眼镜度数全自动测量方法

　　随着经济增长和生活品质的提高,与视光学相关的产业蓬勃发展,展现了巨大的市场前景. 2004年,中国的眼镜工业总产值超过160亿人民币,已成为世界领先的眼镜生产大国.中国同时也是全世界最具潜力的眼镜消费市场.与此形成巨大反差的是,国内视光学仪器发展水平的落后,其中,眼镜焦度计(俗称查片仪)被国外厂商特别是日本占据了绝大部分市场份额.因此,研究眼镜度数测量方法,研制具有自主知识产权的全自动焦度计成为迫切的要求.笔者提出一种基于位置探测器的3光线眼镜度数测量方法,利用此方法可以设计出结构简单的全自动焦度计.

　　1　测量原理

　　如图1所示,实现该测量方法需要一个二维位置探测器和3条入射光线.

　　要求3条入射光线垂直于位置探测器的感光平面,同时应该是被测镜片的近轴光线.被测镜片未放入光路时,入射光线1、2、3在感光面上形成的光斑的位置分别为A、B、C.放入被测镜片之后,光线发生偏折,光斑位置分别移动到A′、B′、C′三点.根据光斑移动情况和镜片度数的关系可以检测出被测镜片的度数.只要满足一定的精度要求,PSD或者CCD都可以作为所需的二维位置探测器件.

　　1. 1　棱镜度测量

　　被测镜片上的任何一点均有固定的棱镜度.棱镜度有方向θ与大小P.棱镜度的方向如图2所示.棱镜度的大小参照图3,按P=100×d÷l规定.

　　如果有棱镜使光线在1m外发生P cm偏移,则其棱镜度大小为P,单位Δ.

　　设光线1的光斑在放入被测镜片前后位置分别为A: (x, y)、A′: (x′, y′),镜片后顶点距离位置探测器感光平面长度为l,则光线入射点处的棱镜度大小为P=y′-y},可换算成角度.

　　1. 2　球镜度测量

　　被测镜片的近轴后顶焦距的倒数即为球镜度.由图4可知,镜片各点的棱镜度P与球镜度F之间的关系如式(1)所示:

　　在测量中,移动被测镜片使光线1穿过光心(该光线的光斑位置不变),光线2从离光线1距离h处穿过被测镜片,则式(1)中的d为光线2的光斑位置变化BB′, l在上文中已有描述.

　　1. 3　柱镜度的测量

　　柱镜度由球镜与柱面镜联合表示,即ADS/BDC×φ.

　　图5所示点O为散光镜片的光心,φ为散光镜片的轴向.(m, n)坐标即光线入射点与光心的相对位置.

　　在测量中,移动被测镜片使得光线1经过光心,光线2与光线1的相对位置(m, n)位置探测器测得,Px与Py的计算方法如上文所述.可见式(3)含有两个未知数A,B.利用光线3和光线1可以提供另外一个类似的式子.联立两式可得

　　2　可行性分析

　　国家标准对棱镜度允差和球镜度允差都做了明确规定[2].根据现实条件,下面的分析中具体变量取值为:l=120mm,h=2. 5mm,n=1.5,n是被测镜片的折射率.