[發明專利]一種隱形眼鏡參數測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110762599.2
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113483679B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王毅;張傲;馬振鶴
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01B11/03;G01B11/00;G01B11/255;G01B11/24;G01N21/45
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種隱形眼鏡參數測量裝置的測量方法，其中所采用的隱形眼鏡參數測量裝置，包括低相干光源、第一分光元件、準直器、第二分光元件、第二透鏡、反射鏡、X-Y振鏡、樣品臺、第一透鏡、光譜儀和計算機，所述低相干光源通過光纖依次連接第一分光元件和準直器，準直器另一側依次放置第二分光元件、第二透鏡、反射鏡；所述第一分光元件的另一個輸出端通過光纖與光譜儀連接，光譜儀與計算機電連接；所述第二分光元件的另一個輸出端一側設置有X-Y振鏡，X-Y振鏡另一側依次設置第一透鏡、樣品臺；所述低相干光源發出的光進入第一分光元件，從第一分光元件的一端輸出的光經準直器變成平行光；平行光經過第二分光元件，第二分光元件將平行光分為參考光和樣品光，所述樣品臺的表面為反射鏡，與樣品光垂直；

其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟一：樣品臺上未放置樣品，利用X-Y振鏡進行掃描，低相干光源發出的光進入第一分光元件，從第一分光元件的一端輸出的光經準直器變成平行光；平行光經過第二分光元件，第二分光元件將平行光分為參考光和樣品光，其中參考光經第二透鏡聚焦在反射鏡上，樣品光經過X-Y振鏡的X振鏡和Y振鏡照射到第一透鏡上，樣品光經過第一透鏡聚焦于樣品臺上，樣品臺表面的反射光和經反射鏡反射的參考光按原路徑逆向傳播，進入第一分光元件，經第一分光元件的另一個輸出端進入光譜儀，形成干涉光譜，干涉光譜由光譜儀采集并傳輸給計算機進行相位解調；將樣品臺表面與參考光形成的干涉光譜標記為S0(x,y；k)，x和y表示掃描點的平面坐標，k表示光譜儀的波數分布；

步驟二：將待測樣品放在樣品臺上，凸面朝上，利用X-Y振鏡進行掃描，低相干光源發出的光進入第一分光元件，從第一分光元件的一端輸出的光經準直器變成平行光；平行光經過第二分光元件，第二分光元件將平行光分為參考光和樣品光，其中參考光經第二透鏡聚焦在反射鏡上，樣品光經過X-Y振鏡的X振鏡和Y振鏡照射到第一透鏡上，樣品光經過第一透鏡聚焦于待測樣品和樣品臺上，待測樣品的上表面的反射光、下表面的反射光、樣品臺表面的反射光與經反射鏡反射的參考光按原路徑逆向傳播，進入光譜儀，待測樣品的上表面、下表面、樣品臺表面的反射光分別與反射的參考光形成干涉光譜，待測樣品的上表面與經反射鏡反射的參考光形成的干涉光譜標記為S1(x,y；k)，待測樣品的下表面與經反射鏡反射的參考光形成的干涉光譜標記為S2(x,y；k)，樣品臺表面與經反射鏡反射的參考光形成的干涉光譜標記為S3(x,y；k)；

步驟三：計算機根據S0(x,y；k)計算樣品臺的表面輪廓Z0(x，y)，計算Z0(x，y)的方法如下：對干涉光譜S0(x,y；k)消除直流分量，進行強度歸一化；對預處理后的數據進行快速傅里葉變換，由幅度譜得到無量綱頻率m0和相位進行解卷繞處理，得到；

其中：KC表示光譜儀中心波數，△表示光譜儀的FFT分辨率，N0為相位卷繞次數；

KC通過一個已知波長的單色光進行標定，△通過一個已知厚度和折射率的玻璃片進行標定，N0由去卷繞算法得到；

步驟四：計算隱形眼鏡參數：在步驟二的測量中，S1(x,y；k)、S2(x,y；k)和S3(x,y；k)的信號疊加在一起，首先通過帶通濾波器將S1(x,y；k)、S2(x,y；k)和S3(x,y；k)單獨提取，然后利用步驟三所示方法，由S1(x,y；k)、S2(x,y；k)和S3(x,y；k)計算樣品上表面輪廓Z1(x，y)、樣品下表面輪廓Z2(x,y)、放置樣品后樣品臺表面輪廓Z3(x，y)；

將待測樣品的半徑標記為R，將待測樣品的球心坐標標記為(a,b,c)，利用擬合法由Z1(x，y)計算出鏡片的曲率半徑R和球心坐標(a,b,c)；

則在放置待測樣品時，穿過待測樣品中心點經樣品上表面的反射光與經反射鏡反射的參考光的光程差為d1＝Z1(a，b)，穿過待測樣品中心點經樣品下表面的反射光與經反射鏡反射的參考光的光程差為d2＝Z2(a，b)，穿過待測樣品中心點經樣品臺表面的反射光與經反射鏡反射的參考光的光程差為d3＝Z3(a，b)；未放置樣品時，穿過(a，b)點經樣品臺表面的反射光與經反射鏡反射的參考光的光程差為d0＝Z0(a，b)；

則樣品中心厚度d及折射率n0通過下式(2)-(4)可知：

d＝(d2-d1)-(d3-d0) (2)

n0＝(d2-d1)/(d2-d1-d3+d0) (3)

根據混合物折射率計算公式可得樣品含水量x的公式(4)：

x＝100*(n0-m)/(n-m) (4)

其中：x表示樣品的含水量，n表示待測樣品材質在干態時的折射率，m表示待測樣品吸收的液體的折射率，根據液體的成分可知液體的折射率。

2.根據權利要求1所述的一種隱形眼鏡參數測量裝置的測量方法，其特征在于：所述光譜儀包括依次擺放的第三透鏡、光柵、第四透鏡、相機，所述第一分光元件的另一個輸出端通過光纖與第三透鏡連接，所述相機與計算機電連接，光依次經過透鏡和光柵并被相機采集，然后將干涉光譜傳輸給計算機。