CN1369697A - 测量眼镜片或接触透镜的性能的透镜检测仪 - Google Patents

Abstract

一种测量眼镜片或接触透镜用的自动透镜检测仪,包括一光学***,在该***中通过投影由图案产生元件产生的图案而形成图案的像,且根据图案的像从光学***的光路中没有待检透镜处到光路中具有待检透镜处位移的信息测量待检透镜的光学性能。作为检测图案像位置的图像传感器,采用设置在图案像形成平面上以交叉方式排列的四个线性传感器。该图案产生元件在图案形成平面上形成一具有四边形形状的图案像,且每个线性传感器与四边形的一侧边相交。

Description

测量眼镜片或接触透镜的性能的透镜检测仪

发明领域

本发明涉及根据权利要求1的测量眼镜片或接触透镜的性能的透镜检测仪。

现有技术

当用手动透镜检测仪测量镜片的性能时，可通过目测获得或是借助仪器来得到图像聚焦平面。包括待检镜片的光学***中各元件的沿光轴的相对位置和和待检镜片与具有光源的光学***之间的距离被改变，而且由得到该图像聚焦平面所需要的元件的移动距离和待检镜片与具有光源的光学***之间的距离来获得焦距。但是，通过目测得到该图像聚焦平面的方法存在的不足之处在于，因不同的观测者而导致的测量误差趋于增加。

为了克服手动透镜检测仪的上述不足，日本专利申请公开NOS.昭49(1974)-122355、昭60(1985)-17355和平8(1996)-20334均披露了自动透镜检测仪。日本专利申请公开NO.昭49(1974)-122355所公开的一种透镜检测仪包括以手动方式安装待检测的透镜，使该待检透镜的光学中心置于发送光的准直透镜和接收光的准直透镜的光轴上；用于摄像的光学***，该光学***具有设置在沿上述光轴的延长线的聚焦平面上的光电转换器；设置一目标像的亮度信号和计算某一位置的电路，该目标像是通过光电转换器的扫描线还原而成的，该位置处的具有光源的光学***的一个方向的运动和另一个方向的运动间的电亮度信号的时间宽度区域被最小化；和通过脉冲马达和用于驱动该脉冲马达的信号发生器自动控制具有光源的光学***的往复运动的电路与上述电路同步。具有最小区域目标像的位置被转换成一以屈光度表示的信号。

在自动透镜检测仪中，包括有日本专利申请公开NOS.昭49(1974)-122355、昭60(1985)-17355中描述的自动透镜检测仪，必须具有检测最佳位置的装置和设置用于移动目标的机构。因此，需要作一些改进以使待检透镜的折射率、轴线的角度和棱镜值(prism values)可以通过设置在成象透镜的聚焦面上的图像传感器的信号的处理进行测量而不用移动狭缝图案。日本专利申请公开NO.平8(1996)-20334描述的自动透镜检测仪中简化了这一结构。

在日本专利申请公开NO.昭60(1985)-17355描述的自动透镜检测仪中，在接收光线的物镜的后面把用于测量的光线分成两组。由待检透镜偏离的测量光线的距离用两个图像传感器测得且通过所得到的数据的计算得到折射光焦度。由于经过待检透镜后的测量光线被分成了两组光线即，X方向光线组和Y方向光线组，且被发射到图像传感器，所以使得发射到每个图像传感器上的光信号的数量减少到原来信号数量的一半或更少。因此，必须进行提高S/N比的特殊的电处理且电路变得复杂和成本高。

另外，由于必须设置用于分开光线的分束器和两个图像传感器，所以光路、两个图像传感器和用于设置这些部件的部分不可避免地使装置复杂且成本高。

在日本专利申请公开NO.平8(1996)-20334描述的自动透镜检测仪中，由待检透镜分开的在X方向和Y方向的测量光线偏心的距离由一设置在用于接收光线的物镜后面的单一的图像传感器测得且折射光焦度可以通过计算已得到的数据来获取。一具有“N”形狭缝的图案被用于测量。因此，相对于图像传感器倾斜设置的部分被用于Y方向检测且产生了位置信息精度下降的问题。

