CN107577065B - 一种基于波前分析的眼镜片检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波前分析的眼镜片检测方法，包括光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元和软件模块；所述光源调整单元用于对入射光的平移和旋转；所述镜片姿态调整单元，用于根据配镜处方的配戴参数，调整镜片初始顶点距离、配戴视野角和镜圈面部弧度；所述检测单元，用于检测镜片的有效波前像差；所述软件模块，用于设置运动平台的运动参数，设置检测单元中波前像差传感器的检测参数；用于接收检测单元的有效波前像差数据，对其进行计算并显示，实现对镜片配戴状态下的高精度有效波前像差的测量，提供对镜片设计、加工、光学性能及成像质量评价的定量参考依据。

Description

一种基于波前分析的眼镜片检测方法和装置

技术领域

本发明涉及精密仪器，尤其涉及是一种基于波前分析的眼镜片检测方法和装置。

背景技术

人的眼球是一精密的光学系统，但由于生理因素的限制，导致其本身存在着各种成像缺陷，如正视眼在暗光环境下的视力下降，青年时期的近视眼随着年龄的增长变成老花眼，出现远处和近处均看不清的现象，白内障及晶状体混浊阻挡光线到达视网膜等。由此出现了各种视力矫正手段，如配戴式眼镜片，接触式(隐形)眼镜片，激光角膜研磨术，内置人工晶体等，用于补偿或消除眼球本身的成像缺陷。其中，配戴式框架眼镜具有价格便宜，危险性低，方便配戴等优点，是最为常见的针对屈光不正的矫正手段。

若要实现对眼球成像缺陷的矫正，首先需要对眼球自身的成像缺陷进行精确的检测。波前像差能够全面地描述一个成像系统的成像缺陷。由泽尼克多项式表达的人眼波前像差可以分为低阶像差如离焦、像散、畸变和高阶像差如慧差、球差、三叶草像差等。由于人眼波前像差检测技术和镜片加工技术的限制，传统的验光和配镜，仅实现了对眼球低阶像差，特别是对离焦和像散的检测和矫正，却无法实现对眼球高阶像差的矫正。研究表明，高阶像差在特定环境如暗光环境下，对人眼成像质量有着重要影响。此外，配戴不适合的矫正镜片，会加重高阶像差对成像质量的影响，产生视觉模糊、眩晕等。

随着视觉矫正要求的提高和人眼波前像差检测技术的进步，人们对视觉的矫正不再仅仅满足于低阶像差的矫正，而是希望实现全像差(低阶像差和高阶像差)的矫正，以追求

镜片成像矫正(“正”像差)+眼球成像缺陷(“负”像差)＝视网膜上“零”像差成像的超视力(super-normal vision)效果。

以配戴框架镜片为例，图1所示为在配戴框架镜片状态下目标物的光线通过镜片矫正后在人眼视网膜黄斑中心成清晰像的示意图。目标点T经过镜片矫正后清晰成像在视网膜黄斑中心T”,镜片后焦点(back focal point)与眼球远点(far point)重合于T’,即眼球远点球面(far point sphere)与镜片后焦点球面(back focal sphere)重合。角度ρ指配戴视野角(‘as-worn’pantoscopic angle)，是配戴状态下，通过镜片前表面几何中心的法线与第一眼位(primary position)的夹角。角度ω指镜面镜圈面部弧度(face form angleor wrap angle)。O’D与AB为不同视角θ处的顶点距离(vertex distance),即视线(line ofsight)上镜片后表面到眼球角膜顶点的距离,其中O’D为视角θ＝0°，即第一眼位时的顶点距离，AB为视角为θ时的顶点距离。顶点距离随着视线的不同而改变，受到视角、配戴视野角、镜圈面部弧度及镜片后表面面形等因素的影响。角膜顶点球面表示随视角不同，眼球绕其旋转中心O转动时角膜顶点的轨迹。镜片波前像差指波前像差为零的入射光经过镜片矫正后在镜片后表面处的波前像差。有效波前像差指波前像差为零的入射光经过镜片矫正后到达角膜顶点球面上的波前像差。由图可知，对于同一入射光束，经镜片矫正后，由顶点距离不同引起的波前像差在镜片后表面A处和角膜球面B处是明显不同的，存在一定的差值Δw，即

