一种眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置及方法与流程

本发明涉及个体防护装备产品的检测技术领域，具体地涉及一种眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置及测量方法。

背景技术：

眼护具(eye-protector)是指能够保护人的眼睛和面部免受伤害的防护用品，属于个体防护装备(personalprotectiveequipment)中的一种。眼护具通常由镜片、镜架或头带等部件构成，而镜片则是视觉上透光部分的统称(一般由丝网、玻璃或塑料材料制成)。在从事工业制造、实验研究、体育运动等活动的过程中，往往存在一些会导致眼面部损伤或视力受限的危险因素，例如：

(1)机械危害，如物体击打、细小颗粒物的飞入、树枝或纤维材料的擦伤、炽热固体擦碰等，约占总的眼面部危险因素的70％。

(2)辐射危害，如激光、紫外线、红外线、可见光、焊接弧光等，约占总的眼面部危险因素的18％。

(3)化学危害等，如精细粉尘、气溶胶、液滴、烟气、蒸汽等，约占总的眼面部危险因素的12％。

因此，需要对眼部进行必要的保护。目前市场上的眼护具种类繁多，如眼镜、眼罩、面屏、焊接面罩等等，对应于不同的应用环境下的眼护具也具有不同功能。为了保证眼护具的安全使用，眼护具所用的镜片具有与普通的眼镜片不一样的特定测试项目和技术要求，其中包括眼护具镜片的棱镜度(prismaticpower)和棱镜度互差(prismimbalance)。

图1a是棱镜度的测量原理示意图。参考图1a所示，在眼睛110和物体o之间置有一棱镜120。该棱镜120可以是三棱镜或眼镜。棱镜120下方较宽的平面是该棱镜120的基底120a，上方的尖端是棱镜尖端120b。从物体o发出的光束穿过棱镜120进入眼睛110时发生了折射，使光线向基底120a的方向偏折，从而在偏离物体o的位置形成了物像o'，这种现象被称为棱镜效应。关于棱镜度的定义如下：眼睛110通过棱镜120观察前方1米处的物体o时，物像o'向棱镜尖端120b方向移动1cm，称为一个棱镜度，以1△表示，也可表示为1cm/m。

通常以棱镜基底的方向来标记棱镜的方向。图1b是棱镜基底方向的示意图。其中，r表示右眼镜片，l表示左眼镜片。如图1b所示，对于一个镜片来说，具有四个正方位的基底方向，分别是：基底朝上(bu)、基底朝下(bd)、基底朝内(bi)、基底朝外(bo)。通常镜片为圆形，棱镜基底的方向遍布360度方向。可以按照棱镜基底的方向将棱镜度分解为水平方向和垂直方向的棱镜度分量。将眼护具的左右眼镜片在水平方向的棱镜度分量的代数差称为水平方向的棱镜度互差，将眼护具的左右眼镜片在垂直方向的棱镜度分量的代数差称为垂直方向的棱镜度互差。

图2是眼护具的左右眼镜片棱镜度互差的示意图。参考图2所示，右眼reye通过右棱镜rp看到的太阳s0的物像为s1，左眼leye通过左棱镜lp看到的太阳s0的物像为s2，s1和s2之间具有一定的距离。左右眼镜的棱镜度互差越大，左右眼看到的物像之间的距离就越远，通过这样的眼镜看远时会头晕目眩，行走或转头时周边视野会出现“泳动现象”。

当眼护具的棱镜度和棱镜度互差较大时，会造成佩戴者视物就头晕、脑胀、眼痛、视力模糊等，严重的可能导致佩戴者的误操作，从而引发安全生产事故。

表一是对眼护具棱镜度和棱镜度互差的技术性能要求。若眼护具的棱镜度和棱镜度互差大于表一中的要求，则该眼护具不合格，不能销售和投入使用。

表一：

目前可以使用焦度计(focimeter)来测量镜片棱镜度和棱镜基底的朝向。然而焦度计在测量棱镜度时，仅测量镜片本身，未考虑镜片装配到镜架上之后，在佩戴状态下如何测量，从而导致测量结果的重复性较差。此外，焦度计也无法测量眼护具的棱镜度互差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有精度高、重复性好的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置和方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置，其特征在于，包括：沿水平方向共轴依次排列的光源、第一会聚透镜、头模、光阑、第二会聚透镜和成像装置，其中：所述光源用于提供光束，所述光束穿过所述第一会聚透镜后成为一束平行光；所述头模具有从后脑贯穿到两眼的第一通道和第二通道，所述一束平行光穿过第一通道和第二通道且经过所述眼护具折射后分为两束折射光；所述光阑具有分别与所述第一通道和第二通道对应的第一通光孔和第二通光孔，所述两束折射光分别经过所述第一通光孔和第二通光孔，再经过所述第二会聚透镜后，在所述成像装置上分别形成第一会聚点和第二会聚点。

