专利名称：基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于光学相干断层扫描检测多焦点眼镜片的方法及系统，用于对渐进多焦点眼镜片的光学特性參数和面形精度同时检测。
背景技术：
近5年来，随着材料技术和加工设计水平的不断提高和创新，“渐进多焦点眼镜片”这ー全新概念逐渐在眼镜行业提出并成为现实，这种基于个性化思维设计和数字化制造技术加工而成的“渐进多焦点镜片”已经显现了逐步取代传统产品、进而上升为主流产品的快速发展趋势，数字化、智能化的渐进多焦点镜片加工技术被业内称为眼镜行业的一次技术革命。德国、美国等先进国家已经陆续推出渐进多焦点镜片的检测技术和设备，我国眼镜行业为了实现自身的快速转型和升级换代，纷纷购买和引进相关设备。据不完全统计，在短短的一两年间，我国境内的企业已经耗资近I. 6个亿，大量引进国外的渐进多焦点镜片检测设备。有关方面预测，这种基于个性化需求发展的智能化制造技术加工的镜片将在未来几·年占据整个眼镜市场的半壁江山。渐进多焦点镜片技术和加工及检测设备的快速推广和发展，使我国眼镜行业的发展和眼镜镜片的质量安全受到空前的挑战。目前主要有五种方法或原理可以用来測量渐进多焦点镜片，分别是改进型的焦度计(多点接收)、基于哈特曼原理的地图法(Mapping)测量仪、基于莫尔干涉条纹原理的渐进多焦点分析仪、和基于波前技术(WAVE FRONT)的传感仪。目前这些方法存在检测速度慢、检测成本高或缺乏稳健性以及故障多等缺点。此外，依据这些原理，仅可以给出待测成品镜片的光度值和柱镜地形图。从目前渐进多焦点镜片的设计和加工方面，现代的光学计算软件已经可以对镜片表面几乎每一点建立方程，进行大規模运算，找出最合适的镜片表面曲率分布方式。结合高度精密的数控加工技术，可以对镜片表面每一点进行精确的磨削和抛光，加工出针对处方(甚至包括个性化配镜參数)完全优化的渐进多焦点。但是与渐进多焦点镜片的设计和加工相比，目前的仪器对渐进多焦点眼镜片的检测还停留在只能提供渐进多焦点眼镜片的光学參数信息，而无法提供渐进多焦点镜片的面形精度信息。检测渐进多焦点眼镜片与设计是否相符，是对渐进多焦点眼镜片进行质量检测的关键环节，只有实现对渐进多焦点眼镜片的面形精度和光学參数的同时检测，才能对不同的渐进多焦点眼镜片的质量给出全面的和合理的评价。

发明内容
本发明公开了ー种基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的方法及系统，可以有效克服现有技术只能用来測量渐进多焦点眼镜片的光学特性參数，而无法提供面形精度信息，且检测速度慢、成本高、缺乏稳健性以及故障多等弊端。采用本发明的技术方案，在实现渐进多焦点眼镜片的光学特性參数测量的同时，还能对渐进多焦点眼镜片的面形误差进行方便、快速和准确的检测，达到对渐进多焦点眼镜片的质量进行全面和合理评价的目的。本发明所采用的技术方案是
一种基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的方法，其特征在干利用光学相干断层扫描的方法，间接得到渐进多焦点眼镜片的三维图像，利用得到的三维图像数据求出曲面各点的曲率半径以及相应位置的镜片厚度信息，再结合镜片材料的折射率数值，计算得到渐进多焦点眼镜片的光学性能參数；另ー方面，根据获得的三维图像，可以对实际渐进多焦点镜片的面形精度进行评价。具体实施步骤如下(I)扫描渐进多焦点眼镜片的三维图像的主要过程为PC机对參考臂振镜和样品臂振镜分别发出不同频率的驱动三角波，数据采集卡在參考臂驱动信号的驱动下，以一定周期进行信号采集；在样品臂上，探测器为光电ニ极管，通过光电ニ极管接收光信号转化 为电信号，然后经过电流放大器放大信号，再通过低噪声前置放大器接入到数据采集卡，然后PC机处理信号；这样在待测渐进多焦点眼镜片的纵深方向得到一条扫描线，每条线由若干个点组成，每条扫描线都包含若干形状相似的包络线，每条包络线代表待测渐进多焦点镜片的ー个平面；经过多次扫描，就可以复原渐进多焦点眼镜片的三维图像；(2)根据得到的渐进多焦点眼镜片的三维图像，由PC机计算出各特征点的曲率半径和所在位置的厚度，根据焦距求解公式求得屈光度參数，进而得到棱镜度、柱镜度所需光学特性參数信息；(3)根据获得的渐进多焦点眼镜片的三维图像，由曲面匹配算法计算渐进多焦点眼镜片的面形精度，评定渐进多焦点的面形误差。所述的渐进多焦点眼镜片三维图像測量系统，采用双光束差分測量，即參考臂信号作为测量基准，样品臂为测量信号，对测得的两组数据进行差分处理。