用于检测综合验光仪的光学系统、光学检测装置和方法

用于检测综合验光仪的光学系统、光学检测装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于检测综合验光仪的光学系统、光学检测装置和方法。光学系统包括：分光元件；第一物镜；第一反光元件，第一反光元件设置在分光元件和第一物镜之间；分划板，分划板设置于第一物镜的物方焦点上；调焦元件，第一物镜设置在调焦元件和第一反光元件之间；第二物镜，调焦元件与第二物镜之间的距离可调节；成像元件，成像元件位于分光元件的出射光路中。待检测设备（例如：综合验光仪）放置在第一物镜与第二物镜之间，通过调节调焦元件与第二物镜之间的距离，可以使分划板上基准图案清晰的呈现在成像元件上，根据调节调焦元件与第二物镜之间的距离计算得出待检测设备的性能指标，从而对待检测设备进行量化的判断。
【专利说明】用于检测综合验光仪的光学系统、光学检测装置和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及验光仪检测【技术领域】，更具体地，涉及一种用于检测综合验光仪的光 学系统、光学检测装置和方法。

【背景技术】
[0002] 综合验光仪是一种可实现机械化的更换镜片从而实现屈光检查的功能的综合性 屈光检查的仪器。综合验光仪的主要计量性能指标有；球镜顶焦度，柱镜顶焦度，棱镜度，柱 镜轴位等。
[0003] 综合验光仪在生产、组装、使用的过程中，其性能指标有可能发生变化，该样就会 导致验光不准，从而影响验光师的判断。现有技术中还没有用于检测综合验光仪的性能指 标的光学检测装置，因而无法对综合验光仪的性能指标、验光准确性进行量化判断。
[0004] 相关术语解释：
[0005] 后顶焦度；W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。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。一个镜片含有前、后两个顶焦 度。根据眼科约定，镜片的顶焦度均指后顶焦度。
[0006] 球镜度；具有两个球面的镜片的后顶焦度；或者是散光度镜片的两个主子午面 中，选择作为参考主子午面的顶焦度。一般用符号"S"表示。


【发明内容】

[0007] 本发明旨在提供一种用于检测综合验光仪的光学系统、光学检测装置和方法，W 解决现有技术中无法对待检测设备的性能指标进行量化判断的问题。
[0008] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测综合验光仪 的光学系统，包括：分光元件；第一物镜；第一反光元件，第一反光元件设置在分光元件和 第一物镜之间，且分光兀件和第一物镜均位于第一反光兀件的反射光路中；分划板，分划板 上具有基准图案，分划板位于分光元件的反射光路中，且分划板设置于第一物镜的物方焦 点上；调焦元件，第一物镜设置在调焦元件和第一反光元件之间；第二物镜，第二物镜设置 在调焦元件和第一物镜之间，调焦元件与第二物镜之间的距离可调节；成像元件，成像元件 位于分光元件的出射光路中。
[0009] 进一步地，光学系统还包括第二反光元件，第二反光元件设置在调焦元件与第二 物镜之间，且调焦元件与第二物镜位于第二反光元件的反射光路中。
[0010] 进一步地，第二物镜是聚焦物镜。
[0011] 进一步地，成像元件是电荷禪合元件。
[0012] 进一步地，光学系统还包括光阔，光阔设置在第一物镜和第二物镜之间。
[0013] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于检测综合验光仪的光学检测装置，包 括；基座；光学系统，光学系统是上述的用于检测综合验光仪的光学系统，光学系统设置在 基座上；发光元件，发光元件设置在基座上，且发光元件朝向光学系统的分划板设置；测量 单元，用于检测光学系统的调焦元件的移动距离。
[0014] 进一步地，光学检测装置还包括：平行光管，平行光管垂直设置在基座上，平行光 管具有透光孔，光学系统的分光元件设置在平行光管内，分划板、透光孔和分光元件同轴设 置，光学系统的第一反光元件和第一物镜设置在平行光管的上端，成像元件设置在平行光 管的下端；导向管，导向管的第一端与基座连接，光学系统的第二物镜设置在导向管的第二 端，第一物镜与第二物镜对向且同轴设置，光学系统的调焦元件滑动设置在导向管内。