在本发明的一实施例中，所述光源包括发光装置和光束调整装置，所述发光装置提供的光束穿过所述光束调整装置之后成为发散的稳定光束。

在本发明的一实施例中，所述发光装置是激光器，所述光束调整装置是平凸透镜。

在本发明的一实施例中，所述发光装置是白炽灯或钨丝灯，所述光束调整装置包括滤光片和针孔。

在本发明的一实施例中，还包括导轨，所述光源、第一会聚透镜、头模、光阑、第二会聚透镜和成像装置安装在所述导轨上并可以沿着所述导轨移动。

在本发明的一实施例中，所述头模还具有位于所述第一通道和第二通道之间的第一校准孔。

在本发明的一实施例中，所述光阑还具有位于所述光阑中心的第二校准孔。

在本发明的一实施例中，所述头模的尺寸符合中国成年男性头部数据的统计结果。

本发明为解决上述技术问题还提出一种眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量方法，使用如上所述的测量装置进行测量，其特征在于，包括：在所述头模上未佩戴所述眼护具之前，调整所述测量装置，使所述光源提供的光束经过所述第一会聚透镜、头模、光阑和第二会聚透镜之后，在所述成像装置的中心点处形成一个清晰的光点；保持所述测量装置的光路不变，在所述头模上佩戴所述眼护具；阻隔所述头模的第二通道，测量形成在所述成像装置上的所述第一会聚点的位置以及所述第一会聚点距离所述中心点的第一距离；阻隔所述头模的第一通道，测量形成在所述成像装置上的所述第二会聚点的位置以及所述第二会聚点距离所述中心点的第二距离；取所述第一距离和第二距离中的较大者作为所述眼护具的棱镜度；计算所述第一会聚点和所述第二会聚点在水平方向上的距离，作为所述眼护具的水平方向棱镜度互差；计算所述第一会聚点和所述第二会聚点在垂直方向上的距离，作为所述眼护具的垂直方向棱镜度互差。

在本发明的一实施例中，还包括：根据所述两束折射光经过第二会聚透镜后的交点与成像装置的位置关系判断所述眼护具的棱镜度基底的方向。

根据本发明的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置和方法，使用专用的头模用于佩戴待测量的眼护具，可以同时获得眼护具棱镜度和棱镜度互差，测量结果的精度高、重复性好。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1a是棱镜度的测量原理示意图；

图1b是棱镜基底方向的示意图；

图2是眼护具的左右眼镜片棱镜度互差的示意图；

图3是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置的结构示意图；

图4a-4c是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差测量装置中头模的结构示意图；

图5是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差测量装置中光阑的结构示意图；

图6是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量方法的示例性流程图；

图7是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置中的成像装置的示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图3是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置的结构示意图。参考图3所示，该实施例的测量装置300包括沿水平方向x共轴依次排列的光源310、第一会聚透镜320、头模330、光阑340、第二会聚透镜350和成像装置360。如图3所示，虚线cc'表示一条轴线，该测量装置300中各个装置都以该轴线为左右对称。

在图3所示的测量装置300中，光源310设置在测量装置300的一端，该光源310用于提供光束，该光束穿过第一会聚透镜320之后成为一束平行光。在图3中，光源310位于测量装置300的左端，测量装置300中的其他部件沿水平方向x从左至右依次排列。可以理解，图3并不用于限制光源310的位置。在其他的实施例中，光源310也可以位于测量装置300的右端，相应地，该测量装置中的各个部件可以沿着水平方向x从右至左依次排列。

在一些实施例中，光源310包括发光装置311和光束调整装置312。该发光装置311和光束调整装置312相邻设置，并且光束调整装置312位于发光装置311靠近第一会聚透镜320的一侧。发光装置311所发出的光束在穿过光束调整装置312之后被调整成为发散的稳定光束。

