TW446814B - Image quality mapper for progressive eyeglasses and method for measuring said image quality - Google Patents

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.14 6 8 14 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 相關申請案參考 謹請求1997年7月24日所提出臨時申請 (Provisional Patent Application)第 60/053,824 號之優先 申請日，其標的内容請參考此案。 發明領域 本發明係有關於光學測試儀器，尤有關於一種自 動化光學測試儀器，可在漸進附加眼鏡用透鏡 (progressive addition eyeglass lens)表面上量測像質。 發明背景 漸進附加眼鏡用透鏡(PAL)的光學設計係有關於穩 定改變不同透鏡區之間的光焦度（焦距倒數），將透鏡表 面上改變的像質提供給透鏡者。此種者改變帶來大量 的像散，同時帶來其他數量可觀的像差。因此，即使 元美配合光學設計製造，亦會橫亙透鏡在像質上發生 極大變異。況，一般而言，眼鏡在製造上會有諸多缺 點，如設計弧度偏差、折射變異、亦可能改變像質的 泡沫、夾雜物與刮痕。此等製造上的缺點固難以歸 納’惟須能夠將其量測。隨著PAL日益普遍，實有需 要提供一種光學測試裝置i以量測不同設計的像 異，俾作客觀比較。 目前可使用市售另稱之為焦距計之透鏡計，以手 操作在透鏡的某些位置（一般具有約3毫米次隙孔 (subaperture))。解析度量測通常使用—測試台架來進 行，此台架係經由使用顯微鏡對美國空運固定靶標

____ '3" S7274A 本紙張尺i適用中固國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮' *----— —__ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標隼局員工消f合作社印製 “68 14 Λ7 ___ 五、發明説明（2 ) targer object)的PAL所形成的影像不斷檢驗所建立者。 此等，器及法國固提供某些關於PAL的基礎資訊，惟 v.《無法A予對PAL设計者及/或製造者極有用的、..精確 ㉔、涵蓋面大的像質資訊；況，，習知儀器與方法並無法 患PAL吟整卿表面上呈自動測繪光焦度、像散性、分 光及調制/變換函數(MTF)。 因此’需要一種進步的光學測試儀器，尤其需要一 〆種可在PAL全部表®上自動測繪光焦度、像散性、分 光及MTF。 本發明概要 本發明提供一種進步儀器及方法，以量測包含pal 的眼鏡用透鏡的像質’俾克服習知技術缺點。於一較佳 實施例中’一全自動眼鏡像質測繪儀器用來量測橫亙眼 鏡或眼鏡用透鏡各個位置的光焦厚、像散性、分光及 MTF。此儀器包含一照射系統，用來提供適當大小光線 的視準光束至測試透鏡；定位系統，用來旋轉測試透 鏡’俾透鏡上不同區域照射到；一變焦透鏡，用來以一 恆定有效焦距將通過測試透鏡之一特定次隙孔之光速聚 焦；一檢測系統，用來紀錄並量測透鏡像質；一調準 桿，用以傳送變焦透鏡；以及檢測系統，使變焦/檢測 系統的光軸保持與逸出測試透鏡的光對準。 於測試透鏡之給定次隙孔量測最佳焦點光焦度、像 大小暨方向、分光質暨方向以及最佳焦點之MTF。MTF 係透過所測得點擴散函數(PSF)的傅里葉變換獲得。藉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规彳M 2】OX2<H'iM》） N 一 - (¾先閲讀背而之汶念事項再填寫本頁)

經满部个皮標準局貝工消费合作社印製 4468 /4 五、發明説明（3 ) 由對透鏡的複數次隙孔位置採樣完成透鏡測繪。表面， 輪廓及本文測繪圖由之光焦度、像散性、分光及MTF 構成，像散及分光向量測繪圖亦復如此。 圖式之簡單說明 本發明此等及其他特點，優點由以下配合附圖所作 詳細說明自可益加瞭然，其中： 第1圖係本發明眼鏡用像質測繪儀器（EIQM)之示 意圖， 第2圖係第1圖中EIQM所產生以及最佳焦點之光 焦度量測所用徑向離散對測試透鏡光焦度的例示測繪 圖； 第3圖係第1圖中EIQM所產生及像散量測所用最 大像寬與最小像寬比例對測試透鏡光焦度的例示測繪 圖， 第4圖係顯示測試透鏡安裝/定位系統之二旋轉 軸、調準桿之二旋轉軸以及變焦透鏡之二線性運動之示 意圖； 第5圖係顯示使用第1圖中EIQM所作量測之透鏡 上複數位置或次隙孔之PAL透鏡之示意圖； 第6A圖係測試透鏡旋轉下之系列示意圖，顯示 PAL前後表面彼此不平行所產生的光束偏差； 第6B圖係類似於第6A圖所示測試透鏡旋轉下之 系列示意圖，顥示第i之EIQM中所用調準桿之情形， 其係旋轉點位於PAL背面且載有變焦透鏡及檢測系統 -5- 尺度""適用中國2Ι〇χ2ϋ -^γ} - r (請先閲讀背而之注$項再填??本页)

4468 14 A7 B7 五、發明説明（4 ) 者； 第7圖係就各包含有變焦透鏡之透鏡而言，第1圖 中EIQM之變焦透鏡位置相對於測試透鏡焦度之測繪 圖， 第8與9圖係第1圖中EIQM分別產生之一最小像 散區及PAL之一像散區之直通焦點之實例： 第10圖係一PAL示意圖，顯示透鏡上各個位置的 PSF ； 第11A, 11B, 11C, 11D, 11E及11F分別為以第1圊 所示EIQM繪出之一最佳焦點焦變之輪廓測繪圖、一像 散值之輪廓測緣圖、一像散角度之向量測綠圖、一分光 值之輪廓測繪圖、一分光角度之向量測繪圖以及一透鏡 A之20/20正常化MTF之輪廓測繪圖； 第12A, 12B，12C，12D，12E及12F分別為以第1圖 所示EIQM繪出之一最佳焦點焦變之輪廓測繪圖、一像 散值之輪廓測繪圖、一像散角度之向量測繪圖、一分光 值之輪廓測繪圖、一分光角度之向量測繪圖以及一透鏡 JB之20/20正常化MTF之輪廓測繪圖； 第13 A及13B圖係以第1圖所示EIQM所繪出之 透鏡A不同次隙孔之MTF全測繪圖；以及 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第14A及14B圖係以第1圖所示EIQM分別繪出 之一 20/20正常化MTF之三維測繪圖，以及20/20正常 化MTF對次隙孔位置之數值測繪圖。 發明之詳細說明 參照第1圖，本發明光學測試儀器10或眼鏡用像 質測繪儀（EIQM)—般包括：（a)—照射系統12，用來提 供正常大小線的視準光束之一測試透鏡；（b)—測試透鏡 安/定位系統14，可旋轉透鏡，俾透鏡上不同區域被 照射到；（c)一變焦透鏡16，用來以恆定有效焦距（EFL) -6- 本紙張又度逋用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經满部中喪標卒局負工消资合作社印奴 4斗b 8〗4 Λ7 ___^ H7 五、發明説明（5 ) — 將通過測試透鏡的特定次隙孔光束聚焦；（d)—檢測系統 18 ’用來紀錄並量測透鏡像質；以及（e) —調準桿2〇， 用來傳送變焦透鏡及檢測系統，俾變焦/檢測系統之光 軸保持與逸出測試透鏡的光束對準。此外，由於本發8月 之一優點在於EIQM為全自動’故儀器10最好連結於 微電腦控制電腦系統22以控制像質測繪儀器以及分析 所獲得的資料。以下更詳細說明EIQM之各個構成。惟 先略述使用此系統之像質量测類型。 I.像質量測 A.最佳焦點光焦度 PAL之光焦度由產生最佳像質變焦透鏡位置來決 定。測試期間，變焦透鏡移經一系列位置，並於各位置 量測像質’ 一有用像質標示係透鏡所產生的點擴散函 數。 1.點擴散函數 EIQM之一獨特特點在於其有能力量測測試透鏡所 產生的點擴散函數(PSF)。PSF係光強度分佈之量測。一 般而*1* ’由於PSFs由透鏡高像差所致’故較小PSF顯 示其具有一比此較大PSF佳之像質。PSF大小的有用量 測係德向離散’其係說明繞中間位置之光分布值。以下 程序説明徑向離散如何計算。徑向離散係量測光線如何 繞形心緊密分布以作為離形心之徑向距離之函數者。此 數量，或者其均方根(AMS)廣泛用在透鏡設計與透鏡測 試以找出最佳焦點位置。就測試透鏡上一給定次隙孔之 -7- 本紙張尺纽⑽> ϋ ( 一 — {諳先間讀背而之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局Κ工消费合作社印製 4 6 8 1 4 ΑΊ Β7 五、發明説明（6 ) 焦點所產生複數影像之各個影像求算出徑向離散後，即 以一多項式來表示資料，並紀錄徑向離散最小的變焦透 鏡光焦度，此光焦度係最佳焦點之光焦度，且其係紀錄 最後PSF者。 第2圖係徑向離散對焦度之測繪圖。由此可知徑向 離散的最小值約2.34D"EIQM所用分析軟體以曲線表 示資料，並計算最小值為0.34491417。此為最佳焦點光 焦度。 B.像散 EIQM亦可用大小與取向進行PALS的像散計量。 於測試透鏡之一特定位置具有顯著像散時，形成二行影 像，其一於一光焦度位置，另一影像於另一位置。二行 影像的光焦度差經界定為像散質。低光焦度直線影像之 角度為像散之角度或軸。 使用一方向之影像測量而非用以求出最佳焦點的二 維徑向離散來決定直線影像位置。若沿一通過影像形心 線測出一維影像度來作為直線角度取向函數，即可求得 一最大寬度（沿直線影像）與一最小寬度（橫亙直線影 像）。就於一透鏡上給定亞微孔徑所獲得通過焦點的複 數影像而言，可如第3圖，相對於光焦度繪製最小寬度 對最大寬度的比例。此比例自代表一直線的0至代表一 圓形影像1不等。因此，有像散時，測繪圖上趨近〇的 二個位置對應於二直線之焦點。由此二位置，可使用焦 度差來計算像散值。 -8- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) ΛΊ规梢（210X297,»疗） 誚先閱讀背而之注愈事項再填寫本頁) "ίρ ^ ^ β β ] Λ Λ7 ^ H7 五、發明説明（7 ) 參照第3圖可看出有二最小值對應於二清晰的直線 焦點。其間差值約為0.352。此為像差大小。EIQM所用 分析軟體以曲線表示各個最小值的數據，俾更精確決定 像散。 就純綷像散而言，最佳焦點光焦度於二直線焦點中 間求出。惟出現其他像差（例如球形像差、彗量像差等） 時，最佳焦點光焦度的位置有可能不會正好在中點，而 須使用上述最小徑向變異來求出。 C. 分光 PALS的另一個重要特徵，即EIQM可量測的特徵 係透鏡分光。透鏡分光係量測光束通過透鏡上某一點後 偏離其原來路徑多少。傳統量測單位為分光區光度，其 係以cm(公分）量測的光束相對於透鏡後面1的原來位置 横向位移。換言之，1分光區光度等4 10毫弧度的角度 偏離。EIQM僅藉由相對於在轴或零位置（參考第6B圖） 紀錄調準桿角度位置而於任一測試位置測定分光。 D. 調制變換函數 經濟部中央標隼局员工消f合作社印奴 (請先閲讀背而之注念事項再填寫本頁) EIQM的另一個獨特特點在於其有能力進行調制變 換函數(MTF)量測。一旦EIQM如上述量測透鏡所產生 的PSF，即在PSF上進行傅里葉變換來獲得MTF。MTF 係二維PSF的傅里業變換值。MTF —般相對於空間頻 率周/mm(毫米）測繪。MTF亦可相對於角頻率周/ mrad(毫弧度）測繪。於聚焦系統中，這可藉由空間頻率 值乘以系統焦距來進行。於本發明一實施例中，由於視 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) /\4规格（2 ] 0 X 297公 經滴部中决標準扃只工消f合作社印t ^ 446814 Λ7 --_ 五、發明説明（8 ) -- 敏度般以角度單位來表達，故eiqm測繪相對於角頻 率的透鏡MTF。為較容易評估—給定透鏡的Μτρ，通 申測’會若干通;^ PSF中心的層片。—般測,♦不同空間取 向或角度如〇,45,90及135度層片的四個層片。 使用上述程序’同時獲得達用以紀錄pSF的檢測器 的奈奎斯特極限的所有空間取向及所有空間頻率的 MTF。例如，於一 EIQM原型中，檢測器為19微米 寬，俾可檢測最高空間頻率為丨/ (2 χ 〇 〇19 mm) = 26 3 cyc/mm，若系統焦距為600mm，即轉換為〇.6m X 26.3 cyc/mm = 15.8 cyc/mrad，由於透鏡相對於5mm光瞳最 多為 D/λ =5mm/543nm(納米）=9.2 cyc/mrad，故檢測器 絕對足以紀錄所有空間或角頻率。 II.照射系統 首先，EIQM具有一照射系統12，其係用來從一光 源26將一適當大小的視準光束給至測試透鏡24者。於 一 EIQM實施例中，使用.一 543nm He-Ne雷射作為光 源，並使用一 5微米針孔來進行空間性濾光。一用於 EIQM的適當而非限制性例子係Melles Groit ,Irvine， Califormia所售lmw(毫瓦）的線性極543nm He-Ne雷 射。 須知，諸如一白色光源（例如石英ii素燈）或一發光 二極體（例如一綠色LED)之寬頻帶光源可替代地用來作 為光源。於替代性實施例中，一窄頻帶干涉濾光片（例 如550nm濾光片）可用來選擇測試波長。使用雷射來作 -10- 本紙張尺度適用中國國家標来-(CNS ) Λ4ί見格（210乂2们公势） (請九閱讀背而之注念事項#填寫本頁) .訂 經濟部中央標隼扃兵工消費合作社印餐 4 4 S 8 1 4 ’ Λ7 B7 五、發明説明（9 ) 為光源較寬頻帶光源具有更多優點，包括更容易對準， 光焦度更大及光束更均勻。惟由於雷射產生這麼大的光 焦度，故最好一中灰密度濾光片置於照射系統中，俾光 束衰減並防止檢測系統飽和。 由於大多數眼鏡測試以550nm或接近此值進行俾亙 整個範疇達到一致’故EIQM初始測試期間，使用一寬 頻帶光源及一濾光片將光源譜帶初設於550±10nm。接 著則變換為543nm雷射。 隨後則使用一準直器28來提供視準光束至測試透 鏡。於一實施例中’準直器包含一 20x顯微透鏡30， 後面跟著是一針孔及一消色差透鏡32=用於EIQM原 型之消色差透鏡32係一消色差雙合透鏡，其係一低色 散正像組元及一尚色散負像組元之組合，二者接合以形 成一在可視光請實質上無色散之正像透鏡β除呈現較低 色散外’消色差雙合透鏡亦明顯呈現較單片透鏡更低量 的其他像差（球形像差、彗星像差、像散等）^惟，熟於 此技藝人士當知’其他諸如非球面單片透鏡或空氣絕緣 雙合透鏡可替代用於視準。上述準直器之適當組元可自 Irvine California 的 Newport 及 Milford，Massachusetts 的 Spind丨er-Hoyer 講得。 使用一可調整隙孔34來設定視準光束的直徑。例 如，可使用一滑板中四個隙孔（2,3,5及7mm)之一來設 定。此等光束直徑涵蓋不同照射條件下人類眼睛的曈孔 大小的典型範疇。可以較小光曈直徑進行測試，俾模擬 -11- (对先閱讀t而之注#事項再填寫本頁}

4 4 68 ί 4 A? !ϊ7 五、發明説明（^ ) 明亮視覺狀況，或單純以較精微細節荩測試透鏡獲得像 質測繪圖。替代地，能使用一可調整隙孔輪或可調整開 孔來代替可調整光孔板，以設定光束|粮° III.測試透鏡安裝/定位系統 測試下的透鏡24緊跟著照射系鍊以一安裝/定位 系統14固持，並藉視準光束照射^ EIQM主要目的在 於模仿人類眼睛所用眼鏡方透鏡之方式^人類眼睛具有 一旋轉中心，且眼睛旋轉時，通過眼鎳用透鏡及瞳孔的 光線形成一組繞眼睛旋轉中心樞轉的光束為模仿此情 形，安裝/定位系統設計成，使透鏡鍊測試透鏡背面之 一旋轉點35旋轉。於本較佳實施例令，一 27mm半徑 用於測試透鏡的旋轉。選擇27mm半糗的原因在於其在 相關文獻中一貫用來作為眼睛旋轉中心與眼鏡用透鏡背 部頂點之間的平均距離；惟，EIQM句"以不同旋轉距離 來量測。 經滴部中央標苹局貝工消费合作·社印软 (請先閲讀背面之注意事J/i再填寫本頁} 為容許旋轉，一透鏡支架；36連結於一用以定位測 試透鏡的雙軸旋轉台系統，俾透鏡上不同區域照射到以 便量測。於本較佳實施例中，雙轴旋轉台系統包括：電 動化旋轉台。適當的低容量、電動化旋轉台可自

Bloomfield，New York的Velmex購得。雙軸旋轉台系 統設計成，若Z軸為光軸，測試透鏡即可繞一平行於X 軸的直線與一平行於γ軸的直線旋轉，俾如上所述， 模仿人類眼鏡。於第4圖中，箭頭40、42指示透鏡之 雙軸旋轉》 12- 本紙乐尺度家料（CNS ) 經濟部中*標準局貝工消費合作社印^ 4468 1 4 A7 __H7 五、發明説明（11 ) ^ 於EIQM之-實施例中’—三又形自定心透鏡支持 莽用來作為透鏡支架（測試透鏡通常無邊緣且直徑約 76mm)。支架中有一組螺絲用來防止又部施加過多力量 於透鏡上。一直徑為80mm的適當三又自定心透鏡支架 可自 Irvine，California 的 Melles Griot 靖得 〇 測試透鏡安裝/定位系統的雙軸旋轉台系統用來依 序將測試透鏡定位於一組預定位置或測試次隙孔，以進 行像質量測。測試透鏡上的特定位置由待測透鏡的性 質、測試光束的大小以及測試透鏡所需資訊來決定β例 如，若具有一典型PAL以及一5mm直徑的測試光束， EIQM即使用103個量測位置，此等位置於上距離區的 間隔較粗疏，而園繞過渡及累加區則較 ' 第5圖 透鏡位置表只是一供至電腦的角度表（各位置之水平角 度與直立角度）。角度界定出雙軸旋轉台系統38應如何 就各位置繞眼睛旋轉點旋轉。於各透鏡位置計算光焦 度、像散(大小及角度）、分光（大小與角度）及MTF，並 用來量測亙透鏡的像質。 使用3mm直徑的測試光束時，最好增加量測點的 總數（亦即減少相鄰點的間距），俾更精細測繪透鏡。無 論如何，諸量測點之間距最好設定成光束覆蓋區不重 疊。 上述程序全自動並藉EIQM的電腦22控制D測試 透鏡之二旋轉轴以限位感測開關電動化並藉電腦控制D 將一組待測透鏡位置輸入電腦中。電腦導使電動化旋轉 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ 4 210X29 7 ^ ^ ~) ' --------- (請先閲讀背而之注意事項界填择本頁)

五、發明説明（12 ) ' 台系統38依序將透鏡定位於各特定位置，俾在透鏡旋 轉至次一位置之前進行適當量測。 IV.調準桿 PAL依上述方式旋轉時會發生一顯著的複雜現象。 參照第6A圖，一般而言，測試光束通常不入射在pAL 前表面上。測試用透鏡移動時，測試光束偏離PAL背 面，並在其逸出透鏡時掃經一有效角度。換言之，入射 視準光束37及經測試透鏡39折射的光束彼此不平行。 EIQM藉由使一調準桿上的變焦透鏡/檢測器系統 繞測試透鏡上光束偏離點旋轉來克服（第4圖）。換言 之’變焦透鏡與檢測器系統連結於調準桿並一起繞測試 透鏡旋轉，俾傳經測試透鏡的光線沿或幾乎沿變焦透鏡 轴心傳輸，並入射在檢測系統中點附近。測試透鏡移至 一新量測點後，即旋轉調準桿直至影像再定中心於檢測 器上為止。 為了使變焦透鏡/檢測系統對準並定中心於來自測 試透鏡的光束，調準桿連結於一雙軸旋轉台系統。於本 較佳實施例中，雙轉旋轉台系統包括二電動化旋轉台。 適當的高容量電動化旋轉台可購自Bl〇omfleld，New York 的 Velmex β 設計調準桿系統之一挑戰在於其須亙大多數角度行 程穩定而無振動地移動。大多數調準桿構造由銘製成俾 重量減到最輕’並使用銅製托架將調準桿連結於知轉 台。由於懸臂負荷極重’故選擇大型市售旋轉台供調準 -14- 本紙張尺度適财國國( CNS 将(210X297'»毛） (請先閲讀背而之注意事項再填寫本Β·) 訂 經滴部中央標準局员JC.消费合作社印製 經濟部中央標準局貝工消贽合作社印製 44681 4 A7 B7 五、發明説明（U ) 桿雙軸旋轉用。此外亦設有一平衡配重以保護升降旋轉 台的軸承，使其免於因離心載重而過度磨損。 於第4圖卡，箭頭46、48指示調準桿之雙軸旋 轉。如上所述，調準桿系統的操作全自動，並藉EIQM 之電腦22來控制。以限位感測開關來使調準桿的雙旋 轉軸電動化，並以電腦來控制。一旦測試透鏡自一量測 點旋轉至次一量測點，調準桿即藉電動化雙軸旋轉台系 統44移動，俾影像再定中心於檢測系統。有時候，特 別是高焦度透鏡，在透鏡移動至次一量測點時，光束會 完全脫離檢測系統系統的有效表面。為防止此情形，須 追踪光束。此即僅移經部份途徑至次一量測點，停止， 調整調準桿俾影像再定中心，而後持續進行，直至到達 次一量測點而不漏失光束為止的程序。就目前以EIQM 測試之透鏡而言，於任二量測點之間僅需二個步驟；惟 較高光焦度透鏡則需更多步驟以免漏失光束。 可替代地使用其他解決光束偏離問題的裝置來取代 此調準桿系統。例如，可直接將一可調整稜鏡置於透鏡 後面，俾光束回到原來軸心，或可使用一廣角變焦透鏡 來捕獲逸出光朿，而無需移動檢測系統。 V.變焦透鏡 由於PALS具有不同空間性光焦度或焦距，故量測 像質益顯複雜。亦即，不同透鏡部份於離開漸進式透鏡 的不同距離處聚焦。甚而，某些測試透鏡可能有負光焦 度。因此，使用一副光學系統使光線進入焦點。光焦度 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 210X297*沿） ： (誚先閲讀背而之注意事項再填寫本頁)

4 4 經濟部中央標準局员工消f合作社印製 4468 A7 --^______L7____________— 五、發明説明（14 ) ^ 不同的問題固然可使用一可調轉換系統使檢測系統於測 試期間沿光學系統移動而將影像聚焦來克服，惟其所費 不貲且極為複雜。甚至’若PAL光焦度變化而聚焦透 鏡的光焦度卻固定’含有PAL以及聚焦透鏡的光學系 統的有效焦距（EFL)亦會改變。因此，若系統EFL變 化’於透鏡上不同位置直接比較將會變得困難。 為解決此問題，設有一獨特變焦鏡，俾以一恆定系 統EFL將光束聚焦於檢測系統。這使得檢測系統可位 於一與PAL相隔固定距離處。此外，由於EFL系統相 對於PAL上任一測試位置保恆定，故可避免PSFs之影 調直接用來比較。 於本較佳實施例中，變焦透鏡包含二組元，即一正 像消色差透鏡50以及一雙凹的單層52。包含一 80MM EFL消色差雙合透鏡及一 20mm EFL雙凹透鏡之變焦透 鏡之適當組元可自 Milford，Massachuseets 50 Spindler-Hoyer購得。 此外，變焦透鏡包含二安裝在調準桿上的電動化線 性傳送台。