CN115427779A - 镜片检查方法及装置 - Google Patents

Abstract

测试图案显示在平面显示表面14上。通过用测试镜片在距显示表面的两个不同镜片距离dl^l、dl²处测量透过测试镜片看到的测试图案的放大率，并且根据两个放大率值和镜片距离的差值Δdl计算焦度，来确定测试镜片20的焦度。用于执行该方法的装置包括用于显示测试图案的数字显示屏幕14和用于通过测试镜片20捕获测试图案的图像的数字相机16。该装置具有镜片托架18，测试镜片20安装在镜片托架中以将测试镜片保持在显示屏幕与相机之间。镜片托架18可以在电子控制系统28的控制下在垂直于显示屏幕的线性方向上移动，以改变测试镜片和显示屏幕之间的距离。

Description

镜片检查方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于检查镜片以及尤其但非排他地检查镜片的方法和装置。

背景技术

经常有必要能够确定镜片的光学参数，诸如在眼镜中使用的那些光学参数。这可能被要求作为制造过程的一部分来确保镜片符合处方并且可以在镜片已经被组装到眼镜框中之前或之后被执行。有时还需要确定一副眼镜中已使用的镜片的光学参数，比如作为眼科检查的一部分，在该眼科检查中，人没有他们的处方以提交或检查镜片是否符合他们的处方。本发明在其不同方面提供了这些操作的几种新方法，大大减少了对技术人员执行任务的依赖。这在缺乏这种技能的领域中是特别重要的。

已知能够自动确定眼镜镜片的焦度的镜片计。在一种已知的布置中，测试图案显示在数字屏幕，镜片被定位在屏幕与数码相机之间，并且如透过受测试的镜片(本文被称为“测试镜片”)看到的测试图案的图像被相机捕获在“镜片图像”中。测试图案通常将被测试镜片失真，除非测试镜片是平坦的，并且通过将在镜片图像中捕获的失真的测试图案与原始测试图案进行比较，有可能确定由测试镜片产生的放大率M的大小。如果已知测试镜片与显示屏幕之间的距离d₀，则可以使用函数f(M)＝P来计算测试镜片的焦度(P)，其中，针对任何给定装置从具有已知屈光度(D)的标准镜片组中确定函数f。图像处理和分析通常由运行适当软件的计算设备执行，并且校准系统以考虑相机和装置的其他部分的效果。

在WO 2018/073577A2中，我们描述了一种使用测试图案来确定测试镜片的焦度的方法，该测试图案包括一个点集合，该点集合被布置成使得它们可以通过最佳拟合的独特的第一椭圆来连接。当通过测试镜片观察时，点之间的尺寸和间距将根据放大率而改变，并且通过分析这些变化，可以确定放大幅值并且因此确定测试镜片的焦度。方便地，通过针对镜片图像中的点集合产生具有最佳拟合的第二椭圆并且将具有最佳拟合的第二椭圆的长轴和短轴与第一椭圆的长轴和短轴进行比较来分析点集合之间的间距变化。该测试图案还可以用于确定测试镜片是否包括散光矫正(柱面焦度)以及(如果是的话)散光矫正的轴线角度。在原始测试图案中，点被布置在圆上，使得在最佳拟合的第一椭圆中，长轴和短轴是相同的。如果测试镜片是圆柱形的，当透过测试镜片观察时点的相对位置将改变，使得最佳拟合的第二椭圆的长轴和短轴将不相同。通过分析最佳拟合的第一和第二椭圆的长轴和短轴上的差异，可以确定柱面焦度和任何散光校正的轴角以及放大率的大小。

在许多眼镜镜片中，诸如像变焦镜片等，例如焦度和其他光学特性跨镜片变化。为了同时确定眼镜镜片在横跨测试镜片的多个点处的焦度，我们在WO 2018/073577A2中公开了实施例，其中，测试图案包括点阵列，该点阵列被布置成限定多个重叠的点集合，每个集合可以通过如上所述的最佳拟合的椭圆连接。使用该测试图案，可以分析眼镜镜片以根据单个镜片图像同时确定其焦度和在大量位置处的任何散光矫正，并且结果以跨该测试镜片的焦度和/或散光矫正的等高线图的形式呈现。

如果准确地知道物距(d₀)，则确定测试镜片的焦度的已知方法产生准确结果。经典地，从镜片的第一主平面测量物距。主平面是用于计算镜片参数的假设近似值。虽然这些近似值对于简单镜片保持良好，但是它们难以应用于更复杂的镜片。对于具有复杂形状的渐变镜片，可能无法限定该镜片的主平面。对于这种镜片，难以精确地确定跨镜片的任何给定位置的物距。一些已知的镜片计使用沙克·哈特曼(Shack-Hartmann)波前传感器来测量镜片的焦度，但是这经常将测量限制到镜片的一小部分并且需要知道从镜片到传感器的距离

此外，已知方法需要从具有已知屈光度的标准镜片组中确定函数f，并且每个镜片计需要独特的校准变换算法，该校准变换算法被应用于镜片图像中的测试图案以去除由装置而不是镜片产生的测试图案的失真。这些要求中的每一项要求增加了整个系统中的不准确性，而使用校准变换算法也增加了处理要求。