在一些实施例中，发光装置311是激光器，相应的光束调整装置312是凸透镜。在优选地实施例中，光束调整装置312是平凸透镜，并且朝向激光器311的一面为平面，朝向第一会聚透镜320的一面为凸面。由激光器发出的准直激光，经过平凸透镜之后变为发散的稳定光束。

在一些实施例中，发光装置311是白炽灯或钨丝灯，相应的光束调整装置312包括滤光片和针孔。该滤光片是在一定的波长区域具有峰值透射比的干涉滤光片。由白炽灯或钨丝灯发出的光束先经过滤光片，使具有一定波长的光通过该滤光片，而其他波长的光则不能通过。通过滤光片之后的光束再经过针孔，成为发散的稳定光束。

在图3所示的测量装置300中，第一会聚透镜320可以是一凸透镜或平凸透镜，该第一会聚透镜320和光源310之间在水平方向x的距离可以使从光源310发出的光束穿过该第一会聚透镜320之后成为一束平行光。可以理解，该束平行光的在垂直方向y上的宽度和该第一会聚透镜320的直径相关，而该第一会聚透镜320的直径与头模330的尺寸相关，以保证该束平行光可以穿过该头模330继续向前传播。

该头模330是本发明用于测量眼护具的棱镜度和棱镜度互差的专用头模。图3中示出了头模330和眼护具370的俯视图。参考图3所示，该头模330具有从后脑贯穿到两眼的第一通道331和第二通道332。该第一通道331在头模330面部的出口用于表征一只眼睛，该第二通道332在头模330面部的出口用于表征另一只眼睛。在该头模330上佩戴有本发明的测量装置300所要测量的对象，即眼护具370。该眼护具370可以稳定的佩戴在该头模330上，不易晃动和掉落。

穿出第一会聚透镜320的平行光穿过头模330的第一通道331和第二通道332之后，被分为两束平行光。该两束平行光继续穿过眼护具370，并且经过眼护具370之后发生了折射，形成两束折射光。图3所示仅为示意图，穿出眼护具370的镜片位置的光束在实际上可能不是平行的到达光阑340，而是发生了偏折。

光阑340具有分别与第一通道331和第二通道332对应的第一通光孔341和第二通光孔342。经过眼护具370折射后的两束折射光分别经过第一通光孔341和第二通光孔342，再经过第二会聚透镜350后，在成像装置360上分别形成第一会聚点和第二会聚点。例如，可以阻隔或遮挡头模330的第二通道332，光通过第一通道331，经过眼护具370折射后，再经过第一通光孔341和第二通光孔342，再经过第二会聚透镜350，在成像装置360上形成第一会聚点。再阻隔或遮挡头模330的第一通道331，光通过第二通道332，经过眼护具370折射后，再经过第一通光孔341和第二通光孔342，再经过第二会聚透镜350，在成像装置360上形成第二会聚点。可以理解，光阑340起到限束的作用。

在一些实施例中，第二会聚透镜350是凸透镜或平凸透镜。该第二会聚透镜350在垂直方向y上的长度应使其能充分接收到从光阑340的第一通光孔341和第二通光孔342穿出的光束。

成像装置360和第二会聚透镜350之间的距离使穿过光阑340后的折射光束经过第二会聚透镜350之后会聚在成像装置360上。本发明对成像装置360的具体实施方式不做限制，该成像装置360可以是一块空白的像屏，也可以是印有刻度或方格的像屏，还可以是表面分布有光电传感器的像屏。总之，当光束穿过第二会聚透镜350之后会聚在该成像装置360上形成会聚点时，测量人员可以通过测量或者读数等方式直接获得该会聚点的位置信息。

在一些实施例中，本发明的测量装置300还包括导轨，该导轨沿着水平方向x延伸。该测量装置300中的光源310、第一会聚透镜320、头模330、光阑340、第二会聚透镜350和成像装置360都安装在该导轨上，并且可以沿着该导轨移动，当移动到需要的位置时，可以固定在该位置。导轨上可以具有刻度标尺，以便于直接获得各个部件之间的距离。光源310、第一会聚透镜320、头模330、光阑340、第二会聚透镜350和成像装置360沿垂直方向y的距离也可以调整，以使这些部件的中心轴对齐。