镜片后表面波前像差-有效波前像差＝Δw

这一现象也可由两个生活经验可知，其一，对于同一眼球，根据配戴框架镜片和接触式镜片的不同，验光师会给出不同的验光处方，以近视镜片为例，接触式镜片的度数要小于框架镜片的度数。其二，配戴框架眼镜时，受到不合适适配或不合理镜片设计的影响，通过调整镜片与眼球的距离或框架的倾角，总能找到一个位置实现相对舒适、相对清晰的成像效果，其原因也在于框架配戴姿态的改变引起镜片有效矫正能力的改变。因此，若要实现零像差的超视力效果，必须满足角膜顶点球面上的有效波前像差与眼球本身缺陷引起的波前像差之间完全匹配，即

有效波前像差＝镜片成像矫正(“正”像差)＝-眼球成像缺陷(“负”像差)

由此可见，角膜顶点球面处的有效波前像差相对于镜片后表面处的波前像差信息可以更准确的衡量镜片的矫正质量好坏。

传统上，针对人眼低阶像差的矫正镜片配镜流程是：

1，验光师利用综合验光仪对处于第一眼位的眼球成像缺陷(离焦，像散等低阶像差)进行检测，并对配戴参数进行测量，开具验光处方如球镜度、柱镜度、瞳距、瞳高、顶点距离、配戴视野角等。

2，镜片生产厂商以一定度数步长针对包含低阶像差的矫正镜片进行设计、生产、检测，对符合设计值的镜片进行批量生产和销售。

3，配镜医师根据验光处方选择与患者验光处方参数相匹配的矫正镜片和镜框完成适配(fitting)。

其中，流程2中对于镜片的检测，一般采用焦度计，对镜片后表面某些特征点或小的区域进行球镜度、柱镜度、轴向的测量。焦度计对镜片后表面的测量无法得到有效波前像差。另一方面，焦度计测量镜片后表面不同区域时，测量光线均与所测区域保持垂直(平行光共轴焦度计)或焦度计光轴垂直于镜片后表面(焦点在轴上焦度计)，均与图1所示不同视线下，实际到达人眼球的光线传播方向变化的情形不同。因而焦度计测得的镜片后表面的低阶波前像差值与有效波前像差存在一定的偏差Δw，无法实现对人眼波前像差进行完全矫正。虽然镜片在设计时参考验光师给出的顶点距离O’D，配戴视野角ρ，镜圈面部弧度ω的值，采用马丁倾斜规则或马丁公式(Martin’s tilt rule or Martin’s formula)对验光处方进行了相应的修正，并将这一修正值应用到整个镜面的设计上，以图实现消除偏差Δw。如前所述，顶点距离是一变量，同时受到视角，配戴视野角，镜圈面部弧度及镜片后表面面形等多个参数共同作用下的非线性影响，而马丁倾斜规则或马丁公式仅对第一眼位处的验光处方进行了修正，并将修正后的低阶像差应用到整个镜面上，势必带来镜片设计上的偏差。

随着视光学的发展及自由曲面镜片制造技术的进步，在验光、镜片设计、适配中越来越重视个性化、定制化且与配戴状态相关的参数的影响，且越来越重视对包括低阶和高阶像差的人眼球全像差的矫正，但对于镜片的检测却很少考虑面向配戴状态下的对镜片的全像差检测。即使镜片的设计充分考虑了配戴状态的影响，不合理的镜片检测方法或检测结果也无法评价镜片设计的好坏，加工质量或成像质量是否满足设计要求。

因此，有必要开发新的对镜片的测量方法和装置，实现对镜片的有效波前像差的测量。考虑到有效波前像差与配戴状态紧密相关，有必要提出面向配戴状态下的有效波前测量方法。目前，国内和国外学者针对此问题有了初步的研究。虽然这些研究一定程度上考虑了配戴状态下对镜片的测量，但是，这些研究所提出的方法及检测装置有待商榷，并不是对有效波前的精确测量。比如，现有研究中测量的仍然是镜片后表面的波前像差，对镜片的检测均没有考虑顶点距离变化、配戴视野角及镜圈面部弧度对测量结果的影响。以上研究中均以相对运动原理对镜片进行平移或旋转来代替眼球或入射光源的旋转，这种没有精确考虑旋转中心位置的相对运动转换引起顶点距离的变化与配戴状态下顶点距离的变化并不相符，存在一定的定位误差，从而引起有效波前像差检测的误差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本专利提出了一种面向配戴状态下的高精度有效波前像差检测方法和装置，充分考虑目标物、镜片、眼球的相对位置、姿态及运动关系，实现对镜片配戴状态下的高精度有效波前像差的测量，提供对镜片设计、加工、光学性能及成像质量评价的定量参考依据。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于波前分析的眼镜片检测方法，包括光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元和软件模块；

