專利名稱：漸變眼鏡的象質(zhì)儀的制作方法
本申請以1997年7月24日遞交的Nos.60/053,824號臨時(shí)專利申請為在先申請要求優(yōu)先權(quán)，該在先申請的主題包括在本申請中以供參考。
本發(fā)明涉及光學(xué)測試裝置，具體地說涉及能夠測量逐漸增加的眼鏡片的整個(gè)表面的象質(zhì)的自動(dòng)光學(xué)測試裝置。
逐漸增加的眼鏡片(PAL)的光學(xué)設(shè)計(jì)涉及在鏡片不同區(qū)域之間穩(wěn)定變化光焦度(焦距的倒數(shù))，導(dǎo)致鏡片的象質(zhì)在鏡片表面上變化。這一變化引入大量象散和大量的其他象差。因此，PAL即使制造成理想再現(xiàn)光學(xué)設(shè)計(jì)，在整個(gè)鏡片上象質(zhì)也將具有很大變化。而且，鏡片通常具有與制造有關(guān)的缺陷，例如偏離設(shè)計(jì)曲率、折射率偏差、氣泡、雜質(zhì)、以及也可能改變象質(zhì)的劃痕。雖然這些制造缺陷難以模擬，但是必須能夠測量它們。隨著PAL的快速普及，需要一種能夠測量不同設(shè)計(jì)的象質(zhì)變化的光學(xué)測試裝置，以便提供客觀的比較。
目前，利用從市場上買的焦度計(jì)或者稱為焦點(diǎn)計(jì)，可以人工測量鏡片某一位置上(通常微孔直徑大約為3毫米)的光焦度、象散和棱鏡度。分辨率的測量通常利用試驗(yàn)臺(tái)裝置進(jìn)行，通過利用顯微鏡觀察由PAL形成的位于無窮遠(yuǎn)的AIR FORCE條狀目標(biāo)的圖象。雖然這些裝置和方法提供了關(guān)于PAL的一些基本信息，但是不能給出對PAL設(shè)計(jì)者和/或制造者非常有用的精確而廣泛的象質(zhì)詳細(xì)。而且，已知的裝置和方法不能夠完全自動(dòng)繪制整個(gè)PAL表面上的光焦度、象散、棱鏡度和調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。
因此，需要一種改進(jìn)的光學(xué)測試裝置，具體地說，需要一種能夠完全自動(dòng)繪制PAL整個(gè)表面的光焦度、象散、棱鏡度和MTF的光學(xué)測試裝置。
本發(fā)明提供了一種測量包括PAL在內(nèi)的眼鏡片的象質(zhì)的改進(jìn)的裝置和方法，該裝置和方法設(shè)計(jì)成克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。在目前的最佳實(shí)施例中，提供了一種完全自動(dòng)的鏡片象質(zhì)繪圖儀，用于測量眼鏡或鏡片整個(gè)表面不同位置上的光焦度、象散、棱鏡度和MTF。該裝置包括照明系統(tǒng)，用于向測試鏡片提供適當(dāng)尺寸的準(zhǔn)直光束；定位系統(tǒng)，用于旋轉(zhuǎn)測試鏡片以便照明鏡片上的不同區(qū)域；變焦透鏡，一旦光束通過測試鏡片上的特定微孔時(shí)，用于以恒定系統(tǒng)有效焦距聚焦光束；檢測系統(tǒng)，用于記錄和測量鏡片的象質(zhì)；以及調(diào)整臂，用于傳輸變焦透鏡和檢測系統(tǒng)，使得變焦/檢測系統(tǒng)的光軸保持與從測試鏡片出射的光束對準(zhǔn)。
在測試鏡片的給定微孔上，測量最佳光焦度、象散的大小和方向、棱鏡度的大小和方向以及最佳焦點(diǎn)上的MTF。MTF通過測得的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)的付立葉變換得出。然后通過在多個(gè)微孔位置上對透鏡采樣構(gòu)成透鏡圖。繪制光焦度、象散、棱鏡度和MTF的表面圖、等高線和數(shù)值圖以及象散和棱鏡度的矢量圖。
結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更任意理解，從而理解本發(fā)明的這些和其他特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的鏡片象質(zhì)儀(EIQM)的示意圖；圖2是徑向變化與測試透鏡光焦度關(guān)系的說明性曲線，由圖1中的EIQM產(chǎn)生并用于測量最佳光焦度；圖3是最大圖象寬度與最小圖象寬度之比與透鏡光焦度之間的關(guān)系的說明性曲線圖，由圖1中的EIQM產(chǎn)生并用于測量象散的大小；圖4是描述測試鏡片安裝/定位系統(tǒng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸、調(diào)整臂的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸和變焦透鏡的兩個(gè)線性運(yùn)動(dòng)的示意圖，圖5是PAL鏡片的示意圖，描述鏡片上多個(gè)位置或微孔，利圖1中的EIQM在這些位置上測量象質(zhì)；圖6A是測試鏡片在旋轉(zhuǎn)中的一系列示意圖，描述當(dāng)PAL的前后表面彼此不平行時(shí)產(chǎn)生的光束偏離；圖6B是測試鏡片在旋轉(zhuǎn)中的一系列示意圖，與圖6A類似，描述圖1中的EIQM的臂裝置的使用，該臂裝置的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)在PAL的后表面，并承載變焦透鏡和檢測系統(tǒng)；圖7是圖1中的EIQM的變焦透鏡位置與測試鏡片光焦度之間關(guān)系的曲線圖，針對構(gòu)成變焦透鏡的每個(gè)透鏡；圖8和9是分別是PAL最小象散區(qū)和象散區(qū)的過焦圖象的例子，由圖1中的EIQM產(chǎn)生；圖10是PAL的示意圖，描述鏡片整個(gè)表面上不同位置上的PSF；圖11A、11B、11C、11D、11E、和11F分別是LENS A在20/20的最佳光焦度等高線、象散值等高線、象散角的矢量圖、棱鏡度值的等高線、棱鏡度角的矢量圖、以及歸一化MTF的等高線，由圖1中的EIQM產(chǎn)生；圖12A、12B、12C、12D、12E、和12F分別是LENS B在20/20的最佳光焦度等高線、象散值等高線、象散角的矢量圖、棱鏡度值的等高線、棱鏡度角的矢量圖、以及歸一化MTF的等高線，由圖1中的EIQM產(chǎn)生；圖13A和13B是LENS A不同微孔處的MTF全部曲線，由圖1中的EIQM產(chǎn)生；以及圖14A和14B分別是在20/20處的歸一化MTF的三維圖和在20/20處的歸一化MTF與微孔位置的數(shù)值圖，由圖1中的EIQM產(chǎn)生。
