼模型之间的距离，或调整镜片模型间的距离，便于固定不同长度的被测镜片；所述的固定旋钮，主要用于将固定人眼模型的固定夹具固定在调整支架上，或将固定镜片模型的固定夹具固定在调整支架上；所述的长度刻度尺，主要用于控制人眼模型与镜片模型之间的距离；
所述的角度调整旋钮，主要用于控制人眼模型倾斜角，即人眼模型在垂直方向向上看或向下人眼倾斜角，平视是人眼倾斜角为0°；或控制镜片模型的倾斜角，即镜片模型与人眼模型在垂直方向之间的夹角，镜片模型与人眼模型在垂直方向平行则镜片模型的倾斜角为0°；或控制镜片模型的镜面角，即镜片模型与人眼模型在水平方向之间的夹角，镜片模型与人眼模型在水平方向平行则镜片模型的镜面角为0°；所述的角度刻度尺，主要用于控制镜片模型镜面角的旋转度数。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Application publication date: 20170620 Assignee: Xinchang China Metrology University Enterprise Innovation Research Institute Co.,Ltd. Assignor: China Jiliang University Contract record no.: X2021330000071 Denomination of invention: A detection method and device for imaging quality of free-form surface lens Granted publication date: 20190125 License type: Common License Record date: 20210816 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Xinchang China Metrology University Enterprise Innovation Research Institute Co.,Ltd. Assignor: China Jiliang University Contract record no.: X2021330000071 Date of cancellation: 20211231 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |