基于CCD与单片机技术的自动焦度仪

    焦度计是用来测量眼镜片（包括角膜接触镜）的顶焦度（Ｄ）、棱镜度（Ａ）以及确定柱镜轴位方向等的仪器。它不是使用镜片的光焦度（即焦距的倒数），而是使用镜片的顶焦度（即顶焦距的倒数）来表征其屈光能力的。顶焦距是镜片顶点到焦点之间的距离，以镜片顶点为基准，是一个可测量参数，这就使配装眼镜片时顶角距（镜片后顶点到人眼角膜的距离）得以保证。而光焦度以镜片主点为基准，主点参数难以测量和保证。

    在焦度计测量中，由于被测镜片的后表面曲率（弯度）各不相同，形状也有凹、凸和平面之分，致使镜片后顶点与焦度计物镜后焦点不相重合，因而造成较大测量误差，目前在市场上广为流通的目视式焦度计就是这样的。因此，研究一种自动补偿技术来克服因二者不相重合带来的测量误差成为新型焦度计设计中的一个关键问题，本文提出了一种基于ＣＣＤ与单片机技术的自动焦度仪的设计方案，研究了使用软件对离焦误差进行自动校正，实现了焦度计测量的自动化并提高了测量精度。

    １　目视式焦度计测量原理

    图1是一种基于调焦成像的目视式焦度计测量眼镜片顶焦度的原理图。分划板图案经物镜成像，人眼在读数望远系统后观察图像，加上被测镜片后，分划板作左右移动人眼才能看清图像，此时分划板的位移与被测镜片顶焦度相对应。被测镜片由一光阑承坐，光阑位于焦度计物镜的后焦点Ｆ′１。由光学成像关系得被检镜片的顶焦度Ｄ值由式（１）求得。  

    式中：ｚ１为分划板与物镜前焦点Ｆ１之间的距离（位移量）；Ｆ′１为物镜后焦点；ｆ′１为物镜焦距；当ｘ＝０时，即Ｆ′１与被检镜片后顶点相重合；Ｄ与ｚ１成线性关系。ｚ１是可测量值，可以由符合线性关系的位移传感器或与分划板同步移动的读数尺读得［１］，从而得到被检镜片的顶焦度Ｄ值。

    但是，测量中由于被测镜片的后表面曲率（弯度）各不相同，致使镜片后顶点与焦度计物镜后焦点不相重合，即ｘ≠０，Ｄ与ｚ１不再成线性关系，从而引入测量误差，我们称之为离焦误差。

    离焦误差与镜片表面曲率（弯度）有关，即跟镜片形状有关。眼镜片的各种形式如图２所示。高度数远视镜（或者花镜）是做成平凸（图２－ａ）或双凸（图２－ｂ），其它做成一凹一凸（图２－ｃ），双凹（图２－ｄ，用于高度数近视镜）或弯月形（图２－ｅ）。 

    不管是凹面还是凸面，它们的弯度都可以规范成几个档，通过改变另一表面的曲率半径加工成不同顶焦度的眼镜片。当镜片放上支座，上述离焦量就随之产生，如图３所示。图中，点Ａ是镜片支座（光阑）与光轴的交点（物镜后焦点），点Ｂ是镜片凹面顶点与光轴的交点，点Ｃ是镜片凸面顶点与光轴的交点，很显然点Ａ不可能与点Ｂ，Ｃ重合。图３　支座和镜片的位置关系对式（１）求微分，并令ｘ趋近于零，得