[0015] 进一步地，光学检测装置还包括导杆，导杆的至少一部分设置在导向管内，且导杆 的第一端与调焦元件连接。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了一种光学检测方法，包括：步骤S10 ;将待检测 设备放置在上述的光学系统中，并位于光学系统的第一物镜与第二物镜之间；步骤S20 ;调 节调焦元件的位置，W改变调焦元件与第二物镜之间的距离，直至分划板上的基准图案清 晰的显示在成像元件上为止；步骤S30 ;根据调焦元件的移动距离计算待检测设备的性能 参数。
[0017] 进一步地，步骤S30中的性能参数为顶焦度，根据下述公式（1)确定待检测设备的 顶焦度为：
[0018] 夺二 plxz …
[0019] 其中，为顶焦度，Z为调焦元件的移动距离，X为待检测设备的参考平面与第二 物镜的物像焦点的距离，f'为第二物镜的像方焦距。
[0020] 本发明中的第一反光元件设置在分光元件和第一物镜之间，且分光元件和第一物 镜均位于第一反光元件的反射光路中，具有基准图案的分划板位于分光元件的反射光路 中，且分划板设置于第一物镜的物方焦点上，第一物镜设置在调焦元件和第一反光元件之 间，第二物镜设置在调焦元件和第一物镜之间，调焦元件与第二物镜之间的距离可调节，成 像元件位于分光元件的出射光路中。待检测设备(例如；综合验光仪）放置在第一物镜与第 二物镜之间，通过调节调焦元件与第二物镜之间的距离，可W使分划板上基准图案清晰的 呈现在成像元件上，根据调节调焦元件与第二物镜之间的距离计算得出待检测设备的性能 指标，从而对待检测设备进行量化的判断。同时，本发明中的光学系统具有结构简单的特 点。

【专利附图】

【附图说明】
[0021] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0022] 图1示意性示出了现有技术中的镜片的后顶焦距示意图；
[0023] 图2示意性示出了本发明中的用于检测综合验光仪的光学系统的原理图；
[0024] 图3示意性示出了本发明中的用于检测综合验光仪的光学检测装置的结构示意 图拟及
[0025] 图4示意性示出了本发明中的基座、第一物镜、第一反光件、第二物镜、第二反光 件和导杆的位置关系示意图。
[0026] 图中附图标记；1〇、分光兀件；20、第一物镜；30、第一反光兀件；40、分划板；50、调 焦元件；60、第二物镜；70、成像元件；80、第二反光元件；90、光阔；100、基座；200、发光元 件；300、测量单元；400、平行光管；410、透光孔；500、导向管；510、限位槽；600、导杆；610、 第一旋钮；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；If、近轴前顶焦距；If'、近轴后顶焦距。

【具体实施方式】
[0027] W下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可W由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。
[0028] 作为本发明的第一个方面，提供了一种用于检测综合验光仪的光学系统。如图2 所示，光学系统包括：分光元件10 ;第一物镜20 ;第一反光元件30,第一反光元件30设置在 分光元件10和第一物镜20之间，且分光元件10和第一物镜20均位于第一反光元件30的 反射光路中；分划板40,分划板40上具有基准图案，分划板40位于分光元件10的反射光 路中，且分划板40设置于第一物镜20的物方焦点上；调焦元件50,第一物镜20设置在调 焦元件50和第一反光元件30之间；第二物镜60,第二物镜60设置在调焦元件50和第一 物镜20之间，调焦元件50与第二物镜60之间的距离可调节；成像元件70,成像元件70位 于分光元件10的出射光路中。
[0029] 当在光路中不放入待检测设备时，分划板40被照明后，光线经过分光元件10、第 一反光元件30进入第一物镜20后成像于无穷远，再经过第二物镜60,成像于可移动的调 焦元件50上，此时，光线被调焦元件50反射，经过第二物镜60、第一物镜20、第一反光元件 30、分光元件10后成像于成像元件70上。
