镜片检查设备和方法
阅读：1026发布：2020-06-21
专利汇可以提供镜片检查设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于检查眼镜镜片的系统(101)包括平板式计算机(112)、安装于计算机屏幕上方的 照相机 (128)及用于将眼镜镜片保持在照相机和显示屏之间的眼镜架156。照相机(128)可操作地与计算机相连，用于存储和处理由照相机捕获的图像数据。使用时，在照相机下方的屏幕上显示测试图案，通过照相机捕获通过镜片看到的测试图案的图像。将图像数据保存到计算机中，计算机对数据进行处理，根据由镜片引起的测试图案的失真确定镜片的焦度。在显示屏的另一部分显示结果。照相机 支架 (156)可为可滑动地 定位 在显示屏上的底座。，下面是镜片检查设备和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于检查眼镜镜片的系统，其特征在于所述系统包括具有平面显示屏的计算装置、安装在所述显示屏上方的照相机、及眼镜支架，所述照相机的轴垂直于所述显示屏的平面，所述照相机可操作地与所述计算装置相连，用于存储和处理由所述照相机捕获的图像数据，所述眼镜支架用于在使用时保持眼镜使至少一个镜片位于所述照相机和所述显示屏之间。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述计算装置是平板式计算机。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述照相机的轴偏向所述显示屏的一侧。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于所述计算装置配置成使用时在所述照相机下方所述显示屏的第一部分上显示用于检查镜片的测试图案，在所述显示屏的另一部分显示检查结果。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于所述系统包括安装至所述计算装置的框架，所述照相机安装在所述框架上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于所述系统包括部分包围所述计算装置的壳体。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述系统包括基座，所述壳体附接至所述基座，所述照相机安装至所述基座上。
8.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于所述眼镜支架包括可滑动地定位于所述显示屏上的底座及用于将眼镜固定至所述底座的装置。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述计算装置被设置成使用时在所述显示屏上显示图形符号以引导用户准确定位所述底座。
10.一种用于检查眼镜镜片的系统，其特征在于所述系统包括具有平面显示屏的平板式计算机形式的计算装置、安装在所述显示屏上方的照相机、及眼镜支架，所述照相机的轴垂直于所述显示屏的平面，所述照相机可操作地与所述计算机相连，用于存储和处理由所述照相机捕获的图形数据；所述眼镜支架用于在使用时保持眼镜使至少一个镜片位于所述照相机和所述显示屏之间；其中，所述计算机被部分地包围在附接至基座的壳体中，并且所述照相机安装至所述基座。
11.一种用于检查眼镜镜片的系统，其特征在于所述系统包括用于显示测试图案的平面显示件和用于在使用时保持眼镜使至少一个镜片位于所述显示屏上方的眼镜支架，其中，所述眼镜支架包括可滑动地定位于所述显示件上的底座和用于将眼镜固定至所述底座的装置。
12.使用根据权利要求1-10中任一项所述的系统检查眼镜镜片的方法，其特征在于所述方法包括在所述显示屏的第一部分上显示测试图像、将眼镜安装在所述眼镜支架上并将眼镜镜片定位在所述测试图案和所述照相机之间、使用所述照相机捕获透过所述镜片的所述测试图案的图像并将图像数据保存在所述计算装置中、使用所述计算装置处理所述图像数据以确定由所述镜片引起的所述测试图案的失真度并由此确定所述镜片的至少一个参数、在显示屏的另一部分显示所确定的参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述眼镜支架为可滑动地定位于所述显示屏上的底座和用于将眼镜固定至所述底座的装置，其中，所述将眼镜镜片定位在所述测试图案和所述照相机之间的步骤包括将安装有眼镜的所述底座定位在所述显示屏上以相对于所述测试图案和所述照相机准确定位眼镜镜片进行检查。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述方法包括使用所述计算装置来在所述显示屏上显示图形符号以引导用户在所述显示屏上准确定位所述底座。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述计算装置被配置成根据从所述照相机接收的数据显示所述图形符号。