所述光源调整单元用于对入射光的平移和旋转；

所述镜片姿态调整单元，用于根据配镜处方的配戴参数，调整镜片初始顶点距离、配戴视野角和镜圈面部弧度；

所述检测单元，用于检测镜片的有效波前像差；

所述软件模块，用于设置运动平台的运动参数，设置检测单元中波前像差传感器的检测参数；用于接收检测单元的有效波前像差数据，对其进行计算并显示。

步骤一，无镜片状态下，调整所述光源调整单元入射光为波前像差为零的平行光；以光轴为基准，对齐所述光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元，使入射光斑落入所述检测单元中波前像差传感器的CCD中心位置；其次，根据配镜处方中顶点距离、眼球半径、配戴视野角及镜圈面部弧度等参数，调整所述镜片姿态调整单元中位移台、角位移台、旋转台的参数，使得镜片卡槽的位置及姿态与配镜处方中参数相同；最后通过软件模块完成配置所述检测单元测量参数及运动平台的运动参数，完成检测装置初期设置；

步骤二，无镜片状态下，通过软件模块，规划测量区域及测量路径，根据所述光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元的相对位置关系及坐标转换公式，生成理论测量点坐标及各测量点所对应的运动平台的各运动轴的理论位置坐标；

步骤三，无镜片状态下，根据步骤二获得的测量区域内每一理论测量点所对应的运动平台的各运动轴的理论位置坐标，对所述光源调整单元进行反馈调节使得在每一测量点的光斑中心落入所述检测单元中波前像差传感器CCD中心位置，获得各理论测量点所对应运动平台的各运动轴的实际运动位置坐标；

步骤四，无镜片状态下，在每一测量点，运动平台的各运动轴运动到实际运动位置坐标处，对检测单元的波前像差传感器进行校准，消除检测装置的系统误差可能引起的波前像差测量误差，并保存当前位置的校准文件；

步骤五，镜片装卡状态下，在每一测量点，运动平台的各运动轴运动到实际运动位置坐标处，加载步骤四中所保存的当前位置的波前像差传感器校准文件后，实现对该测量点处镜片的有效波前像差的测量。

所述步骤一中光源的波长可在380～780nm范围内调节，用于检测针对不同波长入射光时镜片的有效波前像差；所述光源调整单元的准直镜的位置可微调，确保通过光阑入射光线的波前像差为零；所述光源调整单元整体在四轴运动平台上做平移和旋转，且其旋转中心在光阑的孔径中心。

所述步骤一中镜片姿态调整单元中镜片卡槽固定在多轴组合位移台、角位移台及旋转台上，用于根据配镜处方调整镜片卡槽相对检测单元旋转中心的距离和姿态；所述多轴组合位移台、角位移台及旋转台按照特定顺序从上到下依次排列，分别是沿Z轴位移台，沿Rx轴角位移台，沿Z轴位移台，沿X轴位移台，沿Ry轴旋转台；所述沿Z轴位移台用于调整镜片中心厚度FO’，所述沿Rx轴角位移台的旋转中心O与检测单元的旋转中心O重合；所述沿Z轴位移台用于调整第一视角下镜片后表面到人眼旋转中心距离O’O；所述沿Ry轴旋转台的旋转中心C与光轴垂直距离CF可根据单眼瞳距的数值，由沿X轴位移台进行调节；所述沿Ry轴旋转台的旋转中心C可位于光轴左侧，实现对右眼镜片的检测，也可位于光轴右侧，实现对左眼镜片的检测。所述多轴组合位移台、角位移台及旋转台按照如下特定顺序调节：调节位移台，调节位移台，调节位移台，调节角位移台，调节旋转台。

所述步骤三中所述检测单元为光学4F系统和波前像差传感器联接成的套筒的旋转中心位置为配镜处方中眼球旋转中心的位置，该旋转中心与待测镜片后表面中心的距离可根据配镜处方由镜片姿态调整单元的相应位移台来调整；所述光学4F系统前焦点的位置可由配镜处方中角膜顶点到眼球旋转中心的距离参数决定，通过沿光轴前后移动套筒的位置，使波前像差传感器的测量面通过光学4F系统的前焦点与眼球角膜顶点共轭，套筒旋转时，波前像差传感器的测量面为眼球角膜顶点球面，检测到的是眼球角膜顶点球面上的有效波前像差。

