角膜接触镜几何参数光电测量装置及测量方法

摘要

本发明涉及角膜接触镜几何参数光电测量装置及其测量方法,属眼镜测量技术。其装置包括透明容器、设于透明容器中的环形座及顶针、照明系统、正投影物镜,还设置侧向照明光源,其对应一侧设置侧向投影物镜、摄象机,摄象机连接计算机;正投影物镜上方设置有标尺的屏幕或与计算机连接的另一摄象机。其方法为从下面与侧面两个方向投影放大,再用光电摄像系统摄取镜片的侧向及正向放大图象进行二次放大并记录,然后对图象信号进行处理,得到t、h等参量,最后用计算机自动计算出前、后表面曲率半径R1、R2和中心厚度t、外直径D这四个参数。

说明书

本发明涉及角膜接触镜几何参数光电测量装置及其测量方法，属眼镜测量技术。

角膜接触镜又称隐形眼镜，它的几何参数主要有前、后表面曲率半径R₁、R₂及中心厚度t、外直径D等四项。这些几何参数的准确与否，将直接影响到角膜接触镜屈光度的准确性，因此在其制造、验收过程中，都要求对其主要几何参数进行测量。由于角膜接触镜用高分子软性含水材料制作，当其受到外部夹持力、或离开液体产生脱水以后，皆会产生变形，影响测量结果。另一方面，角膜接触镜本身中心厚度t及曲率半径R分别只有零点几毫米及几毫米，故测量精度必须达到零点零零几毫米。

由于以上原因，国内外目前只能用不同的高精度测量仪器分别测量角膜接触镜的前表面曲率半径R₁、中心厚度t、外直径D。目前国际上通行的曲率半径测量方法主要是采用弦长弓高法，而中心厚度则主要采用接触千分表测量法。图1是弓高弦长法测量曲率半径的原理示意图，在内、外径D₁、D₀已知的环形座上分别放置标准平板及欲测镜片，并用螺旋测微计测出平板及镜片对应的测头位置，其差值即是弓高h。利用弦长弓高公式R₁=(D²₀／4+h²)／(2h)即可求出内曲率半径R₁。图2则是中心厚度t的接触千分表测最法原理示意图。这是以平面底座为基准，用千分表测出在底座上放置被测镜片前、后测头的位置差1，而这个差值即是镜片的中心厚度t。由于以上方法是将角膜接触镜置于干燥环境中，测量其前表面曲率半径R₁和中心厚度t，故镜片会因脱水而变形，影响测量结果。另外因镜片是软性材料，在测头的压迫下会产生变形，故测头对镜片的接触力大小会因操作人员的水平差异，对测量结果产生极大的影响。

为了防止镜片脱水变形，普遍在图1、图2的装置中，将镜片浸于盐液中进行测量。而为了避免测头接触力对测量的影响，一般采用光学显微镜曲率计对镜片的内曲率半径R₁进行非接触测量。图3为光学显微镜曲率计的工作原理示意图。在该装置中显微镜的会聚点只有在镜片的上表面(图中上一个镜片位置)、或与镜片的球心重合(图中下一个镜片位置)，才能在显微镜视场中看到清晰的狭缝象。即在上下移动被测镜片时，只有在图示的两个镜片位置时，才能在显微镜视场中看到清晰的狭缝象。这样通过移动显微镜载物台，找出显微镜视场中两个狭缝象清晰时的载物台对应位置，求出这两个位置的差值，即是镜片前表面的曲率半径R₁。

光学显微镜曲率计虽然解决了接触力对测量结果的影响问题，但镜片却不能浸于溶液中，因而又存在镜片脱水变形的问题。

镜片外直径D的测量则一般采用图4所示投影法。即将镜片放大投影到一个有标尺的屏幕上，在屏幕的标尺上直接读出该参数。

显然不管采用哪几种仪器组合，总要分别用二、三种不同的仪器测量前表面曲率半径R₁及中心厚度t、外直径D三个参数，而不能测后表面曲率半径R₂，更不能用一种仪器同时测量测前、后表面曲率半径R₁、R₂和中心厚度t、外直径D这四个参数。