現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)測試系統(tǒng)10或者鏡片象質(zhì)儀(EIQM)通常包括(a)照明系統(tǒng)12，用于向測試鏡片提供適當(dāng)尺寸的準(zhǔn)直光束；(b)測試鏡片安裝/定位系統(tǒng)14，能夠旋轉(zhuǎn)測試鏡片以便照明鏡片上的不同區(qū)域；(c)變焦透鏡16，一旦光束通過測試鏡片上的特定微孔時(shí)用于以恒定系統(tǒng)有效焦距(EFL)聚焦光束；(d)檢測系統(tǒng)18，用于記錄和測量鏡片的象質(zhì)；以及(e)調(diào)整臂20，用于傳輸變焦透鏡和檢測系統(tǒng)，使得變焦/檢測系統(tǒng)的光軸保持與從測試鏡片出射的光束對準(zhǔn)。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是EIQM是完全自動(dòng)的，裝置10最好與微處理器一受控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22相連，用于控制象質(zhì)儀和分析獲得的數(shù)據(jù)。下面詳細(xì)描述EIQM的這些元件中的每一個(gè)。然而，首先，簡單描述利用該系統(tǒng)可以進(jìn)行的象質(zhì)測量的種類。
I.象質(zhì)測量A.最佳光焦度PAL的光焦度由產(chǎn)生最佳象質(zhì)的變焦透鏡的位置決定。在測試過程中，變焦透鏡在位置范圍內(nèi)移動(dòng)并在每個(gè)位置上測量象質(zhì)。象質(zhì)的有意義的表示是鏡片產(chǎn)生的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
1.點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)EIQM的獨(dú)特特征之一是能夠測量測試鏡片的微孔產(chǎn)生的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)。PSF是光強(qiáng)度分布的度量。通常，較小的PSF表示象質(zhì)比較大PSF的好，因?yàn)檩^大的PSF是由鏡片的較大象差產(chǎn)生的。PSF大小的一個(gè)有用度量是徑向變化，描述它的主位置附近的光分布大小。下面的過程描述了怎樣計(jì)算徑向變化。首先，找到給定圖象的中心。徑向變化是光圍繞中心分布的緊密程度作為離中心的徑向距離的函數(shù)的度量。該數(shù)值，更正確地說是它的均方根(RMS)，廣泛用于鏡片設(shè)計(jì)和鏡片測試，以便找到最佳光焦度位置。當(dāng)對于測試鏡片的給定微孔的焦點(diǎn)攝取的多個(gè)圖象中的每個(gè)找到徑向變化時(shí)，用一個(gè)多項(xiàng)式擬合這些數(shù)據(jù)，并記錄徑向變化最小處變焦透鏡的光焦度。該光焦度是最佳光焦度，而且在該處記錄最終的PSF。
徑向變化與光焦度關(guān)系曲線示于圖2中，可以清楚地看到最小徑向變化位于大約0.35D。EIQM中使用的分析軟件把曲線與該數(shù)據(jù)擬合并計(jì)算最小值位于0.349141D。這就是最佳光焦度。
B.象散EIQM也能夠測量PAL的象散，包括數(shù)值和方向。當(dāng)在測試鏡片的特定位置上具有很大象散時(shí)，將形成兩個(gè)線狀圖象，一個(gè)位于一個(gè)聚焦位置，而另一個(gè)位于另一聚焦位置。兩個(gè)線狀圖象之間的聚焦差異定義為象散大小。光焦度較小的圖象的角度給出象散的角度或軸。
為了確定線狀圖象的位置，利用一個(gè)方向上的圖象寬度度量，而不是利用二維徑向變化，來尋找最佳焦點(diǎn)。如果測量沿著通過圖象中心的直線的一維圖象寬度作為所述直線角度方向的函數(shù)，將獲得最大寬度(沿著所述線狀圖象)和最小寬度(垂直于所述線狀圖象)。對于鏡片上給定微孔上攝取的多個(gè)過焦圖象的最小寬度與最大寬度之比，可以繪制成與光焦度關(guān)系的曲線，如圖3所示。該比值從對于線狀圖象的0至對于圓形圖象的1變化。因此，當(dāng)存在象散時(shí)，曲線上的比值接近于0的兩個(gè)位置對應(yīng)于兩個(gè)焦線。從這兩個(gè)位置，可以利用光焦度差計(jì)算象散值。
參考圖3，可以看到對應(yīng)于兩個(gè)不同的焦線的兩個(gè)最小值。它們之間的差值大約為0.35D。這是象散值。EIQM中使用的分析軟件把曲線與每個(gè)最小值附近的數(shù)據(jù)擬合以便更精確地確定象散。
對于純象散，發(fā)現(xiàn)最佳光焦度在兩個(gè)焦線之間的中間位置。然而，當(dāng)存在其他象差(例如球差、慧差等)時(shí)，最佳光焦度的位置可能不正好在中點(diǎn)上，而是應(yīng)該利用上述的最小徑向變化尋找。
C.棱鏡度
EIQM能夠測量的PAL的另一個(gè)重要特征是鏡片的棱鏡度。鏡片棱鏡度是光束通過鏡片的某點(diǎn)以后偏離它的原始光路多少的度量。通常的測量單位是棱鏡度，定義為光束在鏡片后1m的表面上偏離它的原始位置的橫向位移，單位為cm。換句話說，1棱鏡度等于10毫弧度的角度偏移。EIQM只是通過記錄臂相對于光軸或零位置的角位置確定任何測試位置的棱鏡度(見圖6B)。
D.調(diào)制傳遞函數(shù)EIQM的另一個(gè)獨(dú)特方面在于它能夠測量調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。一旦EIQM已經(jīng)測量了如上所述鏡片產(chǎn)生的PSF，就對PSF進(jìn)行付立葉變換以便獲得MTF。MTF是二維PSF的付立葉變換的模。MTF通常相對于空間頻率(單位為周/mm)繪圖。也可以繪制MTF對角頻率(單位為周/mrad)的圖。在聚焦系統(tǒng)中，通過把空間頻率值乘以系統(tǒng)的焦距長度獲得。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，EIQM繪制鏡片的MFT與角頻率的曲線，因?yàn)橐曈X敏銳度通常用角度單位表示。為了容易地評價(jià)給定鏡片的MTF，通常繪制幾個(gè)通過PSF中心的切面。通常，繪制四個(gè)不同空間取向或角度的切面，例如0、45、90和135度切面，利用上述過程，可以同時(shí)獲得所有空間取向和空間頻率的MTF，直至用于記錄PSF的探測器的乃奎斯特極限。例如，在EIQM樣機(jī)中，探測器寬度為19微米，所以可以測量的最高空間頻率為1/(2×0.019mm)＝26.3周/mm。當(dāng)系統(tǒng)焦距為600mm時(shí)，這變換為0.6m×26.3周/mm＝15.8周/mrad。因?yàn)榭讖綖?mm的鏡片可以分辨的最高空間頻率為D/λ＝5mm/543nm＝9.2周/mrad，所以該探測器足以記錄所有空間或角頻率。
