專利名稱：用于測(cè)量透鏡的基本數(shù)據(jù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)用于視覺校正的透鏡，例如眼鏡或隱形眼鏡，以及一般光學(xué)透鏡測(cè)量基本數(shù)據(jù)的方法和裝置。按照本說明書，“基本數(shù)據(jù)”指與透鏡形狀或透鏡材料有關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)決定透鏡的光學(xué)特性(例如焦距、折射能力)。因此，基本數(shù)據(jù)包括與透鏡的表面形狀和透鏡的折射率有關(guān)的數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
Japanese Laid-open Patent Publication No.5-231985描述一種用于測(cè)量透鏡的折射能力(即焦距)的透鏡檢查儀。這種已知透鏡檢查儀具有一個(gè)透鏡架。將被檢查透鏡放置在透鏡架上，并且用平行光通亮照射，而且通過測(cè)量光經(jīng)過透鏡之后的焦點(diǎn)位置，計(jì)算其折射能力。

發(fā)明內(nèi)容
然而，最近用于視覺校正的透鏡或光學(xué)裝置的形狀和材料特性呈多樣化，并且越發(fā)要求既測(cè)量折射能力，也測(cè)量透鏡形狀和材料特性(例如折射率)。這是因?yàn)?，例如如圖18a至圖18e所示，甚至相同折射能力(即焦距F1)的透鏡也能為絕對(duì)不同形狀。此外，在用于校正遠(yuǎn)視眼的漸進(jìn)多焦點(diǎn)透鏡中，遠(yuǎn)部分和近部分由一個(gè)漸進(jìn)區(qū)部分連接，結(jié)果帶來復(fù)雜的非球形表面。由于這個(gè)原因，遠(yuǎn)部分和近部分不能容易區(qū)別，因而產(chǎn)生測(cè)量透鏡形狀的要求，目的是區(qū)別遠(yuǎn)部分和近部分。雖然常規(guī)技術(shù)能夠測(cè)量透鏡的折射能力，但是它不能夠測(cè)量透鏡的形狀或材料特性。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于測(cè)量與透鏡形狀和透鏡材料特性有關(guān)的基本數(shù)據(jù)的方法和裝置。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，一個(gè)被檢查透鏡可以用預(yù)定入射角的光照射，并且可以測(cè)量經(jīng)過透鏡的透射光的折射度。如這里所指的“折射度”意指由透鏡的折射作用使光束彎曲的程度(即光束由透鏡折射的程度)。因此，例如，作為透鏡常數(shù)的折射能力和焦距能作為表示“折射度”的指標(biāo)(即物理參數(shù))來測(cè)量。折射度的測(cè)量可以用多個(gè)不同入射角的光各自照射來執(zhí)行，并且因而獲得多個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系。根據(jù)多個(gè)獲得的“入射角-折射度”關(guān)系，能計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)。
以下將簡(jiǎn)短解釋從多個(gè)獲得的“入射角-折射度”關(guān)系計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)的方法的一例。圖1示意表示透鏡的一例。在圖1中，透鏡10的前表面S1的曲率半徑用r1表示，后表面S2的曲率半徑用r2表示，并且透鏡10的厚度用t表示。透鏡10的折射率用n表示。一般地，當(dāng)透鏡10的厚度t不能忽略時(shí)，假定前焦距f1和焦距f為不同值，并且f＝f1+O1H1。點(diǎn)H1是透鏡10的前表面S1側(cè)上的主點(diǎn)，并且點(diǎn)O1是前表面S1和光軸的交點(diǎn)。類似地，假定后焦距f2和焦距f為不同值，并且f＝f2+O2H2。點(diǎn)H2是透鏡10的后表面S2側(cè)上的主點(diǎn)，并且點(diǎn)O2是后表面S2和光軸的交點(diǎn)。
從焦距f、前焦距f1、后焦距f2和厚度t，能計(jì)算指定透鏡形狀的曲率半徑r1、r2，和指定透鏡材料特性的折射率n。此外，前焦距f1和后焦距f2能用常規(guī)技術(shù)測(cè)量。因此，如果能計(jì)算O1H1、H1H2和O2H2，那么將有可能計(jì)算焦距f和厚度t，再使用計(jì)算值來計(jì)算曲率半徑r1、r2和折射率n。
圖2示意表示入射光和透射光之間的幾何關(guān)系。如圖2所示，從一個(gè)安排在透鏡10的前表面S1側(cè)上的點(diǎn)F1’處的光源，用光照射透鏡10，并且從被檢查表面S(即透鏡10的后表面S2)上的測(cè)量參考位置P射出的透射光的焦點(diǎn)成為點(diǎn)F2’。在圖2中，O1H1用a表示，H1H2用b表示，并且O2H2用c表示。如果假定表面S具有大曲率半徑r2，并且?guī)缀跖c光軸垂直，那么直線F1’F2’(即光軸)和從測(cè)量參考位置P畫到直線F1’F2’的垂直線的交點(diǎn)能認(rèn)為在點(diǎn)O2。因而，從主點(diǎn)H1到點(diǎn)F1’的距離(即物體點(diǎn)距離)將是L-b-c(其中F1’O2＝L)。此外，圖像點(diǎn)距離Δ將是F2’O2+c。因?yàn)槲矬w點(diǎn)距離的倒數(shù)和圖像點(diǎn)距離的倒數(shù)的和是焦距f的倒數(shù)，所以下列方程式有效1/(L-b-c)+1/(F1’O2+c)＝1/f (1)如圖1所示，因?yàn)橥ㄟ^將距離O2H2(＝c)加入后焦距f2獲得焦距f，所以能將等式(1)變換成下列等式1/(L-b-c)+1/(F1’O2+c)＝1/(f2+c)(2)這里，能預(yù)定從光源(即點(diǎn)F1’)到表面S的距離F1’O2(即L)。還能測(cè)量從焦點(diǎn)F2’到表面S的距離F2’O2(即透鏡10的折射度)。因此，公式(2)是一個(gè)包含b、c和f2作為變量的等式。因?yàn)橐粋€(gè)這樣等式(2)能從“入射角-折射度”關(guān)系得來，所以通過對(duì)多個(gè)入射角測(cè)量折射度，能獲得方程式組。那么，通過求解方程式組，能獲得變量b、c和f2。因而，可以測(cè)量關(guān)于至少三個(gè)入射角的折射度，以得到變量b、c和f2。類似地，如果使透鏡10反轉(zhuǎn)并且從透鏡10的后面S2側(cè)照射，那么能計(jì)算a、b和f1(前焦距)。結(jié)果，能計(jì)算指定透鏡10的形狀的參數(shù)和指定透鏡10的材料特性的參數(shù)。
除了上述參數(shù)外，也能指定透鏡形狀和透鏡材料特性兩者，并且能由用戶自由地決定使用哪些參數(shù)。此外，不必使用本發(fā)明的方法計(jì)算所有上述參數(shù)，并且可以按照目的僅計(jì)算必要參數(shù)。作為透射光的折射度測(cè)量的物理參數(shù)不限于上述距離F2’O2，并且還可以測(cè)量由透射光和光軸形成的角β或由角β決定的比tanβ(＝h/F2’O2)。這里，上述h是用于測(cè)量折射度的各裝置，例如透鏡檢查儀的唯一的給定值，并且是一個(gè)已知值。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地當(dāng)被檢查透鏡的一側(cè)用三個(gè)或多個(gè)不同入射角的光照射時(shí)，測(cè)量折射度，并且根據(jù)這些測(cè)量所獲得的三個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系，計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)。對(duì)透鏡的一個(gè)表面通過獲得三個(gè)或多個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系，能計(jì)算與透鏡的這個(gè)表面有關(guān)的基本數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地可以用測(cè)量裝置(例如測(cè)微計(jì))來測(cè)量透鏡的厚度。如果測(cè)量了透鏡的厚度，能消去三個(gè)變量a、b和c中的一個(gè)變量。因此，通過用兩個(gè)或多個(gè)不同入射角的光對(duì)透鏡的兩個(gè)表面的各自照射，測(cè)量折射度。結(jié)果，對(duì)透鏡的各表面可以獲得至少兩個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系。其次，根據(jù)所獲得的四個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系和透鏡的測(cè)量厚度，于是可以計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，被檢查透鏡的一個(gè)表面以三個(gè)不同入射角照射，并且測(cè)量各自折射度。根據(jù)測(cè)量所獲得的三個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系，計(jì)算用于指定透鏡的基本數(shù)據(jù)的三個(gè)參數(shù)(例如上述b、c和f2)。對(duì)被檢查表面S上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)Pi(i＝1至n)的每個(gè)，計(jì)算這些參數(shù)。然后根據(jù)關(guān)于參考點(diǎn)P1的形狀的變化，可以顯示各測(cè)量點(diǎn)Pi的形狀(例如曲率半徑r1i、r2i)。按照本實(shí)施例，通過僅對(duì)透鏡的表面中的一個(gè)照射，能得到不同測(cè)量點(diǎn)的形狀差。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于測(cè)量透鏡的基本數(shù)據(jù)的測(cè)量裝置。該測(cè)量裝置可以包括一個(gè)光源和一個(gè)用于檢測(cè)光的光檢測(cè)單元。測(cè)量裝置還可以包括一個(gè)透鏡架，安排在光源與光檢測(cè)單元之間。被檢查透鏡能設(shè)置在透鏡架上。當(dāng)透鏡設(shè)置在透鏡架上，從光源發(fā)射的光經(jīng)過透鏡，并且由光檢測(cè)單元檢測(cè)。光檢測(cè)單元可以按照檢測(cè)光的強(qiáng)度輸出一個(gè)信號(hào)。此外，優(yōu)選地測(cè)量裝置可以包括用于改變從光源到透鏡(即透鏡架)的光程的裝置。改變從光源到透鏡的光程使得有可能從光源用不同入射角的光來照射透鏡。
測(cè)量裝置還可以包括一個(gè)控制單元(例如微型計(jì)算機(jī)、微處理器或處理器)?？刂茊卧梢越邮諒墓鈾z測(cè)單元輸出的信號(hào)。當(dāng)從光源用預(yù)定入射角的光照射透鏡時(shí)，控制單元還可能根據(jù)光檢測(cè)單元輸出的信號(hào)，計(jì)算經(jīng)過透鏡的透射光的折射度，并且獲得“入射角-折射度”關(guān)系。優(yōu)選地控制單元可以根據(jù)多個(gè)獲得的“入射角-折射度”關(guān)系，計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，測(cè)量裝置還可以包括一個(gè)顯示單元，用于顯示由控制單元計(jì)算的基本數(shù)據(jù)。各種類型的顯示器能用作顯示單元。此外，不必顯示由控制單元計(jì)算的所有基本數(shù)據(jù)。例如，可以由用戶的個(gè)別操作選擇地顯示所計(jì)算的基本數(shù)據(jù)的部分。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，測(cè)量裝置可以具有一個(gè)聚光透鏡，安排在光源與透鏡架之間。測(cè)量裝置還可以包括沿接近透鏡架或從那里退回的方向，改變聚光透鏡的位置的裝置。結(jié)果，能改變光源與透鏡之間的光程，并且光將以不同入射角進(jìn)入透鏡?？蛇x擇地，測(cè)量裝置還可以包括多個(gè)具有不同折射能力的聚光透鏡，安排在光源與透鏡架之間。于是，可以在光源與透鏡之間選擇地安排多個(gè)聚光透鏡中的任何一個(gè)。按照這種布置，也能改變光源與透鏡之間的光程。
例如，沿接近透鏡架或從那里退回的方向移動(dòng)光源的方法，可以用作以不同入射角照射透鏡的方法。應(yīng)用這種布置，也改變光源與透鏡之間的光程，引起光以不同入射角進(jìn)入透鏡?？蛇x擇地，各自光源可以安排在離透鏡不同光程的多個(gè)位置，并且透鏡可以用這些光源中的任何一個(gè)的光照射。
此外，優(yōu)選地上述測(cè)量裝置中的透鏡用不少于三種不同類型的照射角發(fā)散光、平行光和聚光中的兩種來照射。在這種情況下，優(yōu)選地平行光包括在對(duì)透鏡照射的類型的光中。包括平行光使得有可能直接測(cè)量前焦距f1或后焦距f2。結(jié)果，能用簡(jiǎn)單方式執(zhí)行計(jì)算基本數(shù)據(jù)的操作。
這些方面和特點(diǎn)可以單獨(dú)地或組合地利用，以便制造改進(jìn)型測(cè)量裝置。另外，在閱讀以下連同附圖和權(quán)利要求一起的詳細(xì)描述之后，本發(fā)明的其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將容易理解。當(dāng)然，這里公開的另外特點(diǎn)和方面也可以單獨(dú)地被利用，或與上述方面和特點(diǎn)一起組合地被利用。


圖1是示意表示被檢查透鏡的一例的示意圖。
圖2是示意表示當(dāng)用預(yù)定入射角的光照射透鏡時(shí)，入射光與透射光之間的幾何關(guān)系的示意圖。
圖3是示意表示按照本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例的測(cè)量裝置的布置的方塊圖。
圖4是示意表示安排在圖3所示的測(cè)量裝置的光接收元件側(cè)上的聚光透鏡和成像透鏡的功能的示意圖。
圖5是表示安排在聚光透鏡與成像透鏡之間的旋轉(zhuǎn)板的前視圖。
圖6是表示安排在光接收元件的光接收表面上的一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的前視圖。
圖7示意表示旋轉(zhuǎn)板阻斷進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換元件的光的狀態(tài)。
圖8示意表示光接收元件的光電轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)。
圖9是表示用于測(cè)量透鏡的基本數(shù)據(jù)的一個(gè)典型過程的流程圖。
圖10a至圖10c示意表示在本發(fā)明的另一個(gè)典型實(shí)施例的測(cè)量裝置中，在顯示單元上顯示的顯示屏的例子。
圖11示意表示當(dāng)關(guān)于被檢查透鏡沿水平方向通過移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)執(zhí)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)與被檢查表面之間的位置關(guān)系。
圖12示意表示當(dāng)關(guān)于被檢查透鏡沿垂直方向通過移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)執(zhí)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)與被檢查表面之間的位置關(guān)系。
圖13示意表示當(dāng)如圖12所示通過移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)執(zhí)行測(cè)量時(shí)，位置與所獲得的厚度之間的關(guān)系。
圖14示意表示當(dāng)如圖12所示通過移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)執(zhí)行測(cè)量時(shí)，位置與所獲得的曲率半徑之間的關(guān)系。
圖15a至圖15b示意表示用于在透鏡上以不同入射角投射光的布置。
圖16a至圖16c示意表示用于在透鏡上以不同入射角投射光的其他布置。
圖17是示意表示當(dāng)光源安排在測(cè)量裝置的光軸外面的位置時(shí)，入射光與所獲得的透射光之間的幾何關(guān)系的示意圖。
圖18a至18e示意表示具有相同折射能力但不同透鏡形狀的多個(gè)透鏡的集合。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖解釋按照本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例的測(cè)量裝置。圖3示意表示測(cè)量裝置的布置。如圖3所示，測(cè)量裝置可以具有透鏡架12(例如鼻形件)，其上能放置待檢查透鏡10。測(cè)量裝置還可以包括光源22和光測(cè)量元件36。光源22可以安排在透鏡架12的一側(cè)，并且光檢測(cè)元件36可以安排在另一側(cè)。從光源22發(fā)射的光經(jīng)過透鏡10，并且由光檢測(cè)元件36檢測(cè)。
光源22可以包括一個(gè)發(fā)光二極管。在光源22與透鏡10之間的光路中可以安排聚光透鏡24。從光源22發(fā)射的光經(jīng)過聚光透鏡24投射到透鏡10上。光源22可以沿光軸移動(dòng)，并且定位在圖3所示的點(diǎn)A、B和C。當(dāng)光源22定位在點(diǎn)A時(shí)，透鏡10用平行光通量(即圖3中的①)照射；當(dāng)光源22定位在點(diǎn)B時(shí)，透鏡10用聚光通量(即圖3中的②)照射；以及當(dāng)光源22定位在點(diǎn)C時(shí)，透鏡10用發(fā)散光通量(即圖3中的③)照射。
如圖6所示，光檢測(cè)元件36可以具有光電轉(zhuǎn)換元件38。光電轉(zhuǎn)換元件38可以安排在光檢測(cè)元件36的光接收表面上。光電轉(zhuǎn)換元件38是一個(gè)當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件38檢測(cè)到光時(shí)輸出電信號(hào)的傳感器。從光電轉(zhuǎn)換元件38輸出的電信號(hào)輸入到控制單元54。
如圖3所示，測(cè)量裝置還可以包括聚光透鏡32和成像透鏡，它們以在其之間的預(yù)定距離被安排在光檢測(cè)元件36與透鏡10之間的光路上。經(jīng)過透鏡10的透射光由聚光透鏡32聚光，然后由成像透鏡34導(dǎo)向光檢測(cè)元件36的光接收表面。光檢測(cè)元件36的光接收表面和透鏡10通過聚光透鏡32和成像透鏡34共軛。也就是，如圖4所示，進(jìn)入透鏡10的某一位置的光(例如圖4中①或②)導(dǎo)向光檢測(cè)元件36的光接收表面上的某一位置，而不管透鏡10的折射能力。因此，從對(duì)應(yīng)于透鏡10的某一位置射出的光進(jìn)入光檢測(cè)元件36的各光電轉(zhuǎn)換元件38。因而，在該典型實(shí)施例的測(cè)量裝置中，僅能測(cè)量與光電轉(zhuǎn)換元件38相對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)的參數(shù)(例如厚度、折射率、曲率半徑)。
測(cè)量裝置可以還包括旋轉(zhuǎn)板40，安排在聚光透鏡32與成像透鏡34之間。旋轉(zhuǎn)板40可以具有固定在旋轉(zhuǎn)板40的中心的旋轉(zhuǎn)軸50。旋轉(zhuǎn)軸50可以與電動(dòng)機(jī)M的輸出軸連接。因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)M旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸50也旋轉(zhuǎn)，并且因此使旋轉(zhuǎn)板40旋轉(zhuǎn)。
如圖5所示，旋轉(zhuǎn)板40可以具有圓形狀，并且可以在旋轉(zhuǎn)板40之內(nèi)沿圓周方向按90°間隔限定孔42。安排這些孔42，以便假定與光路交叉的位置。結(jié)果，當(dāng)旋轉(zhuǎn)板40旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過透鏡10的光通量被旋轉(zhuǎn)板40周期性地阻斷。因此，如圖7所示，進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換元件38的光也按照旋轉(zhuǎn)板40的旋轉(zhuǎn)被周期性地阻斷，并且如圖8所示，從光電轉(zhuǎn)換元件38輸出的電信號(hào)周期性地變化。
如果從對(duì)應(yīng)于某一參考位置的時(shí)間瞬間，到入射光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換元件38的光路的阻斷和開通的間隔分別用T1和T2表示，那么能從時(shí)間間隔T1和T2計(jì)算在旋轉(zhuǎn)板40的旋轉(zhuǎn)平面上在進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換元件38的光被中斷處的位置。根據(jù)時(shí)間間隔T1和T2計(jì)算位置的方法已知(例如，Japanese Laid open Patent Publication No.5-231985)，并且因而將省略詳細(xì)解釋。
如以上清楚所見，從透鏡10的預(yù)定位置射出的光正常地進(jìn)入光檢測(cè)元件36的光接收表面上的一個(gè)預(yù)定位置，然而例如根據(jù)透鏡10的折射能力，其中從透鏡10的預(yù)定位置射出的光被阻斷的旋轉(zhuǎn)板40上的位置不同(見圖4)。為了指定其中從透鏡10射出的光被旋轉(zhuǎn)板40阻斷的位置，如圖5所示，可以在旋轉(zhuǎn)板40的外圍上限定切口48?？梢栽谇锌?8的旋轉(zhuǎn)軌跡上的對(duì)應(yīng)位置處安排旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器52。旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器52可以包括一個(gè)光源和一個(gè)光接收元件。光源和光接收元件可以安排為將旋轉(zhuǎn)板40夾在之間。當(dāng)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器52檢測(cè)到切口48時(shí)，從旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器52輸出旋轉(zhuǎn)板40的參考旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)。從旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器52輸出的參考旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)被輸入到控制單元54中。根據(jù)從光電轉(zhuǎn)換元件38輸出的電信號(hào)的時(shí)間間隔T1和T2的關(guān)系(即在輸入?yún)⒖夹D(zhuǎn)位置信號(hào)之后，入射光的阻斷和開通的時(shí)間間隔)，控制單元54能指定從透鏡10的預(yù)定位置射出的光進(jìn)入旋轉(zhuǎn)板40的旋轉(zhuǎn)平面的位置。
