專利名稱：鏡片透射比快速測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量鏡片透射比的方法和設(shè)備，特別是一種光機電一體化的快速準(zhǔn)確測量裝置。
背景技術(shù)：
近視或遠(yuǎn)視的視力矯正、眼睛防護等眼鏡產(chǎn)品的鏡片質(zhì)量，關(guān)系到使用者的健康保護，國家和行業(yè)對各種鏡片的光譜透射比都有較高的要求。目前用于測量透射比的方法和設(shè)備可以歸納為二類(一)直接測量，利用特定的光源和濾色片的組合來得到測量波段的光束，通過照射未裝被測樣品與加裝被測樣品的光強比較，快速判斷樣品在這一波段的透射比；(二)分光光度計型，是利用分光光度計原理得到單色光，再通過照射未裝被測樣品與加裝被測樣品的光強比較得到測量波段范圍內(nèi)的光譜透射比。上述第一類方法和設(shè)備由于特定光源條件限制，不能準(zhǔn)確和定量測量鏡片的透射比，只能用于定性測量；第二類鏡片透射比測量方法和傳統(tǒng)設(shè)備只能測平光鏡片；目前雖然已有可測帶有屈光度的鏡片，且其檢測結(jié)果符合鏡片透射比國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但設(shè)備體積大、成本高，且檢測速度慢，很難在鏡片行業(yè)作商業(yè)化的推廣和使用。CN1375690A公開了一種測量光透射率的方法和設(shè)備，它雖然能夠解決測量鏡片的屈光度對測量結(jié)果的影響，但仍采用干涉濾光器在有限波段內(nèi)一區(qū)段一區(qū)段地測量，檢測速度慢，且不能實現(xiàn)特定波長透射比的精確測量，在生產(chǎn)和銷售現(xiàn)場無法廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對目前鏡片透射比測量裝置所存在的問題，設(shè)計一種能迅速準(zhǔn)確測量鏡片透射比的方法和設(shè)備，提供鏡片生產(chǎn)制造、零售現(xiàn)場使用，以控制和穩(wěn)定鏡片質(zhì)量。
鏡片透射比快速測量方法，主要是應(yīng)用固定光柵將光譜分解成彩色光帶，投射到CCD光電耦合器并轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)電信號，由電腦處理得到不同的透射光強度。
鏡片透射比快速測量的方法，它包括以下連續(xù)進行的步驟a標(biāo)準(zhǔn)光源發(fā)出的光源通過光孔與濾光片獲得波長為280～780nm的光束，經(jīng)凸透鏡聚焦到待測鏡片上；b被測光束通過積分球均光作用后，經(jīng)凹面鏡反射變成平行光照射到固定光柵上，經(jīng)衍射后使光譜按一定規(guī)律排成N級；c選擇其中光強度最強、分辨率最高的一個次級的光譜經(jīng)凹面鏡聚光后變成按紅、橙、黃、綠、蘭、青、紫和紫外等排列順序的光帶，投射到線陣CCD的自上而下不同位置上；dCCD上全部象素的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入CPU按設(shè)定程序處理計算接收光譜的強度；e通過加裝待測鏡片與未加裝待測鏡片光譜強度之比得到鏡片透射比。
測量鏡片透射比的裝置，它包括光譜發(fā)射裝置，光譜接收裝置和微機處理控制及顯示裝置，其特征在于由標(biāo)準(zhǔn)光源、光孔、反射鏡、濾光片和聚光透鏡組成光譜發(fā)射裝置；由積分球、反射鏡、固定光柵和線陣CCD傳感器組成光譜接收裝置；由數(shù)據(jù)采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、CPU處理器、輸入按鍵和顯示器組成電腦處理控制裝置；標(biāo)準(zhǔn)光源通過光孔及反射鏡后經(jīng)濾光片由聚光鏡進入樣本座，透射出的光波通過積分球、反射鏡及固定光柵照射至線陣CCD轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入CPU處理器。