[0030] 采用本发明中的光学系统对待检测设备进行检测(待检测的综合验光仪的被测顶 焦度部位Onfi)时，首先需要将待检测设备(例如；综合验光仪）放置在第一物镜20与第二 物镜60之间(应注意；待检测设备的参考面应与第二物镜60的前焦平面相重合)，通过调节 调焦元件50与第二物镜60之间的距离，使光路准直，从而可W使分划板40上基准图案清 晰的呈现在成像元件70上，根据调节调焦元件50与第二物镜60之间的距离计算得出待检 测设备的性能指标，进而对待检测设备进行量化的判断。同时，本发明中的光学系统具有结 构简单的特点。
[0031] 优选地，光学系统还包括第二反光元件80，第二反光元件80设置在调焦元件50与 第二物镜60之间，且调焦元件50与第二物镜60位于第二反光元件80的反射光路中。由 于设置有第二反光元件80,因而增加了折转光路，减少了光路在某一方向的照射距离，从而 进一步提高了光学系统的结构合理性，进而减少了由该光学系统制造而成的光学检测装置 的体积，使光学检测装置的结构更加紧凑、使用方便。
[0032] 优选地，第二物镜60是聚焦物镜。进一步地，第二物镜60是双高斯镜头。由于增 加了折转光路，因而采用聚焦物镜能使分划板40的基准图案在较短的光路中被反射到成 像元件70上，并显示出来。
[0033] 优选地，成像元件70是电荷禪合元件(也就是CCD)。当然，成像元件70还可W是 目镜。如果采用目镜观察并判断分划板40的基准图案的清晰度，需要工作人员用人眼进行 识别，该样不仅容易造成人眼疲劳，还存在判断误差。而采用电荷禪合元件接收分划板40 的基准图案，是将光转化为电信号并输出给外部设备，而后经过处理使电信号转换为图像 呈现在计算机上上，工作人员通过计算机辅助设备，可w进行精确的判断，因而采用电荷禪 合元件使本发明中的光学系统具有检测精度高的特点。
[0034] 优选地，光学系统还包括光阔90,光阔90设置在第一物镜20和第二物镜60之间。
[00巧]优选地，分光元件10是分光棱镜。
[0036] 优选地，第一物镜20是望远物镜。
[0037] 优选地，第一反光元件30和/或第二反光元件80是反射镜。
[0038] 优选地，调焦元件50是凹面镜。
[0039] 作为本发明的第二个方面，提供了一种用于检测综合验光仪的光学检测装置。如 图3和图4所示，光学检测装置包括：基座100 ;光学系统，光学系统是上述的用于检测综合 验光仪的光学系统，光学系统设置在基座100上；发光元件200,发光元件200设置在基座 100上，且发光元件200朝向光学系统的分划板40设置；测量单元300,用于检测光学系统 的调焦元件50的移动距离。由于设置有基座100,因而工作人员在测试待检测设备时，可W 通过调节基座100, W使光学检测装置水平放置，从而保证检测精度。
[0040] 使用本发明中的光学检测装置对待检测设备进行检测时，首先需要将待检测设备 放置在光学检测装置的第一物镜20与第二物镜60之间，然后使发光元件200发光，此时， 光照射到分划板40上，并通过分划板40进入光学系统的光路中，通过调节光学系统中的调 焦元件50与第二物镜60之间的距离，可W使分划板40的基准图案清晰的显示在光学系统 的成像元件70上，通过测量单元300工作人员可W得知调焦元件50的移动距离，从而为确 定待检测设备的性能指标提供参考。本发明中的光学检测装置具有结构简单、制造成本低、 操作简单、使用方便的特点。
[00川优选地，在图3所示的实施例中，测量单元300是电位器或光栅。进一步地，电位 器是精密电位器，光栅是小型精密光栅。由于测量单元300采用小型精密光栅，因而进一步 缩小的光学检测装置的体积，使光学检测装置具有体积小巧，使用方便的特点。同时，本发 明中的光学检测装置可W精确定焦，具有检测精确度高的特点。
[0042] 优选地，考虑到测量单元300的测量准确性直接影响光学检测装置的测量精度， 因而需要在每次测试前对光学检测装置进行校准。在一个优选的实施例中，校准标准分别 为-25m-i、-20m-i、-15m-i、-10m-i、-5m-i、-2. 5m-i、0m-i、2. 5111-1、51]1-1、1〇1]1-1、151]1-1、2〇1]1-1、251]1-1，通 过设定校准标准对测量单元30进行重新标定，经过校准后的测量单元30为分段线性，从而 提高光学检测装置的测量精度。