控制單元54可以控制光源22的位置和旋轉(zhuǎn)板40的旋轉(zhuǎn)速度，并且根據(jù)從光檢測(cè)元件36(即光電轉(zhuǎn)換元件38)輸出的電信號(hào)和從旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器52輸出的參考旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)，計(jì)算透鏡10在各位置的折射能力。根據(jù)從光檢測(cè)元件36輸出的電信號(hào)和參考旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)計(jì)算折射能力的方法已知(例如Japanese Laid openPatent Publication No.5-231985)，并且因而將省略詳細(xì)解釋。
此外，對(duì)于以三個(gè)入射角進(jìn)入的光的透射光，計(jì)算各自折射能力，根據(jù)所獲得的三個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系，控制單元54還可以計(jì)算透鏡10的前表面曲率半徑r1和后表面曲率半徑r2，透鏡10的厚度t，和透鏡10的折射率n。因而，如圖2所示，當(dāng)對(duì)于一個(gè)入射角獲得折射度時(shí)，能獲得一個(gè)上述等式(2)。因此，通過求解三個(gè)方程式組由光源22定位在點(diǎn)A時(shí)測(cè)量的折射度所獲得的方程式(2)，由光源22定位在點(diǎn)B時(shí)測(cè)量的折射度所獲得的方程式(2)，以及由光源22定位在點(diǎn)C時(shí)測(cè)量的折射度所獲得的方程式(2)，控制單元54可以計(jì)算變量b、c和f2(或a、b和f1)(符號(hào)的意義與參考圖2解釋的意義相同)。此外，使透鏡10反轉(zhuǎn)并且放置在透鏡架12上，而且通過執(zhí)行類似處理，計(jì)算變量a、b和f1(或b、c和f2)。如果這樣計(jì)算出變量a、b、c、f1和f2，那么由下列公式能計(jì)算透鏡10的前表面曲率半徑r1和后表面曲率半徑r2，透鏡10的厚度t，和透鏡10的折射率nt＝a+b+c
n＝t/(f-(f1·f2/f)(其中f＝f1+a＝f2+c)r1＝(n-1)·t/n·(1-f2/f)r2＝(n-1)·t/n·(f1/f-1)優(yōu)選地可以在顯示單元56上顯示計(jì)算的前表面曲率半徑r1、后表面曲率半徑r2、厚度t和折射率n?？刂茊卧?4還可以在顯示單元56上顯示從a、b、c、f1和f2決定的聚焦距離f(＝f1+a＝f2+c)、折射能力D(＝1000/f)、前折射能力D1(＝1000/f1)和后折射能力D2(＝1000/f2)?？刂茊卧?4可以包括一個(gè)微處理器或微型計(jì)算機(jī)，此微型計(jì)算機(jī)包括，例如，中央處理單元(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和輸入/輸出口(I/O)。
現(xiàn)在將參考圖9的流程圖解釋測(cè)量裝置的典型操作。首先，將被檢查透鏡10放置在透鏡架12上(步驟S10)。例如，放置透鏡10，以便透鏡10的前表面面對(duì)光源22。當(dāng)透鏡10放置在透鏡架12上時(shí)，控制單元54將光源22定位在預(yù)定位置(步驟S12)。也就是，當(dāng)關(guān)于透鏡10的一個(gè)表面執(zhí)行折射能力的第一測(cè)量時(shí)，將光源22定位在圖3所示的點(diǎn)B；當(dāng)執(zhí)行第二測(cè)量時(shí)，將光源22定位在圖3所示的點(diǎn)A；以及當(dāng)執(zhí)行第三測(cè)量時(shí)，將光源22定位在圖3所示的點(diǎn)C。
在光源22定位在預(yù)定位置之后，接通光源22(步驟S14)，并且測(cè)量經(jīng)過透鏡10的透射光的折射能力(步驟S16)。也就是，控制單元54驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M，從而使旋轉(zhuǎn)板40以預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，并且根據(jù)從光檢測(cè)元件36輸出的電信號(hào)和從旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)傳感器52輸出的參考旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)，測(cè)量折射能力。一旦完成折射能力的測(cè)量，將測(cè)量的折射能力存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中(例如控制單元54的RAM)(步驟S18)，并且控制單元54決定是否已經(jīng)通過將光源22定位在各位置測(cè)量了折射能力(步驟S20)。
如果還沒有通過將光源22定位在各位置測(cè)量折射能力(步驟S20為“否”)，處理流程返回步驟S12，并且處理從步驟S12重復(fù)。結(jié)果，測(cè)量將光源22定位在點(diǎn)A、B和C各位置所對(duì)應(yīng)的折射能力。另一方面，當(dāng)已經(jīng)通過將光源22定位在各位置測(cè)量了折射能力時(shí)(步驟S20為“是”)，處理流程進(jìn)行步驟S22，并且控制單元54決定是否關(guān)于透鏡10的兩個(gè)表面測(cè)量了折射能力。
如果關(guān)于透鏡10的兩個(gè)表面還沒有測(cè)量折射能力(步驟S22為“否”)，將透鏡10在透鏡架12上反轉(zhuǎn)(步驟S24)，并且然后從步驟S12重復(fù)處理。結(jié)果，當(dāng)光以三個(gè)各自入射角進(jìn)入透鏡10的兩個(gè)表面時(shí)，測(cè)量折射能力。透鏡10可以由控制單元54自動(dòng)地或由用戶手動(dòng)地反轉(zhuǎn)。當(dāng)透鏡10由用戶手動(dòng)地反轉(zhuǎn)時(shí)，用戶輸入一個(gè)輸入，以實(shí)現(xiàn)從輸入單元(例如鍵盤)使透鏡反轉(zhuǎn)；一旦控制單元54接收到這個(gè)輸入，它能進(jìn)行隨后處理。
相反，當(dāng)已經(jīng)關(guān)于透鏡10的兩個(gè)表面測(cè)量了折射能力時(shí)(步驟S22為“是”)，控制單元54計(jì)算透鏡10的各種參數(shù)(即厚度t、折射率n、前表面曲率半徑r1、后表面曲率半徑r2、聚焦距離f、折射能力D、前折射能力D1和后折射能力D2)(步驟S26)。在步驟S26獲得的計(jì)算結(jié)果顯示在顯示單元56上(步驟S28)。
如以上清楚所見，在以上說明的典型實(shí)施例中，測(cè)量不能用常規(guī)技術(shù)測(cè)量的透鏡的形狀數(shù)據(jù)(例如厚度t、前表面曲率半徑r1和后表面曲率半徑r2)，并且在顯示單元56上顯示這些數(shù)據(jù)。因此，能決定非球形透鏡和漸進(jìn)多焦點(diǎn)透鏡的透鏡形狀。結(jié)果，例如，能容易地決定漸進(jìn)多焦點(diǎn)透鏡的遠(yuǎn)部分、近部分和漸進(jìn)部分。
此外，在以上說明的典型實(shí)施例中，測(cè)量與透鏡的材料有關(guān)的數(shù)據(jù)(例如折射率)，并且顯示在顯示單元56上。因此，能從顯示的數(shù)據(jù)例如折射率識(shí)別透鏡材料。因此，例如，當(dāng)一對(duì)眼鏡中僅一個(gè)透鏡破壞并且需要替換時(shí)，能測(cè)量眼鏡的另一個(gè)透鏡的折射率和厚度，并且能根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)由相同材料制造一個(gè)替換透鏡。
以上說明的典型實(shí)施例提供本發(fā)明的應(yīng)用的一例。然而，本發(fā)明包括以上說明的典型實(shí)施例的各種改變和變更。
(1)第一變更實(shí)施例在以上說明的典型實(shí)施例中，通過用三個(gè)入射角的光照射透鏡10的兩個(gè)表面，測(cè)量折射能力，并且通過求解從測(cè)量結(jié)果獲得的六個(gè)方程式組，計(jì)算關(guān)于透鏡10的基本數(shù)據(jù)。然而，本發(fā)明不限于本實(shí)施例。例如，可以用一個(gè)測(cè)微計(jì)分開地測(cè)量被檢查透鏡的厚度t，并且可以關(guān)于透鏡的兩個(gè)表面上的兩個(gè)入射角測(cè)量折射能力。也就是，通過測(cè)量透鏡的厚度，用t-a-c表示上述公式(2)中所包含的變量b。因此，為了計(jì)算關(guān)于透鏡的基本數(shù)據(jù)，總共四個(gè)變量a、c、f1和f2是必要的，并且必需四個(gè)方程式組來計(jì)算這些變量a、c、f1和f2。由于這個(gè)原因，通過用兩個(gè)入射角的光照射透鏡的一個(gè)表面而僅測(cè)量折射能力，能計(jì)算各種參數(shù)。此外，在這樣實(shí)施例的測(cè)量裝置中，測(cè)量裝置可以包括一個(gè)測(cè)微計(jì)，并且可以用該測(cè)微計(jì)自動(dòng)地測(cè)量透鏡的厚度t。可選擇地，透鏡的厚度t可以手動(dòng)地測(cè)量，并且輸入到測(cè)量裝置中。
可選擇地，通過用三個(gè)入射角的光僅照射透鏡的一個(gè)表面，并且求解從測(cè)量結(jié)果獲得的三個(gè)方程式組，求得變量b、c和f2(或a、b和f1)，能測(cè)量折射能力。通過測(cè)量透鏡的厚度t，并且從厚度t減去b+c(或a+b)，可以求得剩余變量a(或c)。在這種情況下，不必反轉(zhuǎn)透鏡，并且能在短時(shí)間之內(nèi)執(zhí)行測(cè)量。
此外，還有可能通過用三個(gè)入射角的光僅照明透鏡的一個(gè)表面，測(cè)量折射能力，并且通過求解從測(cè)量結(jié)果獲得的三個(gè)方程式組，使用計(jì)算得到的變量b、c和f2(或a、b和f1)，直接決定關(guān)于透鏡形狀的概要數(shù)據(jù)。也就是，如果使用透鏡的曲率半徑r1和r2、透鏡的厚度t以及折射率n，變換用于求得三個(gè)焦距f、f1和f2的已知方程式，那么變量c、a、t、r1和r2能用下列方程式表示c＝(n-1)·t·f/(n·)a＝-(n-1)·t·f/(n·r2)t＝n·b/(n-1)r1＝(b/c)·fr2＝b·f·(n-1)·(c·(n-1)-b)(f＝f1+a＝f2+c)
這些等式清楚地表明如果通過求解三個(gè)方程式組決定變量b、c和f2，那么表示透鏡形狀的參數(shù)t(厚度)及r1和r2(曲率半徑)成為將折射率n用作變量的函數(shù)。
因此，首先，作為折射率n的函數(shù)，決定關(guān)于被檢查表面上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)Pi(i＝1至m)的各自參數(shù)ti、r1i和r2i(i＝1至m)，然后對(duì)于各測(cè)量點(diǎn)Pi，通過將適當(dāng)值代入折射率n，計(jì)算ti、r1i和r2i。從對(duì)于各測(cè)量點(diǎn)Pi計(jì)算的ti、r1i和r2i，決定關(guān)于透鏡形狀的概要數(shù)據(jù)。例如，通過選擇測(cè)量點(diǎn)P1為參考點(diǎn)，決定參考形狀(t1、r11和r21)。然后通過比較參考形狀(t1、r11和r21)和另一個(gè)測(cè)量點(diǎn)Pi的形狀(ti、r1i和r2i)，估計(jì)在各測(cè)量點(diǎn)Pi的形狀關(guān)于在參考點(diǎn)P1的形狀的變化。因而，判定是否厚度增加或曲率半徑變大。結(jié)果，例如有可能找到一個(gè)漸進(jìn)透鏡(即多焦距透鏡)的遠(yuǎn)部分、近部分和漸進(jìn)部分。
此外，當(dāng)使用這樣方法時(shí)，例如優(yōu)選地能在一個(gè)顯示單元上選擇地顯示關(guān)于各測(cè)量點(diǎn)的折射能力D、厚度t及曲率半徑r1和r2。例如，如圖10a所示，能顯示在測(cè)量點(diǎn)P1、P2和P3的折射能力，或按照用戶的輸入，能顯示在測(cè)量點(diǎn)P1、P2和P3的厚度t(如圖10b所示)，或曲率半徑r1或r2(如圖10c所示)。結(jié)果，有可能可視化地理解測(cè)量點(diǎn)P1、P2和P3的相關(guān)位置，以及在各測(cè)量點(diǎn)P1、P2和P3的光學(xué)和形狀特性。此外，有可能決定形狀要素(例如厚度、前或后曲率半徑)中的哪個(gè)帶來光學(xué)特性的變化。
此外，還可以用測(cè)量點(diǎn)的位置對(duì)照橫坐標(biāo)繪出的圖的形式，顯示沿透鏡的水平或垂直方向使測(cè)量點(diǎn)移動(dòng)而結(jié)果帶來的透鏡厚度的變化或曲率半徑的變化(如圖11和圖12所示)。因而，圖13表示透鏡厚度t按照測(cè)量點(diǎn)的移動(dòng)怎樣變化，以及圖14表示曲率半徑怎樣變化。這樣顯示使得有可能容易理解透鏡形狀的變化。
(2)第二變更實(shí)施例在以上說明的典型實(shí)施例中，通過沿光軸方向移動(dòng)光源的位置，改變?nèi)肷浣?即進(jìn)入被檢查透鏡的光的角)，然而本發(fā)明不限于這種方法。例如，如圖15a所示，還可能固定光源60，并且沿光軸方向移動(dòng)在光源60與被檢查透鏡之間安排的聚光透鏡62(例如①→③，①→②)。應(yīng)用這樣方法，也能改變進(jìn)入被檢查透鏡的光的入射角。此外，如圖15b所示，可以在光源64與被檢查透鏡之間安排多個(gè)聚光透鏡66a、66b和66c，并且這些聚光透鏡66a、66b和66c可以選擇地安排在光軸上。
可選擇地，如圖16a所示，也可以用三個(gè)固定光源68a、68b和68c改變進(jìn)入被檢查透鏡的光的入射角。此外，通過控制兩個(gè)反射鏡70a和70b，能選擇將使用光源68a、68b和68c中的哪個(gè)來照射被檢查透鏡。當(dāng)使用多個(gè)光源時(shí)，對(duì)于這些光源的布置能選擇各種變化。例如，能如圖16b所示安排光源74a、74b和74c，或能如圖16c所示安排光源80a、80b和80c。光源的布置能按照測(cè)量裝置之內(nèi)可用的布置空間適當(dāng)?shù)馗淖儭?br> (3)第三變更實(shí)施例在以上說明的典型實(shí)施例中，光源定位在測(cè)量裝置的光軸上，然而光源也可以安排在一個(gè)不在測(cè)量裝置的光軸上的位置處。例如，如圖17所示，光源可以安排在點(diǎn)B’，該點(diǎn)B’位于離光軸為距離H處。在這種情況下，對(duì)比光源安排在光軸上的點(diǎn)A’時(shí)所獲得的光的入射角，進(jìn)入測(cè)量參考點(diǎn)P的光的入射角改變?chǔ)う?。然而，?jīng)過透鏡的透射光的折射角也假定是一個(gè)對(duì)于光源安排在光軸上的點(diǎn)A’時(shí)所獲得的折射角βi，通過增加Δα而獲得的值。這個(gè)Δα由光源到被檢查表面的距離Li和光軸到光源的距離H決定。能測(cè)量這些值中的兩個(gè)。因此，即使光源安排在不在測(cè)量裝置的光軸上的一個(gè)位置，也能從“入射角-折射度”關(guān)系得出與上述方程式(2)類似的方程式。因此，在本實(shí)施例中，也能計(jì)算被檢查透鏡的基本數(shù)據(jù)。
(4)第四變更實(shí)施例在以上說明的典型實(shí)施例中，使用一個(gè)投影系統(tǒng)作為測(cè)量折射度的測(cè)量系統(tǒng)，然而也能將一個(gè)重合系統(tǒng)(coincidence system)或成像系統(tǒng)用作測(cè)量折射度的測(cè)量系統(tǒng)。