发明概述

本发明已经解决了上述问题，其目的是提供一种结构简单且测量精度高的自动透镜检测仪。

本发明的目的由权利要求1的特征来解决。

本发明的改进实施例由从属权利要求得到。

本发明提供：

一种自动透镜检测仪，包括一光学***，在该光学***中，通过投影由图案产生元件产生的图案而形成一图案的像，且根据该图案的像从光学***的光路中没有待检透镜处到光路中具有待检透镜处位移的信息，测量待检透镜的光学性能，所述自动透镜检测仪包括：

多个光源，设置在垂直于光轴的平面上的与光学***的光轴等距离隔开的位置处；

一光转换透镜，以其光轴与光学***光轴相同的方式布置并将来自光源的光线转换成平行光线；

一测量台，在其上将待检透镜设置在来自光转换透镜的光路中；

一准直透镜，经该准直透镜使来自光转换透镜的光线通过且在测量台上设置的待检透镜上形成多个光源的像；

一图案产生元件，设置在光转换透镜和准直透镜之间；

一用于接收光线的物镜，其在指定的图案像形成平面上形成由图案产生元件产生的图案的图案像；

一些线性传感器，设置在图案像形成平面上；

其中：

来自图案产生元件中所产生的图案的图案像，被作为正方形形成在图案像形成平面上；

线性传感器被设置成使该图案像的正方形的四条侧边与图案像形成平面相交在同一平面上；而且

图案像的位移信息由线性传感器和图案像的正方形的四条侧边相交的位置信息得到。

附图简述

图1表示作为本发明实施例透镜检测仪的***方框图；

图2是光源的前视图；

图3是图案产生元件的前视图；

图4是图像传感器的结构图；

图5给出表示待检透镜上所形成的光源的像的示意图；

图6表示描述由线性传感器在图像传感器的图案形成平面上形成的图案像的位置检测的示意图；

图7给出表示由球面形成的棱镜的解析的示意图；

图8给出表示由圆柱面形成的棱镜的解析的示意图；

图9给出表示形成在待检透镜上的光源像的节距(pitch)的示意图；

图10给出表示形成在待检透镜上的光源像的节距的示意图；

图11表示作为本发明实施例的透镜检测仪的电路；

图12给出表示本实施例优点的示意图；

图13给出表示本实施例的优点示意图；

图14给出表示本实施例的优点示意图；

图15给出表示本实施例的优点示意图；

图16给出表示本实施例的优点示意图；

图17给出表示本发明另一实施例的示意图；

图18给出表示本发明另一实施例的示意图；

图19给出表示本发明另一实施例的示意图；

图20给出表示本发明另一实施例的示意图；且

图21给出表示本发明另一实施例的示意图；

以下参照上述附图，描述作为本发明实施例的透镜检测仪。

首先描述光学***2。光源3由四个高亮度发光二极管(LED)3a、3b、3c和3d组成，并被用作透镜检测仪1的光源。如图2所示，四个LED布置在具有以光轴为中心的正方形的四个角上且以相同的距离与相邻的LED分开，这样可以简化以下描述的计算。4指的是一个光转换透镜，它将每个LED发出的光转换(arrange)成平行光线。换言之，光源3设置在光转换透镜4的焦点上。

5指的是产生一狭缝图案的图案产生元件。如图3所示，一正方形的狭缝图案5a形成在图案产生元件5上。该图案产生元件可以在光转换透镜4和准直透镜6之间移动。6指的是准直透镜，有两个作用，一个作用是在待检透镜7上产生光源的像，而另一个作用为与待检透镜7一起将形成狭缝图案5a的像的光束转换为平行光线。

8指的是一可以调整的测量台，使得待检透镜7可以设置在与光源的四个像相同的平面上。9指的是物镜，它将由准直透镜6和待检透镜7转换的平行光线聚焦且形成狭缝图案5a的像。10指的是图像传感器。图像传感器10设置在物镜9的聚焦位置上并检测图案像的位置，这在以后描述。