镜片检查设备和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及用于检查镜片的设备和方法，特别是但不限于眼镜中的眼用镜片。
背景技术
[0002] 经常会需要能够确定镜片的光学参数，例如，眼镜中使用的镜片。这可能是制造工艺的一部分，以确保镜片与处方相符，并且可以在镜片组装到眼镜框架上之前或之后进行。有时还需要确定已经使用的眼镜镜片的光学参数，例如在使用人手头上没有镜片处方或检查镜片与其处方相符的情况下作为眼科检查的一部分。本发明在其各个方面对这些操作提供了几种新的方法，大幅降低了对技术人员执行任务的依赖。这在缺乏这类技艺的地域尤为重要。
[0003] 需要一种易于使用和/或提供更全面的关于镜片光学参数的数据的用于检查镜片的系统。
[0004] 尤其需要一种便携式用于检查眼镜镜片的系统。
[0005] 还需要一种基本完全自动化的用于检查镜片的系统。
[0007] 进一步地，需要一种检查镜片的替代方法，其能够缩短处理时间，同时提供足够精确的关于镜片光学参数的数据。
[0008] 尤其需要一种检查镜片的替代方法，其可用于同时在多个位置确定镜片的光学参数。
发明内容
[0009] 根据本发明的第一方面，提供一种用于检查眼镜镜片的系统，所述系统包括具有内置平面显示屏的计算装置、安装在所述显示屏上方的照相机、及眼镜支架，所述照相机的轴垂直于所述显示屏的平面，所述照相机可操作地与所述计算机相连，用于存储和处理由所述照相机捕获的图像数据，所述眼镜支架用于在使用时保持眼镜使至少一个镜片位于所述照相机和所述显示屏之间。
[0010] 所述计算装置可以是平板式计算机。
[0011] 所述计算装置可配置成使用时在所述照相机下方所述显示屏的第一部分上显示用于检查镜片的测试图案，并在所述显示屏的另一部分显示检查结果。所述照相机的轴可偏向所述显示屏的一侧。在这种情况下，所述测试图案可显示在所述照相机下方所述显示屏的一侧，所述结果显示在另一侧。替代地，所述照相机的轴可基本对准于所述显示屏的中心，在这种情况下，所述测试图案可显示在所述照相机下方所述显示屏的中心部分，所述结果显示在所述测试图案的一侧(或两侧)。
[0012] 所述系统可包括安装至所述计算装置的框架，所述照相机安装在所述框架上。
[0013] 所述系统可包括部分包围所述计算装置的壳体。所述系统可包括基座，所述壳体附接至所述基座，所述照相机安装至所述基座上。在一实施例中，所述基座具有照相机支架，其包括向上延伸至所述计算装置的后面的直立部分和自所述直立部分的上端向前在所述计算装置的显示屏上方延伸的水平部分，所述照相机安装至所述显示屏上方所述水平部分的远端。所述壳体可在上壁具有孔，至少大部分所述显示屏通过所述孔暴露出来。
[0014] 在一实施例中，所述眼镜支架包括可滑动地定位于所述显示屏上的底座及用于将眼镜固定至所述底座的装置。所述计算装置可被设置成在使用时于所述显示屏上显示图形符号引导用户准确定位所述底座。
[0015] 替代地，所述眼镜支架可包括安装至所述显示屏上方的所述框架上的眼镜夹。所述眼镜夹可安装至在所述显示屏上方沿第一方向跨所述框架延伸的移动件，所述移动件在两端可移动地安装至所述框架，以在所述显示屏上方沿垂直于所述第一方向的第二方向运动。这使得所述眼镜夹能够在所述显示屏上方平行于所述显示屏的平面运动。
[0016] 所述计算装置可被编程为执行如本文公开的任何方法中所述的图形处理和分析步骤。
[0017] 根据本发明的第二方面，提供一种用于检查眼镜镜片的系统，所述系统包括具有平面显示屏的平板式计算机形式的计算装置、安装在所述显示屏上方的照相机、及眼镜支架，所述照相机的轴垂直于所述显示屏的平面，所述照相机可操作地与所述计算机相连，用于存储和处理由所述照相机捕获的图形数据；所述眼镜支架用于在使用时保持眼镜使至少一个镜片位于所述照相机和所述显示屏之间；其中，所述计算机被部分地包围在附接至基座的壳体中，并且所述照相机安装至所述基座。
[0018] 在所述第二方面的实施例中，所述眼镜支架包括可滑动地定位于所述显示屏上的底座及用于将眼镜固定至所述底座的装置。所述计算装置可被设置成在使用时于所述显示屏上显示图形符号以引导用户准确定位所述底座。