本发明试图克服或至少减轻用于确定镜片的焦度的已知方法和装置的缺点中的一些或全部。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种确定测试镜片的焦度的方法，该方法包括：

a.在平面显示表面上显示测试图案；

b.将测试镜片定位在显示表面与数码相机之间的第一位置处，在第一位置处，测试镜片在距显示表面第一镜片距离处，以及使用相机来捕获通过第一位置处的镜片所看到的测试图案的图像(“第一镜片图像测试图案”)；

c.将测试镜片定位在显示表面与相机之间的第二位置处，在第二位置处，测试镜片在距显示表面不同于第一镜片距离的第二镜片距离处，以及使用相机来捕获如通过在第二位置处的测试镜片所看到的测试图案的图像(“第二镜片图像测试图案”)；

d.分析第一镜片图像测试图案和第二镜片图像测试图案中的每一个，以确定测试图案在第一位置处的放大率M₁的大小和所述测试图案在所述第二位置M₂处的放大率M₂的大小；

e.根据第一位置的放大率值M₁和第二位置处的放大率值M₂以及第一位置与第二位置之间的镜片距离变化Δdl来计算测试镜片的焦度P。

如本文(包括在权利要求书中)使用的术语“镜片距离”是指当在垂直于显示表面的平面的方向上测量时测试镜片中或上的任何给定参考点与显示表面之间的距离。在镜片距离是显示表面和平行于显示表面延伸并且穿过参考点的参考平面之间的距离方面考虑可能是有帮助的。至少在简单的镜片中，合适的参考平面将与测试镜片的光轴或主轴正交地延伸。然而，实际上，由于可以根据测试镜片在第一位置与第二位置之间的移动确定镜片距离变化Δdl，所以不必实际识别这种参考平面或者测量显示屏幕与参考平面之间的实际距离。例如，通过将用于将测试镜片精确地在第一位置和第二位置之间移动垂直于显示表面的平面的设定距离的机构结合到用于执行该方法的装置中，和/或通过结合直接或间接确定、测量、检测或感测由测试镜片在第一位置和第二位置之间移动的距离的手段，可以以相对精度确定镜片距离变化Δdl。如果随着测试镜片在第一位置和第二位置之间移动，测试镜片相对于显示表面被保持在相同的取向，则镜片距离变化Δdl对于测试镜片中的所有点将是相同的，而无论镜片的形状如何。因此，本发明的方法消除了计算眼镜镜片上的多个位置处的焦度的不准确性，否则该不准确性将由于准确地确定镜片上的物距的困难而出现。进一步的优点是，计算不需要使用具有已知屈光度的标准镜片组来确定函数，并且通常不需要校准变换算法。

可以使用以下等式或等效物来确定测试镜片的焦度P：

其中，M₁和M₂分别是利用测试镜片在第一位置和第二位置处测量的测试图案的放大率的值，以及Δdl是第一位置与第二位置之间的镜片距离的变化。

在实施例中，测试镜片在垂直于显示屏幕的方向X上在第一位置与第二位置之间移动。通常，该方向将与相机镜头的光轴重合或至少平行于相机镜头的光轴，相机镜头的光轴穿过待测镜片大致垂直于显示表面对准。

该方法可以包括将测试镜片从第一位置移动到第二位置预定距离Δdl。可替代地，该方法可以包括确定由测试镜片在第一位置处引起的测试图案的放大程度并且将测试镜片从第一位置移动直到达到第二位置，在第二位置处，由测试镜片引起的测试图案的放大率变化处于或高于预定量，该预定量适合于使得能够计算测试镜片的焦度并且确定由测试镜片从第一位置移动至第二位置的距离。该方法可以包括直接地或间接地监测测试镜片上的参考点的位置，以便确定第一位置和第二位置之间的镜片距离变化Δdl。该方法可以包括将测试镜片安装在用于将测试镜片保持在显示表面和相机之间的镜片托架中，其中，镜片托架在垂直于显示表面的线性方向上相对于显示表面是能够移动的。在该实施例中，该方法包括在捕获第一镜片图像测试图案之后在线性方向上移动镜片托架，以将测试镜片放置在第二位置处。该方法还可以包括根据镜片托架的移动来确定镜片距离变化Δdl。镜片托架可以是镜片移动系统的一部分，镜片移动系统包括在电子控制系统的控制下进行操作以用于控制镜片托架的移动的电子致动器。致动器可以包括步进马达，以及该方法可以包括通过监测马达将镜片托架从第一位置移动到第二位置所采取的步数来确定镜片距离变化Δdl。步进马达可以驱动具有已知节距的螺纹轴，镜片托架通过驱动螺母安装至螺纹轴。

该方法可以包括将一个或更多个测试镜片直接安装在镜片托架上。可替代地，该方法可以包括将一副测试镜片安装在镜片托架上的眼镜框中。

该方法可以包括通过将第一镜片图像测试图案和第二镜片图像测试图案中的每一个与原始测试图案进行比较来确定测试图案在第一位置处的放大率M₁和第二位置处的放大率M₂的大小。

该方法可以包括显示测试图案，该测试图案包括至少一个点集合，至少一个点集合被布置成使得集合中的点可以由最佳拟合的第一唯一椭圆连结，在第一位置和第二位置中的每个位置处的放大率的大小是通过导出第二椭圆并且将最佳拟合的第二椭圆中的每个椭圆与最佳拟合的第一椭圆进行比较来确定的，第二椭圆是将对应的第一镜片图像测试图案和第二镜片图像测试图案中的每个镜片图像测试图案中的至少一个点集合中的点连结的最佳拟合椭圆。该方法可以包括确定第二椭圆的长轴和短轴并且将第二椭圆的长轴和短轴分别与第一椭圆的长轴和短轴进行比较以确定放大率。

在一个实施例中，该方法用于确定测试镜片中的单个点处的镜片焦度，该方法包括在捕获镜片图像之前将测试镜片的光学中心与相机镜头的光轴以及与至少一个点集合中的一个点集合的中心对准。

在可替代实施例中，该方法用于确定测试镜片的跨关注区域的多个位置处的镜片焦度，该方法包括：

显示测试图案，该测试图案包括分布在显示表面的区域上的多个点集合，并且确定在测试镜片的关注区域内的对应的第一镜片图像测试图案和第二镜片图像测试图案中记录的测试图案中的每个点集合的放大率的大小，并且计算关于每个点集合的镜片焦度的值。