图4给出表示图像传感器10的示意图。如图4所示，图像传感器10具有4个线性传感器(CCD)10a、10b、10c和10d，这四个传感器以近似“十”字形排列在图像传感器10的图案像形成平面上。该线性传感器10a、10b、10c和10d是用于检测位置的单向传感器。每一个线性传感器检测纵向方向的位置，在该方向上线性传感器横断形成在图像传感器的图案像形成平面上的图案像的轮廓。该要检测的位置表明图案像的轮廓位置。例如，当在暗黑的背景下由亮粗线形成图案像时，在线性传感器和轮廓的亮线部分的交叉部分就有明亮部分和黑暗部分的两个界面。因此，就可以通过检测两个界面的位置并且得到两个位置的中间点经过精确计算而得出图案像的轮廓和线性传感器的交叉部分的位置。

从包括四个LED的3a、3b、3c和3d的光源发出的光通过光转换透镜4，照射该狭缝图案5a，通过准直透镜6进入待检透镜7，且在经过物镜9后到达图像传感器10。这些元件是这样排列的，即，光源的位置和待检透镜的背面的位置是光学共轭的。换句话说，来自光源的四个LED的光线暂时地聚焦在待检透镜7的背面的四个相对应的位置上，并形成像D1、D2、D3和D4(如图5所示)。

狭缝图案5a被保持在近似和图像传感器10的位置共轭的位置。换句话说，在狭缝图案5a和图像传感器10之间保持共轭关系时，可以由脉冲马达5b根据待检透镜的等效球形值(spherical value)Se在伺服控制下沿光轴移动图案产生元件5进行测量。

与上述光学***相结合完成控制、检测和计算的电处理***包括：一在其中将AC(交流)输入转换成DC(直流)输入且供给控制部分30的电源11；一控制主板15，它包括CPU12、ROM13和RAM14；一信号处理电路24，它包括时钟发生电路16、CCD驱动电路17、峰值保持电路18、自动增益电路19、微分电路20、锁存电路21、计算电路22和用于设定地址和形成写脉冲的电路23；一控制部分30，包括一显示驱动电路25、光源(LED)驱动电路26、脉冲马达驱动电路27、数字处理电路28和打印驱动电路29；用于LED显示或监视器显示的显示部分；和露在外面由操作者使用的操作开关部分。控制部分30中的电***将在以后描述。

以下将描述根据待检透镜上的四个光点(X_i，Y_i)，i＝1-4的每一点处的棱镜数(prism amount)计算待检透镜光学性能的方法，其中所述的光学性能包括球面屈光度S、柱面屈光度C、圆柱体轴的方向(AX＝θ)和偏心量(作为待检透镜的棱镜值)。

光点D1到D4中的每一个光点处的棱镜数被分成由球面形成的部分和由柱面形成的部分来处理。如图7所示，根据普伦蒂斯公式[棱镜数＝屈光度(D)×偏心量(mm)/10]，由球面PS_i(PSx_i，PSy_i)形成的棱镜可以表示为：[公式1]  在X方向 ${\mathrm{PSX}}_i=\frac{X_i}{10}S$ 在Y方向 ${\mathrm{PSY}}_i=\frac{Y_i}{10}S$ 上述公式导出以下公式：[公式2] ${\mathrm{PS}}_i=\frac{\sqrt{{X_i}^2+{Y_i}^2}}{10}S$

在上述公式中，i＝1到4且X_i、Y_i分别表示该图案的像的每一点的中心坐标。参见图8所示，由柱面Pc_i(PcX_i，PcY_i)形成的棱镜可以表示为：[公式3] ${\mathrm{Pc}}_i=\frac{(Y_i-X_i\tan \mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{10}C$ 在X方向[公式4] ${\mathrm{Pcx}}_i=\frac{(Y_i\cos \mathrm{\θ}-X_i\sin \mathrm{\θ})}{10}C\sin \mathrm{\θ}$ 在Y方向[公式5] ${\mathrm{Pcy}}_i=\frac{(Y_i\cos \mathrm{\θ}-X_i\sin \mathrm{\θ})}{10}C\cos \mathrm{\θ}$ 合成棱镜在X方向为[公式6] ${\mathrm{PX}}_i=-\frac{X_i}{10}S+\frac{(Y_i\cos \mathrm{\θ}-X_i\sin \mathrm{\θ})\sin \mathrm{\θ}}{10}C$ 合成棱镜在Y方向为[公式7] ${\mathrm{PY}}_i=-\frac{Y_i}{10}S+\frac{(X_i\cos \mathrm{\θ}-Y_i\sin \mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{10}C$