前消色差區變焦透鏡連結於第一較長台，而 後雙凹透鏡則連結於一第二較短台，其本身連結於較長 台。此配置供分別在PAL與消色差透鏡間，以及消色 差透鏡與雙凹透鏡間軸向調距，俾EFL系統可相對於 不同PAL焦度保持恆定。換言之，線性台容許變焦鏡 之二組元於變焦時沿光轴穿過其中心移動以保持EFL 系統恆定。適當電動化線性傳送台可購Bloomfield, -16· 本紙張尺度適用中ΐ國家標準（CNS ( 2]0X2^ V] (請先間讀背而之注意事項#填艿本I) 訂 446 8 1 4 經濟部中央標ί¥-局負工消费合作社印製 置， A7 H7 五、發明説明（is ) field, New York 的 Velmex。 於本較佳實施例中，變焦透鏡用來以605mm恆定 系統EFL將光束聚焦於檢測系統上。此焦距產生繞射 受到限制的PSF，此PSF夠大，俾可藉檢測系統精確採 樣。EIQM所用變焦透鏡可適用-0.5至+2.8屈光度範圍 内任一 PAL 光焦度。Optical Research Associates, Pasadena，California的CodeVTM將變焦系統設計成，相 對於一系列位於測試透鏡位置的不同光焦度的近軸透鏡 使二變焦透鏡的軸向位置最佳化，俾整個EFL系統保 持在具有良好的像質的605mm(於相對於FAL固定影像 平面上）。使用十三個光焦度（給予十三個變焦位置）來择 得足夠數據，俾以高次方多次式表示變焦透鏡的個別^ 徑。如第7圖所示，此等變焦透鏡相對於測試透 的路為非線性。 於第4圖中，箭頭58與60指示變焦透鏡的傳、、 其個別組元。如上所述，變焦透鏡操作全自動$及 EIQM的電腦22控制。變焦透鏡之二線性傳送輪轉 辩限 位感測開關電動化並以電腦控制。一旦調準桿旋轉 變焦鏡的光軸大致與逸出測試透鏡的光束平行， 3¾ 鏡即相對於透鏡上的各次隙孔行經複數指定測試& 且像質藉檢測系統來量測。 熟於此技藝人士當知，其他透鏡設計亦可用於變 系統。例如，目前正發展一種具有較大光焦度範園的焦 組元變焦透鏡於EIQM。 二 -17- 本紙乐尺度適用中國國家摞隼（CNS > 核（210X29?公犮 (請先閱讀背而之注愈事項再填寫本頁} 1訂 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 Α7 Η7 五、發明説明（16 ) vi.檢測系統 可藉EIQM使用若干不同方法及檢測系統來量測像 質。於本較佳實施例中，檢測系統包含一用來量測普通 稱之為PSF之光強度分佈之攝影機62。 檢測系統所用攝影機最好為電荷藕合裝置（CCD)攝 影機，由二維像素或檢測器成列組成。一光學系統之真 正PSF係光強度的連續二維分佈。惟，使用一 CCO來 量測PSF時，卻獲得強度的分立二維陣列，一像素獲得 一陣列。進行PSF時，須將用來PSF採樣的像素間距 及大小列入考慮，其係如用以獲得MTF者。 其他可用陣列檢測器型式係電荷注入裝置（cro)。 陣列檢測器之主要件在於具有極低噪音以及極大動力範 疇，俾PSF的精細特點可觀察。精確PSF會導致精確 MTF。於本較佳實施例中，一 512 x512，14位元的冷卻 CCP攝影機配合EIQM使用。一用於EIQM之適當 CCD 機可購自 Toscon Arizona 的 Photometircs。 於一替代實施例中，檢測系統係位於一單組元之檢 測器前面的掃描刀口，用以量測影像的線擴散函數 (LSF) 〇 LSF提供沿一軸之像寬量測。諸如矽光敏二極 體、光電倍增管、熱電檢測器、熱電堆之單組元檢測器 具備一僅有一輸出之單一檢測表面，且其非如CCD之 檢測器陣列，本身無法提供影像的空間分佈。因此，刀 口、隙縫或針孔必須移經此單組元檢測器前面的影像， 而其輸出則經採樣以決定光線的空間分佈。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（21〇Χ 297'»> ) (銷先阽讀背而之注念事項再填巧本頁)

經濟部中央標準局只工消费合作社印裝 Λ7 _______ Η 7 __ 五、發明説明（η ) 又，雖單一取向卻所有空間頻率的MTF可由LSF 的傅里葉轉換來獲得。一般而言，掃描刀口測試須於橫 向平面的若干刀口取向（例如〇, 45, 90及135度）重覆進 行以求得一組代表性像質數據。最佳焦點可沿光軸重覆 用來作為一組平面的一組四LSF量測來找出，並找出 平均LSD寬度最小的平面。相同數據組可用來決定像 散值與取向。 於另一實例中，檢測系統包含一可量測與接近焦點 之光束有關的干涉儀，如剪切干涉儀或司麥特點衍干涉 儀（PDI)。此等干涉儀藉由干涉來自相同光源之二波陳 面來量測有關一影像之波陳面像差°由波陳面像差量測 可測定均方根(RMS)波陳面像差。可藉由找出RMS波 陳面像差最小的平面來測定最佳焦點。 於本較佳實施例中，所有EIQM組元安裝在一鋁製 基板上。一黑色有機玻璃製光密封裝於操作期間用來覆 蓋此統。於罩蓋頂部係一引通板，提供至測透鏡的通 Ο 〇 VII. EIQM之校準 組裝並對準系統後，EIQM應加以校準《為達到此 目的，在開始組裝並對準系統後，使用一系列高品質實 驗用透鏡就量測焦度、像質/MTF、影像定心以及通經 變焦範疇的EFL系統，檢查EIQM。量測光焦度均在人 格值的1%以内，影像均有衍射限制’保持各透鏡的通 過焦點定中心於±20像素内，且EpL系統保持土 -19- 本紙張尺度適用中國國家摞準（( 210X297^"^ ) -一~—- (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) ,ιτ 經漪部中央標準局员工消费合作社印製 4 463 1 4 A7 •___ H7 一__________________ _ - 五、發明説明（is ) 内怛定。