本發(fā)明的理論基礎(chǔ)是CCD對各種波長的光都有感應(yīng)，CCD上眾多象素中的每一個象素對接收的光波都能進行分辨，應(yīng)用固定反射光柵的衍射將全波光源的光譜分解成排列的N級光譜，取某一級次的衍射光譜按其波長的長短順序排列的一條彩色光帶投射到CCD的不同位置上，由于CCD能接收和區(qū)分接收到不同波長光的強弱，并按照此不同波長順序及其強弱轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的電信號，此電信號可通過數(shù)字化處理，由計算機處理求得各種不同的光透射比。
由于本發(fā)明所應(yīng)用的線陣CCD光電耦合器像素眾多，其窗口為石英玻璃，每個象素都能單獨接收280-780nm的光波信號強弱，且分辨率很高。所以可取10nm(可見光區(qū))、5nm(紫外光區(qū))的分段間隔進行檢測，滿足國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。本發(fā)明檢測設(shè)備中的微處理器能進行加權(quán)積分和校準(zhǔn)，具有按編制的程序自動快速準(zhǔn)確的運算功能，運算結(jié)果實時顯示于顯示屏上，或通過與PC機聯(lián)機以實現(xiàn)更高精度與更清晰的顯示。
本發(fā)明采用多色儀結(jié)構(gòu)的固定光柵，沒有單色儀結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)動光柵的傳動裝置和不同光譜通過光柵轉(zhuǎn)動逐一檢測的工作過程，故而可實現(xiàn)檢測設(shè)備的微型化和快速檢測。


圖1為本發(fā)明光學(xué)原理圖；圖2為本發(fā)明電氣原理圖；圖3為本發(fā)明的一種實施例示意圖，立式鏡片透射比率。
圖4為臥式鏡片透射比計。
圖5為具有透射比測量功能的焦度計。
上述圖中，1、光源；2、光孔；3、平面反光鏡；4、濾光片1；5、凸透鏡；6、待測鏡片；7、鏡片夾持座；8、積分球；9、固定光柵；10、凹面反射鏡；11、濾光片2；12、線陣CCD傳感器；13、數(shù)據(jù)采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；14、顯示屏；15、微處理器CPU；16、功能按鍵；17、微型打印機；18、外接計算機；19、支座；20、鏡片插入口；21、鏡片插入口開關(guān)；22、功能指示框；23、透射比計盒。
具體實施例方式
以下結(jié)合

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、測量和計算方法。
如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)D65光源1，通過光孔2、反光鏡3與濾光片4，得到測量范圍為280nm-780nm的寬頻光束，經(jīng)凸透鏡5聚光后，通過待測鏡片6進入積分球8，通過積分球8上窄縫發(fā)散，再通過凹面鏡10的反射變成平行光照射到固定反射光柵9上，由于光柵的衍射作用，使寬頻譜的光束反射成按一定規(guī)律排列的N級光譜，對其中光強度最強、分辨率最高的一個級次的衍射光譜經(jīng)凹面鏡10聚光后變成按紅、橙、黃、綠、蘭、青、紫、紫外等順序排列的光帶，再經(jīng)過濾色片11以消除光帶的二次干擾，投射到線陣CCD傳感器12的自上而下不同位置。
如圖2所示，線陣CCD傳感器上全部像素收到的光信號變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過信號放大與AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由DSP處理并顯示測量結(jié)果；如圖3、4、5為鏡片光譜透射比測量設(shè)備的三種不同形式。