关注区域可以包括测试镜片的基本上全部。

测试图案可以包括以行和列的阵列布置的多个点，其中，每行中的点以等于相邻行之间的间距的距离等距地间隔开，以及其中，交替行是偏移的，使得任何给定行中的点位于相邻行或相邻行中的点之间的中间，使得每个点(除了在阵列的边缘处的点)由位于名义正六边形的顶点处的六个其他点包围，其中，每个六个其他点的集合包括所述点集合中的一个。

该方法可以包括使用电子显示屏幕来显示测试图案。相机和屏幕可以可操作地连接到计算设备，以及该方法可以包括使用计算设备来生成测试图案、执行所需的图像处理和分析以及控制镜片托架的移动。

根据本发明的第二方面，提供了用于确定测试镜片的焦度的装置，该装置包括平面显示表面，平面显示表面用于显示测试图案；数字相机，数字相机具有镜片，镜片的光轴与显示表面垂直地对准；镜片托架，镜片托架用于在显示表面和相机镜头之间保持测试镜片，镜片托架在垂直于显示表面的线性方向上能够移动，以改变测试镜片与显示表面之间的距离，该装置包括电子控制系统，电子控制系统用于控制镜片托架在线性方向上的移动。

该装置可以包括电子致动器，电子致动器在电子控制系统的控制下操作以用于控制镜片托架的移动。致动器可以包括步进马达。该装置可以包括用于测量或检测镜片托架在线性方向上移动的距离的系统。该装置可以被配置成在使用中将镜片托架移动到第一位置，在第一位置中，安装到托架的测试镜片相对于显示表面处于第一镜片距离处，且随后将镜片托架移动到第二位置，在第二位置中，测试镜片相对于显示表面处于不同于第一镜片距离的第二镜片距离处。

该装置可以被配置成，当镜片托架处于第一位置时，使用数码相机来捕获如由相机透过测试镜片看到的测试图案的图像(“第一镜片图像测试图案”)；以及该装置可以被配置成，当镜片托架处于第二位置时，使用数码相机来捕获如由相机透过测试镜片看到的测试图案的另外的图像(“第二镜片图像测试图案”)；以及该装置可以被配置成分析第一镜片图像测试图案和第二镜片图像测试图案中的每一个以确定当测试镜片分别处于第一位置和第二位置时测试图案的放大率的大小。

该装置可以被配置成使镜片托架垂直于屏幕在第一位置与第二位置之间移动。该装置可以被配置成使镜片托架从第一位置移动直到到达第二位置，在第二位置处，测试图案的放大率的变化处于或高于适合于计算测试镜片的焦度的预定量，并且该装置可以被配置成确定由承载件从第一位置移动至第二位置的距离。

该装置可以包括计算设备，计算设备形成电子控制系统的一部分或与电子控制系统相关联，并且计算设备被编程以执行图像数据处理和分析步骤，以用于确定由测试镜片在第一位置和第二位置引起的测试图案的放大率的大小。

镜片托架可以被适配成单独地接纳一个或更多个测试镜片。镜片托架可以被适配成将一副测试镜片安装在眼镜框中。

该装置可以是镜片计。

该装置可以被配置成执行根据本发明的第一方面的方法。

根据本发明的第三方面，根据本发明的第二方面的装置用于执行根据本发明的第一方面的方法。

附图说明

为了使本发明在其不同方面可以被更清楚地理解，现在将参考附图仅通过举例来描述本发明的一个或更多个实施例，在附图中：

图1是根据本发明的一方面的用于确定测试镜片的焦度的装置的第一实施例的示意性侧视图；

图2是根据本发明的一方面的用于确定测试镜片的焦度的装置的第二实施例的正视图，其中该装置的外壳元件被移除，因此示出了内部细节；

图3是沿线A-A截取的穿过图2的装置的横截面视图；

图4是包括图2和图3的装置的两个侧视图的复合图，图2和图3图示了在相对于显示屏幕的两个不同测量平面处保持测试镜片的装置；

图5是根据本发明的一方面的用于确定测试镜片的焦度的方法中使用的原始测试图案的示意性表示；

图6是类似于图5的视图但图示了测试图案穿过球面镜片可以如何失真的视图；

图7是类似于图5的视图但图示了测试图案穿过圆柱形镜片可以如何失真的视图；以及

图8是根据本发明的一方面的用于确定镜片的焦度的方法中使用的可替代的原始测试图案的示意性表示。

具体实施方式

根据本发明的确定测试镜片的焦度(P)的方法使用测试镜片在与显示表面间隔开但平行于显示表面的两个不同测量平面处收集的放大率数据，其中，平面之间的距离是已知的。已知由在第一平面(M₁)和第二平面(M₂)中的测试镜片所引起的放大率以及平面之间的距离(Δdl)，可以根据以下所示的公式计算测试镜片(P)的焦度：

这种方法在以下基础上起作用：如果物距被视为未知数，则确定由测试镜片在两个物距处引起的放大率给出两个等式和两个未知数——镜片焦度和物距。只要两个测量平面处的物距之间的差值是已知的，则这两个等式可以同时求解以获得镜片焦度而无需知道物距。在本方法中，测量平面或位置之间的镜片距离变化Δdl等同于跨测试镜片的所有点处的物距变化Δd₀。因此，镜片距离变化Δdl可以代替物距Δd₀的变化以计算测试镜片的焦度。