EFL系统使用300線/英吋光柵於校準透鏡 前’通過變焦範疇來量測。接著〇與±1次分開用於 CLD以計算EFL。 其次檢查量測之像散。使用具有l_〇D預定像散的 二單像透鏡。首先以一高品質透鏡測試台量測位於各透 鏡幾何中心的像散，其精確度達土0 05D。EIQM所量測 像散值在校準值的±(K1D内。 接著取出PSFs/MTFs，無測試透鏡置放於其間，且 相對於所有雙設定值(bin settigs) (1，2, 4, & 10)(參考第 VIII節），變焦距設定為〇 儀器經察相對於1 & 2雙 因數有衍射限制。就4 & 1 〇雙因數而言，所量測]y(TF 的混淆與理論所預測者匹配。惟若使用選雙（bin-selection)規則’任一影像截止頻率須相對於所用選雙， 在混淆頻率以下。 上述校準程序最好在週期性基礎下進行以確保儀器 持續精確。 VIII.使用EIQM之測試程序實例 未切割測試透鏡以標誌指示透鏡的光學中心位置， 累加或讀數區，以及適當水平取向。使用此等標誌，沿 透鏡邊緣製作一系列對準標誌、，俾工廠標德可自透鏡表 面撕除。接著使用此邊緣標誌作為導引，將透鏡安裝於 EIQM中正常取向。接著設定所需測試隙孔直徑。而後 則關閉罩蓋’操作主要儀器控制程序。程式第一步係開 始所有階段。限位開關用來誘導此等階段，接著將pal -20- ϋ張尺錢财®财料（⑽) (誚^|«讀ιΐ-而之注念事項#填巧本瓦)

經滴部中央標準局負工消费合作社印聚 > 446814 Λ7 Η 7 五、發明説明（19 ) 設定於一測試點（於透鏡幾何中心），變焦系統設定於 -0.5D，並調整調準桿俾影像定中心於LCD。 於各測試點或次隙孔取20個影像，亙變焦光學的 -0.5至+2.8D範圍等距相隔。就所獲得的各個通過焦點 影像，自動紀錄或計算以下參數：對應於變焦位置之焦 度、影像形心位置、影像徑向變異、沿著及橫越影線的 影像寬度（用來量測像散）、直線影像角度、最大像素值 以及所有像數值總數。最佳光焦度點位置由通過焦點的 徑向偏差算出。一拋物線表示繞20個量測的直通焦點 的最小徑向偏差的數據（參考第2圖），紀錄光焦度，並 取一 PSF影像亦紀錄調準桿的角度位置以測定分光。 依最佳焦點影像的大小而定（藉徑向偏差來測定）， 最後影像可選雙（達10因數）。選雙將相鄰像素值總計 以產生一較小影像光柵。使用1之選雙因數時，僅使用 CCD的中心像素50 X 50。這為較小影像提供最高解析 度。使用10之選雙因數時，使用CCD的整個有效區 域，惟解析度較小。第10圖顯示最佳焦點可亙一典型 PAL改變的程度。設定選雙以避免後續由PSF算出 MTF中的任何退化（即混淆）。

接著，PAL移動至次一測試點，影像再定心於 LLD，並重覆此程序。為追踪/定心，可使用LLD的 整個512x512有效區域（各方向選雙10次）。測試可在 DAL上任一組所需位置進行。第5圖顯示一包含有103 個次隙孔的測繪圖例。最好使用一較密集採樣於PAL -21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) AWAL梠（2!Οχ2^〉>|ί.' ) (誚先阽讀背而之注意事項异填舄本页) •1Τ 經濟部中央標準局貝工消f合作社印聚 ^46814 A7 B7 五、發明説明（20 ) 的下部，於此處像質變化較快速。 就初始測試而言，整個測試順序藉由一與電動控制 器及檢測系統交互作用的VisualBasic™程式來控制。 以103個次隙孔完作一測試須大約花二個小時。所獲得 輸出包括含有各次隙孔的所有直通焦點數據的ASCII測 試檔，以及各次隙孔的PSF影像檔。 IX.使用EIQM的數據分析 如上所述，在測試期間計算並紀錄各測試次隙孔的 光焦度。接著進行數據分析，俾測定各次隙孔處的像散 (大小及取向）、分光（大小及取向）以及MTF。所獲得數 據接著可測繪以製出易於解讀的透鏡測繪圖。 為初步測試一僅使用無預定像散的PALs，俾僅量測 出現在透鏡中的非所需像散。直通焦點的直線影像寬度 數據用來於屈光度中測定一 PAL像散區所形成二影像 的位置。此行影像直線寬度係橫越沿此直線影像寬度所 分割的最適直線的影像寬度。一完美直線的值為0，而 一完美圓的值為10。就像散影像而言，此用來作為光 焦度函數的直線影像的測繪圖產生一曲線，其二最小值 位於二像散直線焦點（參考第3圖）。最小位置間的屈光 度差提供像散值。低光焦度直線影像的角度提供像散角 度或轴。 由二調準桿台部的角度位置計算局部透鏡分光大小 及方向。調準桿位置以度數表示，並轉換成顯示用分光 屈光度。 -22- 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) ( 210X2^7^郑） (誚尤閲讀背而之注愈事項界填ΐί本ΙΓ) 、-& 4468 1 4 Λ 7 1.17 五、發明説明（21 ) 其次於各個別PSF進行二維傳里葉變換以求出此次 隙孔之MTF。以適當標尺計算MTF以作為頻率的角度 函數(例如cycles/mrad)。對應於20/20圖樣（一弧分直 線寬度）的角頻率的MFMTF值（規格化為衍射限制值)接 著保留給各次隙孔。 由此數值資料製成焦度、像散值、分光值與亙PAL 表面的規格化20/20MTF的2D及3D輪廓圖或測繪圖 (參考第11-14圖。亦製成像散軸及分光方向的向量測 繪圖（參考第11C.11E及12C.12E圖）。可測繪數值資料 來作為次隙孔位置的函數（參考第14C圖）。 