基于CCD与单片机技术的自动焦度仪
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第
４
３
卷
第
１
期
２
０１２
年
１
月
太原理工大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ
ＯＦ
ＴＡＩＹＵＡＮ
ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
ＯＦ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ
ｏ
ｌ．４３ Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１２
文章
编号
：
１００７
－
９４
３２
（
２０１２
）
０１
－
００
３２
－
０３
基于
ＣＣ
Ｄ
与单片机技术的自动焦度仪
朱
苏
磊
，
张
静
（
上海师范大学 信息与机电工程学院
，
上
海
２００２３４
）
摘
要
：
检测
眼镜片的度数
（
顶焦度
Ｄ
）
一般
使用基于调焦成像的目视式焦度计
，
由于被测镜片
的后表面曲率
（
弯度
）
各不相同
，
镜片后顶点与焦度计物镜后焦点不相重合
，
产生离焦误差
，
致使在
检测高度数
（
Ｄ
＞
１
５
ｍ
－
１
）
眼
镜片时误差过大
，
造成产品不合格
。
通过分析目视式
焦度计测量眼镜
片顶焦度的原理及其误差来源
。
设计了一种基于
Ｃ
ＣＤ
与单片机技术的自动焦度仪
，
研究了使用软
件对离焦误差进行自动校正
，
实现了焦度计测量的自动化并提高了测量精度
。
关键词
：
焦度计
；
Ｃ
ＣＤ
；
单片机
；
误差校正
中图分类号
：
ＴＨ７７３
文献标识码
：
Ａ
焦度
计是用来测量眼镜片
（
包括角膜接触镜
）
的
顶焦度
（
Ｄ
）、
棱镜
度
（
Ａ
）
以及
确定柱镜轴位方向等的
仪器
。
它不是使用镜片的光焦度
（
即焦距的倒数
），
而是使用镜片的顶焦度
（
即顶焦距的倒数
）
来表征其
屈光能力的
。
顶焦距是镜片顶点到焦点之间的距
离
，
以镜片顶点为基准
，
是一个可测量参数
，
这就使
配装眼镜片时顶角距
（
镜片后顶点到人眼角膜的距
离
）
得以保证
。
而光焦度以镜片主点为基准
，
主点参
数难以测量和保证
。
在焦度计测量中
，
由于被测镜片的后表面曲率
（
弯度
）
各不相同
，
形状也有凹
、
凸和平面之分
，
致使
镜片后顶点与焦度计物镜后焦点不相重合
，
因而造
成较大测量误差
，
目前在市场上广为流通的目视式
焦度计就是这样的
。
因此
，
研究一种自动补偿技术
来克服因二者不相重合带来的测量误差成为新型焦
度计设计中的一个关键问题
，
本文提出了一种基于
ＣＣ
Ｄ
与单
片机技术的自动焦度仪的设计方案
，
研究
了使用软件对离焦误差进行自动校正
，
实现了焦度
计测量的自动化并提高了测量精度
。
１
目视式焦度计测量原理
图
１
是一种基于调焦成像的目视式焦度计测量
眼
镜片顶焦度的原理图
。
分划板图案经物镜成像
，
人眼在读数望远系统后观察图像
，
加上被测镜片后
，
分划板作左右移动人眼才能看清图像
，
此时分划板
的位移与被测镜片顶焦度相对应
。
被测镜片由一光
图
１
目视式焦度计测量原理图
阑承
坐
，
光阑位于焦度计物镜的后焦点
Ｆ
′
１
。
由光
学
成像关系得被检镜片的顶焦度
Ｄ
值由
式
（
１
）
求得
。
Ｄ
＝
ｚ
１
ｆ
′
２
１
＋
ｘｚ
１
．
（
１
）
式中
：
ｚ
１
为分
划板与物镜前焦点
Ｆ
１
之间
的距离
（
位
移量
）；
Ｆ
′
１
为物
镜后焦点
；
ｆ
′
１
为物
镜焦距
；
当
ｘ
＝０
时
，
即
Ｆ
′
１
与被检镜片后顶
点相重合
；
Ｄ
与
ｚ
１
成线
性
关系
。
ｚ
１
是可
测量值
，
可以由符合线性关系的位移
传感器或与分划板同步移动的读数尺读得
［
１
］
，
从而
得到被检镜片的
顶焦度
Ｄ
值
。
但是
，
测
量中由 于被测 镜片的 后表面 曲率
（
弯
度
）
各不相同
，
致使镜片后顶点与焦度计物镜后焦点
不相重合
，
即
ｘ
≠
０
，
Ｄ
与
ｚ
１
不再
成线性关系
，
从而
引入测量误差
，
我们称之为离焦误差
。
离焦误差与镜片表面曲率
（
弯度
）
有关
，
即跟镜
片形状有关
。
眼镜片的各种形式如图
２
所示
。
高度
数远视镜
（
或者花镜
）
是做成平凸
（
图
２
－
ａ
）
或双
凸
（
图
２
－
ｂ
），
其它
做成一凹一凸
（
图
２
－
ｃ
），
双凹
（
图
２
－
ｄ
，
用于
高
度数近视镜
）
或弯月形
（
图
２
－
ｅ
）。
不管
是凹面还是凸面
，
它们的弯度都可以规范
收稿
日期
：
２０
１１
－
０９
－
２２
基金
项目
：
上海市自然科学基金项目
（
１１Ｚ
Ｒ１４２６６００
）
作者
简介
：
朱苏磊
（
１９
７５－
），
女
，
江苏
无锡人
，
讲师
，
主要从事信息处技术研究
，（
Ｔｅ
ｌ
）
１３８１８１３２８０８
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