一种镜片后顶焦度的测量装置

摘要

本发明一种镜片后顶焦度的测量装置，包括光源，目标分划板，准直物镜，望远镜，将光源照射的目标分划板用准直物镜产生无限远目标，将被测镜片置于准直物镜和望远物镜之间，调节像方分划板，使在望远镜中获得目标分划板清晰的像，根据公式计算得出后顶焦度Φ。本发明在原理上测量的是后顶焦度，不存在近似。通过增加准直物镜的方法将目标置于无限远，使得仪器测量装置缩小，可以实现一体化，这不仅使得仪器占用空间较小，且有利于日常的维护，检测和校准。由于望远物镜的焦距足够长，使得测量精度大幅度提高。顶焦度与像方分划板移动的距离是线性关系。使得测量装置相同的测量精度需要的移动距离更短。长度测量可采用机械刻尺测量，降低仪器的成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学镜片的测量装置，尤其是一种光学镜片小后顶焦度的测量方法及装 置。

背景技术

后顶焦度Back vertex power是以米为单位测得的镜片近轴后顶焦距的倒数。单位是米的 倒数（m-1）。镜片后顶点到近轴后焦点的距离称为近轴后顶焦距，如图1所示，其中F—物 方焦点；F′—像方焦点；H—物方主点；H′—像方主点；f—物方焦距；f′—像方焦距；lf—近轴 前顶焦距；l_f′—近轴后顶焦距。一个镜片含有前、后两个顶焦度。根据眼科光学约定，镜片 的顶焦度均指后顶焦度。

太阳镜、防护镜以及平光镜属于小顶焦度眼镜镜片，这种镜片由于顶焦度值小，测量精 度要求高而需要专门顶焦度测量装置进行测量。通常该专用测量装置测量范围为±0.25m^-1, 测量精度通常达0.01m^-1。

这类镜片的检测方法有自动焦度计法（四点光孔法），这种方法由于其原理是基于放大倍 率法，与眼镜片成像质量无关，一直不被国际上认同。

另外一种方法是目前欧盟标准推荐的太阳镜检测方法，太阳镜ISO标准推荐的太阳镜检 测方法是目前综合验光仪的测量方法。其原理是：将目标分划板放置在4.6米的位置上，将 被测镜片置于目标分划板和物镜之间的任意位置，测量望远镜焦点移动的距离，再根据公式 计算镜片的后顶焦度D。所述太阳镜ISO标准所用的检测设备如图2所示，其中包括灯泡21， 标准测量板22，样品23，望远镜24，调焦装置25依次设置在光路中，位移传感器26用于 测量望远镜焦点的移动距离，零位系统28分别与位移传感器26和数字电压表29电连接，校 准系统27用于校准位移传感器26和零位系统28，所测数据最终输入计算机30得到测量结 果。

当镜片为薄镜片时，被测后顶焦度可以用镜片的光焦度近似。被测光焦度与移动的距离 Z的关系为：被测光焦度其中b是：物距为4600mm望远物镜焦距为f时所对 应的像距；z是望远镜焦点移动的距离。该方法存在如下缺点：

1）在原理上该方法是一种近似。上述系统测量实际上是太阳镜镜片的光焦度，而不是后 顶焦度。用测量得到的光焦度近似对于人眼实际要测量的后顶焦度。

2）该测量的原理是将目标分划板放置在4.6米的位置上，使得仪器测量装置过于庞大， 占用空间过大。同时，仪器无法实现一体化，仪器不一体化不利于仪器的校准（对本身），检 测（仪器对外检测太阳镜片）和日常维护（目标位置变动就会影像仪器的示值误差）。

3）该原理方案中的光焦度与像方分划板移动的距离不是线性关系。这不仅要求测量装置 必须采用电子测量装备才能实现后顶焦度的计算。还要兼顾仪器的测量精度而使得像方分划 板移动的距离变长。测量精度不能保证。而线性关系是同一分划板的移动长度对应的测量精 度是相同的，非线性关系，相同分划板的移动长度对应的测量精度在不同的位置是不相同的， 为了保证精度，需要较密的非线性段，如此将会浪费较疏一段的行程。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题，提出一种精确测定镜片后顶焦度装置，其装置与 现有技术相比大大缩小，且降低测量成本。

一种镜片后顶焦度的测量装置，包括光源，目标分划板，望远镜，还包括准直物镜，其 中光源，目标分划板，望远镜依次设置在光路中，在目标分划板与望远镜之间设置准直物镜， 将目标分划板成像于无限远，被测镜片放置在准直物镜和望远镜的物镜之间，望远镜像方分 划板为可调节。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中根据公式计算得出后顶焦度Φ与z的关系式：

$\Phi =\frac{1}{l_{f^{\text{'}}}}=\frac{z}{f^{\text{'}2}+\mathrm{xz}}$

其中，z望远镜像方分划板的移动距离；f′为望远物镜的焦距；x为镜片后顶点相对参 考面（望远物镜的前焦面）的偏离。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中望远物镜焦距范围为100-1000mm，优选150-400mm。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中目标分划板位于准直物镜的焦平面上。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中准直物镜可采用单透镜、双胶合物镜、或者其他复 杂的透镜。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中被测镜片放置在望远物镜的前焦面上。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中目标分划板为可移动，以此调节望远镜的像。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中其计算公式为其中z为目标分划 板的移动距离；f′为准直物镜的焦距；x为镜片后顶点相对参考面（准直物镜的后焦面）的 偏离。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中望远镜的像方接收器还可以是CCD。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中光源采用LED照明、优选绿色LED照明或者灯泡、 聚光镜和滤光片的照明方式。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中采用精密电位器、光栅等长度传感器测量分划板移 动距离。

一种镜片后顶焦度的测量装置，包括光源，目标分划板，望远镜，还包括准直物镜，其 中光源，目标分划板，望远镜依次设置在光路中，在目标分划板与望远镜之间设置准直物镜， 以将目标分划板成像于无限远，在准直物镜与望远镜目镜之间至少设置一个反射镜，用于减 小测量系统的尺寸，被测镜片放置在准直物镜和望远物镜之间。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中在准直物镜后，被测镜片前设有物方反射镜，将来 自准直物镜的光反射一定角度。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中在望远物镜与像方分划板之间设有像方反射镜，将 来自望远物镜的光反射一定角度，望远镜像方分划板为可调节。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中根据公式计算得出后顶焦度Φ与z的关系式：

$\Phi =\frac{1}{l_{f^{\text{'}}}}=\frac{z}{f^{\text{'}2}+\mathrm{xz}}$

其中，z望远镜像方分划板的移动距离；f′为望远物镜的焦距；x为镜片后顶点相对参 考面（望远物镜的前焦面）的偏离。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中望远物镜焦距范围为100-1000mm，优选150-400mm。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中目标分划板位于准直物镜的焦平面上。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中准直物镜可采用单透镜、双胶合物镜、或者其他复 杂的透镜。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中被测镜片放置在望远物镜的前焦面上。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中目标分划板为可移动，以此调节望远镜的像。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中其计算公式为其中z为目标分划 板的移动距离；f′为准直物镜的焦距；x为镜片后顶点相对参考面（准直物镜的后焦面）的 偏离。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中望远镜的像方接收器还可以是CCD。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中光源采用LED照明、优选绿色LED照明或者灯泡、 聚光镜和滤光片的照明方式。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中采用精密电位器、光栅等长度传感器测量分划板移 动距离。

一种镜片后顶焦度的测量装置，其中镜片的棱镜度可根据公式计算得出：

$P=\frac{a}{f_1^{\text{'}}}÷\frac{10}{1000}$

其中a为目标十字分划线相对像方分划板中心的偏离距离，f₁'为望远物镜焦距。

本发明一种镜片后顶焦度的测量方法及装置优点在于：

1）在原理上该方法测量是后顶焦度，这和眼镜行业和眼科光学中关于屈光不正的定义完 全一致，理论上不存在近似。

2）该测量方法通过增加准直物镜的方法将目标置于无限远，使得仪器测量装置缩小，可 以实现一体化，这不仅使得仪器占用空间较小，且有利于日常的维护，检测和校准。而且由 于望远物镜的焦距足够长，使得测量精度大幅度提高。

现有的镜片后顶焦度的测量方法及装置测量的是±2.5D的普通镜片，而本发明测量的是 ±0.5D以下的小顶焦度的镜片，因此精度高。

3）该原理方案中的顶焦度与像方分划板移动的距离是线性关系。使得测量装置相同的测 量精度需要的移动距离更短。同时，由于线性关系，长度测量部分可采用机械刻尺就可以实 现测量，这将会降低仪器的成本。也可采用电子传感器实现长度量的测量并最终实现后顶焦 度的测量。该方法有更好的适用性。

4）在顶焦度测量上，也可采用精密电位器、光栅等长度传感器测量分划板移动距离，最 终实现后顶焦度的测量，避免了人眼根据游标读数的繁琐性，提高准确性和测量精度。

5）通过增加一组反射镜反射折转光路可改善光学系统的结构合理性，使得装置的尺寸变 小，从而使得人更便于操作仪器。

6）检测装置在接收上采用CCD接收光学图像，该方法使得测量仪器不再像传统的目视光 学系统长期使用导致眼睛疲劳。且能够根据CCD的所显示的光标位置实现棱镜度的测量。

