角膜接触镜投影测量技术的研究

论文摘要

随着人们的生活水平不断提高,角膜接触镜(又称隐形眼镜)需求量越来越大,人们对角膜接触镜戴用的安全性和舒适性提出了更高的要求,已经被许多国家列为医疗器械,这就要求研究角膜接触镜重要参数的测量方法和技术,对角膜接触镜的生产、加工和销售等过程进行严格的质量检测。本文作者在深入了解了原有的各种角膜接触镜测量仪器的方法及原理之后,设计了一种采用光学投影成像和CCD传感的角膜接触镜投影测量仪,可以同时测量角膜接触镜的曲率半径和光学中心厚度两个参数。仪器将角膜接触镜片放大投影到观察接收屏和线阵CCD器件上,通过线阵CCD器件获取视频信号。信号的采集和处理以单片机为核心控制器,CCD输出的视频信号先经过二值化处理,确定信号的边沿,再经过计数和运算得到测量结果,被测镜片的曲率半径和光学中心厚度送LED显示。根据仪器样品池恒温的要求,进行了恒温控制装置的嵌入结构设计。还提出了一种利用基准消除系统误差的方法,保证了测量精度。软件部分根据系统功能进行模块化设计,主要由主程序、恒温控制程序、测量程序、显示控制程序、基准存储程序等构成。试验数据显示,仪器测量角膜接触镜曲率半径的精度优于±0.1mm,测量镜片光学中心厚度的精度优于±0.01mm,达到国家标准。本文共分为六章,第一章介绍了角膜接触镜测量技术发展的历史和现状,提出了设计构想。第二章介绍了角膜接触镜测量仪的测量原理、仪器总体结构设计方案和重要机械装置的设计。第三章详细说明了仪器的硬件结构和工作原理,完成了相关电路的设计。第四章进行了软件设计,给出了主要程序的流程图。第五章对仪器的误差进行了分析,并提出了消除误差的方法。第六章对全文进行了总结,并展望了后续工作。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 中心厚度的测量
• 1.2.2 曲率半径的测量
• 1.2.3 应用CCD 器件进行尺寸测量的发展状况
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 2 测量原理与仪器结构
• 2.1 仪器的测量原理
• 2.2 CCD 测量原理
• 2.2.1 光电转换与储存
• 2.2.2 电荷转移
• 2.2.3 电荷读出
• 2.3 仪器的结构设计
• 2.3.1 仪器总体结构
• 2.3.2 仪器光学系统
• 2.3.3 样品池结构设计
• 2.3.4 恒温控制嵌入结构设计
• 2.3.5 镜片定位机构设计
• 3 系统硬件设计
• 3.1 方案设计
• 3.2 AT89C52 单片机
• 3.2.1 主要性能参数
• 3.2.2 功能特性概述
• 3.3 信号采集电路设计
• 3.3.1 CCD 器件的基本结构和特性
• 3.3.2 TCD1206SUP 的驱动
• 3.3.3 信号二值化
• 3.3.4 信号采集电路
• 3.4 恒温控制系统设计
• 3.4.1 温度控制系统方案的选择
• 3.4.2 LM35 温度传感器
• 3.4.3 A/D 转换器
• 3.4.4 半导体致冷器
• 3.4.5 温控系统电路接口
• 2PROM 以实现基准存取'>3.5 扩展E²PROM 以实现基准存取
• 2C 总线'>3.5.1 I²C 总线
• 2PROM 存储器AT24C02 的扩展'>3.5.2 E²PROM 存储器AT24C02 的扩展
• 3.6 LED 显示接口电路
• 3.6.1 LED 显示器结构原理
• 3.6.2 LED 数码管的显示方式
• 3.6.3 LED 显示接口电路
• 3.7 按键接口电路设计
• 4 系统软件设计
• 4.1 主程序
• 4.2 预置程序
• 4.3 测量程序
• 4.4 恒温控制程序
• 4.5 基准存取程序
• 2C 总线接收和发送数据的实现'>4.5.1 I²C 总线接收和发送数据的实现
• 4.5.2 AT24C02 的读写操作
• 4.5.3 基准储存程序
• 4.6 LED 显示控制程序
• 5 误差分析
• 5.1 误差产生的原因
• 5.1.1 照明斜光束的影响
• 5.1.2 发生衍射的影响
• 5.1.3 光源不稳的影响
• 5.2 消除误差的方法
• 5.3 测量结果
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录