本发明还可以采用一种采用权利要求1所述的基于波前分析的眼镜片检测方法的装置，包括沿光轴依次有光源调整单元、镜片姿态调整单元和检测单元，所述光源调整单元包括四轴运动平台、光源、扩束器、准直组件和光阑；所述四轴运动平台由沿Rx轴旋转台面沿Ry轴旋转台面、沿X轴运动台面和沿Y轴运动台面构成；所述四轴运动平台中沿Ry轴台面上设置有光源、扩束器、准直组件和光阑；所述镜片姿态调整单元镜片卡槽及多轴组合位移台、角位移台及旋转台；所述多轴组合位移台、角位移台及旋转台从上到下依次分别是沿Z轴位移台，沿Rx轴角位移台，沿Z轴位移台，沿X轴位移台，沿Ry轴旋转台；所述检测单元包括由沿Rx轴旋转台面和沿Ry轴旋转台面构成的两轴旋转平台；所述沿Ry轴旋转台面上设置有套筒，套筒内有两枚透镜所构成的光学4F系统，所述套筒一端连接波前像差传感器；所述软件模块与光源调整模块的四轴运动平台和检测模块的二轴运动平台连接，用于设置运动平台的运动参数并控制运动平台的联动，同时与所述检测模块的波前像差传感器连接用于检测参数设置及检测数据的接收、计算及显示。

有益效果

1、本发明模拟了真实配戴状态下兼顾镜片的姿态、眼球旋转、视角变化、镜片不同区域、顶点距离、镜片后表面面形等因素的影响，实现对到达人眼角膜顶点球面的有效波前像差的测量。

2、本发明对入射光源具有平移和旋转的功能，采用分区域扫描的方式对镜片表面进行检测，同时考虑了眼球旋转使用镜片相对应区域时顶点距离的变化对有效波前像差的影响。

3、本发明通过合理设置4F系统的前焦点与Hartmann-Shack波前像差传感器测量平面共轭，合理设置检测单元旋转平台的旋转中心相对4F系统前焦点的距离，使得Hartmann-Shack波前像差传感器的测量面与人眼角膜顶点球面完全重合，实现了面向配戴状态下经镜片矫正后的光线到达角膜顶点处的有效波前像差的检测。测量数据可以用来评价镜片的加工质量、光学性能及成像质量，或为修正、优化设计或补偿加工提供定量化的参考依据。

4、本发明模拟了配戴状态下入射光、镜片、眼球之间的精确相对运动关系，兼顾顶点距离、配戴视野角、镜圈面部弧度、镜片面形等因素对镜片实际矫正效果的影响，采用Hartmann-Shack波前像差检测方法实现高精度的眼球角膜顶点球面上有效波前像差的检测。

附图说明

图1是配戴状态下目标物-镜片-眼球联合模型图

图2是本发明检测装置结构示意图；

图3是本发明检测装置中光源调整单元结构示意图；

图4是本发明检测装置中镜片姿态调整单元结构示意图；

图5是本发明检测装置中检测单元结构示意图；

图6是本发明检测装置测量步骤流程图；

图7是本发明所使用Hartmann-Shack波前像差传感器CCD中心光斑位置图；

图8(a)是理论测量点在镜片坐标系下X’Y’平面上的分布图；图8(b)是理论测量点在世界坐标系下XY平面上的分布图；图8(c)是套筒在每个测量点所对应的旋转角度；图8(d)是光源调整单元在每个测量点所对应的理论运动位置坐标及实际运动位置坐标；

图9是无镜片状态下对各测量点校准后所获得的波前像差图；

图10至图12是顶点距离为0mm，配戴视野角为0°，镜圈面部弧度为0°时对一单光球面镜片的测量结果，即顶点球面上的波前像差测量结果；

图13至图15为该单光镜片在配戴状态下(顶点距离为12mm，配戴视野角为9°，镜圈面部弧度为5°)的有效波前像差测量结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细说明。

如图2所示，本发明提供一种基于波前分析的眼镜片检测装置，所述光源调整单元1包括四轴运动平台11、光源12、扩束器13、准直组件14和光阑15；所述四轴运动平台11由沿Rx轴旋转台面11a、沿Ry轴旋转台面11b、X轴位移台面11c和Y轴位移台面11d构成,所述四轴运动平台11中沿Ry轴旋转台面上设置有光源12、扩束器13、准直组件14和光阑15；所述镜片姿态调整单元2包括沿Ry轴旋转台21，所述沿Ry轴旋转台21设置有沿X轴位移台22，所述沿X轴位移台22上设置有沿Z轴位移台23，所述沿Z轴位移台23上设置有沿Rx轴角位移台24，所述沿Rx轴角位移台24上设置有沿Z轴位移台25，所述沿Z轴位移台25上设置有镜片卡槽26；所述检测单元3包括由沿Rx轴旋转台面31a和沿Ry轴旋转台面32b构成的两轴旋转平台31；所述沿Ry轴旋转台面31b上设置有套筒32，套筒32一端连接Hartmann-Shack波前像差传感器33；所述套筒32内设置由第一透镜321和第二透镜322所组成的光学4F系统。所述软件模块4连接四轴运动平台11，二轴运动平台31及Hartmann-Shack波前像差传感器33。