一种基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的检测系统，包括系统光源A、光纤耦合和干涉单元B、參考臂単元C、样品臂単元D、信号探测单元E、PC机以及控制电路；其特征在于(I)光源与光纤准直器通过光连接，准直器经光纤依次与光纤耦合器一 31，光纤耦合器ニ 32光连接，光纤耦合器ニ发出的光分别进入參考臂単元C和样品臂単元D ;在參考臂单元C内，入射激光依次与激光准直器41和傅里叶快速延迟线単元42光连接；(2)在傅里叶快速延迟线単元42内，入射激光依次与闪耀光栅421、透镜423、振镜424光连接，反射光与平面镜422光连接，平面镜422反射的光再次与闪耀光栅421、透镜423、振镜424光连接，反射光与入射激光线路重合，在经过准直镜41后进入光纤耦合器和干涉单元B;(3)在样品臂単元D内，样品臂后设置ー块反射镜，入射激光依次与准直镜71振镜72，物镜73，样品17光连接。(4)在光纤耦合和干涉单元B内，从參考臂单元C和样品臂单元D返回的光通过2*2稱合器分别进入光纤稱合器ニ 32和光纤稱合器一 31,从光纤稱合器出射的光进入信号探测单元E。(5 )在信号探测单元E内，从光纤耦合和干涉单元B出射的光分别与光电探测器一61和光电探测器ニ 62连接，分别进入差分放大电路的输入端组成差分信号输入，从差分放大电路输出的信号经过数据采集卡采集后，输入至PC机16内。
(6)所述的控制电路负责给光源驱动、数据采集卡、同步电路提供信号，而同步电路则连接数据采集単元和振镜驱动提供同步信号。在所述的PC机内，设有数据处理系统和重构系统，依照软件程序将数据采集单元采集的数据还原成ニ维或三维图像并计算各点曲率，结合折射率，计算待测渐进多焦点眼镜片的光学特性參数；同时可经过图像处理，将图像输出，结合曲面匹配算法计算渐进多焦点眼镜片的面形精度，评定渐进多焦点的面形误差。本发明的基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的方法及检测系统，克服了现有检测方法操作烦琐、装置成本高、检验时间太长、检测结果精度低且易死机等缺点和不足，通过OCT方法对渐进多焦点眼镜片实现检测，简化了测试步骤，具有測量所需时间短、測量分辨率和測量精度高、测量结果可靠性高、同时可提供渐进多焦点眼镜片的面形信息，既降低了检测成本。又可实现渐进多焦点眼镜片的精确、在线检測。


图I为本发明基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的方法原理框图； 图2为本发明基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的检测系统结构示意图。图3为傅里叶快速延迟线单元42的内部结构示意图I、光源，2、光纤准直器,31、光纤f禹合器一，32、光纤f禹合器ニ, 41、激光准直器,42、傅里叶快速延迟线单元，421、闪耀光栅，422、平面镜，423、透镜，424、振镜，71、准直镜，72、振镜，73、物镜，17、样品,61、光电探测器一,62、光电探测器ニ, 63、差分放大电路,9、数据米集卡，16、PC机。A、系统光源，B、光纤耦合和干涉单元，C、參考臂単元，D、样品臂単元，E、信号探測单元。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本发明的基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的检测方法，是利用光学相干断层扫描的方法，測量渐进多焦点眼镜片的三维图像，并通过测得的三维图像求得渐进多焦点眼镜片各点的曲率和相应位置的厚度，再结合镜片材料的折射率数值通过焦距计算公式计算，实现渐进多焦点眼镜片光学參数的检测；另ー方面，根据获得的三维图像，可以对实际渐进多焦点镜片的面形精度进行评价。检测方法具体是采用光学相干断层图像的间接测量方法，来实现渐进多焦点眼镜片光学參数的检测，同时根据获得的三维图像，可以对实际渐进多焦点镜片的面形精度进行评价。所述的OCT三维图像的间接测量方法，是基于OCT的原理，首先获得单点光强、通过ー个方向扫描振镜获得同一平面上的光强，然后通过另一方向的扫描振镜获得深度方向的光强从而得到多个断层的数据，通过数据复原得到被测渐进多焦点眼镜片的图像、选取渐进多焦点特征点进行曲面重构、求解曲面厚度并计算特征点的曲率半径，结合渐进多焦点的折射率參数，根据透镜焦距求解公式，求出渐进多焦点眼镜片的屈光度，进而求得棱镜度、柱镜度等渐进多焦点眼镜片的其他光学參数。