II.照明系統(tǒng)EIQM從照明系統(tǒng)12開始，該照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)成把來自光源26的適當(dāng)尺寸的準(zhǔn)直光束光照射在測試鏡片24上。在一個(gè)EIQM實(shí)施例中，543nm的綠光He-Ne激光器作為光源，并用5微米的小孔空間濾光。用于EIQM的適當(dāng)激光器的非限制性例子是1mW、線偏振的543nm的綠光He-Ne激光器，可以從Melles Griot，Irvine，California買到。
應(yīng)該注意寬譜段光源諸如白光光源(例如石英鹵素?zé)?或者發(fā)光二極管(例如綠色LED)可以作為替代光源。在其他替換實(shí)施例中，窄帶干涉濾光片(例如550nm濾光片)可以用于選擇測試波長，利用激光器作為光源比寬譜段光源具有某些優(yōu)點(diǎn)，包括容易對準(zhǔn)、功率較大、以及光束更均勻。然而，因?yàn)榧す馄鳟a(chǎn)生如此大的功率，最好在照明系統(tǒng)中設(shè)置中性強(qiáng)度濾光片，以便衰減光束和防止探測系統(tǒng)飽和。
在EIQM初始測量過程中，利用寬譜段光源和濾光片，把光源的頻譜寬度最初設(shè)置成550±10nm，因?yàn)榇蟛糠昼R片測試是在550nm或其附近進(jìn)行的，以便在視場內(nèi)取得一致。然后，確定改變?yōu)?43nm的激光器。
然后利用準(zhǔn)直鏡28把準(zhǔn)直光束照射在測試鏡片上。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直鏡包括20x顯微物鏡30，后面是小孔，然后是消色差透鏡32。用于EIQM樣機(jī)中的消色差透鏡32是消色差雙片透鏡，由低色散的正透鏡與高色散的負(fù)透鏡膠合在一起形成在可見光譜范圍內(nèi)基本上沒有色散的正透鏡。除了色差較小以外，消色差雙片透鏡與單片透鏡相比還大大降低了其他象差(球差、慧差、色散等等)。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解其他透鏡例如單片非球面透鏡或者空氣分離的雙片透鏡也可以替代用于準(zhǔn)直。適合于上述準(zhǔn)直鏡的元件可以從 Newport，in Irvine Clifornia和Spindler-Hoyer，inMilford，Massachusetts買到。
利用可調(diào)孔徑34設(shè)置準(zhǔn)直光束的直徑。例如，可以利用劃板上的四個(gè)孔徑之一(2，3，5和7mm)設(shè)置光束。這些光束直徑覆蓋人眼在不同照明條件下的瞳孔大小的典型范圍。利用較小瞳孔直徑進(jìn)行測試可以模擬明亮的觀察條件，或者只是獲得測試鏡片上微小細(xì)節(jié)的象質(zhì)。利用較大瞳孔直徑進(jìn)行測試將模擬較黑的觀察條件?；蛘?，可以使用可調(diào)孔徑輪或者可調(diào)光闌代替可調(diào)孔徑板，來設(shè)置光束直徑。
III.測試透鏡安裝/定位系統(tǒng)在照明系統(tǒng)后面的待測試鏡片24由安裝/定位系統(tǒng)14夾持，并被準(zhǔn)直光束照射。EIQM的主要目的是模擬眼鏡片被人眼使用的方式。人眼具有轉(zhuǎn)動(dòng)中心，而且當(dāng)眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過眼鏡片和瞳孔的光形成一系列圍繞眼鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)的光束。為了模擬這一點(diǎn)，安裝/定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)成圍繞測試鏡片的后表面之后的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)35轉(zhuǎn)動(dòng)鏡片。在目前的最佳實(shí)施例中，測試鏡片的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑取27mm。選擇27mm半徑是因?yàn)樵谙嚓P(guān)文獻(xiàn)中不斷地把該數(shù)值用作眼鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與眼鏡片的后頂點(diǎn)之間的平均距離；然而，EIQM可以使用任何轉(zhuǎn)動(dòng)距離進(jìn)行測試。
為了能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡片支架36與二軸轉(zhuǎn)動(dòng)分級系統(tǒng)相連，用于定位測試鏡片，以便照射鏡片上的不同區(qū)域進(jìn)行測試。在目前的最佳實(shí)施例中，二軸分級系統(tǒng)包括兩個(gè)電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)級。適用的低容量電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)級可以從Velmex in Bloomfiled，New York買到。二軸轉(zhuǎn)動(dòng)分級系統(tǒng)設(shè)計(jì)成使得如果z軸是光軸，測試鏡片能夠圍繞平行于x軸的直線和平行于y軸的直線轉(zhuǎn)動(dòng)，以便模擬人眼，如上所述。在圖4中，箭頭40、42表示鏡片的二軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
在EIQM的實(shí)施例中，三腳自動(dòng)定心的透鏡支架用作透鏡支架(測試鏡片最好是沒有切邊的，直徑通常為76mm)。支架上的一設(shè)定螺釘用于防止腳對鏡片施加的力過大。適當(dāng)?shù)闹睆綖?0mm、3腳自動(dòng)定心透鏡支架可以從Melles Griot in Irvine，California買到。