[0019] 根据本发明的第三方面，提供一种用于检查眼镜镜片的系统，所述系统包括用于显示测试图案的平面显示件和用于在使用时保持眼镜使至少一个镜片位于所述显示件上方的眼镜支架，其中，所述眼镜支架包括可滑动地定位于所述显示屏上的底座和用于将眼镜固定至所述底座的装置。
[0020] 所述显示件可以是电子视觉显示单元的屏幕。
[0021] 在根据所述第一至第三方面中任一方面的眼镜支架为可滑动地定位于显示屏/显示件上的底座和用于将眼镜固定至所述底座的装置的系统，所述用于将眼镜固定至所述底座的装置可以是安装至所述底座的眼镜夹。所述底座可限定孔，使用时当所述底座定位在所述显示屏/显示件上时，从上方通过所述孔可以看到所述显示屏/显示件，并且所述眼镜夹可安装至所述底座使得在使用时其能够被移动以选择性地将安装在所述眼镜夹中的眼镜的任一镜片定位于所述孔上方。所述眼镜夹可枢转地安装至所述底座。所述底座可将安装在其上的眼镜的镜片保持在距离所述显示屏/显示件的一定距离处。该距离可以是固定的，或者所述底座可具有至少一个可分离的间隔部分，所述间隔部分可被选择性地移除以改变所述距离。所述距离可大致设在+20D镜片的焦距处。
[0022] 根据本发明的第四方面，提供一种检查眼镜镜片的系统，其包括框架、安装在所述框架上的安装件上的视觉显示单元、在所述视觉显示单元前面安装至所述框架上的眼镜夹、及位于所述框架上的照相机支架中的照相机，所述眼镜夹安装至所述框架并且可在平行于所述视觉显示单元的平面上移动，所述眼镜夹被设置成使眼镜的顶部和底部基本保持在所述平面上；当眼镜安装在所述眼镜夹中时所述照相机通过眼镜镜片垂直指向所述视觉显示单元。
[0023] 优选地，所述视觉显示单元的一部分被设置成按顺序交替显示线、方形或正弦波的第一预设规则图案和圆的第二预设图案。所述视觉显示单元可以是计算装置例如平板式计算机的一部分。
[0024] 在一种设置方式中，所述眼镜夹被校准以能够测量眼镜镜片中心的间距。
[0025] 理想地，所述照相机支架是铰接的，使得在系统不被使用时所述照相机能够被储存在所述框架中。
[0026] 通过使用计算机，可以将识别镜片的特征显示在视觉显示单元上。理想情况下，所述视觉显示单元具有分区式屏幕(split screen)，在其其中一半上显示图案，在另一半上显示镜片的特征。
[0027] 使用平板式计算机，可以将视觉显示器和计算设备合并到一个单元中。
[0028] 根据本发明的第五方面，提供一种使用根据上述本发明第一、第二、或第四方面的系统检查眼镜镜片的方法，该方法包括在所述显示屏的第一部分上显示测试图像、将眼镜安装在所述眼镜支架上并将眼镜镜片定位在所述测试图案和所述照相机之间、使用所述照相机捕获透过所述镜片的所述测试图案的图像并将图像数据保存在所述计算装置中、使用所述计算装置处理所述图像数据以确定由所述镜片引起的所述测试图案的失真度并由此确定所述镜片的至少一个参数、在显示屏的另一部分显示所确定的参数。
[0029] 所述计算装置可以是平板式计算机。
[0030] 在所述眼镜支架是底座的情况下，将眼镜镜片定位在所述测试图案和所述照相机之间的步骤可包括将安装有眼镜的所述底座定位在所述显示屏上以相对于所述测试图案和所述照相机准确定位眼镜镜片进行检查。这可以包括根据需要在所述显示屏上滑动所述底座以准确定位所述镜片。所述方法可包括使用所述计算装置来在所述显示屏上显示图形符号以引导用户在所述显示屏上准确定位所述底座，所述计算装置可被配置成根据从所述照相机接收到的数据显示所述图形符号。
[0031] 在根据本发明的第一、第二或第四方面的系统和根据本发明第五方面的方法中，所述系统可被配置成使用本文公开的任一方法检查眼镜镜片，确定镜片的至少一个光学参数。
[0032] 通过使用本发明所述的系统和/或方法，可以很容易地确定人们所使用的眼镜的性质，以及其是否与患者的处方一致。还可以将所述系统和方法用作眼镜和眼用镜片的制造设备的质量控制。在这两种情况下，所述系统和方法大大减少了在常规工作中使用熟练验光师的需要，允许专家的技能用在确认人们的需求上。
具体实施方式
[0034] 图1为根据本发明一方面的第一实施例中用于检查眼镜镜片的系统的立体图，其中，所示系统处于打开的展开位置上；
[0035] 图2自俯视角度示出了图1中系统的一部分，其中，该系统显示屏上显示出了针对有关镜片计算出的参数；
[0036] 图3与图2类似，但示出了在检查中如何以镜片图的形式显示与镜片类型有关的数据；
[0037] 图4为图1中系统在折叠状态下的立体图；
[0038] 图5为根据本发明一方面的第二实施例中用于检查眼镜镜片的系统的立体图；
[0039] 图6为图5中系统其中一侧的侧视图；
[0040] 图7为用于检查镜片的另一系统的示意图，该系统可用于执行本申请所述的各种检查镜片的方法；