上述資料分析及繪製可使用Mathiematica3.0.1TM來 進行，且每一透鏡約需1/2小時。惟熟於此技藝人士 當知，其他適當程式可用來進行所需資料分析。 X.由EIQM所繪製的透鏡測繪圖例 以EIQM測試多種透鏡。於此節中提供儀器輸出實 例。用於此測試而標以「透鏡A」與「透鏡B」的 PALS購自不同行商，此二透鏡設計成具有OD距離校 正以及TID累加焦度。須知，為了易於解讀，輪廓圖通 常彩色繪製，印刷，惟本文中則為黑白，故較難解讀。 惟其一般特徵仍可辨識。 第12A輪廓圖顯示表面上透鏡B的最佳焦點。由此 可知光焦度如何由上方遠像區的OD改變為下方左側解 讀或累加區的略大於+D。透鏡A的光焦度測繪圖極類 似（第11A圖）。如前面所述，因低光焦度過渡到高光焦 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X29"?公耖） {請先閱讀背而之注念事項再填声？本頁) -3 經濟部中央標挲局男工消費合作社印製 經濟部中央橾準局Μ工消f合作社印¾ 446814 Λ7

Ii7 五、發明説明（22 ) 度產生大量像散。這在第11B圖（透鏡A)與12B圖（透 鏡B)所示像散大小輪廓圖上極顯著。像散向量圖顯示 透鏡上部與下部之間大小及角度的平滑、連續過渡（第 11C 及 12C 圖）。 此外，由第11D及12D圖所示規格化20/20 MTF輪 廓可知透鏡A性能較透鏡B佳。它在連接此二區域的 「通道」中降低些許，且在任一大小通道上的「側翼」 極差。就透鏡B而言，於上部之高MTF較小，且在累 加區恢復極少。 透鏡A之二完整MTF圖顯示於第13A及13B圖 中，其一由遠方區的極佳部，另一由高像散區繪製。相 對於或0，90及土45度的3-D MTF的層片，在各圖上總 共有四個曲線。直徑為543mm的5irmi光瞳的衍射限制 MTF以虛線表示。 可藉EIQM自動繪製的其他測繪圖及圖式顯示於第 14A及14B圖。由於像質經察在一透鏡與另一透鏡間急 遽變化，故EIQM值極顯然來自上述測繪圖及圖形，這 使得透鏡設計者、透鏡製造圖及/或配鏡醫師可精確、 客觀評估任一給定眼鏡用透鏡的品質。任一量測像質均 可繪製成此種圖形。 本發明各種實施例固已顯示並說明，惟，熟於此技 藝人士當知，在不悖離本文所提供及說明的發明概念 下，可作種種變更，例如，EIQM固如上述可量測-0.5 至+2.8D範圍的光焦度，惟可變更變焦透鏡，以增加可 -24- 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) Λ4坭格（210χ 297,；Μί ) (請先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) 訂 446814 Λ7 _____ Η 7 ι I . —__-.一 .. . . _—·»-· -一 五、發明説明（23 ) 量測光焦度。此外，雖然EIQM特別適用於量測PALS 像質’惟’只要透鏡的焦度及像散在系統的量測範圍 内，即肯定可用來量測任何眼鏡用透鏡的像質。由此可 知’在所附申請專利範圍內，本發明可以特別說明以外 的方式實施。 --------°裝-- (請尤間讀背而之注意事項异填朽本K ) 丨訂

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經漓部中央標牟局月工消f合作社印製 5 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS )以说枋（2丨0X2W公处） u A7 B7 五、發明說明（ 主要元件代表符號之對照說明 10 光學測試儀器 12 照射系統 14 測試透鏡安/定位系統 16 變焦邊鏡 18 檢測系統 20 調準桿 22 微電觸控制電腦系統 24 測試透鏡 26 光源 30 顯微透鏡 32 消色差透鏡 34 可調整隙孔 35 旋轉點 37 入射視準光束 39 測試透鏡 40，42 箭頭 50 正像消色差透鏡 52 雙凹的單層 58，60 箭頭 62 攝影機 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ---— 訂---------線 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •25 K:\pamela\87274-Ref-No.doc 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 446814 AS B8 C8 i 六、申請專利範圍 ' V ι一-.- 專利申請案第87112082號 ROC Patent Appln. No,87112082 修正之申請專利範圍中文本_附件㈡ Amended Claims in Chinese - Enel.(II) (民1 一8 9年9月(公日為呈） (Submitted on September (6 5 2000) 1. 一種自動化光學測試儀器，其係用以量測眼鏡用透鏡 之像質者，此儀器包括： 一照射系統，用來提供測試光束至透鏡； 一定位系統，用來旋轉透鏡，使透鏡上不同區域 被照射到，俾量測透鏡於此區域之像質； 一檢測系統，用來紀錄並量測透鏡像質；以及 一變焦透鏡，用來於光束通過透鏡時以一恆定有 效焦距將光束聚焦在檢測系統上。 2. 如申請專利範圍第1項之光學測試儀器，其中定位系 統使透鎳繞透鏡後面一固定之旋轉點旋轉。 3. 如申請專利範圍第1項之光學測試儀器，其中變焦透 鏡可相對於透鏡沿系統之光軸轉動。 4·如申請專利範圍第3項之光學測試儀器，其中變焦透 鏡包括一第一透鏡及一第二透鏡，且第二透鏡可相對 於第一透鏡於光抽移動。 