另ー方面，根据获得的三维图像，可以对实际渐进多焦点镜片的面形精度进行评价。下面以折射率n=l. 6、屈光度为_3. OOD的渐进多焦点眼镜片的检测为例，阐述光学相干断层扫描渐进多焦点眼镜片光学參数的測量方法，详细的检测步骤如下(I)扫描渐进多焦点眼镜片的三维图像，具体过程为PC机对參考臂上的扫描振镜发出一定频率的驱动三角波，对样品臂发出另ー频率的驱动三角波，数据采集卡在參考臂驱动信号的驱动下，也以相同的周期进行采样；在样品臂上，探测器选用光电ニ极管(PIN管)，通过光电ニ极管接受光信号转化为电信号，然后经过电流放大器放大信号，在通过低噪声前置放大器接入到数字采集卡，然后PC机处理信号。利用这种方式，可以在待测渐进多焦点眼镜片的纵深方向得到一条扫描线，每条线由若干个点组成。每条扫描线都包含若干形状相似的包络线，每条包络线代表样品内部的ー个反射面。利用这种方式，就可以复原渐进多焦点眼镜片的三维图像。(2)根据得到的渐进多焦点的三维图像，计算出各特征点的曲率半径和所在位置 的厚度，结合材料的折射率数值，根据焦距求解公式求得屈光度參数，进而得到棱镜度、柱镜度等所需光学特性參数信息。(3)根据获得的渐进多焦点眼镜片的三维图像，可以计算出渐进多焦点眼镜片的面形精度，以此判断实际镜片和原有设计是否一致，用来质检。在上述技术方案中，在进行渐进多焦点眼镜片三维图像测量的过程中，采用双光束差分測量，即參考臂信号作为测量基准，样品臂信号作为测量样品，对测得的两组数据进行差分处理，从而消除或减弱环境因素等对测量精度的影响。本发明为了叙述的准确和方便，在实施例中以渐进多焦点眼镜片为例进行详细描述，但本发明通过的方法，同样适用于其他渐进多焦点光学镜片的检测，因此上述内容均在本发明保护范围之内。如图I和图2所示，本发明的基于OCT技术检测渐进多焦点眼镜片參数的检测系统，包括有系统的宽带光源，光纤耦合和干渉部分，參考臂単元，样品臂単元，信号探测单元，PC机以及控制电路。针对本发明的具体实际结构情况，本发明中光源I发出的光通过准直器2准直后，进入光纤耦合器31中，从光纤耦合器一 31发出的光通过光纤耦合器ニ 32分别进入參考臂单元C和样品臂单元D。在參考臂単元C内，入射的激光先经过激光准直器41准直后进入傅里叶快速延迟线单元42。进入傅里叶快速延迟线単元42后，如图3所示，入射光线被闪耀光栅421漫反射，分成两部分一部分光经透镜423接收后入射到振镜424上，从振镜424反射的光再次经过透镜423透射到达闪耀光栅421上；另一部分光由反射镜422接收，经反射镜422反射后，入射到闪耀光栅421上，然后经过经透镜423接收后入射到振镜424上，从振镜424反射的光再次经过透镜423透射到达闪耀光栅421。这两部分光经过准直镜41准直后进入光纤耦合和干涉单元B。在样品臂単元D内，入射的激光通过准直镜71准直后，入射到振镜72上反射，反射的光经过物镜73入射到样品17上，从样品17反射的光经过物镜73入射到振镜72反射，经过准直镜71入射到光纤耦合和干涉单元B。在光纤耦合和干涉单元B内，从參考臂单元C和样品臂単元D返回的带有样品信息的光分别进入光纤耦合器ニ 32和光纤耦合器一 31，出射的光分别进入信号探测单元E。在信号探测单元E内，从光纤耦合和干涉单元B出射的光分别进入光电探测器一61和光电探测器ニ 62，经光电转换后，分别进入差分放大电路的输入端组成差分信号的输入，从差分放大电路输出的信号经过数据采集卡采集后，输入至PC机16内。上述的结构主件是通过控制电路进行控制，控制电路负责给光源驱动、数据采集卡、同步电路提供信号，而同步电路则连接数据采集単元和振镜驱动提供同步信号。 在上述的PC机16内，设有数据处理和重构系统，将数据采集单元采集的数据还原成ニ维或三维图像并计算各点曲率和厚度，结合折射率，利用焦距计算公式计算待测渐进多焦点眼镜片的光学特性參数。然后经过图像处理输出所测渐进多焦点眼镜片的图像，并进行面形检测。尽管本发明所述的方法和装置已通过详细实施过程进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本申请所述的方法和装置进行拼接或改动，或增减某些部件，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明原理、范围和内容之中。