圖3和圖4為鏡片透射比計，光譜發(fā)射裝置由標(biāo)準(zhǔn)D65氙閃光燈1、光孔2、反光鏡3、濾光片4和凸透鏡5組成。由D65發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)光源，通過光孔2至平面反光鏡3，再通過光孔2和濾色片4，再經(jīng)過凸透鏡5后到達(dá)待測鏡片6。鏡片夾持座7將待測鏡片6夾持在光路上。光譜接收裝置由積分球8、凹面反射鏡10、固定光柵9、濾光片11與線陣CCD傳感器12組成，透過待測鏡片的波長為280nm-780nm的寬頻光束進入積分球8均光后從積分球上窄縫發(fā)散，再通過凹面反射鏡10的反射成平行平光照射到固定光柵9上，經(jīng)光柵衍射的寬頻光波按一定規(guī)律排列為N光譜，其中一級光譜經(jīng)濾色片光11后投射CCD傳感器12上。電路部分由數(shù)據(jù)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CPU處理器和輸入輸出組成。配液晶顯示器，除顯示輸出外，還可配微型打印機17和串行輸出與PC機連網(wǎng)監(jiān)示用。上述光譜發(fā)射裝置、接收裝置設(shè)于封閉的機座19內(nèi)。
圖3為立式鏡片透射比計，圖4為臥式鏡片透射比計，都可用于測量光透射比τV，太陽紫外A的加權(quán)平均透射比τSUVA和太陽紫外B的加權(quán)平均透射比τSUVB，待測鏡片6由鏡片插入口20插入并由樣本座7夾緊對準(zhǔn)，通過按鍵16輸入光譜范圍等參數(shù)，即可測量不同的光譜透射比等或輸出測量結(jié)果等。
加裝待測鏡片與未加裝待測鏡片的光譜強度之比，計算得到光譜透射比τv，太陽紫外A波段透射比τSUVA和太陽紫外B波段透射比τSUVB及鏡片色度坐標(biāo)等檢測結(jié)果。
1、光譜透射比按以下公式計算光透射比τv=∫380nm780nmτ(λ)·V(λ)·SD65λ(λ)·dλ∫380nm780nmV(λ)·SD65λ(λ)·dλ×100%····(1)]]>2、紫外波A(315nm-380nm光譜區(qū))平均透射比按下式計算τUVA=1(380-315)nm·∫315nm380nmτ(λ)·dλ×100%···(2)]]>3、太陽紫外A(315nm-380nm)波段透射比τ(λ)與ESλ(λ)和S(λ)的加權(quán)平均透射比按下式計算
τSUVA=∫315nm380nmτ(λ)·ESλ(λ)·S(λ)·dλ∫315nm380nmESλ(λ)·S(λ)·dλ×100%····(3)]]>4、太陽紫外B(280nm-315nm)波段的光譜透射比τ(λ)與ESλ(λ)和S(λ)的加權(quán)平均透射比按下式計算τSUVB=∫280nm315nmτ(λ)·ESλ(λ)·V(λ)·S(λ)·dλ∫280nm315nmESλ(λ)·S(λ)·dλ×100%····(4)]]>τ(λ)-鏡片的光譜透射比V(λ)-日光下平均人眼光譜光視效率函數(shù)(ISO/CIE10527中定義)SD65λ(λ)-標(biāo)準(zhǔn)光源D65的光譜分布函數(shù)(ISO/CIE10526中定義)ESλ(λ)-太陽輻射的光譜分布函數(shù)S(λ)紫外輻射的相對光譜效率函數(shù)5.鏡片色度坐標(biāo)的測定要計算顏色的色度坐標(biāo)，必須先求得顏色的三刺激值X，Y，Z。國際照明委員會(CIE)色度系統(tǒng)的三刺激值計算公式為 式中，積分的范圍在可見光波段內(nèi)，即380～780nm。實際計算中用求和來近似積分，式(1)可轉(zhuǎn)換為下式
其中，S(λ)為照明光源的相對光譜功率分布；τ(λ)為鏡片的光譜透射比；x(λ)，y(λ)，z(λ)是CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的光譜三刺激值，k叫做歸化系數(shù)或調(diào)整因子，它的作用是將所選標(biāo)準(zhǔn)照明體的Y值調(diào)整到100，它的值可以由式(3)求得。
k=100ΣλS(λ)y‾(λ)Δλ--(3)]]>由式(2)計算出顏色的三刺激值后，由式(4)計算出色度坐標(biāo)為x=XX+Y+Z,y=YX+Y+Z,]]>z=ZX+Y+Z,---(4)]]>CIE推薦的色度計算方法有等間隔波長法和選定波長法兩種，在本研究中采用等間隔波長法。
鏡片透射比計設(shè)備除了可單獨使用外，配以顯示屏(14)、功能顯示框(22)、功能按鍵(16)和機座(19)組成鏡片焦度計，圖5所示，其靈活的串行通信端口還可以與PC機配合使用，完成對鏡片各種性能的綜合檢測。
權(quán)利要求
1.鏡片透射比快速測量方法，其特征是應(yīng)用固定光柵將光譜分解成彩色光帶，投射到CCD光電耦合器并轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)電信號，由電腦處理得到不同的透射光強度。