5. 如申請專利範圍第1項之光學測試儀器，其中檢測系 統位於一離透鏡固定距離處。 6. 如申請專利範圍第1項之光學測試儀器，其中進一步 包括一調準桿、變焦透鏡及檢測系統連結於調準桿， 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .~,4 ---^---—訂·------！線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 87274-claim 4^488 a A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 且在透鏡為定位系統所旋轉時，調準桿繞透鏡旋轉， 俾測試光束再對準檢測系統。 7. 如申請專利範圍第1項之光學測試儀器，其中進一步 包括一微處理機，以控制光學測試系統之操作。 8. 如申請專利範圍第1項之光學測試儀器，其中檢測系 統包括用以自動量測透鏡上一位置所·產生點擴散函數 之裝置。 9. 如申請專利範圍第1項之光學測試儀器，其中檢測系 統進一步包括用以自動計算透鏡上一位置之調節變換 函數之裝置。 10. —種自動化光學測試儀器，其係用以量測一眼鏡用透 鏡之像質者，此儀器包括： 一光源，用來提供一測試光束至透鏡； 一定位係統，用來旋轉透鏡，使透鏡上不同區域 被照射到，俾量測透鏡於此區域之像質； 一檢測系統，用來紀錄並量測透鏡像質； 一變焦透鏡，用來將光束聚焦於檢測系統；以及 一調準桿； 其中變焦透鏡及檢測系統連結於調準桿，且在透 鏡為定位系統所旋轉時，調準桿繞透鏡旋轉，俾測試 光束再對準檢測系統。 11. 如申請專利範圍第10項之光學測試儀器，其中進一 步包括一微處理機以控制光學測試儀器之操作。 本紙張尺度適用十國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -lk-----r--—訂----------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44&U ------ 六、申請專利範圍 12·如申凊專利範圍第u項之光學測試儀器，其中定位 系統使透鏡繞其後面一固定旋轉點旋轉。 13·如申身專利範圍第12項之光學測試儀器，其中在光 束通過透鏡時，.變焦透鏡以—但定有效焦距使測試光 束聚焦。 14.如申請專利範圍第13項之光學測試儀器，其中檢測 系統包括用以自動量測透鏡上一位置之光焦度、像 散' 分光及調制變換函數之袭置。 15·種自動化光學測試儀器，其係用以量測眼鏡用透鏡 之像質者，此儀器包括： 一照射系統，用來提供測試光束至透鏡； 一定位系統，用來旋轉透鏡，使透鏡上不同區域 被照射到’俾量測透鏡於此區域之像質； 一檢測系統’用來紀錄並量測透鏡像質； 一變焦透鏡，用來將光束聚焦於檢測系統； 一調準桿；以及 一微處理機，用來控制光學測試儀器的操作； 其中變焦透鏡及檢測糸統連結於調準桿，且光學 測試儀器可量測透鏡光焦度、像散、分光及調制變換 函數。 16.如申請專利範圍第15項之光學測試儀器，其中定位 系統使透鏡繞其後面一固定旋轉點旋轉。 17‘如申請專利範圍第16項之光學測試儀器，其中光束 28 本紙中_家標準（CNS)A4規格x 297公釐) —

   I . ! ^-----„---—訂·--------線· } · (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4^6Q14 羥 D8 六、申請專利範圍 通過透鏡時，變焦透鏡以一恆定有效焦距將測試光束 聚焦。 18. —種用來量測眼鏡用透鏡像質之量測方法，此方法包 括以下步驟： (a) 自一光源以一測試光束照射透鏡上之一位置； (b) 在光束通過透鏡上的位置後，以一恆定有效焦距 將測試光束聚焦於一檢測系統上；以及 (c) 量測透鏡上位置之像質。 19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中進一步包括旋 轉透鏡俾透鏡上不同位置被照射到，並重覆前述(a)至 (c)步驟。 20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中旋轉步驟包括 使透鏡繞其後面一固定旋轉點旋轉。 21. 如申請專利範圍第18項之方法，其中聚焦步驟包括 使檢測系統繞透鏡旋轉，俾在透鏡旋轉時，使測試光 束再對準檢測系統。 22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中聚焦步驟進一 步包括相對於透鏡沿一光軸移動變焦透鏡以保持有效 焦距恆定。 23. 如申請專利範圍第18項之方法，其中量測步驟包括 量測透鏡上位置的光焦度、像散、分光及調制變換函 數。 24. 如申請專利範圍第18項之方法，其中量測步驟包括 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ',.k----l·!.— 訂--- ------線- 六、申請專利範圍 量測透鏡上位置的點擴散函數。 25.如申請專利範圍第23項之方法，其中量測步驟包括 將透鏡上位置的光擴散函數變換為調制變換函數。 ----------.---,··'^-----r--訂--------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ο 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐）