眼镜度数全自动测量方法

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1、2006年lO月重庆大学学报(自然科学版)Oct．2o06第29卷第lO期JournalofChongqingUniversity(NaturalScienceEdition)V01．29No．10文章编号：1000—582X(2006)lO一0065一o4眼镜度数全自动测量方法杨并上，廖海洋(重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400030)摘要：提出一种眼镜度数测量方法，利用位置探测器和3条光线实现对棱镜度、球镜度和散光度等镜片参数的测量．利用该方法能制造出结构简单、自动测量的焦度计．对棱镜度和球

2、镜度测量的误差做了分析，得知提高位置探测器的测量精度是实现该方法的关键．关键词：眼镜；眼镜度数；位置探测器；焦度计中图分类号：TH741文献标识码：A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，国内视光学一nI=八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

3、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，利用此图1测量原理图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．图2棱镜度的方向要求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．被测镜片未放人光路时，入射光线1、2、3在感光面上形成的光斑的位置分别为A、、C．放人被测镜片之后，光线发生偏折，光斑位置分别移动到A、、c三点．根据光斑移动情况和镜片度数的关系可以检测

4、出被测镜片的度数．只图3棱镜度的大小要满足一定的精度要求，PSD或者CCD都可以作为所如果有棱镜使光线在1m外发生Pcm偏移，则其棱镜需的二维位置探测器件．度大小为P，单位△．1．1棱镜度测量设光线1的光斑在放人被测镜片前后位置分别为被测镜片上的任何一点均有固定的棱镜度．棱镜A：(，Y)、A：(，Y)，镜片后顶点距离位置探测器感度有方向0与大小P．棱镜度的方向如图2所示．光平面长度为z，则光线入射点处的棱镜度大小为P=棱镜度的大小参照图3，按P=100Xd÷z规定．·收稿日期：2006—04—24作者简介：杨

5、并上(1980一)，男，福建厦门人，重庆大学硕士研究生，主要从事智能光电仪器等方面的研究重庆大学学报(自然科学版)2006．年在测量中，移动被测镜片使得光线1经过光心，光100×~／(一)+(Y一Y)÷z，方向为AA={，_，线2与光线1的相对位置(m，凡)位置探测器测得，PY一Y}，可换算成角度．与P的计算方法如上文所述．可见式(3)含有两个未1．2球镜度测量知数A，B．利用光线3和光线1可以提供另外一个类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之问的关似的式子．联立

6、两式可得fP1凡1+Py1m1=100×(2m1nIA+m1凡1B)系如式(1)所示：F==lOOhflOOhh1．：上=一d(’1)【P工2凡2+P’2m2=100×(2m2凡2A+m2凡2B)一一一’、以k来表示系数，即在测量中，移动被测镜片使光线1穿过光心(该fkll=后t2A+13B光线的光斑位置不变)，光线2从离光线1距离h处穿i后：：后22A+后23B’过被测镜片，则式(1)中的d为光线2的光斑位置变B，Z在上文中已有描述．解得A=惫，B=将A、B代回式(2)可以求出散光轴向．2可行性分析^I一’

7、～～一＼＼II国家标准对棱镜度允差和球镜度允差都做了明确规定]．根据现实条件，下面的分析中具体变量取值为：Z=120mm，h=2．5mm，凡=1．5，凡是被测镜片的折射率．图4球镜度示意图2．1棱镜度误差1．3柱镜度的测量如果入射光线没有垂直光敏平面入射，将会带来柱镜度由球镜与柱面镜联合表示，即ADS／BDC一定的误差．从自身角度看，棱镜度大小由棱镜顶角、×．折射率和入射光的入射角决定．当光线以倾角^y入射图5所示点O为散光镜片的光心，为散光镜片的轴向．(m，凡)坐标即光线入射点与光心的相对位时(相对图3)，

8、棱镜度P=lOOtan{(詈+)一sin置．▲{凡sin[sin一一8]一8}，上式中，为y在棱镜主截面上的投影，8为棱镜顶角．认为光线倾斜角／＼＼<1．5。，因为tan1．5。=0．026，意味着在120mm外光／，。＼．斑将会有3．1mm的偏移．另外有顶角8<7。．因为在离光心2．5mm处有7。棱镜顶角意味着该镜片的球镜：一⋯一一／度将超过25D．可以得到光线斜射时棱镜度最大误差【m，／／，与顶