[0041] 图8为用于根据本发明一方面的第一实施例中检查镜片的方法的原始测试图案的示意图；
[0042] 图9与图8类似，但示出了测试图案透过球面透镜如何失真变形；
[0043] 图10与图8类似，但示出了测试图案透过柱面透镜如何失真变形；
[0044] 图11为用于根据本发明一方面的第一实施例中检查镜片的方法的另一原始测试图案的示意重复图；及
[0045] 图12为流程图，示出了根据本发明一方面的第二实施例中检查镜片的方法中测定镜片的焦度的各个步骤。
[0046] 图1-图4示出了第一实施例中的用于检查眼镜2的镜片的系统1，眼镜2具有一对镜片4和5。该系统包括安装至平板式计算机12的方形框架10，该平板式计算机12内置具有显示屏13的直观显示单元(visual display unit)。平板式计算机12可以是具有尺寸合适的平面数字显示屏13的任意计算装置，例如，i-Pad(RTM)。所述框架通过若干个安装件14附接到计算机12上，该些安装件14自框架10向后延伸，与计算机的背面接合，将框架夹到计算机上。眼镜夹16安装在显示屏13上方的框架内部。
[0047] 眼镜夹16具有一对夹爪18、20，这两个夹爪在相对的表面上具有槽22，使用时，眼镜2的顶部和底部置于并保持于其内。夹爪安装在移动件24上，移动件24于显示屏上方自前至后(显示屏为横屏模式，其长边位于前、后位置上)延伸。夹爪18、20可移动地安装在移动件24上，以沿着移动件进行移动。弹簧25(见图2)将夹爪20推向夹爪18，以夹住眼镜的顶部和底部。利用位于可移动夹爪20上的把手(knob)20a可以将两个夹爪分开，可用手抓住把手20a将夹爪18和20拉开。移动件24可滑动地安装在一对轨道26上，这两条轨道在显示屏的前部和后部附接在框架10相对侧的内侧上。可以看出，通过夹爪沿移动件24移动以及移动件沿轨道26移动，眼镜夹16可在平行于视觉显示单元13的表面的平面上进行移动。
[0048] 照相机28安装在相机支架30上，相机支架30将照相机定位于显示屏的一部分的上方，使照相机的X轴垂直于显示屏13。照相机28可以是数字照相机，通过合适的电缆或其他装置可操作地连接至计算机12，使得由照相机捕获的图像数据可以保存在计算机中，用于处理和分析，并允许计算机控制照相机。相机支架具有铰链32，在不使用系统时，铰链32可以将照相机折叠在框架10内(参见图4)。
[0049] 在如图1-图4所示的第一实施例中，框架10围绕显示屏13的左半部分34(参见图2)(横屏模式下)。在此特定示例中，计算机12的宽度为28cm，因此，框架10的内部尺寸为14×14cm。显示屏右半部分36(参见图2)清楚可见，可用于直接观看。
[0050] 为了用于检查眼镜镜片4、5，在照相机下方显示屏的左半部分34显示测试图案。眼镜2安装在眼镜夹16上，调整夹爪18、20的位置以确保眼镜2被牢固但不过紧地抓握在槽18中。通过沿移动件移动夹爪和/或沿轨道26移动移动件24调整眼镜夹16的位置，使其中一个镜片位于测试图案和照相机之间。现在可以通过照相机28透过镜片4看到测试图案，透过镜片所观察到的测试图案的数字图像可由照相机捕获到，并且图像数据可以保存在计算机存储器中用于分析。该图像将被称为“镜片图像”。透过镜片看到并在镜片图像中捕获到的测试图案通过会被镜片扭曲；通过将源自镜片图像数据的测试图案的失真程度和失真性质与原始图像进行比较，可以获得一个或多个镜片光学参数或性质。可用于系统1中进行此种分析的几种方法将在下文中进行介绍。分析结果显示在显示屏13的右半部分36，如图2和图3所示。对一个镜片4的检查一经完成，就可以对另一个镜片5重复此过程。为清楚起见，图2和图3中省略了相机支架和照相机。
[0051] 框架10和照相机28可以安装在显示屏13中间。在这种情况下，测试图案将显示在照相机下方显示屏的中间区域，结果显示在显示屏上框架的一侧或两侧。
[0052] 在图1-图4所示的设置方式中，可以对眼镜夹16进行校准，以测量两个镜片的中心之间的间距。
[0053] 现参照图5和图6对第二实施例中的用于检查眼镜镜片的系统101进行介绍。在接下来的描述中，系统101的与第一实施例中的那些特征相同的特征或实现相同功能的特征将采用相同的附图标记，但要加100。