測試鏡片安裝/定位系統(tǒng)的二軸轉(zhuǎn)動(dòng)分級系統(tǒng)用于把測試鏡片順序定位在測試鏡片的一系列預(yù)定位置或微孔上，進(jìn)行象質(zhì)測量。測試鏡片上的具體位置由測試鏡片的性能、測試光束尺寸、以及希望得到的測試鏡片的信息決定。例如，對于通常的PAL和5mm直徑的測試光束，EIQM利用103個(gè)測試位置，這些測試位置在上距離區(qū)內(nèi)間隔比較粗略，而在過渡區(qū)和附加區(qū)附近間隔比較精細(xì)(圖5)。鏡片位置系列僅僅是一系列提供給計(jì)算機(jī)的角度(每個(gè)位置的水平角和垂直角)。角度限定二軸轉(zhuǎn)動(dòng)分級系統(tǒng)38應(yīng)該怎樣圍繞每個(gè)位置的眼轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在每個(gè)鏡片位置上，計(jì)算光焦度、象散(數(shù)值和角度)、棱鏡度(數(shù)值和角度)以及MTF，并用于測試鏡片上的象質(zhì)。
當(dāng)利用3mm直徑的測試光束時(shí)，希望增加測試點(diǎn)總數(shù)(即減小鄰近點(diǎn)之間的間距)以便更精細(xì)地測試鏡片。在任何情況下，測試點(diǎn)之間的間距應(yīng)該最好設(shè)置成使得光束在鏡片上的軌跡彼此不重疊。
上述過程完全自動(dòng)完成并由EIQM的計(jì)算機(jī)22控制。測試鏡片的二軸轉(zhuǎn)動(dòng)由限位傳感器開關(guān)啟動(dòng)并由計(jì)算機(jī)控制。進(jìn)行測試的一系列鏡片位置裝入計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)指示電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)分級系統(tǒng)38把鏡片順序定位在每個(gè)指定位置上，以便在鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)位置之前進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y量。
IV.調(diào)整臂當(dāng)PAL按照上述方式轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)重大困難。參考圖6A，測試光束通常不垂直入射在PAL的前表面上。測試中的鏡片移動(dòng)時(shí)，測試光束偏離PAL的后表面，當(dāng)從鏡片上出射時(shí)掃過很大角度。換句話說，入射的準(zhǔn)直光束37和折射通過測試鏡片39的光束不彼此平行。
EIQM通過圍繞測試鏡片上的光束偏離點(diǎn)41轉(zhuǎn)動(dòng)臂上的變焦透鏡/探測器系統(tǒng)克服這一問題(圖4)。換句話說，變焦透鏡和探測器系統(tǒng)二者連接到所述臂上并一起圍繞測試鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)，以便透過測試鏡片的光束沿著或近似沿著變焦透鏡的光軸透射并近似入射在探測系統(tǒng)的中部。在測試鏡片移動(dòng)到新的測試位置時(shí)，旋轉(zhuǎn)臂直到圖象再次定心在探測器上。
為了使得變焦透鏡/探測器系統(tǒng)與從測試鏡片出射的光束對準(zhǔn)并定心在上面，調(diào)整臂與二軸轉(zhuǎn)動(dòng)分級系統(tǒng)相連。在目前的最佳實(shí)施例中，二軸轉(zhuǎn)動(dòng)分級系統(tǒng)包括兩個(gè)電動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)級。適用的高功率電動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)級可以從Velmex in Bloomfiled，New York買到。
臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)挑戰(zhàn)是需要在大角度行程中穩(wěn)定而且不受振動(dòng)影響的移動(dòng)。大部分臂結(jié)構(gòu)已經(jīng)用鋁制成以便使得重量最輕，利用鋼架把臂連接到轉(zhuǎn)動(dòng)級上。由于相當(dāng)重的懸臂負(fù)載，選擇大的商品轉(zhuǎn)動(dòng)級用于臂的二軸轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，設(shè)計(jì)了平衡物以便保護(hù)高度轉(zhuǎn)動(dòng)級中的支座防止由于偏心負(fù)載而過度疲勞。
在圖4中，箭頭46、48表示臂的二軸轉(zhuǎn)動(dòng)。如上所述，臂系統(tǒng)的操作是完全自動(dòng)的而且由EIQM的計(jì)算機(jī)22控制。壁的二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸由限位傳感器啟動(dòng)并由計(jì)算機(jī)控制。一旦測試鏡片從一個(gè)測試位置轉(zhuǎn)動(dòng)到另一個(gè)測試位置，由電動(dòng)化的二軸轉(zhuǎn)動(dòng)分級系統(tǒng)44移動(dòng)臂以便圖象再次定心在探測系統(tǒng)上。有時(shí)，尤其是高光焦度鏡片，當(dāng)鏡片移動(dòng)到下一個(gè)測試點(diǎn)位置時(shí)，光束將完全偏離探測系統(tǒng)的工作面。為了防止這種情況，可能需要跟蹤光束。這是指實(shí)際上只移動(dòng)到達(dá)下一個(gè)測試點(diǎn)的路徑的一部分，停止，調(diào)整臂以便再定心圖象，然后繼續(xù)移動(dòng)直到到達(dá)下一個(gè)測試點(diǎn)，而不丟失光束。對于目前已經(jīng)適用EIQM測試的鏡片，在任何兩個(gè)測試點(diǎn)之間只需要兩步；然而，對于較高光焦度的鏡片可能需要較多的步驟，以便防止丟失光束。
可以替代使用其他解決光束偏離問題的裝置代替臂系統(tǒng)。例如，可調(diào)棱鏡可以直接放置在鏡片后面以便使得光束回到原始光軸，或者可以使用寬視場角變焦透鏡捕獲出射光束，而不需要移動(dòng)探測器系統(tǒng)。
V.變焦透鏡象質(zhì)測量更加困難，因?yàn)镻AL具有空間變化的光焦度或焦距。也就是，鏡片的不同部分聚焦在離漸變透鏡的不同距離處。而且，一些測試鏡片可能具有負(fù)光焦度。因此，使用附加光學(xué)系統(tǒng)使得光束聚焦。雖然利用可調(diào)變換系統(tǒng)沿著光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)探測器系統(tǒng)以便在測試中聚焦圖象，可以克服光焦度變化的問題，但是這是昂貴而且復(fù)雜的措施。而且，如果PAL的光焦度變化但是聚焦透鏡的光焦度是固定的，那么包括PAL和聚焦透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距(EFL)也變化。對于給定量的象差，PSF的尺寸與系統(tǒng)的EFL成正比變化。因此，如果系統(tǒng)的EFL變化，直接比較鏡片不同位置上的PSF將變得困難。
為了解決這一問題，設(shè)計(jì)了唯一的變焦透鏡以便把光束以恒定的系統(tǒng)EFL聚焦在探測器系統(tǒng)上。這樣使得探測器系統(tǒng)定位在離PAL的固定位置上。此外，因?yàn)橄到y(tǒng)EFL對于PAL上的任何測試位置保持恒定，避免了為直接比較而縮放PSF。
在目前的最佳實(shí)施例中，變焦透鏡包括兩個(gè)元件，一個(gè)正消色差元件50，后面是雙凹單透鏡52。適用于變焦透鏡的元件包括80mm EFL消色差雙片透鏡和-20mm EFL雙凹透鏡，可以從Spindler-Hoyer inMilford，Massachusetts買到。
此外，變焦透鏡包括安裝在臂上的兩個(gè)電動(dòng)的線性變換級。變焦透鏡的前面的消色差透鏡連接在第一較長級上，而后面的雙凹透鏡連接在第二較短級上，該較短級本身連接到較長級上。這樣的結(jié)構(gòu)用于分別調(diào)整PAL與消色差透鏡之間、消色差透鏡與雙凹透鏡之間的間距，使得系統(tǒng)EFL對于變化的PAL光焦度保持恒定。換句話說，線性級允許變焦時(shí)，變焦透鏡的兩個(gè)元件沿著通過它們中心的光軸移動(dòng)，以便保持系統(tǒng)EFL恒定。適用的電動(dòng)的線性變換級可以從Velmex inBloomfiled，NEW YORK買到。
在目前的最佳實(shí)施例中，變焦透鏡用于以605mm的恒定系統(tǒng)EFL把光束聚焦在探測器系統(tǒng)上。該焦距產(chǎn)生的衍射受限PSF足夠大，以便于探測器系統(tǒng)精確采樣。目前用于EIQM的變焦透鏡可以適用于光焦度在-0.5至+2.8折光度范圍內(nèi)的任何PAL鏡片。變焦系統(tǒng)用CodeVTM(Optical Research Associates，Pasadena，California)設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化兩個(gè)變焦透鏡對于一系列位于測試透鏡位置上的不同光焦度的傍軸透鏡的軸上位置，使得整個(gè)系統(tǒng)的EFL保持為605mm，保持好的象質(zhì)(在相對于PAL固定的象面上)。使用十三個(gè)透鏡光焦度(給出13個(gè)不同的變焦位置)以便獲得足夠的數(shù)據(jù)，以便用高級多項(xiàng)式擬合變焦透鏡的各個(gè)路徑。這些變焦透鏡相對于測試鏡片移動(dòng)所沿著的路徑是非線性的，如圖7所示。
在圖4中，箭頭58和60表示變焦透鏡和它的各個(gè)元件的線性變換。如上所述，變焦透鏡的操作是完全自動(dòng)的而且由EIQM的計(jì)算機(jī)22控制。變焦透鏡的兩個(gè)線性變換軸由限位傳感器開關(guān)啟動(dòng)并由計(jì)算機(jī)控制。一旦轉(zhuǎn)動(dòng)臂使得變焦透鏡的光軸基本上平行于從測試透鏡出射的光束，變焦透鏡移動(dòng)通過對于鏡片上的每個(gè)微孔的多個(gè)指定測試位置，并由探測系統(tǒng)測量圖象重量。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到其他透鏡設(shè)計(jì)可以用于變焦系統(tǒng)。例如，目前正在開發(fā)用于EIQM具有較大光焦度范圍的三片式變焦透鏡。
VI.探測器系統(tǒng)幾種不同的方法和探測器系統(tǒng)可以用于EIQM，以便測試象質(zhì)。在目前的最佳實(shí)施例中，探測器系統(tǒng)包括攝像機(jī)62，用于測量光強(qiáng)度分布，通常稱為PSF。
用于探測器系統(tǒng)的攝像機(jī)最好是電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)，由二維象素或探測器陣列構(gòu)成。光學(xué)系統(tǒng)的真實(shí)PSF是連續(xù)的二維光強(qiáng)度分布。然而，當(dāng)使用CCD測量PSF時(shí)，獲得分離的二維強(qiáng)度值陣列，每個(gè)象素對應(yīng)于一個(gè)。當(dāng)計(jì)算PSF時(shí)，例如那些用于獲得MTF的PSF，必須考慮用于PSF采樣的象素間距和尺寸。
可以使用的另一種類型的陣列探測器是電荷注入器件(CID)。陣列探測器的基本要求是它的噪音低和動(dòng)態(tài)范圍大，使得可以看到PSF的精細(xì)特征。精確的PSF產(chǎn)生精確的MTF。在目前的最佳實(shí)施例中，512×512、14位的冷卻CCD攝像機(jī)用于EIQM。適用于EIQM的CCD攝像機(jī)可以從Photometrics in Tuscon，Arizona買到。
在另一個(gè)實(shí)施例中，探測器系統(tǒng)是位于單元件探測器前面的掃描直邊，以便測量圖象的線擴(kuò)散函數(shù)(LSF)。LSF提供沿著一個(gè)軸的象寬的度量。單元件探測器，例如硅光電二極管、光電倍增管、溫差電探測器、以及熱電堆探測器，只有一個(gè)只帶一個(gè)輸出端的探測面，而不是象CCD一樣的探測器陣列，而且它們本身不能給出圖象的空間分布。因此，必須移動(dòng)直邊、狹縫、或微孔通過位于這樣的單元件探測器前面的圖象，同時(shí)采樣它們的輸出，以便確定光的空間分布。
另外，通過LSF的付立葉變換可以獲得單個(gè)方向上但是所有空間頻率的MTF。通常，必須對橫截面上對于直邊的幾個(gè)取向(例如0、45、90、以及135度)重復(fù)進(jìn)行掃描直邊測試，以便獲得象質(zhì)的一系列代表性數(shù)據(jù)。通過作為沿著光軸的一系列平面重復(fù)一系列四個(gè)LSF測量可以確定最佳焦點(diǎn)，并確定平均LSF寬度最小的平面。同一系列數(shù)據(jù)可以用于確定象散的數(shù)值和方向。
在另一實(shí)施例中，探測器系統(tǒng)包括能夠測量與焦點(diǎn)附近光束有關(guān)的象質(zhì)的干涉儀，例如剪切干涉儀或者Smartt Point DiffractionInterferometer(PDI)。這些干涉儀通過使得從同一光源分離出的兩個(gè)波前干涉來測量與圖象相關(guān)的波前差。通過這些測得的波前差，可以確定均方根(RMS)波前差。通過尋找PMS波前差最小的平面可以確定最佳焦點(diǎn)。
在目前的最佳實(shí)施例中，所有的EIQM元件安裝在鋁基板上。還設(shè)計(jì)了黑色有機(jī)玻璃的不透光罩，在操作中覆蓋住系統(tǒng)。在蓋的上部是通道板，為測試鏡片提供通道。