在X方向和Y方向的合成棱镜值与传感器上的位移成比例。当比例常数用k来表示而棱镜数被表示为传感器上的位移时，PX_i＝kX_i且PY_i＝kX_i，其中X_i和X_i表示在传感器上的位移。

在X方向上的合成棱镜为：[公式8] ${\mathrm{kx}}_i=-\frac{X_i}{10}S+\frac{(Y_i\cos \mathrm{\θ}-X_i\sin \mathrm{\θ})\sin \mathrm{\θ}}{10}C---\left(1\right)$

在Y方向上的合成棱镜为：[公式9] ${\mathrm{ky}}_i=-\frac{X_i}{10}S+\frac{(Y_i\cos \mathrm{\θ}-X_i\sin \mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{10}C-----\left(2\right)$

对于每一点(i＝1到4)的公式可以如下得到。从公式(1)：[公式10] ${\mathrm{kx}}_1=-\frac{X_1}{10}S+\frac{(Y_1\cos \mathrm{\θ}-X_1\sin \mathrm{\θ})\sin \mathrm{\θ}}{10}C$ ${\mathrm{kx}}_4=-\frac{X_4}{10}S+\frac{(Y_4\cos \mathrm{\θ}-X_4\sin \mathrm{\θ})\sin \mathrm{\θ}}{10}C$ 从公式(2)[公式11] ${\mathrm{ky}}_i=-\frac{X_1}{10}S+\frac{(Y_1\sin \mathrm{\θ}-X_1\cos \mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{10}C$ ………… ${\mathrm{ky}}_4=-\frac{Y_4}{10}S+\frac{(X_4\sin \mathrm{\θ}-Y_4\cos \mathrm{\θ})\cos s\mathrm{\θ}}{10}C$

可以将上述公式作如下转换：从公式(1)[公式12] $k(x_1-x_3)=\frac{(X_1-X_3)}{10}S$ $+\frac{\{(Y_1-Y_3)\cos \mathrm{\θ}-(X_1-X_3)\sin \mathrm{\θ}\}}{10}C\sin \mathrm{\θ}------\left(3\right)$ $k(x_2-x_4)=\frac{(X_2-X_4)}{10}S$ $+\frac{\{(Y_2-Y_4)\cos \mathrm{\θ}-(X_2-X_4)\sin \mathrm{\θ}\}}{10}C\sin \mathrm{\θ}------\left(4\right)$ 从公式(2)[公式13] $k(y_1-y_3)=\frac{(Y_1-Y_3)}{10}S$ $+\frac{\{(X_1-X_3)\sin \mathrm{\θ}-(Y_1-Y_3)\cos \mathrm{\θ}\}}{10}C\cos \mathrm{\θ}------\left(5\right)$ $k(y_2-y_4)=\frac{(Y_2-Y_4)}{10}S$ $+\frac{\{(X_2-X_4)\sin \mathrm{\θ}-(Y_2-Y_4)\cos \mathrm{\θ}\}}{10}C\cos \mathrm{\θ}------\left(6\right)$

待检透镜上的光源的像的节距如图9所示被确定。当利用在(0，0)处的具有OP(待检透镜的光学中心)的坐标时，可以得到以下的：

          X₁-X₃＝K，Y₁-Y₃＝0，X₂-X₄＝0且Y₂-Y₄＝K.