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种装置及方法解决镜片干燥脱水及接触力对测量结果的影响，同时将多种测量仪器融为一体，以用一台仪器同时完成角膜接触镜前、后表面曲率半径R₁、R₂及中心厚度t、外直径D四个参数的测量。

实现上述目的本发明采用下述方案实现：

角膜接触镜几何参数光电测量装置，包括透明容器、设于透明容器中的环形座及顶针、照明系统、正投影物镜，其特征在于透明容器外侧还设置侧向照明光源，其对应一侧设置侧向投影物镜、摄象机，摄象机连接计算机；正投影物镜上方设置有标尺的屏幕或与计算机连接的另一摄象机。

本发明利用投影放大的原理，将浸于盐液中的镜片从下面与侧面两个方向投影放大，再用光电摄像系统摄取镜片的侧向及正向放大图象进行二次放大并记录，然后用计算机对图象信号进行处理，得到t、h等参量，最后用计算机自动计算出前、后表面曲率半径R₁、R₂和中心厚度t、外直径D这四个参数。

采用本发明首先可从正投影屏内的标尺上直接读出镜片外径D，其次用计算机对摄象机获取的角膜接触镜侧向投影图进行处理，得出t、h₁。然后将角膜接触镜去掉，再对环形座的侧向投影图进行处理，得出h₂。最后利用弦长弓高公式，分别根据内弓高h₁、外弓高h₂；环座内、外径D₁、D₀几个参数，用计算机计算出前、后表面曲率半径R₁、R₂，从而完成所有四个参数的测量。

本发明相比现有技术具有如下明显优点：

1．四个参数的测量用一台仪器即可全部完成。

2．测量的对象是放大后的图象而不是镜片本身，因而减小了测量难度、提高了测量精度。

3．采用摄象机对图象进行了二次放大，测量精度更进一步提高。

4．采用计算机进行图象处理与参数计算，避免了人工测量中不可避免的人为因素影响，提高了测量的精度、速度、可靠度。

5．所有测量皆为非接触测量，避免了接触力压迫镜片产生的变形现象；而镜片始终浸于液体中，避免了镜片因干燥脱水产生变形。既无挤压变形、又无脱水变形，因而能真正保证镜片在无变形条件下的准确测量。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1是测量内曲率半径R₁的原理示意图。

图2是测量中心厚度t的原理图。

图3是光学显微镜曲率计测量内曲率半径R₁的工作原理示意图。

图4是投影法测量镜片外径原理示意图。

图5是本发明结构示意图。

参见图5，本发明角膜接触镜几何参数光电自动测量装置包括环形座1、顶针2，正照明系统3、正投影物镜4，正投影屏5，环形座1设于透明容器10中，顶针2通过密封圈11穿过容器10底部、其高度由调节手柄13及控制杆12控制；环形座1侧面设置侧照明光源6，其对应面设置侧投影物镜7、摄象机8；摄象机8连接计算机9，图中14为角膜接触镜。

其测量方法为：采用白炽灯准直照明，正投影物镜4与侧投影物镜7皆将角膜接触镜14放大二十倍后分别投影到正投影屏幕5、摄象机8上。在边长为300毫米的正投影屏5内，直接从标尺上读出外径D。而中心距为25微米、总共1024象元的线阵摄象机8摄取镜片侧投影图像；将角膜接触镜14去掉后，再用线阵摄象机8摄取环形座1及顶针2的侧投影图像；用MCS-51单片机对摄象机输出数据进行图象处理，得出t、h₁、h₂。利用弦长弓高公式，分别根据内、外弓高h₁、h₂，环形座内、外径D₁、D₀几个参数，用MCS-51单片机计算机出前、后表面曲率半径R₁、R₂。