VII.EIQM的校準(zhǔn)在安裝和調(diào)整完系統(tǒng)之后，應(yīng)該校準(zhǔn)EIQM。為此，初始系統(tǒng)安裝和調(diào)整之后，檢測EIQM，利用一系列高質(zhì)量的試驗(yàn)透鏡測量在變焦范圍內(nèi)的光焦度、象質(zhì)/MTF、圖象定心、以及系統(tǒng)EFL。測量的光焦度都在檢定值的1％以內(nèi)，圖象都是衍射受限的，對于每個(gè)透鏡保持過焦定心誤差在±20象素以內(nèi)，而且系統(tǒng)的EFL保持恒定誤差為±5mm以內(nèi)。利用放置在校準(zhǔn)透鏡前面的300線/英寸的光柵測量變焦范圍內(nèi)系統(tǒng)的EFL。那么利用CCD上的0和±1級分光計(jì)算EFL。
下面，檢測裝置以便測量象素。使用具有1.0D指定象散的兩個(gè)單視鏡片。首先利用精度為±0.05D的高質(zhì)量透鏡測試臺(tái)測量每個(gè)鏡片的幾何中心處的象散。由EIQM測得的象散值的校準(zhǔn)值在±0.1D范圍內(nèi)。
然后測量裝置的PSFs/MTFs，不放置測試鏡片，而且變焦設(shè)置為0D，對于所有面元設(shè)置(1、2、4、&10)(見部分VIII)。發(fā)現(xiàn)裝置對于面元因子1&2是衍射受限的。對于面元因子4&10測得的MTF的失真與理論預(yù)測值匹配。然而，對于使用的面元選擇規(guī)則，對于任何圖象的截止頻率應(yīng)該適當(dāng)?shù)陀谑褂玫拿嬖氖д骖l率。
上述校準(zhǔn)過程最好定期進(jìn)行，以便確保裝置的連續(xù)測量精度。
VIII.利用EIQM的測試過程說明接收到未切割的測試鏡片，上面有標(biāo)簽表示光學(xué)中心的位置、附加或閱讀區(qū)、以及鏡片的正確水平方向。利用這些標(biāo)識(shí)，沿著鏡片的邊緣制作一系列對準(zhǔn)標(biāo)識(shí)，以便可以從鏡片表面上除去工廠標(biāo)簽。然后，利用標(biāo)識(shí)作為向?qū)О宴R片安裝在EIQM上它的通常方向上。然后，設(shè)置希望的測試孔徑直徑。然后蓋上上蓋，并運(yùn)行主裝置的控制程序。程序的第一步是初始化所有級。使用限位開關(guān)初始化各級，然后把PAL設(shè)置在第一測試點(diǎn)上(位于鏡片的幾何中心)，變焦系統(tǒng)設(shè)置成-0.5D，然后調(diào)整臂使得圖象定心在CCD上。
在每個(gè)測試點(diǎn)或微孔上，攝取20個(gè)圖象，均勻分布在-0.5至+2.8D的變焦光學(xué)裝置范圍內(nèi)。對于獲得的每個(gè)過焦圖象(例如見圖8和9)，自動(dòng)記錄或計(jì)算下列參數(shù)對應(yīng)于變焦位置的光焦度、圖象中心位置、圖象的徑向變化、沿著和垂直于與圖象吻合的線的圖象寬(用于測量象散)、線狀圖象的角度、最大象散值、以及所有象散值的和。由過焦徑向變化計(jì)算最佳焦點(diǎn)位置。拋物線與測得的20個(gè)過焦最小徑向變化周圍的數(shù)據(jù)擬合(見圖2)。那么該擬合曲線的最小值是該微孔的最佳光焦度(單位為折光度)。然后移動(dòng)變焦系統(tǒng)至這一位置，記錄光焦度，并攝取PSF圖象。也記錄臂的角度位置以便確定棱鏡度。
根據(jù)最佳聚焦圖象(如同由徑向變化確定的一樣)的尺寸，可以分離(bim)攝取的最終圖象(直到因子10)。分離鄰近象散值的和以便產(chǎn)生較小的圖象柵格。在初始測試期間，所有的攝取圖象被適當(dāng)分割產(chǎn)生50×50柵格以便分析。當(dāng)使用值為1分割因子時(shí)，只使用CCD的中心50×50個(gè)象素。這樣給出較小圖象的最高分辨率。當(dāng)使用分割因子10時(shí)，使用CCD的整個(gè)工作區(qū)，但是分辨率較低。對于較大的高象差圖象這樣做。圖10示出最佳聚焦圖象在整個(gè)PAL上的可能變化程度。設(shè)置分割因子避免后面從PSF計(jì)算得出的MTF的任何下降(即失真)。
然后移動(dòng)PAL至下一個(gè)測試點(diǎn)，并再次把圖象定心在CCD上，并重復(fù)上述過程。對于跟蹤/定心，可以使用CCD(在每個(gè)方向上10倍分割)的整個(gè)512×512工作區(qū)?？梢栽谡麄€(gè)PAL的任何希望系列位置上進(jìn)行測試。圖5示出包括103個(gè)微孔的說明圖。在PAL的下部最好使用更密集的采樣，下部的圖象質(zhì)量變化更快。
對于初始測試，整個(gè)測試過程由VisualBasicTM程序控制，該程序與馬達(dá)控制器和探測器系統(tǒng)相互作用。為了完成103個(gè)微孔的測試，目前大約需要兩個(gè)小時(shí)。產(chǎn)生的輸出包括含有每個(gè)微孔的所有過焦數(shù)據(jù)的ASCII測試文件和每個(gè)微孔PSF圖象文件。
IX.利用EIQM進(jìn)行數(shù)據(jù)分析如上所述，在測試期間計(jì)算和記錄對于每個(gè)測試微孔的光焦度。然后進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以便確定每個(gè)微孔處的象散(數(shù)值和方向)、棱鏡度(數(shù)值和方向)以及MTF。然后用獲得的數(shù)據(jù)繪圖以便產(chǎn)生容易說明的鏡片圖。
對于初始測試，只使用沒有指定象散的PAL，以便只測量存在于鏡片中的不希望的象散。利用過焦線狀圖象寬度數(shù)據(jù)確定由PAL的象散區(qū)形成的兩個(gè)線狀圖象的位置，單位為折光度。該線狀圖象寬度是被沿著該線的圖象寬度除最佳吻合線的圖象寬度的結(jié)果。這樣對于理想線給出0值，對于理想圓給出值1。對于象散圖象，該線狀圖象的寬度作為光焦度函數(shù)，經(jīng)繪圖產(chǎn)生具有兩個(gè)位于象散焦線處的兩個(gè)最小值的曲線(見圖3)。兩個(gè)最小值位置之間的折光度差值給出象散值。較低光焦度的線狀圖象的角度給出象散的角度或軸。
由兩個(gè)級臂的角度位置計(jì)算局部鏡片棱鏡度的值和方向。臂位置用角度表示，并變換為棱鏡度以便于顯示。
下面，對于每個(gè)PSF進(jìn)行二維付立葉變換以便產(chǎn)生該微孔的MTF。利用適當(dāng)比例計(jì)算作為角頻率(例如周/毫弧度)的函數(shù)的MTF。然后對于每個(gè)微孔存儲(chǔ)對應(yīng)于20/20視度(1弧度線寬)的角頻率的MTF(歸一化為衍射受限值)。