2.如權(quán)利要求1所述鏡片透射比快速測量的方法，其特征是包括以下連續(xù)進行的步驟a標(biāo)準(zhǔn)光源發(fā)出的光波通過光孔(2)與濾光片(4)獲得波長為280～780nm的光束，經(jīng)凸透鏡(5)聚焦到待測鏡片(6)上；b被測光束通過積分球(8)均光作用后，經(jīng)凹面鏡(10)反射變成平行光照射到固定光柵(9)上，經(jīng)衍射后使光譜按一定規(guī)律排成N級；c選擇其中光強度最強、分辨率最高的一個次級的光譜經(jīng)凹面鏡聚光后變成按紅、橙、黃、綠、蘭、青、紫和紫外等排列順序的光帶，投射到線陣CCD的自上而下不同位置上；d由CCD將其上全部象素的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入CPU按設(shè)定程序處理計算接收光譜的強度；e通過加裝待測鏡片與未加裝待測鏡片光譜強度之比得到鏡片透射比。
3.測量鏡片透射比的裝置，它包括光譜發(fā)射裝置，光譜接收裝置和微機處理控制及顯示裝置，其特征在于由標(biāo)準(zhǔn)光源(1)、光孔(2)、反射鏡(3)、濾光片(4)和聚光透鏡(5)組成光譜發(fā)射裝置；由積分球(8)、反射鏡(10)、固定光柵(9)和線陣CCD傳感器組成光譜接收裝置；由數(shù)據(jù)采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、CPU處理器、輸入按鍵和顯示器組成電腦處理控制裝置；標(biāo)準(zhǔn)光源通過光孔及反射鏡后經(jīng)濾光片由聚光鏡進入樣本座，透射出的光波通過積分球、反射鏡及固定光柵照射至線陣CCD轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入CPU處理器。
4.如權(quán)利要求3所述的鏡片透射比測量裝置，其特征是光譜發(fā)射機構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)D65氙閃光燈(1)、光孔(2)、反光鏡(3)、濾光片(4)和凸透鏡(5)組成。
5.如權(quán)利要求3所述的鏡片透射比測量裝置，其特征是光譜接收機構(gòu)由積分球(8)、凹面反射鏡(10)、固定光柵(9)、濾光片(11)與CCD線陣傳感器(12)組成。
6.如權(quán)利要求3所述的鏡片透射比測量裝置，其特征是樣本座由待測鏡片(6)和夾持座(7)所組成。
7.如權(quán)利要求3所述的鏡片透射比測量裝置，其特征為立式鏡片透射比測量儀還包括機座(19)、鏡片夾持座(7)，功能按鍵(16)、功能顯示框(22)和顯示屏(17)。
8.如權(quán)利要求3所述的鏡片透射比測量裝置，其特征為臥式鏡片透射比測量儀還包括機座(19)、鏡片夾持座(7)，功能按鍵(16)、功能顯示框(22)和顯示屏(14)。
9.如權(quán)利要求3所述的鏡片透射比測量裝置，其特征是鏡片透射比與焦度計組合還包括顯示屏(14)、功能顯示框(22)、功能按鍵(16)和機座(19)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用固定光柵和CCD光電耦合器的全新的測量光譜透射比的方法及設(shè)備，光譜發(fā)射采用國際標(biāo)準(zhǔn)的D65光源的氙閃光燈，既可以解決光源的發(fā)熱問題，又能使整機的功率下降；光譜的接收是通過積分球、窄縫、凹面鏡、固定光柵與線陣CCD的緊密結(jié)合，能瞬時一次性接收測量波段內(nèi)的全部光譜，快速完成測量功能。此測量設(shè)備的測量方法符合ISO標(biāo)準(zhǔn)，具有高的測量精度和準(zhǔn)確的測量結(jié)果，微型化的結(jié)構(gòu)，靈活的配置(可單獨或與電腦搭載使用)，非常適合鏡片制造企業(yè)、鏡片零售商店和鏡片質(zhì)量檢測機構(gòu)等使用。
文檔編號G01M11/02GK1560585SQ20041001696
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者馬孟鴻, 岑兆豐, 李曉彤, 梅建國 申請人:寧波市二輕工業(yè)研究設(shè)計院