如图3所示，所述光源调整单元1，用于对入射光的平移和旋转。所述光源调整单元1由沿Rx轴旋转台面11a、沿Ry旋转台面11b、沿X轴位移台面11c和沿Y轴位移台面11d构成的四轴运动平台11构成，所述四轴运动平台11中沿Ry轴旋转平台11b上设置有光源12、扩束器13、准直组件14和光阑15；具体说明，所述光源调整单元1设置在四轴运动平台11上；所述光源12所发出的点光源经过扩束器13扩束，并经准直透镜14后通过光阑15出射波前像差为零的圆光束并照射在待测镜片上的某个区域；如图2所示，所述四轴运动平台11能实现沿X,Y方向的平移及绕Rx,Ry轴的旋转，以分区域扫描的方式完成对待测镜片全表面的照射。四轴运动平台11的旋转中心在光阑的孔径中心位置。准直透镜14的位置沿测量光轴Z方向可调节，保证通过光阑15的出射光为波前像差为零的圆形光束，光束直径可由光阑15进行调节。

如图4所示，所述镜片姿态调整单元2，用于调整镜片初始顶点距离、配戴视野角和镜圈面部弧度。所述镜片姿态调整单元2包括沿Ry轴旋转台21，所述沿Ry轴旋转台21上设置有沿X轴位移台22，所述沿X轴位移台22上设置有沿Z轴位移台23，所述沿Z轴位移台上设置有沿Rx轴角位移台24，所述沿Rx轴角位移台24上设置有沿Z轴位移台25，所述沿Z轴位移台25上设置有镜片卡槽26。具体说明，镜片卡槽26固定在位移台25上，位移台25固定在角位移平台24上，角位移台24可实现沿X轴的旋转，用以调整配戴视野角ρ，其旋转中心始终与图5中套筒32的旋转中心(或二轴运动平台31的旋转中心)点O位置重合，镜片安装在镜片卡槽25内时，镜片后表面中心点O’与角位移台24的旋转中心O的距离O’O,可根据配镜处方由位移台25沿Z方向做相应调节。旋转台21绕Y轴旋转，用于模拟配戴状态下的镜圈面部弧度。其旋转中心位于与图1中配戴状态下镜圈面部弧度旋转中心C的相同位置，旋转中心C与测量光轴的垂直距离可根据配镜处方中单眼瞳距的不同在X方向调节。沿X轴位移台22，用于调节旋转平台的旋转中心C在X方向相对测量光轴的垂直距离，以模拟单眼瞳距的变化。并可根据待测镜片的左右眼配戴情况不同，将镜圈面部弧度的旋转中心C设置在测量光轴的左侧或右侧。根据待测镜片中心厚度的不同，位移台23沿Z方向可调节旋转台21的旋转中心C到光轴的垂线交点F与镜片后表面O’的距离FO’，保证旋转台21的旋转中心C到光轴的垂线交点F与镜片前表面中心点重合。

如图5所示，所述检测单元3，用于检测配戴状态下镜片的有效波前像差。所述检测单元3包括由沿Rx轴旋转台面31a和沿Ry轴旋转台面31b构成的两轴旋转平台31；所述沿Ry轴旋转台面31b上设置有套筒32，所述套筒32一端连接Hartmann-Shack波前像差传感器33。所述套筒32内设置由第一透镜321和第二透镜322组成的光学4F系统。所述4F系统安装在套筒32内，以减少杂散光对波前像差测量结果的影响，套筒32与Hartmann-Shack波前像差传感器33联接在一起，共同安装在两轴旋转平台31上，用于模拟配戴状态下眼球在水平及垂直方向的旋转。Hartmann-Shack波前像差传感器33能够实现水平和垂直方向的角度旋转功能，模拟配戴状态下人眼球的旋转。通过光学4F系统，Hartmann-Shack波前像差传感器测量面始终与人眼角膜顶点球面共轭，获取的是入射光经过镜片后到达人眼角膜顶点球面上的有效波前像差，实现对镜片有效矫正能力的检测，能够与人眼球自身的波前像差缺陷进行匹配。所述软件模块41是通过计算机4运行，软件模拟41用于设置四轴运动平台11和二轴运动平台31的运动参数并控制其联动，同时与所述检测模块的Hartmann-Shack波前像差传感器33连接用于检测参数设置及检测数据的接收、计算及显示。