通過這一數(shù)據(jù)，產(chǎn)生PAL整個(gè)表面上的光焦度、象散值、棱鏡度值和歸一化20/20MTF的2-D和3-D等高線或圖(見圖11-14)。也產(chǎn)生象散軸和棱鏡度方向的矢量圖(見圖11C、11E以及12C、12E)。而且，也可以把數(shù)據(jù)繪成作為微孔位置函數(shù)的圖(見圖14C)。
上述的數(shù)據(jù)分析和繪圖利用Mathematica 3.0.1TM完成，而且每個(gè)鏡片需要大約1/2個(gè)小時(shí)。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解可以使用其他適當(dāng)?shù)某绦?，以便完成必要的?shù)據(jù)分析。
X.由EIQM產(chǎn)生的說明性鏡片圖利用EIQM測試了許多鏡片。在這一部分，給出裝置輸出的例子。用于測試的PAL標(biāo)為“LENS A”和“LENS B”，從不同的商家買來，兩個(gè)鏡片設(shè)定為具有0D距離校正和+2D附加光焦度。應(yīng)該注意通常產(chǎn)生等高線并用彩色打印以便于說明，然而包括在這里類的圖是黑白的，因此更難以識(shí)別。盡管如此，還是可以看出一般特征。
圖12A中的等高線示出LENS B整個(gè)表面上的最佳光焦度。可以清楚地看到光焦度是怎樣從上部、距離區(qū)的0D變化為左下部閱讀或附加區(qū)的稍微超過+2D的。LENS A的光焦度圖非常類似(見圖11A)。如前所述，從低向高光焦度的過渡產(chǎn)生大量的象散。這可以從圖11B(LENS A)和12B(LENS B)所示的象散值等高線清楚地看到?？梢钥吹絃ENS B具有較寬的高象散區(qū)而且附加區(qū)的象散更大。象散矢量圖示出鏡片的上部和下部之間的平滑、連續(xù)數(shù)值和角度過渡(圖11C和12C)。
此外，從圖11D和12D中示出的歸一化20/20 MTF等高線，剛好可以看到LENS A比LENS B好多少。對于LENS A，可以看到MTF在鏡片的上部和附加區(qū)的中心高。在連接這兩個(gè)區(qū)之間的“通道”上有所下降，而且在通道的兩邊區(qū)域內(nèi)變得非常壞。對于LENS B，上部的高M(jìn)TF區(qū)非常小，而且在附加區(qū)內(nèi)也沒有改變多少。
圖13A和13B示出LENS A的兩個(gè)完整MTF曲線，一個(gè)是距離區(qū)內(nèi)的較好部分，一個(gè)是高象散區(qū)域。在每個(gè)圖上總共有四個(gè)曲線，對應(yīng)于0、90和±45度的3-D MTF切面。對于瞳孔直徑為5mm在543nm的衍射受限MTF用短劃線表示。
其他可以由EIQM自動(dòng)生成的圖和曲線示于圖14A和14B中。EIQM的值在上述圖和曲線中很明顯，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)圖象質(zhì)量從一個(gè)鏡片設(shè)計(jì)到另一個(gè)鏡片設(shè)計(jì)變得很大。這樣使得鏡片設(shè)計(jì)者、鏡片生產(chǎn)者、和/或驗(yàn)光醫(yī)生可以精確而且客觀地獲得任何給定眼鏡片的質(zhì)量。對于任何測得的質(zhì)量可以產(chǎn)生這樣的曲線。
雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行許多改進(jìn)而不脫離這里給出和描述的本發(fā)明原理。例如，雖然EIQM描述為能夠測量-0.5至+2.8D范圍內(nèi)的光焦度，但是可以改進(jìn)變焦透鏡以便提高可測量的光焦度。此外，雖然EIQM特別適用于測量PAL的象質(zhì)，但是當(dāng)然它也可以用于測量任何類型眼鏡片的象質(zhì)，只要鏡片的光焦度和象散在系統(tǒng)的測量范圍內(nèi)。因此，應(yīng)該理解在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)，可以用具體描述方式以外方式實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于測試眼鏡片的象質(zhì)的自動(dòng)光學(xué)測試裝置，該裝置包括照明系統(tǒng)，用于向測試鏡片提供測試光束；定位系統(tǒng)，用于旋轉(zhuǎn)測試鏡片以便照明鏡片上的不同區(qū)域，以便測試鏡片上該區(qū)域上的象質(zhì)；檢測系統(tǒng)，用于記錄和測量鏡片的象質(zhì)；以及變焦透鏡，一旦光束通過鏡片時(shí)用于以恒定有效焦距把光束聚焦到探測器系統(tǒng)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)測試裝置，其中所述定位系統(tǒng)圍繞鏡片后面的固定轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)鏡片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)測試裝置，其中所述變焦透鏡可以沿著系統(tǒng)光軸相對于鏡片移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)測試裝置，其中所述變焦透鏡包括第一透鏡和第二透鏡，而且所述第二透鏡可以沿著光軸相對于第一透鏡移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)測試裝置，其中所述探測器系統(tǒng)位于離鏡片固定的距離上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)測試裝置，還包括調(diào)整臂，其中變焦透鏡和探測器系統(tǒng)連接到調(diào)整臂上，而且其中的調(diào)整臂圍繞鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)使得當(dāng)鏡片被定位系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)測試光束與探測器系統(tǒng)再次對準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)測試裝置，還包括用于控制光學(xué)測試裝置工作的微處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)測試裝置，其中所述探測器系統(tǒng)包括用于自動(dòng)測量由鏡片上的位置產(chǎn)生的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)測試裝置，其中所述探測器系統(tǒng)還包括用于自動(dòng)計(jì)算由鏡片上的位置產(chǎn)生的調(diào)制傳遞函數(shù)的裝置。