权利要求
1.一种基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的方法，其特征在于利用光学相干断层扫描的方法，间接得到渐进多焦点眼镜片的三维图像，利用得到的三维图像数据求出曲面各点的曲率半径以及相应位置的厚度信息，再结合材料已知的折射率参数，计算得到渐进多焦点眼镜片的光学特性参数；另一方面，根据获得的三维图像，可以对实际渐进多焦点镜片的面形精度进行评价；具体实施步骤如下 (1)扫描渐进多焦点眼镜片的三维图像的主要过程为PC机对参考臂振镜和样品臂振镜分别发出不同频率的驱动三角波，数据采集卡在参考臂驱动信号的驱动下，以一定周期进行信号采集；在样品臂上，探测器为光电二极管，通过光电二极管接收光信号转化为电信号，然后经过电流放大器放大信号，再通过低噪声前置放大器接入到数据采集卡，然后PC机处理信号；这样在待测渐进多焦点眼镜片的纵深方向得到一条扫描线，每条线由若干个点组成，每条扫描线都包含若干形状相似的包络线，每条包络线代表待测渐进多焦点镜片的一个平面；经过多次扫描，就可以复原渐进多焦点眼镜片的三维图像； (2)根据得到的渐进多焦点的三维图像，由PC机计算求出各特征点的曲率半径和所在位置的厚度，结合材料的折射率参数，根据焦距求解公式求得屈光度参数，进而得到棱镜度、柱镜度所需光学特性参数信息； (3)根据获得的渐进多焦点眼镜片的三维图像，由曲面匹配算法计算渐进多焦点眼镜片的面形精度，评定渐进多焦点的面形误差。
2.根据权利要求I所述的一种基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的方法，其特征在于所述的渐进多焦点眼镜片三维图像测量，采用双光束差分测量，即参考臂信号作为测量基准，样品臂作为测量信号，对测得的两组数据进行差分处理。
3.根据权利要求I所述的一种基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的检测系统，包括系统光源、光纤耦合和干涉单元、参考臂单元、样品臂单元、信号探测单元、PC机以及控制电路；其特征在于 (1)光源与光纤准直器通过光连接，准直器经光纤依次与光纤耦合器一31，光纤耦合器二 32光连接，光纤耦合器二发出的光分别进入参考臂单元C和样品臂单元D ;在参考臂单元C内，入射激光依次与激光准直器41和傅里叶快速延迟线单元42光连接； (2)在傅里叶快速延迟线单元42内，入射激光依次与闪耀光栅421、透镜423、振镜424光连接，反射光与平面镜422光连接，平面镜422反射的光再次与闪耀光栅421、透镜423、振镜424光连接，反射光与入射激光线路重合，在经过准直镜41后进入光纤耦合器和干涉单元B ； (3)在样品臂单元D内，样品臂后设置一块反射镜，入射光依次与准直镜71、振镜72、物镜73、样品17光连接； (4)在光纤耦合和干涉单元B内，从参考臂单元C和样品臂单元D返回的光通过2*2耦合器分别进入光纤耦合器二 32和光纤耦合器一 31，从光纤耦合器出射的光进入信号探测单元E0 (5)在信号探测单元E内，从光纤耦合和干涉单元B出射的光分别与光电探测器一61和光电探测器二 62连接，分别进入差分放大电路的输入端组成差分信号输入，从差分放大电路输出的信号经过数据采集卡采集后，输入至PC机16内。
(6)所述的控制电路负责给光源驱动、数据采集卡、同步电路提供信号，而同步电路则连接数据采集单元 和振镜驱动提供同步信号。
全文摘要
一种基于光学相干断层扫描检测渐进多焦点眼镜片的方法及系统，利用光学相干断层扫描的方法，间接得到渐进多焦点眼镜片的三维图像，利用得到的三维图像数据求出曲面各点的曲率半径以及相应位置的厚度信息，再结合材料已知的折射率参数，计算得到渐进多焦点眼镜片的光学特性参数；另一方面，根据获得的三维图像，可以对实际渐进多焦点镜片的面形精度进行评价；扫描检测系统包括系统光源、光纤耦合和干涉单元、参考臂单元、样品臂单元、信号探测单元、PC机以及控制电路；本发明不仅可以实现渐进多焦点眼镜片光学特性参数的检测，还可以实现渐进多焦点眼镜片整个表面的测量，具有测量分辨率和测量精度高、测量结果可靠性高、成本低等优点。
文档编号G01B11/24GK102661855SQ20121017525
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者常敏, 张学典, 潘丽娜, 王戈 申请人:上海理工大学