因此，通过利用以上所示的公式，公式(3)、(4)、(5)和(6)可以简化如下：[公式14] $\left(3\right)----k(x_1-x_3)=\frac{K}{10}S-\frac{\mathrm{KC}{\sin }^2\mathrm{\θ}}{10}-----\left(7\right)$ $\left(4\right)----k(x_2-x_4)=\frac{\mathrm{KC}{\sin }^2\mathrm{\θ}}{20}-----\left(8\right)$ $\left(5\right)----k(y_1-y_3)=\frac{\mathrm{KC}{\sin }^2\mathrm{\θ}}{20}-----\left(9\right)$ $\left(6\right)----k(y_2-y_4)=\frac{K}{10}S-\frac{\mathrm{KC}{\cos }^2\mathrm{\θ}}{10}-----\left(10\right)$

从公式(7)、(8)、(9)和(10)，可以得到公式(11)、(12)和(13)：[公式15] $S+\frac{C}{2}=-\frac{5k}{K}(x_1-x_2+y_2-y_4)=\mathrm{\α}---\left(11\right)$ $C\cos 2\mathrm{\θ}=-\frac{10k}{K}(-x_1+x_3+y_2-y_4)=\mathrm{\β}---\left(12\right)$ $C\sin 2\mathrm{\θ}=-\frac{10k}{K}({-x}_2+x_4-y_1+y_3)=\mathrm{\γ}---\left(13\right)$

从公式(11)、(12)和(13)，可以得到如下球面屈光度S、柱面屈光度C和柱轴线Ax：[公式16] $S=\mathrm{\α}-\frac{\sqrt{{\mathrm{\β}}^2+{\mathrm{\γ}}^2}}{2}$ $C=\sqrt{{\mathrm{\β}}^2+{\mathrm{\γ}}^2}$ (C：正的) $\mathrm{Ax}=\frac{1}{2}{\tan }^{-1}\frac{\stackrel{-}{\mathrm{\γ}}}{\mathrm{\β}}$ (β＞0，γ＞0)

(β＜0)(β＞0，γ≤0)

                Ax＝45°    (β＝0，γ＞0)

                Ax＝135°   (β＝0，γ＞0)

如下可以得出作为待检透镜的透镜布置的偏心量的棱镜值。当用Px、Py分别表示棱镜值的x分量和y分量时，这些分量可被给出：[公式17] $\mathrm{Px}=\frac{k}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{xi}=\frac{k}{4}(x_1+x_2+x_3+x_4)$ $\mathrm{Py}=\frac{k}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{yi}=\frac{k}{4}(y_{1+}{y}_2+y_3+y_4)$ $P=\sqrt{{\mathrm{Px}}^2+{\mathrm{Py}}^2}$ [公式18] $\mathrm{\σ}={\tan }^{-1}\frac{-\mathrm{Py}}{\mathrm{Px}}$ (Px＞0，Py≥0)(Px＜0)(Px＞0，Py＜0)

                  σ＝90°     (Px＝0，Py＞0)

                  σ＝270°    (Px＝0，Py＜0)因此，可以从通过待检透镜的四束光线计算出待检透镜的光学特性。

以下将描述通过利用作为图像传感器10的以具有光轴为中心的十字交叉形式排列的四个线性传感器10a、10b、10c和10d得到图案像的中心坐标(Xi，Yi)的方法。聚焦在待检透镜上的光源的四个像由D1、D2、D3和D4表示。

图6表示具有四方形形状的图案像，该像在一个LED照射时是形成在图像传感器的图案像形成平面上的。在图6中，具有四方形形状的图案像5c形成为暗背景内的粗亮线。图案像的四方形的每一个侧边分别在Q1、Q2、Q3和Q4部分横切相对应的线性传感器10a、10b、10c和10d。该四个线性传感器10a、10b、10c和10d中的每一个分别在交叉部分Q1、Q2、Q3和Q4检测暗的部分和明的部分的两个界面的位置。当光源3a(D1)照射时，如图6所示得到P1到P8的八个位置信息。以相同的方式，当3b(D2)、3c(D3)和3d(D4)中的一个照射时，可以得到对应于照射光源的八个位置的信息。

利用以上得到的八个数据，可以得到方形图案像5c中心的X-和Y-坐标如下：[公式19] $x=\frac{Q_1+Q_2}{2}=\frac{P_1+P_2+P_3+P_4}{2}$ $y=\frac{Q_3+Q_4}{2}=\frac{P_5+P_6+P_7+P_8}{2}$