10.一種用于測試眼鏡片的象質(zhì)的自動(dòng)光學(xué)測試裝置，該裝置包括光源，用于向鏡片提供測試光束；定位系統(tǒng)，用于旋轉(zhuǎn)鏡片以便照明鏡片上的不同區(qū)域，以便測試鏡片上該區(qū)域上的象質(zhì)；檢測系統(tǒng)，用于記錄和測量鏡片的象質(zhì)；變焦透鏡，用于把光束聚焦在探測器系統(tǒng)上；以及調(diào)整臂，其中變焦透鏡和探測器系統(tǒng)連接到調(diào)整臂上，而且其中的調(diào)整臂圍繞鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)使得當(dāng)鏡片被定位系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)測試光束與探測器系統(tǒng)再次對準(zhǔn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)測試裝置，還包括用于控制光學(xué)測試裝置工作的微處理器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)測試裝置，其中所述定位系統(tǒng)圍繞鏡片后面的固定轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)鏡片。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)測試裝置，其中一旦光束通過鏡片時(shí)，變焦透鏡以恒定有效焦距聚焦光束。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)測試裝置，其中所述探測器系統(tǒng)包括用于自動(dòng)測量由鏡片上位置產(chǎn)生的光焦度、象散、棱鏡度以及調(diào)制傳遞函數(shù)的裝置。
15.一種用于測試眼鏡片的象質(zhì)的自動(dòng)光學(xué)測試裝置，該裝置包括照明系統(tǒng)，用于向測試鏡片提供測試光束；定位系統(tǒng)，用于旋轉(zhuǎn)鏡片以便照明鏡片上的不同區(qū)域，以便測試鏡片上該區(qū)域上的象質(zhì)；檢測系統(tǒng)，用于記錄和測量鏡片的象質(zhì)；變焦透鏡，用于把光束聚焦在探測器系統(tǒng)上；調(diào)整臂；以及微處理器，用于控制光學(xué)測試裝置的工作；其中變焦透鏡和探測器系統(tǒng)連接到調(diào)整臂上，而且其中光學(xué)測試裝置能夠測量鏡片的光焦度、象散、棱鏡度以及調(diào)制傳遞函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)測試裝置，其中所述定位系統(tǒng)圍繞鏡片后面的固定轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)鏡片。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)測試裝置，其中一旦光束通過鏡片時(shí)，變焦透鏡以恒定有效焦距聚焦測試光束。
18.一種用于測試眼鏡片的象質(zhì)的方法，該方法包括下列步驟(a)用來自光源的測試光束照射鏡片上的位置；(b)在光束通過鏡片上的位置時(shí)，以恒定有效焦距把測試光束聚焦在探測器系統(tǒng)上；以及(c)測量鏡片位置上的象質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)鏡片以便照明鏡片上的不同區(qū)域，以及重復(fù)上述步驟(a)至(c)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中轉(zhuǎn)動(dòng)步驟包括圍繞鏡片后面的固定轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)鏡片。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中聚焦步驟包括圍繞鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)探測器系統(tǒng)以便當(dāng)鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)測試光束與探測器系統(tǒng)再次對準(zhǔn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中聚焦步驟進(jìn)一步包括沿著系統(tǒng)光軸相對于鏡片移動(dòng)變焦透鏡，以便保持有效焦距恒定。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中測量步驟包括測量鏡片上位置的光焦度、象散、棱鏡度以及調(diào)制傳遞函數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中測量步驟包括測量鏡片上位置的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中測量步驟進(jìn)一步包括變換點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)以便獲得鏡片上位置的調(diào)制傳遞函數(shù)。
全文摘要
一種用于光學(xué)測試包括逐漸增加的鏡片在內(nèi)的眼鏡片以便實(shí)現(xiàn)象質(zhì)測量的裝置和方法,包括照明系統(tǒng),用于向測試鏡片提供光束;測試鏡片定位系統(tǒng),用于旋轉(zhuǎn)測試鏡片以便照明鏡片上的不同區(qū)域;變焦透鏡,用于以恒定有效焦距聚焦光束;檢測系統(tǒng),用于記錄和測量測試鏡片的象質(zhì);以及調(diào)整臂,用于傳輸變焦透鏡和檢測系統(tǒng),使得光軸保持與從測試鏡片出射的光束對準(zhǔn)。該裝置完全自動(dòng),而且能夠測量鏡片表面上不同位置的光焦度、象散、棱鏡度以及調(diào)制傳遞函數(shù)。
文檔編號G01M11/00GK1268221SQ98807559
公開日2000年9月27日 申請日期1998年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月24日
發(fā)明者R·奇普曼, J·J·德魯斯, J·B·哈達(dá)維 申請人:莊臣及莊臣視力保護(hù)公司