[0043] 优选地，光学检测装置还包括：平行光管400,平行光管400垂直设置在基座100 上，平行光管400具有透光孔410,光学系统的分光元件10设置在平行光管400内，分划板 40、透光孔410和分光元件10同轴设置，光学系统的第一反光元件30和第一物镜20设置 在平行光管400的上端，成像元件70设置在平行光管400的下端；导向管500,导向管500 的第一端与基座100连接，光学系统的第二物镜60设置在导向管500的第二端，第一物镜 20与第二物镜60对向且同轴设置，光学系统的调焦元件50滑动设置在导向管500内。由 于设置有平行光管400和导向管500,因而光线沿平行光管400和导向管500传播，从而起 到导向的作用，且减少了光的溢散，提高了光线的利用率。光线从发光元件200发出后，经 过分划板40、从透光孔410进入平行光管400内。
[0044] 优选地，在图3所示的实施例中，光学系统的第二反光元件80设置在导向管500 的第二端。进一步地，第一反光元件30设置在平行光管400内，和/或第二反光元件80柔 性较链活动设置在导向管500内。由于第一反光元件30和/或第二反光元件80活动设置， 因而工作人员可W根据测试情况，调节第一反光元件30和/或第二反光元件80的角度，从 而满足测试要求。本发明中的光学检测装置具有使用可靠性高的特点。
[0045] 本发明中的光学检测装置还包括导杆600,导杆600的至少一部分设置在导向管 500内，且导杆600的第一端与调焦元件50连接(请参考图3)。由于设置有导杆600,因而 方便调整调焦元件50在导向管500内的位置，从而提高了检测效率。优选地，光学检测装 置还包括第一旋钮610,第一旋钮610与导杆600的第二端连接。工作人员通过操动第一旋 钮610,可W对导杆600进行控制。
[0046] 优选地，导向管500的侧壁上具有限位槽510,限位槽510沿导向管500的长度方 向设置。进一步地，导杆600包括位置可调节的第一导杆和第二导杆，第一导杆的第一端与 调焦元件50连接，第一导杆的第二端与第二导杆的第一端螺纹连接，第二导杆的第二端与 第一旋钮610连接，且插销的一端滑动设置在限位槽510内，插销的另一端与第一导杆连 接。由于第一导杆通过插销与导向管500滑动连接，因而第一导杆仅会沿导向管500的长 度方向移动，但不会相对于导向管500转动，工作人员转动第一旋钮610时，第二导杆会随 着第一旋钮610旋转，从而使第一导杆沿导向管500上下移动。优选地，采用电荷禪合元件 接收到的图像，还可W采用DSP实现清晰度的判定算法的设计，从而实现后清晰度判定，进 而实现精密定焦。
[0047] 优选地，光学检测装置还包括显示单元，W显示成像元件70获取的图像。
[0048] 作为本发明的第H个方面，提供了一种光学检测方法。光学检测方法包括：步骤 S10 ;将待检测设备放置在上述的光学系统中，并位于光学系统的第一物镜20与第二物镜 60之间；步骤S20 ;调节调焦元件50的位置，W改变调焦元件50与第二物镜60之间的距 离，直至分划板40上的基准图案清晰的显示在成像元件70上为止；步骤S30 ;根据调焦元 件50的移动距离计算待检测设备的性能参数。
[0049] 优选地，步骤S30中的性能参数为顶焦度，根据下述公式（1)确定待检测设备的顶 焦度为：
[0050] 牵二 plx: …
[0051] 其中，为顶焦度，Z为调焦元件50的移动距离，X为待检测设备的参考平面与第 二物镜60的物像前焦面的距离，r为第二物镜60的像方焦距。当x=0时，公式（1)变形为 公式（2);
[0052] 伞二下 U)
[0053] 在一个具体的实施例中，将综合验光仪调节到球镜顶焦度为2. 5nTi，选用第二物镜 60,其焦距为40mm，此时调节调焦元件50的位置，使分划板40上的基准图案清晰的显示在 成像元件70上，该时测量单元300测得调焦元件50的移动距离为4. 032mm，根据公式（2) 的计算可知，该综合验光仪的实际球镜顶焦度为2. 52nTi。由此可见，该综合验光仪的球镜 顶焦度为2. 5nTi的镜片具有0. 02nTi的偏差。
[0054] 本发明中的光学检测装置除了能够确定待检测设备的顶焦度外，还可W对待检测 设备进行球镜测量和柱镜测量。
[0055] 本发明中的光学检测装置还包括用于测量分划板40旋转角度的旋转编码器，旋 转编码器与计算机连接。电荷禪合元件接收到分划板40的基准图案后，在显示单元上将图 像显示出来，当图像在显示单元上清晰成像时，记录此时图像中也点的坐标（Xi，Yi)，而后根 据公式（3)计算待检测设备的棱镜度为：
[0056]

【权利要求】
