一种数字投影式顶焦度测量仪

　　引 言

　　眼镜镜片的球镜度、散光度、棱镜度、光心等参数都由顶焦度测量仪来测量，因此顶焦度测量仪作为保证眼镜产品和配镜质量的眼镜参数测量仪器之一，其准确性尤为重要。目前，我国生产眼镜测量仪器的企业大多还在生产 20 世纪七、八十年代的目视式老产品，读数间隔为0.12D 或0.25D(D 为顶焦度单位，1D=1m-1)，比国外的数字式、自动数字显示式产品低1-2 个数量级，且质量不稳定，合格率较低，难以保证眼镜检测的精确度。国家质检总局在 2002 年10 月公布的眼科光学计量仪器产品质量国家监督抽查结果显示，顶焦度测量仪合格率仅为71%。因此，研制开发出质量可靠、操作方便、精度更高的顶焦度测量仪具有现实意义和市场前景。本文作者提出一种采用光学投影的方式，通过精密传动及精密电位传感，嵌入以单片微型计算机为核心的硬件控制系统和软件处理系统，实现对球镜顶焦度(也称球镜度)和球柱镜顶焦度(也称散光度)及轴位角等进行测量的技术方案。采用本技术方案可研制出较高档次的数字投影式顶焦度测量仪，以满足我国眼镜检测仪更新换代的需要。

　　1 仪器工作原理

　　数字投影式顶焦度测量仪的光学原理如图1[1-3]。图中包含两组光学透镜1 和2，3是被测镜片，5 是刻有标志线的透明玻璃(即标尺)，在光源(图中未画出)的照明下，标尺变亮，可以在投影屏4 上形成清晰的像。在被测镜片顶焦度Φv为0 或者未放入被测镜片时，移动标尺5，使其在投影屏上面清晰成像。这时标尺所在位置为透镜1 的物方焦点，记为初始位置。然后将被测镜片3(Φv≠ 0)放入光路中，由于被测镜片的折射作用，投影屏上的像变模糊。为了使投影的标尺像再次变清晰，需要移动标尺的位置，直到被测镜片的折射作用被抵消(即图中所表示的状态)。

　　由于f1′是个大小恒定的常数，被测镜片顶焦度Φv将与标尺的移动距离成正比。另外，轴位角等于标尺转动的角度。为了使单片机控制测量系统能够得到标尺的转动量和平动量，设计了两组传感器，如图2 利用精密齿轮与齿条的配合，首先将标尺的平动量变成转动量，然后再利用电位计变换，即可将转动量变化为电压值输出。图3 为仪器的结构原理。1 为光源，2 为聚光镜，3 为滤色镜，4 为照明反射镜，5 为标记分划板及齿轮传动机构。6 为准直光管物镜，7 为镜片支座，8 为被测镜片，9 为投影物镜，10, 11 为投影反射镜，12 为投影屏。仪器主要由光学系统、精密机械结构系统、位移和角度传感器、单片机接口控制系统及嵌入式软件系统几部分组成.