最后，雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了優(yōu)選的典型實(shí)施例，但是本實(shí)施例只是為了說明目的，而不是限定性的。應(yīng)該理解在不違反所附權(quán)利要求的精神或范圍下，可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的改變和變更。另外，這里公開的另外特點(diǎn)和方面可以單獨(dú)地或與以上方面和特點(diǎn)組合地利用。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量透鏡的基本數(shù)據(jù)的方法，包括如下步驟用預(yù)定入射角的光照射透鏡；測(cè)量經(jīng)過透鏡的透射光的折射度；以及根據(jù)通過測(cè)量關(guān)于多個(gè)不同入射角的折射度所獲得的多個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系，計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中上述計(jì)算步驟包括對(duì)于透鏡的兩個(gè)表面的每一個(gè)，根據(jù)所獲得的關(guān)于至少三個(gè)不同入射角的“入射角-折射度”關(guān)系，計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)的步驟。
3.如權(quán)利要求1的方法，還包括測(cè)量透鏡的厚度的步驟，其中上述計(jì)算步驟包括對(duì)于透鏡的兩個(gè)表面的每一個(gè)，根據(jù)所獲得的關(guān)于至少兩個(gè)不同入射角的“入射角-折射度”關(guān)系，以及透鏡的厚度，計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)的步驟。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中上述計(jì)算步驟包括如下步驟(1)對(duì)于透鏡的一個(gè)表面，根據(jù)所獲得的關(guān)于至少三個(gè)不同入射角的“入射角-折射度”關(guān)系，將透鏡的基本數(shù)據(jù)表示成折射率作為變量的函數(shù)，以及(2)通過用適當(dāng)數(shù)值替換折射率，計(jì)算在各測(cè)量點(diǎn)的基本數(shù)據(jù)的變化。
5.一種用于測(cè)量透鏡的基本數(shù)據(jù)的裝置，包括用多個(gè)不同入射角的光照射透鏡的裝置；檢測(cè)經(jīng)過透鏡的透射光的裝置；以及與照射裝置和檢測(cè)裝置通信的處理器，檢測(cè)裝置將透射光所對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳給處理器，其中處理器(1)引起照射裝置以預(yù)定入射角的光照射透鏡，(2)根據(jù)檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)，計(jì)算經(jīng)過透鏡的透射光的折射度，以及(3)對(duì)于多個(gè)不同入射角，根據(jù)所獲得的多個(gè)“入射角-折射度”關(guān)系，計(jì)算透鏡的基本數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5的測(cè)量裝置，還包括用于顯示由處理器計(jì)算的基本數(shù)據(jù)的裝置。
7.如權(quán)利要求6的測(cè)量裝置，其中顯示裝置顯示一個(gè)表示當(dāng)測(cè)量點(diǎn)在透鏡的表面上沿預(yù)定方向移動(dòng)時(shí)，所出現(xiàn)的測(cè)量點(diǎn)的移動(dòng)與基本數(shù)據(jù)的相應(yīng)變化之間關(guān)系的圖。
8.如權(quán)利要求5的測(cè)量裝置，其中照射裝置包括光源，和用于改變光源與透鏡之間光程的裝置。
9.如權(quán)利要求8的測(cè)量裝置，其中改變裝置沿軸向移動(dòng)光源，從而改變光源與透鏡之間的光程。
10.如權(quán)利要求8的測(cè)量裝置，其中照射裝置還包括安排在光源與透鏡之間的聚光透鏡，其中改變裝置沿軸向改變聚光透鏡的位置，從而改變光源與透鏡之間的光程。
11.如權(quán)利要求8的測(cè)量裝置，其中照射裝置還包括多個(gè)具有不同折射能力的聚光透鏡，其中改變裝置選擇地將多個(gè)聚光透鏡中的任何一個(gè)安排在光源與透鏡之間，從而改變光源與透鏡之間的光程。
12.如權(quán)利要求5的測(cè)量裝置，其中照射裝置包括多個(gè)光源，以離透鏡不同距離安排在多個(gè)相應(yīng)位置處，和反射鏡，以用這些光源中的任何一個(gè)的光照射透鏡。
13.如權(quán)利要求5的測(cè)量裝置，其中照射裝置以不小于三個(gè)不同類型的照射角發(fā)散光、平行光和聚光中的兩個(gè)照射透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于測(cè)量透鏡的基本數(shù)據(jù)的方法和裝置。此測(cè)量裝置可以用多個(gè)不同入射角的光照射被檢查透鏡10。經(jīng)過透鏡10的透射光優(yōu)選地由光檢測(cè)裝置36檢測(cè)。當(dāng)光檢測(cè)裝置36檢測(cè)光時(shí)，它輸出電信號(hào)?？刂茊卧?4可以(1)使光源22對(duì)準(zhǔn)在預(yù)定位置，并且使它接通，以及(2)根據(jù)從光檢測(cè)裝置36輸出的電信號(hào)，計(jì)算經(jīng)過透鏡10的透射光的折射度。然后，控制單元54可以還(3)執(zhí)行多個(gè)不同入射角的照射，并且由對(duì)于各入射角而計(jì)算的折射度，獲得多個(gè)“入射角－折射度”關(guān)系，以及(4)通過使用多個(gè)“入射角－折射度”關(guān)系，計(jì)算透鏡10的基本數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G02C7/02GK1538158SQ200410032729
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者鈴木敏行 申請(qǐng)人:株式會(huì)社多美