如图6所示，本发明还可以通过如下技术方案进行实施：

一种基于波前分析的眼镜片检测方法，包括光源调整单元、镜片姿态调整单元和检测单元；所述光源调整单元1用于对入射光的平移和旋转；所述镜片姿态调整单元2，用于调整镜片初始顶点距离、配戴视野角和镜圈面部弧度；所述检测单元3，用于检测镜片有效波前像差信息；所述软件模块41，用于设置四轴运动平台11和二轴运动平台31的运动参数并控制其联动，设置Hartmann-Shack波前像差传感器33的检测参数，接收检测数据进行计算并显示，其步骤为：

步骤一101，无镜片状态下，调整所述光源调整单元入射光为波前像差为零的平行光；以光轴为基准，对齐所述光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元，保证将入射光斑落入所述检测单元中Hartmann-Shack波前像差传感器的CCD中心位置，同时通过软件模块完成配置所述检测单元Hartmann-Shack波前像差传感器的测量参数及运动平台的运动参数，完成检测装置初期数据设置；所述步骤一中光源的波长可在可见光波长范围内(380～780nm)调节，用于检测针对不同波长入射光时镜片的有效波前像差，所述光源调整单元的准直镜的位置可微调，确保通过光阑入射光线的波前像差为零；所述光源调整单元整体在四轴运动平台上做平移和旋转，且其旋转中心在光阑的孔径中心。实际中，通过光学调整单元1相对位置的调整，使得入射光为波前像差为零的平行光。本发明中各运动平台回到初始位置并对其姿态进行微调，完成光轴的对齐工作，使得入射光斑位于Hartmann-Shack波前像差传感器33的CCD中心位置，用于模拟目标物清晰成像在视网膜黄斑中心，如图7所示。在软件模块中对Hartmann-Shack波前像差传感器33进行合适的参数设置，如CCD分辨率、瞳孔直径及位置、Zernike拟合阶数等。对各运动平台进行合适的参数设置，如运动步长、运动速度、运动加速度等。

步骤二102，无镜片状态下，通过软件模块，规划测量区域及测量路径，根据所述光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元的相对位置关系及坐标转换公式，生成理论测量点坐标及各测量点所对应的运动平台的各运动轴的理论位置坐标。本发明的检测系统有两个坐标系，分别定义为镜片坐标系X’Y’Z’，其以配戴视野角及镜圈面部弧度均为零时，镜片后表面中心点O’(图1中O’)为原点；及世界坐标系XYZ，其以眼球旋转中心O(图1，图4，图5中点O)为坐标原点。当镜片装上并按照配镜处方的参数处于配戴状态时，镜片坐标系与世界坐标系之间可由坐标转换公式相互转换。首先根据测量范围、瞳孔大小、测量间距等参数计算并设置理论测量点在镜片坐标系下的坐标，如图8(a)所示为镜片直径为70mm,测量范围为直径26mm,瞳孔大小为直径1mm，测量间距为1.5mm所产生的理论测量点坐标在镜片坐标系X’Y’平面上的分布。其次，根据镜片坐标系与世界坐标系的坐标转换公式，获取理论测量点在世界坐标系下XY平面上的分布，如图8(b)所示。最后，根据光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元的相对位置关系，计算得出各理论测量点所对应的四轴运动平台11及二轴运动平台31的理论运动位置坐标，图8(c)所示为套筒32在对每个理论测量点进行测量时所对应的旋转角度，即二轴运动平台31在对每个理论测量点进行测量时所对应的旋转角度。图8(d)所示为光源所在的四轴运动平台11的两个位移台11c和11d在对每个理论测量点进行测量时所对应的位移量。四轴运动平台11的两个旋转台11a和11b在对每个理论测量进行测量时所对对应的旋转角度与图8(c)所示套筒32的旋转角度值相同，方向相反。