[0054] 根据第二实施例的系统101中，框架110为壳体150的形式，平板式计算机112被部分地包围在该壳体150内，并且，壳体150安装在基座152上。壳体150在上壁中具有孔154，使得计算机的基本上整个显示屏113都可以暴露出来。壳体150可具有多个组装时可释放地或永久地附接至计算机上的部件。相机支架130设置在基座152上，具有向上延伸至计算机112后部的直立部分130a和自该直立部分的上端于显示屏113上方向前延伸的水平部分130b。照相机128安装在水平部分130b的前端附近，使得照相机的X轴垂直于显示屏113对准。相机支架130偏向计算机的左侧，配置成使得照相机的X轴基本位于显示屏左半部分的中心，照相机位于显示屏上方适当距离处。照相机128通过合适的电缆或其他装置可操作地连接至计算机112，使得照相机捕获的图像数据可以保存在计算机中，用于图像处理和分析，并且允许通过计算机对照相机进行控制。
[0055] 第二实施例中的系统101与第一实施例的主要区别在于，眼镜夹116不是安装在框架上，而是安装在单独的底座156上，底座156直接位于显示屏113上。该底座直接置于屏幕上，并且可在屏幕113上滑动，以相对于照相机和/或测试图案对镜片准确定位。
[0056] 底座156包括具有中心孔158的主体，当该底座位于显示屏上时，通过该中心孔158可从上方看到显示屏113。眼镜夹116安装在底座主体上孔158的一侧，并且可以绕轴转动以选择性地将安装到眼镜夹116上的眼镜的任一镜片定位于孔的上方。
[0057] 在该实施例中，眼镜夹116具有一对臂160a、160b，它们在其中间位置以剪刀状方式可枢转地连接在一起。臂160a、160b安装至枢轴销162，使得这两个臂可相对于彼此枢转，并且使得这两个臂可以一起绕枢轴销枢转，以选择性地将眼镜的一个或另一个镜片定位于孔158上方。每个臂160a、160b均呈大致S形，并且在每个端部具有支座(abutment)164。每个支座164均自臂向上延伸，且大体呈圆柱形，具有围绕其侧面的凹槽118，用于接合眼镜。臂160a、160b配置成使得每个臂上的其中一个支座118接合眼镜的顶部边缘，而另一个支座接合底部边缘。臂160a、160b由扭转弹簧偏置，将眼镜夹任一端上相对的支座拉至一起。眼镜夹一侧的每个臂160a、160b上都设置有突起166，可用于在安装眼镜时移动两个臂从而分开支座。一旦眼镜安装就位，就轻轻释放突起166，偏置力会将眼镜的顶部边缘和底部边缘牢牢地夹持在支座之间。支座164可以与眼镜框和/或镜片的边缘接合，这取决于眼镜的风格。
[0058] 底座156和眼镜夹116将眼镜的顶部边缘和底部边缘基本保持在平行于显示屏113的平面上，使被检镜片与显示屏间隔一定距离，该距离通常小于镜片的焦距。图中所示的底座156将待测镜片保持在距离显示屏的固定距离处，在该实施例中，该固定距离被设为+20D镜片的焦距，约50mm。发明人发现，该距离可以使-20D至+15D范围内的镜片获得准确的结果。该范围涵盖了普通大众使用的大部分镜片，这些镜片倾向于落在-5D至+5D的范围内。然而，应当理解的是，所述底座可以配置成在镜片和屏幕之间提供不同的间距以应对正常范围之外的镜片，并且，所述系统可以设置有两个或更多个成套的底座，每个底座在镜片和屏幕之间提供不同的间距。在另一替代实施例中，底座156可设置有一个或多个可移除的间隔部分，其可选择性地用于改变底座的高度，从而改变镜片和显示屏之间的距离。例如，为了将范围扩展到+15D以上，镜片和屏幕之间的距离就必须得在上述讨论的距离的基础上减小。这可以通过移除间隔部分降低屏幕上方底座的高度来实现。
[0059] 根据第二实施例的系统101以与第一实施例类似的方式用于检查眼镜镜片。将眼镜安装在底座156上的眼镜夹116中，枢转眼镜夹将其中一个待检镜片定位在孔158上方。将底座156置于显示屏上，从而使被检镜片位于照相机下方。系统101被配置成在屏幕113上显示信息以引导用户正确定位底座和镜片。该信息可以包括显示在屏幕113上的图形符号，用于向用户显示将底座156定位于何处，例如，该图形符号可由计算机响应于来自照相机128的数据而产生。底座可在屏幕上方滑动以对镜片进行准确定位，并且在需要时于检查过程中移动镜片的位置。镜片定位好后，在显示屏113上照相机和镜片下方显示测试图案，并且使用照相机捕获通过镜片看到的测试图案的图像——镜片图像。由计算机分析镜片图像数据中的(通常扭曲变形的)测试图案，确定由镜片导致的测试图案扭曲变形的程度和性质，并由此能够获得一个或多个镜片光学参数。将分析结果显示在未被底座遮挡的屏幕右半部分。
[0060] 照相机128可以安装在显示屏113的中心位置处。在这种情况下，测试图案将显示在照相机下方显示屏的中间区域中，分析结果则显示在显示屏的一侧或两侧。
[0061] 根据第一和第二实施例中的任一系统1、101都是紧凑型的、高度便携式的且是整装的。利用平板式计算机来生成测试图案、显示分析结果、并进行图像处理和分析，消除了具有多个显示单元和独立计算单元的需要。对平板式计算机的利用还节省了费用，因为其消除了设计和制造专有计算和显示硬件的需要。