7）可通过目镜接收，人眼判断清晰度，人眼实现调焦，降低成本。

8）也可利用CCD接收到的图像，采用计算机实现清晰度的判定，进而实现精密定焦。使 得测量结果更客观，更准确。

9）在柱镜轴位测量上，采用角度编码器23，实现轴位测量避免了人眼根据游标读数的繁 琐性，提高准确性。也可以采用机械度盘实现柱镜轴位测量。

附图说明

图1是镜片后顶焦距示意图；

图2是国际标准太阳镜后顶焦度检测方法原理图；

图3是本发明一种镜片后顶焦度的测量装置的示意图；

图4是本发明一种镜片后顶焦度的测量装置的优选示意图。

具体实施方式

如图3是本发明一种镜片后顶焦度的测量装置的示意图，本发明镜片后顶焦度的测量系 统，包括光源（未示出），目标分划板1，望远镜7，望远镜7由望远物镜3、像方分划板4 和目镜5组成，望远物镜焦距范围为100-1000mm，优选150-400mm，望远物镜焦距越长越 能实现小顶焦度镜片的测量。测量系统还包括准直物镜2，其中设置在目标分划板1处的光 源，目标分划板1，望远镜7依次设置在光路中，在目标分划板1与望远镜7之间设置准直 物镜2，将目标分划板1成像于无限远，目标分划板1位于准直物镜2的焦平面上。被测镜 片6放置在准直物镜2和望远镜7的物镜3之间，望远镜7像方分划板4为可调节。根据公 式计算得出后顶焦度Φ与z的关系式：

$\Phi =\frac{1}{l_{f^{\text{'}}}}=\frac{z}{f^{\text{'}2}+\mathrm{xz}}$

其中，z望远镜像方分划板的移动距离；f′为望远物镜的焦距；x为镜片后顶点相对参 考面8（望远物镜的前焦面）的偏离。

当x=0时，有

$\Phi =\frac{z_1}{f^{\text{'}2}}\propto z$

即被测镜片的后顶焦度与像方分划板的轴向位移量z成正比。根据测得的z，即可获得被测 眼镜片的后顶焦度。

在如图3所示的镜片后顶焦度的测量系统中，准直物镜2可采用单透镜、双胶合物镜、 或者其他复杂的透镜。被测镜片6优选放置在望远物镜的前焦面上，也可放置在望远物镜与 准直物镜之间的任一位置，此时可忽略上述位置给测量带来的微小误差，也可通过电子显示 装置修正这一误差。

本发明镜片后顶焦度的测量系统中光源采用LED照明、优选绿色LED照明或者灯泡、 聚光镜和滤光片的照明方式。

本发明镜片后顶焦度的测量系统中仪器的像方接收器可以采用像方分划板与目镜接收系 统的成像。也可以采用CCD接收图像。成像接收器的精密调焦可采用手动调节位置，人眼判 断清晰度来实现，也可以采用电子算法实现对CCD采集的图像作清晰度评价，从而实现自动 调焦。

本发明镜片后顶焦度的测量系统中位置测量可用机械刻尺，也可通过其他测长传感器实 现位置的测量并最终换算出后顶焦度测量结果。

本发明小顶焦度镜片柱镜度测量可通过目标分划板（或像方分划板）的长条形图案实现测 量，也可通过目标分划板（或像方分划板）的十字线等相互垂直的交叉线图案实现。在实际 测量时：旋转被测样品或者目标分划板或者像方分划板，测量者通过望远镜进行观测，使被 测样品的主子午线与目标分划板上的长条形图案的对齐。测量时选择标准测量板上的一组长 条形图案，调焦望远镜，直到可以清晰的观测到所选长条形样张，将此时望远镜的调焦刻度 记为S1。然后，测量者再选择另外一组与测量S1相垂直的图案，重新调焦望远镜，直到清晰 的看到该图案的像，此时望远镜的调焦刻度记为S2.

按照下式计算球镜度：

$S=\frac{S_1+S_2}{2}$

式中：

S——球镜度；

S1——第一次测量结果

S2——第二次测量结果

按照下式计算散光度：

$S=\left|\frac{S_1-S_2}{2}\right|$

C——散光度；

S1——第一次测量结果

S2——第二次测量结果

本发明的测量系统还可以测量镜片的棱镜度，棱镜度可采用目标分划板（或像方分划板） 圆环实现棱镜度测量，也可采用像方CCD实现测量。其中棱镜度

其中a为目标十字分划线相对像方分划板中心的偏离距离，f1'为望远物镜焦距。

本发明镜片后顶焦度的测量系统，其中目标分划板为可移动，以此调节望远镜7的像。 其计算公式为其中z为目标分划板的移动距离；f′为准直物镜的焦距；x 为镜片后顶点相对参考面（准直物镜的后焦面）的偏离。

