焦度計非線性誤差

/ 寧波市計量測試研究院

0 引言

信息社會高速發(fā)展，80%的信息可通過人的眼晴獲得，良好的視力對人至關(guān)重要。據(jù)統(tǒng)計近50%的人需要視力矯正，最常用的輔助視力矯正的手段就是配戴眼鏡，從傳統(tǒng)的近視、遠視常規(guī)鏡片，到現(xiàn)在特殊用途的雙光鏡片、多焦點鏡片、漸進多焦點鏡片、非球面鏡片和防控鏡片等自由曲面鏡片，鏡片發(fā)展可謂日新月異，而制造鏡片和配鏡檢查都必須使用準確的計量設(shè)備，焦度計的應用由此產(chǎn)生[1][2]。

1 焦度計強檢

焦度計[3]是用于測量眼鏡鏡片（含角膜接觸鏡片）的頂焦度和棱鏡度，確定鏡片的光學中心、軸位和打印標記，檢查鏡片是否正確安裝在鏡架中的測量儀器[4]。焦度計根據(jù)測量對象分為測量眼鏡鏡片用和測量角膜接觸鏡用兩種。鏡片質(zhì)量和配鏡的質(zhì)量直接影響配鏡者視力健康，焦度計是鏡片生產(chǎn)和配鏡檢查必備的國家強制計量檢定儀器，是鏡片生產(chǎn)和消費者配鏡的質(zhì)量保證。2019年10月23日市場監(jiān)管總局發(fā)布實施強制管理計量器具新目錄，焦度計仍在其中。

2 非線性誤差

JJG580-2005《焦度計》檢定規(guī)程中對于非線性誤差是這樣定義的：由于軟件過修正或其他非正常原因?qū)е陆苟扔嬙阽R片不同軸位方向所給出的測量值不一致、示值呈非規(guī)律性變化的誤差。非線性誤差[5]在JJF1292-2011焦度計型式評價大綱中屬于主要性評價項目。

產(chǎn)生非線性誤差的主要原因有：一些儀器生產(chǎn)廠家為了追求通過計量檢定，用非正常的軟件修正方法將焦度計的頂焦度示值調(diào)整為與標準鏡片的標準值完全一致，卻在標準鏡片標稱值以外的地方出現(xiàn)非對稱、非規(guī)律性變化的示值誤差，其中主要表現(xiàn)在單散和球-柱聯(lián)合鏡片的柱鏡度示值上。還有一些生產(chǎn)廠家為了降低生產(chǎn)成本，未能認真調(diào)試儀器，導致出現(xiàn)焦度計光源的發(fā)散分布不均勻，或其他非正常現(xiàn)象，從而產(chǎn)生柱鏡度示值的非線性誤差。焦度計在測量整數(shù)球鏡度，甚至高度數(shù)球鏡度，如±20.00D和±25.00D時，準確度調(diào)為0.01D時，在球鏡度中心還未對準的情況下也完全沒有誤差，但在測量非線性誤差時，誤差就非常大。

非線性誤差的測量方式為八角柱鏡片測量：即將外形為八角狀（每角45°）的+1.50m-1和-1.50m-1的柱鏡標準片[6]分別置于支座上，使其任意一角的工作面緊靠可調(diào)擋板，柱鏡標準片與可調(diào)擋板一起移動，同時調(diào)焦使鏡片所成的亮線通過度盤分劃板的中心，并讀取相應的頂焦度示值。然后順時針旋轉(zhuǎn)柱鏡標準片，將與其相鄰的角的工作面再次緊靠可調(diào)擋板，重復上面的動作，再次讀取相應的頂焦度示值。依此類推，分別得到八個工作面的頂焦度測量值后，讀取其中最大值與最小值之間的偏差作為非線性誤差。

非線性誤差有以下表現(xiàn)形式，如一個鏡片的驗光處方為 -1.00Ds+0.50Dc×90°，翻方后為 -0.50Ds-0.50Dc×180°。假設(shè)在焦度計未設(shè)置同號的情況下得到的測量值為 -1.05Ds+0.58Dc×90°，轉(zhuǎn)換為同號時理論上就應該得到 -0.47Ds-0.58Dc×180°，但由于儀器存在非線性誤差，就可能得到完全不同的轉(zhuǎn)換值，或為-0.51Ds-0.54Dc×180°，或為其他值。

3 非線性誤差實驗數(shù)據(jù)

采用八角柱鏡片和球-柱聯(lián)合鏡片的三種不同 鏡 片， 即 +1.50Dc、-1.50Dc、-2.00Ds-1.50Dc對同一臺焦度計（LM-1800P）進行非線性誤差測量。測量結(jié)果表明（見表1），LM-1800P自動對焦式焦度計所測得的非線性誤差較接近，均達到JJG 580-2005所規(guī)定的二級標準焦度計柱鏡度非線性誤差的要求。

同時，用三種不同鏡片分別對四臺不同的焦度計（LM-1800P、TL-6700、CL-2800、CCQ-800）進行非線性誤差測量，測量結(jié)果表明（見圖1）四臺焦度計均達到JJG580-2005所規(guī)定的二級標準焦度計柱鏡度非線性誤差的要求。-2.00Ds-1.50Dc球-柱聯(lián)合鏡片同樣可以取代±1.50Dc八角柱鏡片，滿足規(guī)程中對于非線性誤差的測量要求。

ISO8598-1：2014《光學與光學儀器，焦度計，通用儀器儀表》的6.6.2條款采用的也是八角柱鏡標準鏡片方法，同時規(guī)定使用優(yōu)質(zhì)的-2.00Ds-1.50Dc球-柱聯(lián)合鏡片也可以對非線性誤差進行校準。實驗結(jié)果與國際標準使用方法的結(jié)果相吻合，國家標準采用八角柱鏡片，同時支持使用優(yōu)質(zhì)的球-柱聯(lián)合鏡片。

焦度計在球-柱轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的示值誤差就是所謂“非線性誤差”的一種表現(xiàn)形式。當被測鏡片處于允差臨界點時，會因為焦度計的非線性誤差而超差。

表1 柱鏡片、球-柱聯(lián)合鏡片八個方位測量結(jié)果（LM-1800P）

圖1 不同焦度計非線性誤差

4 結(jié)語

非線性誤差檢測是為了發(fā)現(xiàn)通過柱鏡度示值所暴露出的非對稱誤差，實踐證明，使用優(yōu)質(zhì)的球-柱聯(lián)合鏡片或八角柱鏡片，都能較好地滿足焦度計非線性誤差檢定要求。因此，在各國專家堅持下，ISO8598-1-2014焦度計國際標準規(guī)定使用優(yōu)質(zhì)的-2.00Ds-1.50Dc球-柱聯(lián)合鏡片對非線性誤差進行校準，以降低校準成本，實踐證明效果較好。此外，當被測鏡片處于允差臨界點時，會因為焦度計非線性誤差而超差。因此，檢定證書中給出的非線性誤差的大小對焦度計檢測結(jié)果的可靠性具有重要意義。