在上述公式中，x表示用传感器的位数表示的该中心在水平方向的位置，而y表示用传感器的位数表示的该中心在垂直方向的位置。当待检透镜不在光路上时，该中心的位置可以表示为(X0，Y0)；当待检透镜在光路上时，该中心的位置可以表示为(X1，Y1)。然后可以通过用X1-X0作为X轴和Y1-Y0作为Y轴形成新的坐标。该新坐标表示待检透镜性能的测量中本身的棱镜数(偏移量)。

另一方面，公式(11)、(12)和(13)以及上述的原理说明中描述的棱镜数的公式可以表示为：[公式20] $S+\frac{C}{2}=\frac{5k}{K}\{(x_1-x_{01})-(x_3-x_{03})+(y_2-y_{02})-(y_4-y_{04})\}=\mathrm{\α}--{\left(11\right)}^{\′}$ $C\cos 2\mathrm{\θ}=\frac{10k}{K}\{-(x_1-x_{01})+(x_3-x_{03})+(y_2-y_{02})-(y_4-y_{04})\}=\mathrm{\β}-----{\left(12\right)}^{\′}$ $C\sin 2\mathrm{\θ}=\frac{10k}{K}\{-(x_2-x_{02})+(x_4-x_{04})+(y_1-y_{01})-(y_3-y_{03})\}=\mathrm{\γ}------{\left(13\right)}^{\′}$ $\mathrm{Px}=\frac{k}{4}\{(x_1-x_{01})+(x_2-x_{02})+(x_3-x_{03})+(x_4-x_{04})\}$ $\mathrm{Py}=\frac{k}{4}\{(y_1-y_{01})+(y_2-y_{02})+(y_3-y_{03})+(y_4-y_{04})\}$

通过利用上述得到的值α、β和γ从上述的球面屈光度S、柱面屈光度C和柱轴Ax的公式中可以得到球面屈光度S、柱面屈光度C和柱轴Ax的值。因此可以从四个线性传感器和图案像得出待检透镜的光学性能。如上所述，理论上讲，可以通过本发明的结构(四个线性传感器、作为单独的点的四个光源和图案)检测光学性质。另外，在本发明中，图案是在上述的伺服控制下移动。

以下描述图案的移动，移动图案有两个原因。一个原因是涉及精度而第二个原因是涉及传感器的有效长度和棱镜数。关于精度，因为聚焦在待检透镜上的光源的像至少具有一定的区域，所以在待检透镜上的图案像在待检透镜的屈光度增加时由于透镜的折射影响而模糊。换句话说，传感器上信号的波形可能不锋利且信号接收困难。

为了克服上述的缺陷，利用一脉冲电机在伺服控制下移动图案并对球面进行校正。光学上预先设计移动图案以使移动量(距离)和折射光焦度(屈光度)具有指定的规律性。因此，由于图案的移动量可以由脉冲马达的一个脉冲控制，所以这三者之间的关系可以由一特定的公式描述。在实际中，根据在图案处于静止的条件下所检测到的光学特性预先决定图案的一特定移动量，并根据所决定的移动量进行移动。关于通过检测移动后的图案像得到的光学数据，足以由公知的D数(屈光度)来表示校正量。

如上所述，图案的移动被用作减小图案像在传感器上的模糊并精确地得到八个数据中的每一个的手段。至于传感器的有效长度和棱镜数，通常，将透镜检测仪设计成可以在±25D(屈光度)和5个棱镜的范围内进行测量。

在本实施例中，如图10所示，当测量点的节距为4mm时，该测量点的棱镜数为5个棱镜，距PO的偏心量为2mm，且待检透镜是25D(屈光度)的球面透镜。在这种情况下，当不移动图案时，图案像移动的最大距离为10个棱镜，且传感器需要具有足以测量这一距离的长度。[公式21]

                  P_MAX＝5+5＝10(棱镜)

当根据图案移动前检测到的数据将图案移动该球面屈光度的距离时，由四个光源形成的图案像可以汇聚成一个像。合成的像的最大移动距离为5个棱镜，且在这一距离内传感器具有足够的测量长度。换言之，当移动图案时，传感器可以做得短一些且设计可以更紧凑一些。