本发明镜片后顶焦度的测量方法，如图3，包括光源，目标分划板1，准直物镜2，望远 镜7，还包括如下步骤：

1）将目标分划板1用准直物镜2产生无限远目标，当光路中未放被测镜片6时，目标 分划板1，位于准直物镜2的焦平面上，可在由望远物镜3和目镜5组成的望远系统中获 得清晰的标记的像；

2）将被测镜片6置于准直物镜2和望远物镜3之间；

3）调节像方分划板4，则像方分划板4需沿光轴移动一段距离z，才能再次在望远系 统中获得清晰的目标分化板的像；

4）根据公式计算得出后顶焦度Φ与z的关系式：

$\Phi =\frac{1}{l_{f^{\text{'}}}}=\frac{z}{f^{\text{'}2}+\mathrm{xz}}$

其中，z望远镜像方分划板的移动距离；f′为望远物镜的焦距；x为镜片后顶点相对参 考面（望远物镜的前焦面）的偏离。

当x=0时，有

$\Phi =\frac{z_1}{f^{\text{'}2}}\propto z$

即被测镜片的后顶焦度与像方分划板的轴向位移量z成正比。根据测得的z，即可获得被测 眼镜片的后顶焦度。

本发明也可以通过移动目标分划板1，在望远镜7中获得清晰的目标分划板4的像，其 计算公式仍为其中z为目标分划板的移动距离；f′为准直物镜的焦距；x 为镜片6后顶点相对参考面8（准直物镜的后焦面）的偏离。

本发明的优点是在原理上本方法测量的是后顶焦度，这和眼镜行业和眼科光学中关于屈光 不正的定义完全一致，理论上不存在近似，而是精确测量后顶焦度得到的数据。该测量方法 通过增加准直物镜的方法将目标置于无限远，使得比国际标准使用的仪器至少4米6的尺寸 大大缩小，可以实现一体化，这不仅使得仪器占用空间较小，且有利于日常的维护，检测和 校准。该原理方案中的顶焦度与像方分划板移动的距离是线性关系。使得测量装置相同的测 量精度需要的移动距离更短。同时，由于线性关系，长度测量部分可采用机械刻尺就可以实 现测量，这将会降低仪器的成本。也可采用电子传感器实现长度量的测量并最终实现后顶焦 度的测量。该方法有更好的适用性。

图4是本发明一种镜片后顶焦度的测量装置优选实施例，其中与图3中的不同点是在成 像光路中设置两个反射镜，从而减小了整个测量系统的尺寸，如图4所示，镜片后顶焦度的 测量系统，包括光源13，设置在光源13处的目标分划板（图中未示出），望远镜，还包括 准直物镜2，其中光源13，目标分划板，望远镜依次设置在光路中，在目标分划板与望远镜 之间设置准直物镜2，以将目标分划板成像于无限远，被测镜片6放置在准直物镜2和望远 物镜3之间，在准直物镜2与望远镜目镜5之间设置一个物方反射镜14，用于减小测量系统 的尺寸，本实施例中设置了两个反射镜，在准直物镜2后，被测镜片6前设有物方反射镜14， 将来自准直物镜2的光反射一定角度，优选为45°，在望远物镜3与像方分划板4之间设有 像方反射镜9，将来自望远物镜的光反射一定角度，使整个测量系统呈现饭Z形，这样，极 大减小的测量系统的尺寸，实现一体化，这不仅使得仪器占用空间较小，且有利于日常的维 护，检测和校准。望远镜像方分划板4为可调节。本实施例望远镜像方分划板4为可调节。 根据公式计算得出后顶焦度Φ与z的关系式：

$\Phi =\frac{1}{l_{f^{\text{'}}}}=\frac{z}{f^{\text{'}2}+\mathrm{xz}}$

其中，z望远镜像方分划板的移动距离；f′为望远物镜的焦距；x为镜片后顶点相对参 考面（望远物镜的前焦面）的偏离。

本实施例优选目标分划板1位于准直物镜2的焦平面上，准直物镜2可采用单透镜、双 胶合物镜、或者其他复杂的透镜。望远物镜3焦距范围为100-1000mm，优选150-400mm。 被测镜片6放置在望远物镜3的前焦面上。望远镜7的像方接收器还可以是CCD。光源13 采用LED照明、优选绿色LED照明或者灯泡、聚光镜和滤光片的照明方式。采用精密电位 器、光栅等长度传感器测量分划板移动距离。

本发明目标分划板1也可为移动的，以此调节望远镜的像。此时计算公式为 其中z为目标分划板的移动距离；f′为准直物镜的焦距；x为镜片后顶点 相对参考面（准直物镜的后焦面）的偏离。