[0062] 如上所述的系统1、101可适于使用若干个不同的测试图案和分析方法来对镜片进行检查，下面将针对利用如上所述的第二实施例中的系统101对眼镜镜片的检查对其若干个实施例进行介绍。然而，所述方法也可以用于第一实施例中的系统1。实际上，这些方法的基本原理可适用于任意其他适合的镜片检查系统。例如，图7示出了另一镜片分析系统201，可用于执行下述方法。对于相同的特征或实现相同功能的特征将采用与前面系统101相同的附图标记，但加100。
[0063] 系统201包括照相机228，其垂直朝向显示器213，测试图案显示在该显示器上，如下所述。照相机228和显示器213之间具有镜片框架267a。照相机与计算机212相连，计算机212与用于用户的屏幕268相连，并且可选地与显示器213相连，以实现对测试图案的动态调整。待检镜片203插入镜片框架267a，使得镜片正交于照相机228，并且镜片的中点大致位于照相机镜头的中点和显示器的中点之间的连线上。使用照相机捕获通过镜片看到的失真的测试图案的图像(镜片图像)，对镜片图像中的失真测试图案进行分析，并与原始测试图案进行比较，在计算机中对镜片203造成的失真进行计算，用于确定显示出的镜片光学参数。
[0064] 在镜片203与显示器213之间的距离固定的情况下，为了允许对焦距大于该间距的镜片进行检查，在第二框架267b中插入补充的补偿镜片269。
[0065] 接下来将参照图8-图11对根据本发明一方面的第一实施例中的用于检查镜片的方法进行介绍。
[0067] 将眼镜安装在底座156上的眼镜夹116中并且枢转眼镜夹将其中一个待检镜片定位于孔上方之后，将底座156置于显示屏113上，使被检镜片位于照相机下方。镜片安装到位后，在屏幕113上照相机和镜片下方显示测试图案，使用照相机捕获通过镜片看到的失真的测试图案的图像——“镜片图像”。镜片图像数据保存在计算机中，用于图像处理和分析。
[0068] 在此第一实施例的方法中，测试图案370包括至少一个点374组372，该些点可以通过最佳拟合的第一椭圆376连接，其中，长轴R1和短轴R2相等(换言之，圆形或圆形的椭圆)，如图7所示。尽管点374可以是圆形的，但这并不是必需的，术语“点”应理解为包含可用于表示椭圆圆周上的点的任意标记，除非另有说明，否则与形状无关。
[0069] 组372中可使用任意数量的点374来限定第一椭圆。然而，有利地是，在每组372中使用限定具有足够精度的椭圆的最少数量的点，因为这样可以减少必须进行分析的数据点的数量，由此减少处理时间。发明人在测试中发现，可以使用布置在假想正六边形的顶点上的一组六个点374来限定具有足够精度的椭圆。
[0070] 如图8所示，测试图案在组的中心位置上具有额外的点374a。中心点374a不形成组的一部分，但有助于相对于镜片和/或照相机的轴对组准确定位。然而，该额外的中心点374a并不是必需的，可以省略。
[0071] 镜片通常会使测试图案370失真(除非它是平镜)，由此会使镜片图像中的测试图案中点之间的间距增大或减小，这取决于放大的程度。对于大于1的放大率，点之间的间距增大；而对于小于1的放大率，点之间的间距则会减小。对于球面透镜，点之间的间距在所有方向上变化相同的量，使得失真测试图案中连接组中点的最佳拟合的椭圆的长轴和短轴相等。然而，柱面透镜会使点之间的间距在不同方向上改变不同的量。由此导致镜片图像中的失真测试图案中连接组中点的最佳拟合的椭圆的长轴和短轴不相等。因此，通过对镜片图像中失真测试图案中的点限定的最佳拟合椭圆的长、短轴和原始测试图案中的点限定的椭圆的长、短轴进行比较，就可以确定镜片的放大率，并且，如果存在的话，确定散光矫正(astigmatic correction)(柱镜焦度(cylindrical power))及散光矫正的轴。可以使用公式f(M)＝P以已知的方法由放大率计算镜片焦度。该公式可以由一组已知屈光度的标准镜片确定。
[0072] 例1
[0073] 图9示出了针对柱面透镜照相机捕获的镜片图像中的失真测试图案370’。组372’中的点374’可以由最佳拟合的第二椭圆376’连起来，计算机确定第二椭圆376’的长轴R1’和短轴R2’，并将其与原始测试图案370中的点限定的第一椭圆76的长轴R1和短轴R2进行比较，如下所示：
[0074] R1＝100 R1’＝50 放大率＝0.5
[0075] R2＝100 R2’＝50 放大率＝0.5
[0076] 在该例子中，由于镜片为球面透镜，所以失真图案370’中的点374’的组372’限定的椭圆中长轴R1’和短轴R2’相等。
[0077] 例2