1. 一种用于检测综合验光仪的光学系统，其特征在于，包括： 分光兀件（10); 第一物镜（20); 第一反光元件（30)，所述第一反光元件（30)设置在所述分光元件（10)和所述第一物 镜（20)之间，且所述分光元件（10)和所述第一物镜（20)均位于所述第一反光元件（30)的 反射光路中； 分划板（40)，所述分划板（40)上具有基准图案，所述分划板（40)位于所述分光元件 (10)的反射光路中，且所述分划板（40)设置于所述第一物镜（20)的物方焦点上； 调焦元件（50)，所述第一物镜（20)设置在所述调焦元件（50)和所述第一反光元件 (30)之间； 第二物镜（60 )，所述第二物镜（60 )设置在所述调焦元件（50 )和所述第一物镜（20 )之 间，所述调焦元件（50)与所述第二物镜（60)之间的距离可调节； 成像元件（70)，所述成像元件（70)位于所述分光元件（10)的出射光路中。
2. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括第二反光元件 (80 )，所述第二反光元件（80 )设置在所述调焦元件（50 )与所述第二物镜（60 )之间，且所述 调焦元件（50)与所述第二物镜（60)位于所述第二反光元件（80)的反射光路中。
3. 根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第二物镜（60)是聚焦物镜。
4. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述成像元件（70)是电荷禪合元件。
5. 根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括光阔（90)，所述 光阔（90 )设置在所述第一物镜（20 )和所述第二物镜（60 )之间。
6. -种用于检测综合验光仪的光学检测装置，其特征在于，包括： 基座（100); 光学系统，所述光学系统是权利要求1至5中任一项所述的用于检测综合验光仪的光 学系统，所述光学系统设置在所述基座（100)上； 发光元件（200 )，所述发光元件（200 )设置在所述基座（100 )上，且所述发光元件（200 ) 朝向所述光学系统的分划板（40)设置； 测量单元（300)，用于检测所述光学系统的调焦元件（50)的移动距离。
7. 根据权利要求6所述的光学检测装置，其特征在于，所述光学检测装置还包括： 平行光管（400)，所述平行光管（400)垂直设置在所述基座（100)上，所述平行光管 (400)具有透光孔（410)，所述光学系统的分光元件（10)设置在所述平行光管（400)内，所 述分划板（40)、所述透光孔（410)和所述分光元件（10)同轴设置，所述光学系统的第一反 光元件（30)和第一物镜（20)设置在所述平行光管（400)的上端，所述成像元件（70)设置 在所述平行光管（400)的下端； 导向管（500)，所述导向管（500)的第一端与所述基座（100)连接，所述光学系统的第 二物镜（60)设置在所述导向管（500)的第二端，所述第一物镜（20)与所述第二物镜（60) 对向且同轴设置，所述光学系统的调焦元件（50)滑动设置在所述导向管（500)内。
8. 根据权利要求7所述的光学检测装置，其特征在于，所述光学检测装置还包括导杆 (600 )，所述导杆（600)的至少一部分设置在所述导向管（500)内，且所述导杆（600)的第一 端与所述调焦元件（50)连接。
9. 一种光学检测方法，其特征在于，包括： 步骤S10 ;将待检测设备放置在权利要求1至5中任一项所述的光学系统中，并位于所 述光学系统的第一物镜（20)与第二物镜（60)之间； 步骤S20 ;调节调焦元件（50)的位置，W改变所述调焦元件（50)与所述第二物镜（60) 之间的距离，直至分划板（40)上的基准图案清晰的显示在成像元件（70)上为止； 步骤S30 ;根据所述调焦元件（50)的移动距离计算所述待检测设备的性能参数。
10. 根据权利要求9所述的光学检测方法，其特征在于，所述步骤S30中的所述性能参 数为顶焦度，根据下述公式（1)确定所述待检测设备的所述顶焦度为：
1 其中，为所述顶焦度，Z为所述调焦元件（50)的所述移动距离，X为所述待检测设备 的参考平面与所述第二物镜（60)的物像焦点的距离，r为所述第二物镜（60)的像方焦距。
【文档编号】G01M11/02GK104422583SQ201310382045
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】刘文丽, 李飞, 洪宝玉, 张吉焱, 马振亚, 孙劼 申请人:中国计量科学研究院