如果我们使用薄镜片方程并用经重排的放大方程代替图像距离(d_i)，那么我们可以将测试镜片在第一测量平面中的焦度描述为：

如果我们然后将测试镜片移动距离Δdl至第二测量平面，则测试镜片的焦度可以在第二测量平面中描述为：

重排方程2以使do作为对象并且将其代入方程3中允许我们将测试镜片描述为：

其中，M₁和M₂分别是在第一测量平面和第二测量平面处测量的放大率，以及Δdl是在两个测量平面处的镜片距离(例如，测量平面之间的距离)之间的差值。

等式4可以被重排以给出如在等式1中的镜片的焦度。

在图1中示意性地示出了用于实施该方法的装置10。装置10是镜片计的形式并且包括用于显示测试图案的数字屏幕14、用于捕获测试图案的图像的数码相机16以及镜片托架18，镜片托架18具有用于保持受检查的镜片20(被称为“测试镜片”)的安装布置，使得测试镜片被定位在数字屏幕14与相机镜头22之间。图1以实线示出了在第一位置或第一测量平面中的镜片托架18和测试镜片20以及以虚线示出了在第二位置或第二测量平面中的镜片托架18和测试镜片20。

显示屏幕14通常是平面显示面板并且可以是LCD型显示面板。相机16被定位成使得相机镜头22的光轴X垂直于显示屏幕14。镜片托架18布置成将测试镜片20保持在相机和显示屏幕之间，使得相机的光轴X在其光学中心处或附近穿过测试镜片。

镜片托架18相对于相机16和显示屏幕14在垂直于显示屏幕并且平行于相机的光轴X的线性方向上是可移动的。镜片托架18的这种移动使得测试镜片20与显示屏幕14之间的距离(镜片距离dl)能够改变，同时保持测试镜片20相对于显示屏幕14的定向恒定。在该实施例中，在测试镜片的正面与托架接合的地方限定了用于确定镜片距离dl的合适的参考平面。

镜片托架18形成镜片移动系统(总体上以24表示)的一部分，该镜片移动系统包括电子致动器26。镜片移动系统24的操作由电子控制系统控制和调节，该电子控制系统形成该装置的一部分并且总体上以28指示。在一个实施例中，致动器包括螺纹杆30和步进马达32，螺纹杆30的纵向轴线W平行于相机的光轴X，步进马达32用于驱动杆的旋转。镜片托架18包括螺纹螺母34，该螺纹螺母34接合在杆上并且被防止转动，使得通过步进马达32对杆30的旋转致使镜片托架18沿着杆的长度在线性方向上移动。致动器布置在显示屏幕14的一侧被容纳在装置的主体部分36中。对于马达的每一步，托架18将沿着轴的轴线W移动设定的线性距离，该距离可以根据螺纹的螺距计算。

电子控制系统28包括计算设备40，该计算设备40具有存储器42和处理器件44，用于根据编程的算法执行处理步骤。装置10被配置成使得控制系统28能够在致动器被致动时确定镜片托架18在线性方向上移动的距离。在本实施例中，镜片托架18将因为步进马达的每个步数而沿直线方向移动已知量，使得可以通过监测由步进马达进行的步数来计算镜片托架移动的距离。该装置可以包括用于确定镜片托架18何时处于相对于杆的基准位置中的器件，使得镜片托架沿着杆30的实际位置可以通过根据基准位置的航位推算来确定。这可以包括用于检测镜片托架何时在相对于杆的特定位置处的传感器，并且可用于确定至少近似镜片距离dl。

将理解的是，存在许多其他机构，这些其他机构可以被采用来在垂直于显示屏幕的线性方向上移动镜片托架并且确定由镜片托架移动的距离，并且可以在根据本发明的装置中采用任何适合的致动器布置。用于确定由镜片托架18移动的距离的可替代布置可以利用任何已知的传感器布置，包括但不限于线性位置传感器，诸如电位计或线性增量编码器等。可替代地，装置10可以使用用于检测测试镜片20自身的位置或移动的传感器布置。

相机16与控制系统28和计算设备40可操作地连接，使得由相机捕获的图像数据可以被保存以用于处理和分析并且允许控制系统28控制相机16。计算设备40被编程为对图像数据执行所需的图像处理和计算分析，以根据第一镜片图像测试图案和第二镜片图像测试图案确定放大率值M₁和M₂，以确定镜片距离的变化Δdl，并且根据这些值计算测试镜片的焦度。

在使用中，将测试镜片20放置在镜片托架18中，使得测试镜片20在相机的光轴X上在相机与显示屏幕14之间对准。适合的测试图案显示在屏幕14上，并且镜片托架18移动至第一位置或测量平面(在图1中以实线指示)，在第一位置或测量平面处，测试镜片处于距显示屏幕的第一镜片距离d1¹处。在测试镜片处于第一位置的情况下，透过测试镜片看到的所显示的测试图案的图像被相机捕获在第一镜片图像中(第一镜片图像测试图案)，并且第一镜片图像测试图案被计算设备分析以确定由在第一位置的测试镜片引起的放大率M₁的大小。

然后移动镜片托架18以将测试镜片放置在第二位置或测量平面(如图1中虚线所示)处，在第二位置或测量平面处，测试镜片与屏幕14相距第二镜片距离dl²。在测试镜片处于第二位置的情况下，如透过测试镜片看到的所显示的测试图案的第二图像被相机捕获在第二镜片图像中(第二镜片图像测试图案)，并且第二镜片图像测试图案图像由计算设备40分析以确定由测试镜片在第二位置引起的测试图案的放大率M₂的大小。

计算设备40例如通过监测该步进马达所采取的步数来确定第一位置与第二位置之间的镜片距离的变化Δdl，并且使用先前描述的方法(诸如等式1)根据M₁、M₂以及Δdl的值计算测试镜片的焦度。

将理解的是，该方法中的各个步骤不需要以所阐述的精确顺序来进行。例如，对第一镜片图像和第二镜片图像进行分析以确定M₁和M₂的值可以在两者已经被捕获之后进行，尤其是在镜片托架18被移动经过第一位置与第二位置之间的设定距离的情况下。