[0078] 图10示出了针对柱面透镜的镜片图像中的失真测试图案370’。失真组372’中的点374’可以由最佳拟合的第二椭圆376’连起来，计算机确定第二椭圆376’的长轴R1’和短轴R2’，并将其与原始测试图案370中的点限定的第一椭圆376的长轴R1和短轴R2进行比较，如下所示：
[0079] R1＝100 R1’＝100 放大率＝1
[0080] R2＝100 R2’＝50 放大率＝0.5
[0081] 在该例子中，镜片为柱面透镜，失真测试图案中的点374’限定的椭圆中其长轴R1’与短轴R2’不相等，这表示镜片使测试图案在不同方向上扭曲变形不同的量。还可以通过计算机由长轴和短轴的方向计算柱面透镜的轴线角度。
[0082] 系统101被配置成使用上述基本方法以点模式在镜片的一个点上确定光学参数或以映射模式在整个镜片上或至少镜片的目标区域中的多个位置上确定光学参数。
[0083] 映射模式
[0084] 在映射模式中，显示在屏幕113上的原始测试图案包括若干个点374组372，每组372中的点可由长轴R1和短轴R2相等的最佳拟合的第一椭圆连起来。该些点组分布在显示屏上镜片下方的区域中，一些点组372可部分重叠以确保提供足够数量和密度的点组使得可在所需的若干位置处确定光学参数。在一特别有利的实施例中，测试图案370包括布置在阵列378中的多个点374，如图11所示。在该阵列中，点374成行和列排列，其中，每行中的点374间隔相等距离Y，其等于相邻行之间的间距Z；并且，交替行偏置使得任一给定行上的点374位于相邻行上的点之间的中间。在该测试图案阵列378中，每个点374(阵列边缘上的那些点除外)都被六个其它的点374包围，这六个点位于假想正六边形的顶点上。这六个包围点形式组372，其可由长轴R1和短轴R2相等的最佳拟合的第一椭圆376连起来。该测试图案370可用于确定整个镜片上或镜片目标区域中的镜片光学参数，这可以通过对目标区域中点374的每个正六边形组372执行上述分析方法得以实现。据此，运行适当软件的计算机根据镜片图像数据确定通过目标区域内失真测试图案中的每个正六边形点组372的点的最佳拟合第二椭圆376’的长轴R1’和短轴R2’，并将其分别与原始测试图案中的对应点组372形成的第一椭圆的长轴R1和短轴R2进行比较。在该原始测试图案中，每个正六边形点组372限定相同尺寸的第一椭圆376，使得原始测试图案中每个正六边形点组372的长轴R1和短轴R2相同。因此，在原始测试图案中不需要针对每个正六边形点组372都实际生成椭圆并确定长轴和短轴。计算机可以只针对一组或若干样本组确定长轴R1和短轴R2。实际上，原始测试图案中第一椭圆的长轴R1和短轴R2的数据可以作为数据保存在计算机中。
[0085] 图11所示的测试图案370提供了一种呈现均匀分布在目标区域中的大量点组的便利方式。由于这些点组相互连接，并且部分重叠，因此阵列中限定的组高度集中，允许在目标区域内对镜片特征进行详细分析。每个点组372用于限定被该组所占据位置处的镜片的光学参数。
[0086] 分析结果以镜片图示的方式方便地显示在显示屏113的右半侧，在该镜片图示中，光学参数以颜色等值线图(colour contour map)的形式进行显示。
[0087] 使用映射模式提供了一种完全自动化的镜片检测系统，无需用户选择若干个检查位置并针对每次测量重新定位镜片。
[0088] 点模式
[0089] 点模式用于找到镜片上仅一个位置处的光学参数，通常是镜片的光学中心。
[0090] 在此模式中，仅使用一个限定长轴和短轴相等的椭圆的点组372作为测试图案，如图8所示。在执行点模式方法时，测试图案372的中心与镜片的光学中心和照相机的光轴X对准，用照相机捕获通过镜片看到的失真测试图案370’的图像——镜片图像。然后，仅对一个点组执行上述分析方法，以确定镜片在那点上的光学性质。然而，该方法可用于确定镜片上除光学中心以外的单个位置处的光学参数。
[0091] 在点模式中使用的显示的测试图案可为映射模式中使用的阵列378的子集，包括一个中心点，被位于假想六边形的顶点处的六个点包围。这样有利于使系统101能够在两个模式中使用相同的网格图案或其一部分。然而，该中心点并不是必需的，在点模式中可以省略。
[0092] 还可以使用第一实施例中的系统1或任一其他合适的具有用于显示测试图案的装置、用于捕获透过镜片的测试图案的图像的数字照相机或其他装置、用于对图像数据进行所需的图像处理和计算分析的计算装置及用于显示结果的装置(如显示屏)的镜片检查系统来执行根据第一实施例的方法。此外，测试图案也不必非得显示在显示屏上，也可以通过其他方式进行显示，例如显示在印刷媒体上。然而，使用数字显示屏(例如，上述系统1、101的屏幕13、113)是有利的，因为可以动态改变测试图案。这在例如镜片被保持在屏幕上方固定距离处的情况下是有利的，因为这样可以改变被显示测试图案370中点374的大小和/或间距，以适应具有不同焦距的镜片。例如，在系统101中的底座156被配置成将镜片保持在距离显示屏113设为+20D镜片的焦距的距离处的情况下，系统可以通过调整测试图案中点的大小和/或间距来处理为近视所设计的镜片，而无需采用任何特定的物理测量或使用额外的镜片。