步骤三103，无镜片状态下，根据步骤二获得的测量区域内每一理论测量点所对应的运动平台的各运动轴的理论位置坐标，对所述光源调整单元1进行反馈调节使得在每一测量点的光斑中心落入所述检测单元中Hartmann-Shack波前像差传感器CCD中心位置，获得各理论测量点所对应四轴运动平台11的实际运动位置坐标；实际中，由于运动平台的运动误差及安装定位误差，在对每一个理论测量点进行测量时，运动平台运动到相应理论运动位置坐标处，可能出现入微光斑中心无法落在Hartmann-Shack波前像差传感器33的CCD中心位置上，因此，有必要根据光斑在Hartmann-Shack波前像差传感器33的CCD上的位置，对光源的姿态在理论运动位置坐标的周边小邻域内进行反馈调节，使得入射光斑中心落在Hartmann-Shack波前像差传感器33的CCD中心位置。反馈调节结束后，记录运动平台的实际运动位置坐标，图8(d)所示为反馈调节后，光源所在的四轴运动平台11的两个位移台11c和11d在对每个理论测量点进行测量时所对应的实际运动位置坐标。

步骤四104，无镜片状态下，在每一测量点，运动平台的各运动轴运动到实际运动位置坐标处，对检测单元的Hartmann-Shack波前像差传感器进行校准，消除检测装置的系统误差可能引起的波前像差测量误差，并保存当前位置的校准文件。图9所示为无镜片状态下对各测量点校准后所获得的波前像差图，在各个测量点，波前像差的PV值均不大于0.04μm，有效地消除了系统本身对波前像差测量的影响。

步骤五105，镜片装卡状态下，在每一测量点，运动平台的各运动轴运动到实际运动位置坐标处，加载步骤四中所保存的当前位置的Hartmann-Shack波前像差传感器的校准文件，之后，实现对该测量点处镜片的有效波前像差的测量。

举例说明，以一标称值为球镜度：-2.5D,柱镜度：0D的单光球面镜为测量对象进行两组测量，图10至图12所示为顶点距离为0mm，即图1中顶点球面处，且配戴视野角为0°，镜圈面部弧度为0°时的测量结果。图10为顶点球面上随视角变化的波前像差分布图，图11为该顶点球面上随视角变化的球镜度分布图，可见中心区域测量结果为-2.5D左右，与标称值及商用焦度计测量结果的误差范围在±0.2D之内，由图1可知随着视角扩大，顶点球面逐渐远离镜片后表面，而图11中可见整体球镜度随测量半径扩大大致呈同心圆逐渐减小的趋势。图12为该顶点球面上随视角变化的柱镜度分布图，可见中心区域测量结果为0D左右，可见整体柱镜度分布随测量半径扩大大致呈同心圆逐渐扩大的趋势。

图13至图15为该单光镜片在配戴状态的测量结果。图13为所测镜片处于右眼位置，第一眼位处顶点距离为12mm,配戴视野角为9°，镜圈面部弧度为5°时角膜顶点球面上随视角变化的有效波前像差分布图，图14为该配戴状态下角膜顶点球面上随视角变化的有效球镜度分布图，与图11对比可见受到视野角及镜圈面部弧度的影响，中心区域的球镜度分布往下偏移并向鼻端靠近，到达人眼角膜球面上的有效球镜度有了相当的变化。图15为该配戴状态下角膜顶点球面上随视角变化的有效柱镜度分布图。

上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之列。

Claims (5)

1.一种基于波前分析的眼镜片检测方法，包括光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元和软件模块；

所述光源调整单元用于对入射光的平移和旋转；

所述镜片姿态调整单元，用于根据配镜处方的配戴参数，调整镜片初始顶点距离、配戴视野角和镜圈面部弧度；

所述检测单元，用于检测镜片的有效波前像差；

所述软件模块，用于设置运动平台的运动参数，设置检测单元中波前像差传感器的检测参数；用于接收检测单元的有效波前像差数据，对其进行计算并显示，其特征在于：

步骤一，无镜片状态下，调整所述光源调整单元入射光为波前像差为零的平行光；以光轴为基准，对齐所述光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元，使入射光斑落入所述检测单元中波前像差传感器的CCD中心位置；其次，根据配镜处方中顶点距离、眼球半径、配戴视野角及镜圈面部弧度参数，调整所述镜片姿态调整单元中位移台、角位移台、旋转台的参数，使得镜片卡槽的位置及姿态与配镜处方中参数相同；最后通过软件模块完成配置所述检测单元测量参数及运动平台的运动参数，完成检测装置初期设置；

步骤二，无镜片状态下，通过软件模块，规划测量区域及测量路径，根据所述光源调整单元、镜片姿态调整单元、检测单元的相对位置关系及坐标转换公式，生成理论测量点坐标及各测量点所对应的运动平台的各运动轴的理论位置坐标；