基于上述的原因而移动图案。当图案移动时，得到球面屈光度S的公式一定程度上可以和上述公式16不同。用在现有情况下的公式如下表示：[公式22] $S=\mathrm{\α}-\frac{\sqrt{{\mathrm{\β}}^2+{\mathrm{\γ}}^2}}{2}+\mathrm{SE}$ 其中SE表示对应于图案移动的球面屈光度：

SE＝(对应于脉冲马达的一个脉冲的球面屈光度)×(向脉冲马达发送的脉冲数)

以下参照图11描述本发明的一个自动透镜检测仪实施例的控制部分30的电***中信号的处理。在信号处理电路24中，一从时钟发生电路16产生的脉冲由计数器进行分频并形成LED驱动信号。经过LED驱动电路(光源)24将该LED驱动信号发送到LED光源3，且四个LED光源3(D1、D2、D3和D4)进行20ms的连续发光。特别是，计算电路22和CCD驱动电路17由时钟脉冲产生电路16中产生的参考脉冲(800KHz)激发。LED光源3的照射和其它电路的起动是同步的，且D1到D4的四个LED光源3的每一个重复该时序动作，即在LED驱动电路26的控制下照射20ms并熄灭60ms。

从四个LED光源3中的每一个发出的光线照射图案并到达图像传感器10中的每一个线性传感器。到达图像传感器10中的每一个线性传感器的光线被按时序方式分成承载四个信号即D1的信号、D2的信号、D3的信号和D4的信号的四组光线。从图像传感器10的线性传感器输出的信号经过CCD驱动电路17和放大器34并到达峰值保持电路18和自动增益电路19。在峰值保持电路18中，由点亮D1产生的虚拟信号(5ms的光信号)被保持并输出到自动增益电路19。当光的量小时，峰值小，且当光量大时，峰值也大。

自动增益电路19的放大程度由输入到自动增益电路19中的虚拟信号控制。当光量小时，放大程度(增益)被调节到较大的值，当光量大时，放大程度(增益)被调节到较小的值。因此，自动增益电路的输出被作为一和光量无关的具有恒定幅度的信号输入到比较器35中。比较器35的输出被输入到微分电路20中，且每当光量的变化超过一预定的值就形成一个脉冲。从微分电路20出来的脉冲输入到用于设定地址和形成写脉冲的电路23中。由该脉冲与计数器的值结合形成一地址。从该脉冲形成的写脉冲被输入RAM14。

被光线照射的线性传感器上的位置由输入到锁存电路21并从锁存电路21输出到RAM14的脉冲进行锁存。通过上述的处理，当D1到D4照射时由光线照射的CCD上的位置被有规律地存储在RAM14中。

一旦需要，CPU12读出RAM14的内容，且由数据9的适当计算可以计算出S、C和Ax，并且可以准备好驱动脉冲马达5b到合适的位置的数据。

当需要时写进RAM14中的数据阵列由CPU12、ROM13和RAM14a读出，且可以由数字处理电路28计算出眼镜片的各种尺寸。计算结果经过驱动电路25显示在CRT显示器上，如果需要，也可以通过打印驱动电路由打印机打印。

按照上述实施例，使用了矩形图案和以十字交叉形式布置的四个线性传感器。图案的位置以图案的垂直部分由沿水平方向设置的传感器检测而图案的水平位置由沿垂直方向设置的传感器检测的方式进行检测。因此，易于进行计算并可以明显地提高位置检测的精度。

例如，如从图12和图13所示的线性传感器和图案的交点的坐标推导出图案中心的公式所示，和利用传统的“N”形图案相比，通过利用上述的方形图案可以进一步简化计算。

如图14所示，为了提高线性传感器和图案交点的位置检测的精度，由上述实施例的方形图案所示的在直角处的交点与具有“N”形图案的传统情况的斜交点相比具有更大的优点。

另外，光学***，如投影图案用的光学***，总是具有一定程度的像差。通常，像差随距光学中心距离的增加而增加。例如，在应该为方形图案的像被畸变成如图15和图16所示的不规则四边形的情况就应当予以关注。当使用如图15所示的具有“N”形状的图案时，在Y坐标上产生大的误差。相反，在利用如图16所示的如上述实施例的方形图案时，误差可以减到很小。