[0093] 下面将参照图12对根据本发明一方面的第二实施例中的用于检查镜片的方法进行介绍。
[0094] 根据第二实施例的方法与上述第一实施例的方法类似，除了测试图案不同以外。
[0095] 在该第二实施例中，在显示屏13、113上显示包括规则的线条图案的第一测试图案，线条可以是垂直线、正方形或正弦波。根据上文所述将眼镜安装到系统1、101上，将眼镜的其中一个镜片定位在测试图案和照相机之间，使镜片的光心与照相机的光轴对准。记录由镜片扭曲变形的第一测试图案的图像(镜片图像)，并将图像数据发送给平板式计算机12、112的计算单元。计算机通过对所记录的镜片图像数据中的测试图案与原始测试图案进行比较，确定由镜片所导致的测试图案的失真度，并据此计算出镜片的放大率。然后，计算机12、112能够生成镜片的焦度(power)和曲率以及散光矫正(astigmatic correction)，并把此信息(项目38)显示在视觉显示单元13的右半部分36上(参见图2)。没有失真变形当然则表示镜片为普通镜片。可以使用公式f(M)＝P来确定焦度，该公式可以由一组已知焦度的标准镜片来确定，如上所述。
[0096] 在显示屏13、113上将第一测试图案更换为第二测试图案，第二测试图案为同心圆。镜片中心、照相机的X轴及同心圆的圆心三者对准，通过照相机捕获通过镜片看到的失真的第二测试图案的图像(镜片图像)，并将其再次发送给计算机12、112。基于前面对焦度的计算，计算机将识别应从其获得图像的镜片上的特定点。这可以通过相对于照相机的X轴相对地移动镜片，在第一系统1中沿轨道26移动眼镜夹16或在第二系统101中移动底座156来实现。通过将获得的镜片图像和已知图像进行比较，计算机能够在屏幕右半部分获得并显示表示镜片光学参数的结果图像。显示的结果图像将是镜片的性质。在该系统中，均匀的图像将是普通镜片的特征，自底部到顶部颜色变暗的图像将是渐进式镜片图案，底部亮但突然变黑的图像将是双焦透镜图案，颜色亮度由右至左变化将是棱镜的特征。图3中，由平镜生成的图像显示于40处。
[0097] 图12列出了所用方法的方框图形式。
[0098] 无论使用上述哪种分析方法，都需要对用于执行该方法的系统进行校准，以消除照相机捕获的镜片图像中的测试图案由系统本身而非镜片产生的失真。例如，在屏幕13、113上显示测试图案和使用照相机128捕获测试图案的图像时可能会产生这种失真。
[0099] 因此，上述各方法可包括校准步骤，于该步骤中，在镜片没有安装就位的情况下，由照相机28、128、228捕获显示在屏幕13、113、213上的原始测试图案的图像。该图像可以被称为“系统图像”。通过计算机对系统图像中的测试图案和原始测试图案进行比较，以确定系统引入了哪些失真。计算机12、112、212使用适当的算法计算误差系数并生成转换算法，该转换算法可应用于系统图像数据中的失真测试图案，以将其转换回原始的完美测试图案。该转换算法被存储在计算机中。
[0100] 接下来对镜片进行测试时，由照相机捕获的镜片图像中的测试图案包括由系统引入的失真和由镜片引入的失真。将转换算法应用于镜片图像数据中的测试图案以去除系统失真。由此产生的测试图案可被称为“转换测试图案”。转换测试图案中剩余的任何失真都是镜片引起的，可根据上述方法将转换测试图案与原始测试图案进行比较以确定镜片的光学参数。
[0101] 在系统具有足够好的品质使得任何系统失真可以忽略不计并且对于第一实施例中的方法中的点模式而言不太重要的情况下，可能不需要校准。在需要进行校准的情况下，可能只需要在对系统首次进行调试时获得一次合适的转换算法，然后在每次检查镜片时使用存储的转换算法。然而，对于其他系统，则需要定期检查校准并获得转换算法，以确保未随着时间推移进一步引入系统误差。对于诸如上述系统1、101的便携式系统，可能需要在每次安装和/或搬运系统时检查校准并获得转换算法。在某些情况下，可能需要在每次测试镜片或至少每次要测试新眼镜时检查校准并获得转换算法。
[0102] 仅通过示例的方式描述了上述实施例。在不脱离权利要求书所限定的本发明的范围和对本发明所作的陈述的情况下可以做出许多变形。
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