步骤三，无镜片状态下，根据步骤二获得的测量区域内每一理论测量点所对应的运动平台的各运动轴的理论位置坐标，对所述光源调整单元进行反馈调节使得在每一测量点的光斑中心落入所述检测单元中波前像差传感器CCD中心位置，获得各理论测量点所对应运动平台的各运动轴的实际运动位置坐标；

步骤四，无镜片状态下，在每一测量点，运动平台的各运动轴运动到实际运动位置坐标处，对检测单元的波前像差传感器进行校准，消除检测装置的系统误差可能引起的波前像差测量误差，并保存当前位置的校准文件；

步骤五，镜片装卡状态下，在每一测量点，运动平台的各运动轴运动到实际运动位置坐标处，加载步骤四中所保存的当前位置的波前像差传感器校准文件后，实现对该测量点处镜片的有效波前像差的测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于波前分析的眼镜片检测方法，其特征在于：所述步骤一中光源的波长可在380～780nm范围内调节，用于检测针对不同波长入射光时镜片的有效波前像差；所述光源调整单元的准直镜的位置可微调，确保通过光阑入射光线的波前像差为零；所述光源调整单元整体在四轴运动平台上做平移和旋转，且其旋转中心在光阑的孔径中心。

3.根据权利要求1所述的一种基于波前分析的眼镜片检测方法，其特征在于：所述步骤一中镜片姿态调整单元中镜片卡槽固定在多轴组合位移台、角位移台及旋转台上，用于根据配镜处方调整镜片卡槽相对检测单元旋转中心的距离和姿态；所述多轴组合位移台、角位移台及旋转台按照特定顺序从上到下依次排列，分别是沿Z轴位移台，沿Rx轴角位移台，沿Z轴位移台，沿X轴位移台，沿Ry轴旋转台；所述沿Z轴位移台用于调整镜片中心厚度FO’，所述沿Rx轴角位移台的旋转中心O与检测单元的旋转中心O重合；所述沿Z轴位移台用于调整第一视角下镜片后表面到人眼旋转中心距离O’O；所述沿Ry轴旋转台的旋转中心C与光轴垂直距离CF可根据单眼瞳距的数值，由沿X轴位移台进行调节；所述沿Ry轴旋转台的旋转中心C可位于光轴左侧，实现对右眼镜片的检测，也可位于光轴右侧，实现对左眼镜片的检测；所述多轴组合位移台、角位移台及旋转台按照如下特定顺序调节：调节位移台，调节位移台，调节位移台，调节角位移台，调节旋转台。

4.根据权利要求1所述的一种基于波前分析的眼镜片检测方法，其特征在于：所述步骤三中检测单元的光学4F系统和波前像差传感器联接成的套筒的旋转中心位置为配镜处方中眼球旋转中心的位置，该旋转中心与待测镜片后表面中心的距离可根据配镜处方由镜片姿态调整单元的相应位移台来调整；所述光学4F系统前焦点的位置可由配镜处方中角膜顶点到眼球旋转中心的距离参数决定，通过沿光轴前后移动套筒的位置，使波前像差传感器的测量面通过光学4F系统的前焦点与眼球角膜顶点共轭，套筒旋转时，波前像差传感器的测量面为眼球角膜顶点球面，检测到的是眼球角膜顶点球面上的有效波前像差。

5.一种采用权利要求1所述的基于波前分析的眼镜片检测方法的装置，包括沿光轴依次有光源调整单元、镜片姿态调整单元和检测单元，其特征在于：所述光源调整单元包括四轴运动平台、光源、扩束器、准直组件和光阑；所述四轴运动平台由沿Rx轴旋转台面、沿Ry轴旋转台面、沿X轴运动台面和沿Y轴运动台面构成；所述四轴运动平台中沿Ry轴台面上设置有光源、扩束器、准直组件和光阑；所述镜片姿态调整单元包括镜片卡槽及多轴组合位移台、角位移台及旋转台；所述多轴组合位移台、角位移台及旋转台从上到下依次分别是沿Z轴位移台，沿Rx轴角位移台，沿Z轴位移台，沿X轴位移台，沿Ry轴旋转台；所述检测单元包括由沿Rx轴旋转台面和沿Ry轴旋转台面构成的两轴旋转平台；所述沿Ry轴旋转台面上设置有套筒，套筒内有两枚透镜所构成的光学4F系统，所述套筒一端连接波前像差传感器；所述软件模块与光源调整模块的四轴运动平台和检测模块的二轴运动平台连接，用于设置运动平台的运动参数并控制运动平台的联动，同时与所述检测模块的波前像差传感器连接用于检测参数设置及检测数据的接收、计算及显示。