图4a-4c是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差测量装置中头模的结构示意图。图4a-4c分别从三个不同的角度示出该头模330的具体结构。其中，图4a是头模330的正视图，参考图4a所示，该头模330正面头骨的左右宽度为152mm，位于两眼部位的第一通道331和第二通道332的孔径相等，都为32mm。图4b是头模330的侧视图，参考图4b所示，该头模330从额头到后脑的前后宽度为185.85mm，该头模330从下巴到头顶的距离为226.8mm。从图4b可见，该头模330的后脑部具有一开口333，该开口333的位置和第一通道331、第二通道332相同，以是光束可以从头模330的后脑处贯穿到两眼。图4c是头模330的后视图，参考图4c所示，该头模330后脑的开口333沿垂直方向y的高度为39mm，大于第一通道331和第二通道332的孔径32mm；该开口333沿水平方向x的宽度为110mm。图4c中还标示了第一通道331和第二通道332孔间距为64mm。

需要说明，上述关于头模330的数据仅为示例，不用于限制本发明所要保护的范围。可以理解，人体头部的形状数据根据不同的种族、性别、年龄等而有所不同。本发明的测量装置中的头模330的尺寸可以根据实际需要来确定。例如，对于销售往欧洲的眼护具，可以根据欧洲人种的头部数据来构造该头模；对用于儿童的眼护具，可以根据不同年龄儿童的头部数据来构造不同大小的头模等。

在一些实施例中，本发明的测量装置中的头模的尺寸符合中国成年男性头部数据的统计结果。本发明对中国成年男性头部数据进行统计和分析，得出了该头模的尺寸，使其可以具有普遍的代表性，从而可以更好的反映眼护具被佩戴好之后的情景，进一步获得更加真实的眼护具的棱镜度和棱镜度互差的测量结果。

图5是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差测量装置中光阑的结构示意图。参考图5所示，该光阑340为圆形。在该光阑340的圆心位置343的两边沿水平方向x相隔相等距离具有两个圆孔，该两个圆孔对应图3中所示的光阑340的第一通光孔341和第二通光孔342。

在本发明的优选实施例中，作为发光装置311的激光器提供的光束波长为600±70nm；作为光束调整装置312的平凸透镜的焦距为15mm；第一会聚透镜320和第二会聚透镜350相同，其标称直径都为100mm，焦距都为1m；光阑340的第一通光孔341和第二通光孔342的孔径为8mm，第一通光孔341和第二通光孔342之间的间距为32mm。

图6是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量方法的示例性流程图。该测量方法使用上述的测量装置300来对眼护具的棱镜度和棱镜度互差进行测量。因此，前文关于测量装置300的说明内容和相关附图都可以用于说明该测量方法。结合图3和图6所示，该实施例的测量方法包括以下步骤：

步骤610，在头模330上未佩戴眼护具370之前，调整测量装置300，使光源310提供的光束经过所述第一会聚透镜320、头模330、光阑340和第二会聚透镜350之后，在成像装置360的中心点处形成一个清晰的光点。

图7是本发明一实施例的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量装置中的成像装置的示意图。参考图7所示，该成像装置360即图3中所示的成像装置360。可以理解，图7所示是用于说明本发明的眼护具棱镜度和棱镜度互差的测量方法，不用于限制成像装置360的大小、形状以及材料等。参考图7所示，在步骤610，在成像装置360的中心点361处形成一个清晰的光点。图7不用于限制该光点的大小。

在一些实施例中，参考图4a和4c所示，在头模330的两眼之间的位置还包括一个第一校准孔334，该第一校准孔334在水平方向x的位置和头模330的第一通道331和第二通道332平齐，位于头模330的鼻梁处。参图4a所示，该第一校准孔334的孔径为10mm。参考图5所示，在光阑340的圆心位置343也包括一第二校准孔344。在一些实施例中，该第二校准孔344的孔径和光阑340的第一通光孔341和第二通光孔342的孔径相同，都是8mm。第一通光孔341和第二通光孔342距离第二校准孔344的距离相等。

头模330上的第一校准孔334和光阑340上的第二校准孔344一起用于在步骤610对测量装置300进行位置上的校准，由光源310提供的光束穿过第一校准孔334和第二校准孔344，通过调整测量装置300中的各个部件在水平方向x和垂直方向y的位置，在成像装置360的中心点361处形成一个清晰的光点。