在如所描述的方法中，只要镜片距离的变化是已知的，没有必要知道在第一位置和第二位置处的镜片距离。在本实施例中，该装置能够通过监测由步进马达采取的步数来确定镜片距离Δd1的精确变化来精确地确定由镜片托架移动的竖直距离，并且因此确定测试镜片在第一位置与第二位置之间的所有点。然而，可以采用用于测量或者确定第一位置与第二位置之间的镜片距离变化Δdl的其他布置。应当理解的是，所公开的装置和方法的使用实际上不需要测试镜片上的特定参考点或者参考平面被这样标识，因为监测或测量托架在第一位置和第二位置之间的移动足以消除测试镜片中的所有点的镜片距离的变化。

虽然没有必要知道第一物距和第二物距，但是通过在两个不同的测量平面或镜片距离处测量放大率M₁、M₂来确定测试镜片的焦度的原理取决于区分由两个镜片距离处的测试镜片引起的放大率的能力。测试发现，对于用在眼镜中的大多数处方镜片，例如～+10D至-15D，如果在托架18被定位成使得测试镜片的前表面与托架接合的参考平面位于距显示屏幕约15mm至39mm的范围内的距离处并且托架进一步远离屏幕移动经过在10mm至40mm的范围内的距离到达第二位置的情况下取得第一测量，则实现放大的适当改变。然而，已经发现，当镜片距离接近60mm时，高于约+15D的高焦度镜片导致图像反转。在这种情况下，设想的是，可以采用基准平面与显示屏幕分开大约20mm和35mm的第一位置和第二位置。用于任何给定测试镜片的适合的第一位置和第二位置可以通过试错来建立，并且将理解的是，示例性第一位置和第二位置可以颠倒。

在可替代实施例中，不是将镜片托架18从第一位置移动经过预定距离Δdl到第二位置，该装置可以被配置成用于将镜片托架18移动到第二位置，在第二位置中存在足够的放大率变化以使得能够计算测试镜片的焦度并且以确定第一位置与第二位置之间的镜片距离的变化。这可以是迭代过程，其中，该装置将托架从第一位置移动初始量，并且如果放大率的变化程度不足，则将托架移动另外的量等，直到建立合适的第二位置。

镜片托架18可以被适配成用于安装一个或更多个单独的镜片或将一副镜片安装在眼镜框中。在后一种情况下，镜片托架18可以具有眼镜夹具，该眼镜夹具夹持镜片的框和/或边缘并且将这些镜片中的一个保持在有待检查的正确位置中。眼镜夹具可以是可旋转的，以使得在检查第一测试镜片之后，夹具被旋转以将另一测试镜片定位在用于检查的正确位置中。可替代地，装置10可以具有两个相机16，两个相机16被布置成使得可以同时检查两个测试镜片。

显示屏幕14被定尺寸成使得相机16在第一位置和第二位置中的任一位置处透过测试镜片观看时看不见屏幕外部或屏幕的显示测试图案的至少一个区域。在一个实施例中，显示屏幕是具有16：9的纵横比和275×159mm的监测面积的LCD面板。

图2至图4图示了装置110的可替代实施例，该装置110可以用于执行根据本发明的确定测试镜片的焦度的方法。根据第二实施例110的装置类似于先前实施例的装置，以及根据第二实施例的装置110的与第一实施例的特征相同或执行相同功能的特征被给予相同的附图标记但增加100。

此实施例中的装置110包括支撑结构150。数字相机116安装在支撑结构的底座处。相机116具有镜头122，镜头122的光轴X垂直向上对准。用于显示测试图案的高清显示屏幕114在相机镜头122上方的上部区域中安装到支撑结构。屏幕114的显示表面面向相机镜头122，并且垂直于相机镜头的光轴X水平地对准。相机和显示屏幕被配置成使得相机镜头的光轴X基本上在显示屏幕114的中心处对准。

在本实施例中，显示屏幕114是高清(4kplus)LCD面板，而数码相机116具有CMOS图像传感器并且相机镜头122是远心镜头。然而，可以采用其他类型的电子显示屏幕和数字成像技术。

镜片托架118位于相机镜头122与显示屏幕114之间，用于将测试镜片120保持在适当取向上以用于使用本发明的方法来测量其焦度。镜片托架118包括安装至台架154的凹形盒152和可移除地接合在凹形盒中的凸形盒156。凸形盒156包括用于保持测试镜片120的安装布置。在使用中，凸形盒156可以完全地或部分地从凹形盒152中移除，以允许安装并移除测试镜片120，并且当安装测试镜片120准备好进行检查时将测试镜片120插入凹形盒中。镜片托架118被配置为将测试镜片120保持在相机镜头122和显示屏幕114之间，其中，测试镜片120与相机镜头122大致同心。凸形盒和凹形盒152、156具有孔口，孔口被布置成使得显示在屏幕114上的测试图案可以由相机透过测试镜片120看到。

台架154通过驱动装置158安装至支撑结构，该驱动装置158是可操作的以相对于支撑结构竖直地移动镜片托架118，使得安装在托架118中的测试镜片120与显示屏幕114之间的距离可以改变。驱动装置158包括由步进马达162驱动的竖直对准的螺纹轴160，螺纹轴160和步进马达162两者均支撑在支撑结构上。台架154通过驱动螺母164安装至轴160，使得通过马达162的轴160的旋转使得镜片托架118在平行于相机的光轴的垂直方向上线性移动。

装置110包括与以上关于第一实施例所描述的相类似的电子控制系统(未示出)，并且电子控制系统包括具有存储器和处理器件的计算设备。计算设备与显示屏幕114和数码相机116可操作地连接，并且被编程和被配置成在显示屏幕114上生成和显示测试图案，以使用数码相机114捕获所显示的测试图案的图像并且根据上述方法处理和分析所捕获的图像。计算设备还与驱动布置158可操作地连接以控制步进马达162的操作，以便根据该方法使镜片托架118在第一位置与第二位置之间移动。在本实施方式中，驱动轴160的节距是已知的，并且因此计算设备能够从在移动期间由马达162进行的步数精确地计算第一位置与第二位置之间的镜片距离变化Δdl。