在上述实施例中，在图案产生元件中形成的图案具有方形的形状，且四个线性传感器以十字交叉的形式排列。该图案也可以是如图17所示的矩形。线性传感器也可以以这种方式排列，使排列在垂直线上或排列在水平线上的形成十字交叉形状的两个线性传感器彼此相连以形成一个如图18和图19所示的单一的线性传感器。

如图20所示，图案可以具有平行四边形而不是矩形的形状。平形四边形的四个边没有必要彼此相连。换句话说，彼此相邻的两个边可以彼此分开。两个线性传感器可以设置在形成十字的两条线中的每一条上，它们以一定的角度而不是直角彼此相交。在这种情况下，需要的是图案的每一边和同这一边交叉的线性传感器彼此交叉成一直角。如图21所示，通常没有必要将垂直方向或水平方向的两个传感器设置在同一条线上。

本发明所得到的结果

如上详述，本发明提供一种自动透镜检测仪，该自动透镜检测仪包括一光学***，在该光学***中通过投影由图案产生元件产生的图案而形成一图案的像，并且根据图案像从光学***的光路中不存在待检透镜的位置到光路中存在待检透镜的位置的位移信息来测量待检透镜的光学特性。该图案产生元件构造成使具有四边形形状的图案的图案像形成在图案像形成平面上。线性传感器排列成在作为图案像形成平面的同一平面上交叉具有四边形形状的图案的四个边。通过线性传感器和具有四边形形状的图案像交点的位置的信息而得到图案像的位移信息。因此该自动透镜检测仪具有简单的结构且提供高的精度。

参考标号1：透镜检测仪；3：LED；4：光转换透镜；5：图案产生元件；5a：狭缝图案；5b：脉冲马达5c：图案的像；6：准直仪；7：待检透镜；8：测量台；9：物镜；10：图像传感器；30：控制部分；和31：显示部分

Claims (5)

1.一种自动透镜检测仪，包括一光学***，在该光学***中，通过投影由图案产生元件产生的图案而形成图案的像，且根据该图案的像从光学***的光路中没有待检透镜处到光路中具有待检透镜处位移的信息，测量待检透镜的光学性能，所述自动透镜检测仪包括：

多个光源，设置在垂直于光轴的平面上的与光学***的光轴等距离隔开的位置处；

一光转换透镜，以其光轴与光学***光轴相同的方式布置并将来自上述光源的光线转换成平行光线；

一测量台，在其上将待检透镜设置在来自光转换透镜的光路中；

一准直透镜，经该准直透镜使来自光转换透镜的光线通过且在所述测量台上设置的待检透镜上形成所述多个光源的像；

一图案产生元件，设置在所述光转换透镜和所述准直透镜之间；

一用于接收光线的物镜，其在指定的图案像形成平面上形成由图案产生元件产生的图案的图案像；

一些线性传感器，设置在所述图案像形成平面上；

其中：

来自图案产生元件中所产生的图案的图案像，被作为正方形形成在所述图案像形成平面上；

所述线性传感器被设置成使图案像的正方形的四条侧边与图案像形成平面相交在同一平面上；而且

图案像的位移信息由线性传感器和图案像的正方形的四条侧边相交的位置信息得到。

2.根据权利要求1的自动透镜检测仪，其特征在于：所述多个光源包括设置在方形的顶点的四个光发射元件。

3.根据权利要求1和2中任一权利要求的自动透镜检测仪，其特征在于：所述线性传感器在所述图案像形成平面上，以其中心在光轴上的十字交叉的形式排列。

4.根据权利要求1、2和3中任一权利要求所述的自动透镜检测仪，其特征在于：所述图案产生元件是为了产生一具有方形或矩形的图案而形成的。

5.根据权利要求1、2、3和4中任一权利要求所述的自动透镜检测仪，其特征在于：设置在光转换透镜和准直透镜之间的所述图案产生元件是为了沿光轴方向移动而形成的。

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