步骤620，保持测量装置300的光路不变，在头模330上佩戴眼护具370。

需要说明，在步骤610和/或步骤620完成之后，需要阻隔第一校准孔334和第二校准孔344中的至少一个，使得在测量眼护具370的棱镜度和棱镜度互差时，只有从头模330上的第一通道331、第二通道332穿出的光到达光阑340。

步骤630，阻隔头模330的第二通道332，测量形成在成像装置360上的第一会聚点362的位置以及第一会聚点362距离中心点361的第一距离d1。

参考图7，第一会聚点362是由通过头模330的第一通道331的光束所形成的。因此，第一会聚点362用于计算眼护具370对应于第一通道331处的镜片的棱镜度和棱镜度互差。

步骤640，阻隔头模330的第一通道331，测量形成在成像装置360上的第二会聚点363的位置以及第二会聚点363距离中心点361的第二距离d2。

参考图7，第二会聚点363是由通过头模330的第二通道332的光束所形成的。因此，第二会聚点363用于计算眼护具370对应于第二通道332处的镜片的棱镜度和棱镜度互差。

需要说明，根据步骤630和640所获得的第一距离d1和第二距离d2都是矢量。

步骤650，取第一距离d1和第二距离d2中的较大者作为眼护具370的棱镜度。

参考图3所示，在本发明的优选实施例中，第二会聚透镜350的焦距为1m，即第二会聚透镜350和成像装置360之间的距离是1m，则根据图1a所示的棱镜度的计算原理，第一距离d1和第二距离d2可以直接作为眼护具370的两个镜片的棱镜度。在其他的实施例中，当第二会聚透镜350和成像装置360之间的距离不是1m时，可以通过数值计算得到眼护具370的两个镜片的棱镜度。

根据表一的要求，对于一幅眼护具的棱镜度的要求为不大于0.12△。因此取第一距离d1和第二距离d2中的较大值作为该眼护具的棱镜度。若该较大值大于0.12△，则表示该眼护具不合格。

在一些实施例中，图7所示的成像装置360为空白像屏，则可以利用测量工具测量第一距离d1和第二距离d2；在另一些实施例中，成像装置360上印有刻度的方格，精度可以取1mm，则可以直接读出第一距离d1和第二距离d2。对第一距离d1和第二距离d2的测量不是本发明所要保护的重点，本领域技术人员可以采用任何方式来获得第一距离d1和第二距离d2。

步骤660，计算第一会聚点362和第二会聚点363在水平方向上的距离，作为眼护具370的水平方向棱镜度互差。

步骤670，计算第一会聚点362和第二会聚点363在垂直方向上的距离，作为眼护具370的垂直方向棱镜度互差。

步骤660中的水平方向棱镜度互差和步骤670中的垂直方向棱镜度互差都可以通过第一距离d1和第二距离d2计算获得。例如，第一距离d1和第二距离d2在水平方向x的分量之和，即为第一会聚点362和第二会聚点363在水平方向x上的距离；第一距离d1和第二距离d2在垂直方向y的分量之和，即为第一会聚点362和第二会聚点363在垂直方向y上的距离。

通过步骤610至670，可以获得眼护具370的棱镜度和棱镜度互差。

在一些实施例中，本发明的测量方法还包括根据通过眼护具后的两束折射光在经过第二会聚透镜350后的交点和成像装置360的位置关系来判断眼护具的棱镜度基底的方向。在这些实施例中，不对头模330的第一通道331或第二通道332进行阻隔。穿过头模330的第一通道331和第二通道332的光束经过第二会聚透镜350之后形成一个交点，如果该交点位于成像装置360之前(即图3中的成像装置360与第二会聚透镜350之间)，则判断该眼护具370的棱镜度基底朝内；如果该交点位于成像装置360之后(即图3中的成像装置360的右侧)，则判断该眼护具370的棱镜度基底朝外。根据该朝向和前面所得到的水平方向棱镜度互差，就可以对照表一来评价该眼护具水平方向棱镜度互差的性能是否合格。

根据本发明的测量方法，可以同时完成对眼护具的棱镜度和棱镜度互差的测量，从而进一步地获得对该眼护具的棱镜度和棱镜度互差两个光学性能的测试；该测试过程和数据读取直观明了；由于眼护具可以稳定地佩戴在头模上，很好地模拟了实际使用时的情况，保证了测量结果的精确度和重复性。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。