在使用中，测试镜片120被放置在镜片托架118中，使得测试镜片在相机与显示屏幕114之间在相机的光轴X上对准。在屏幕114上显示合适的测试图案，并且镜片托架118移动到第一位置或测量平面(如图4的左侧所示)，在第一位置或测量平面处，测试镜片与显示屏幕相距第一镜片距离dl^l。在测试镜片处于第一位置的情况下，通过测试镜片看到的所显示的测试图案的图像被相机捕获(第一镜片图像测试图案)，并且通过计算设备以与原始测试图案相比的方式分析第一镜片图像测试图案，以确定由测试镜片在第一位置产生的放大率M₁的大小。

镜片托架118然后被移动到第二位置或测量平面(如图4中右侧所示)，在第二位置或测量平面处，测试镜片与屏幕114相距不同于第一镜片距离dl¹的第二镜片距离d1²。在托架118处于第二位置的情况下，如通过测试镜片看到的所显示的测试图案的第二图像被相机捕获(第二镜片图像测试图案)，并且由计算设备以与原始测试图案相比的方式分析第二镜片图像测试图案图像，以确定由第二位置处的测试镜片120产生的放大率M₂的大小。计算设备然后能够使用上述方法(例如使用等式1或等效物)从放大率值M₁、M₂以及镜片距离变化Δdl来确定测试镜片的焦度。

虽然在附图中未示出，但是装置110具有安装到支撑结构上以封闭内部部件的外壳。外壳包括检修盖板或门，检修盖板或门是可打开的以允许进入凸形盒156，以使得测试镜片能够安装在设备中以用于检查，并且随后被移除。该装置还具有用于向用户显示信息的外部可见的第二显示屏幕和用户界面。第二显示屏幕与计算设备可操作地连接并且用于显示信息，该信息可以包括镜片检查的指令和/或结果。第二显示屏幕还可以用于使得用户能够向装置提供输入并且可以是触摸屏。用户界面可以包括键盘或其他用户输入设备。

如本领域中已知的，如上所述的方法和装置10、110可以利用许多不同的测试图案和分析这些测试图案的方法来确定放大率。然而，该方法和装置特别适合用于WO 2018/073577A2中公开的测试图案和分析方法。以下将简要描述这些，但读者应参考WO 2018/073577A2以获得进一步的细节。

在以下描述中，术语“椭圆”应当被理解为包含圆，该圆是其中长轴和短轴相等的椭圆的特殊情况。

图5图示了可以用于本发明的方法和装置中的测试图案的第一实施例。在这个实施例中，测试图案370包括至少一个点374的集合372，该至少一个点374的集合372可以通过最佳拟合的独特的第一椭圆376连接，其中，长轴R₁和短轴R₂是相等的(换言之，圆或圆椭圆)，如图2中所图示的。虽然点374可以是圆形的，但这不是必要的，并且术语“点”应理解为包括任何标记，除非另外指明，这些标记可以用于指示椭圆的圆周(周长)上的点，而不管形状如何。

能够在集合372中使用能够定义唯一椭圆的任何数量的点374。然而，有利地，在每个集合372中使用以足够精度限定椭圆的最小数量的点，因为这减少了必须分析的数据点的数量，并且因此减少了处理时间。在测试中，已经发现，使用布置在概念上的正六边形的顶点处的六个点374的集合能够以足够的精度限定椭圆形。然而，可以使用包括五个点或多于六个点的集合372。

如图5所示，测试图案可以在集合的中心处具有另外的点374a。中心点374a不形成该集合的一部分，但可有助于该集合相对于测试镜片和/或相机的轴线X的准确定位。然而，附加的中心点374a不是必要的并且可以被省略。

测试镜片22、122通常将使测试图案370失真(除非它是平镜片)，使得在测试图案中，在镜片图像中，点之间的间距将根据放大率的大小而增大或减小。对于大于1的放大率，点之间的间距增大，而对于小于1的放大率，点之间的间距减小。对于球面镜片，点之间的间距在所有方向上改变相同的量，使得连接失真测试图案中的该点集合的最佳拟合椭圆的长轴和短轴将是相等的。然而，圆柱形镜片将在不同方向上以不同量改变点之间的间距。因此，在镜片图像中连接失真测试图案中的该点集合的最佳拟合椭圆的长轴和短轴将不相等。因此，通过将在每个镜片图像中由失真测试图案中的点集合限定的具有最佳拟合的椭圆的长轴和短轴与由原始测试图案中的点集合限定的椭圆的长轴和短轴进行比较，可以确定测试图案的放大率以及(当存在时)散光矫正(柱焦度)和散光矫正的轴线。

示例1

图6图示了用于圆柱形镜片的相机捕获的镜片图像中的失真的测试图案370’。集合372’中的点374’可以由最佳拟合的第二椭圆376’连接，并且计算机确定第二椭圆376’的长轴R₁’和短轴R₂’并且将这些与由初始测试图案370中的点集合限定的第一椭圆76的长轴R₁和短轴R₂进行比较，如以下所示出的：

R₁＝100，R₁’＝50，放大率＝0.5

R₂＝100，R₂’＝50，放大率＝0.5

在这个示例中，由于镜片是球面的，所以失真图案370’中的点374’的集合372’限定为椭圆，在该椭圆中长轴R₁’和短轴R₂’是相等的。

实施例2

图7图示了圆柱形镜片的镜片图像中的失真的测试图案370’。失真组372’中的点374’可以由最佳拟合的第二椭圆376’连接，并且计算机确定第二椭圆376’的长轴R₁’和短轴R₂’，并且将这些与由初始测试图案370中的点集合限定的第一椭圆376的长轴R₁和短轴R₂进行比较，如下所示：

