自动焦度计的研制

　　1　引　言

　　焦度计是测定眼镜片光学参数的基本仪器,国内叫屈光度计、镜度仪、查片机、焦度计。它的主要用途是测定眼镜片的球面度数、柱面(散光)度数、散光轴位、棱镜度,确定镜片的光学中心及检验镜片的像质,还可测角膜接触镜,装镜框镜片和眼镜的瞳距等,也可测各种镜片的面形。

　　焦度计从工作原理上可分为基于调焦原理的焦度计,与基于自动对焦原理的焦度计。基于调焦原理的焦度计主要有目视式和投影式两种。现研制了一种自动对焦式焦度计。其系统主要由照明准直系统,光电转换系统,微机数据处理和显示打印系统。该仪器的特点是集光,机,电,算于一体,液晶显示,操作简单,测量精度高。

　　眼镜的主要光学参数定义如下:

　　(1)顶焦度:以米为单位测得的镜片后表面顶点到眼镜片后焦点距离的倒数。名称为屈光度,以符号D表示。即通常讲的近(远)视度数。

　　(2)球镜度:球镜镜片的后顶焦度值称为球镜度,以符号sph(SPH)表示。

　　(3)柱镜度:散光镜片的两个顶焦度之差值。以符号cyl(CYL)表示。即通常讲的散光度数。散光镜片是一种使近轴平行光线会聚于两条分离的相互正交的焦线上的镜片,这种镜片一般含两个顶焦度。

　　(4)散光轴位:表示的是基准镜度即最小镜度的那一个主面的焦线方向。

　　(5)棱镜度:光线通过镜片上规定点初始方向产生的偏移量称为棱镜度。棱镜度的单位为cm/m,以符号Δ表示。

　　(6)光学中心:镜片前表面与光轴的交点(光线由此点透过时光线不产生偏折,此点的棱镜度为零)。

　　(7)瞳距:指人眼在视轴正视和平行时两瞳孔之间的距离,一般人瞳距在45mm～75mm之间。一副眼镜由两块光学透镜组成,两光学镜片的中心距离应与人眼两瞳孔之间的距离大致相等,这样人眼才会感到舒适[1,2]。

　　2　仪器的基本原理

　　自动焦度计的工作原理如图1所示,平行光经被测镜片1后,发生偏转,经过带孔光阑2,落在光电位置探测器面阵CCD3上。

图中h,h′——光线分别在光阑和在光电位置探测器面阵CCD处的高度。

　　Δx,x——分别为被测镜片后顶点至光阑的距离,以及光阑至面阵CCD的距离。

　　lf′——被测镜片后顶焦距。

　　由上图可知

根据顶焦度定义:

　　Φhv的单位为D;h,Δx,x,h′单位为m。

　　h,x,Δx已知,测出h′后,自动焦度计将自动得出被测镜片顶焦度的量值[3]。一般情况下,光阑2有四个小孔,分布图如图2(a)或图2(b)所示:

　　可测得a、b、c、d在CCD上的四个落点a′、b′、c′、d′的位置。h,x,Δx为已知,可求出在两个相互垂直的主子午面内两个不同的光焦度,两个光焦度的差值即为散光度。a′,b′,c′,d′的坐标是柱镜轴位倍角的函数,a′,b′,c′,d′的中心点e点与坐标原点o′的连线eo′即表征了被测镜片棱镜度的大小与基底取向[4,5]。