R₁＝100，R₁’＝100，放大率＝1

R₂＝100，R₂’＝50，放大率＝0.5

在镜片是圆柱形的这个示例中，失真的图案中的点374’限定了椭圆，其中，长轴R₁’和短轴R₂’不相等，表明这些线已经使测试图案在不同的方向上失真了不同的量。圆柱形镜片的轴角也可以由计算机根据长轴和短轴方向计算。

该装置可以被配置成以点模式使用以上描述的测试图案来确定在测试镜片中的单个点处的焦度和其他光学参数，或者以映射模式使用以上描述的测试图案以确定在整个测试镜片上的多个位置处或至少在测试镜片的相关区域内的焦度和其他光学参数。

映射方式

在映射模式中，屏幕14上显示的原始测试图案包括多个点374的集合372，其中，每个集合372中的点可以由具有相等的长轴R₁、短轴R₂的最佳拟合的第一椭圆连接。这些集合分布在测试镜片下方的显示屏幕的区域上，并且集合372中的一些可以部分地重叠，以确保提供足够数量和密度的集合，使得可以在所需数量的位置处确定光学参数。在特别有利的实施例中，测试图案370包括被布置成阵列378的多个点374，如图8所示。在阵列中，点374布置成行和列，其中，每行中的点374以等于相邻行之间的间隔Z的距离Y等距间隔开，以及其中，交替行偏移，使得任何给定行中的点374位于相邻行或相邻行中的点之间的中间。在测试图案阵列378中，每个点374(除了在阵列的边缘处的点)由位于名义正六边形的顶点处的六个其他点374包围。六个周围的点形成集合372，集合372可以由最佳拟合的第一椭圆376连接，第一椭圆376具有相等的长轴R₁和短轴R₂。测试图案370可以用于通过对关注区域内的每个六边形点374的集合372执行以上分析来确定测试镜片在整个测试镜片或测试镜片的关注区域上的不同位置处的焦度。因此，运行合适的软件的计算设备根据镜片图像数据确定穿过在关注区域内的失真测试图案中的每个六边形点集合372中的点最佳拟合的第二椭圆376’的长轴R₁’和短轴R₂’，并且将这些分别与可以根据原始测试图案中的对应的点集合372导出的第一椭圆的长轴R₁和短轴R₂进行比较。在原始测试图案中，每个六边形点集合372限定相同尺寸的第一椭圆376，使得对于原始测试图案中的每个六边形点集合372，长轴R₁、短轴R₂相同。因而，不必实际产生椭圆并且确定原始测试图案中的每个六边形点集合372的长轴和短轴。计算机可以仅针对一个集合或多个集合的样本数目确定长轴R₁和短轴R₂。实际上，原始测试图案中的第一椭圆的长轴R₁和短轴R₂的数据可以作为数据被保存在计算机中。

如图8中所图示的测试图案370提供了一种方便的方式，该方便的方式呈现均匀分布在关注区域上的大量点集合。因为它们是互连的和部分重叠的，所以阵列中限定的集合是高度集中的，允许测试镜片在关注区域内的特性的详细分析。每个点集合372用于确定测试镜片在被该集合占据的位置处的焦度和其他光学参数。

通过测试镜片的图形表示方便地显示分析结果，其中，焦度和光学参数以颜色等高线图的形式显示。

使用映射模式提供了检查测试镜片的全自动化系统，该系统不要求用户选择多个位置用于检查并且针对每次测量重新定位测试镜片。

点模式

点模式用于仅在一个位置处、通常在测试镜片的光学中心处以找到测试镜片的光学参数。

在这种模式中，限定椭圆(其中短轴和长轴是相等的)的仅一个点372集合被用作如图2所示的测试图案。在执行点模式方法中，测试图案372的中心与测试镜片的光学中心和相机镜头的光轴X对准，并且相机用于通过测试镜片在每个位置处捕获失真的测试图案370’的图像。然后，仅针对单个点集合执行如上所述的分析，以确定该点处测试镜片的焦度。然而，这种方法可以用于确定测试镜片在除了光学中心之外的单个位置处的光学参数。

在点模式中使用的所显示的测试图案可以是在映射模式中使用的阵列378的子集，该子集378包括在名义六边形的顶点处由六个点包围的一个中心点。这有利于使系统10能够在两种模式下使用相同的网格图案或其一部分。然而，中心点不是必要的，并且在点模式中可以省略。

测试图案不必显示在数字屏幕上，并且可以其他方式显示，诸如在形成显示表面的印刷介质上等。然而，使用数字显示屏幕(诸如系统10的屏幕14等)是有利的，因为可以动态地改变测试图案。

对于大多数眼科镜片，使用在两个不同测量平面处获得的放大率值来确定镜片的焦度以及平面之间的距离不需要针对使用一组已知屈光度的标准镜片的镜片计来开发函数F。因此，避免了使用标准镜片和确定函数时引入的任何误差。此外，通常不需要对设备进行校准，因为对由设备产生的测试图案的任何影响将存在于第一镜片图像测试图案和第二镜片图像测试图案两者中，并且因此在确定放大率的值时被考虑在内。

仅通过示例的方式描述了上述实施例。在不脱离如所附权利要求书中定义的本发明的范围和本发明的陈述的范围的情况下，许多变化是可能的。

Claims (21)

1.一种确定镜片的焦度的方法，所述方法包括：

a.在平面显示表面上显示测试图案；

b.将测试镜片定位在所述显示表面和数码相机之间的第一位置处，在所述第一位置处，所述测试镜片在距所述显示表面的第一镜片距离处，以及使用相机将通过所述测试镜片所看到的测试图案的图像捕获在第一镜片图像中(“所述第一镜片图像测试图案”)；

c.将所述测试镜片定位在所述显示表面与所述相机之间的第二位置处，在所述第二位置处，所述测试镜片在距所述显示表面不同于所述第一镜片距离的第二镜片距离处，以及使用所述相机将如通过所述测试镜片看到的所述测试图案的图像捕获在第二镜片图像中(“所述第二镜片图像测试图案”)；

d.分析所述第一镜片图像测试图案和所述第二镜片图像测试图案中的每一个，以确定所述测试图案在所述第一位置处的放大率M₁的大小和所述测试图案在所述第二位置处的放大率M₂的大小；

e.分别根据所述第一位置放大率值M₁和所述第二位置处的放大率值M₂以及所述第一位置与所述第二位置之间的镜片距离变化Δdl来计算所述测试镜片的焦度P。

2.根据权利要求1所述的确定测试镜片的焦度的方法，其中，所述测试镜片的焦度P使用以下等式或等效物来确定：

其中，M₁和M₂分别是在所述第一位置和所述第二位置处确定的放大率的值，以及Δdl是所述第一位置和所述第二位置之间的镜片距离的变化。

3.根据权利要求1至3中任一项所述的确定测试镜片的焦度的方法，其中，所述方法包括将所述测试镜片从所述第一位置移动预定量Δdl至所述第二位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的确定测试镜片的焦度的方法，其中，所述方法包括将所述测试镜片从所述第一位置移动到第二位置，以及确定所述第一位置与所述第二位置之间的镜片距离变化Δdl，在所述第二位置处，当与所述第一位置处的所述放大率比较时存在所述测试图案的放大率的至少预定变化。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的确定测试镜片的焦度的方法，其中，所述方法包括直接地或间接地监测所述测试镜片的位置，以确定所述第一位置与所述第二位置之间的镜片距离变化Δdl。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的确定测试镜片的焦度的方法，其中，所述方法包括将所述测试镜片安装在用于将所述测试镜片保持在所述显示表面与所述相机之间的镜片托架中，以及其中，所述镜片托架在垂直于所述显示表面的线性方向上相对于所述显示表面能够移动，以改变在使用中安装到所述镜片托架的测试镜片的镜片距离。

7.根据权利要求6所述的确定测试镜片的焦度的方法，其中，所述方法包括在捕获所述第一镜片图像测试图案之后，在所述线性方向上移动所述镜片托架，以将所述测试镜片放置在所述第二位置处。

8.根据权利要求7所述的确定测试镜片的焦度的方法，其中，所述方法包括根据所述镜片托架的移动来确定所述第一位置与所述第二位置之间的镜片距离变化Δdl。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的确定测试镜片的焦度的方法，其中，所述方法用于确定在所述测试镜片的关注区域内的多个位置处的镜片焦度。

10.一种用于确定测试镜片的焦度的装置，所述装置包括：平面显示表面，所述平面显示表面用于显示测试图案；数码相机，所述数码相机具有镜片，所述镜片的光轴与所述显示表面垂直地对准；镜片托架，所述镜片托架用于在所述显示表面和所述相机镜头之间保持测试镜片，所述镜片托架在垂直于所述显示表面的线性方向上能够移动，以改变所述测试镜片和所述显示表面之间的距离；所述装置包括电子控制系统，所述电子控制系统用于控制所述镜片托架在所述线性方向上的移动。

11.根据权利要求10所述的装置，所述装置包括电子致动器，所述电子致动器在所述电子控制系统的控制下操作，用于控制所述镜片托架的移动。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述致动器包括步进马达。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，所述装置包括用于测量或检测所述镜片托架在所述线性方向上的移动的系统。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，所述装置被配置成在使用中将所述镜片托架移动到第一位置，安装到所述托架的所述测试镜片在距所述显示表面的第一镜片距离处，以及所述装置被配置成随后将所述镜片托架移动到第二位置，在所述第二位置中，所述测试镜片在距所述显示表面不同于所述第一镜片距离的第二镜片距离处。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置，其中，所述装置在使用中被配置成，当所述镜片托架位于所述第一位置时，使用所述数码相机来捕获由所述相机通过所述测试镜片看到的所述测试图案的图像(“所述第一镜片图像测试图案”)；以及所述装置在使用中被配置成，当所述镜片托架位于所述第二位置时，使用所述数码相机来捕获由所述相机通过所述测试镜片看到的所述测试图案的另外的图像(“所述第二镜片图像测试图案”)；以及所述装置在使用中被配置成分析所述第一镜片图像测试图案和所述第二镜片图像测试图案中的每一个，以分别确定在所述第一位置和所述第二位置处的所述测试图案的放大率的大小。

16.根据权利要求15所述的装置，所述装置被配置成使所述镜片托架在所述第一位置与所述第二位置之间移动预定距离。

17.根据权利要求15所述的装置，所述装置被配置成使所述镜片托架从所述第一位置移动直到到达第二位置，在所述第二位置处，所述测试图案的放大率的变化等于或大于预定量，以及所述装置被配置成确定所述镜片托架从所述第一位置移动至所述第二位置的距离。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，所述装置包括计算设备，所述计算设备形成所述电子控制系统的一部分或与所述电子控制系统相关联，以及所述计算设备被编程以执行所述图像数据处理和分析步骤，以确定所述测试图案在所述第一位置和所述第二位置处的放大率的大小。

19.根据权利要求10至18中任一项所述的装置，所述装置包括被编程以执行权利要求1至9中任一项所述的方法的所述图像处理和分析步骤的计算设备。

20.根据权利要求10至19中任一项所述的装置，所述装置被配置成执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

21.根据权利要求10至20中任一项所述的装置用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的用途。

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